油氣管道的撓曲強度研究

趙明(中國石油管道局工程有限公司維搶修分公司，河北 廊坊 065001)

0 引言

本研究的目的旨在探討輸油氣鋼管在承受高內壓與撓曲作用下的極限撓曲強度與韌性行為，并評估現行的全圓周套管焊接修補及對焊接合的方式于撓曲行為的影響。試驗方式以油壓致動器在距鋼管兩端三分之一管長處施加側向拉力，擷取試體變位及應變的資料，進行整理與討論。

1 試體規劃與制作

本試驗的試體共分三組，第一組試體是外徑為219 mm(8 5/8″)，厚度為 8.18 mm(0.322″)的八吋鋼管，第二組試體是外徑為 273 mm(10 3/4″)，厚度為9.27 mm(0.365″)的十吋鋼管，第三組試體則是外徑為 324 mm(12 3/4″)，厚度為 9.53 mm(0.375″)的十二吋鋼管，其徑厚比分別為 27、30 與34。

三組試體的鋼管長度均在6 000 mm 左右，鋼管上標示有鋼管基本資料。八吋鋼管與十吋鋼管均采用API 5L Gr. B的材質，十二吋鋼管采用 API 5L X52的材質，所采用的鋼管尺寸與鋼管材質皆與中油目前所定的規格相同，Gr. B適用于低壓管線，而 X52 則用于高壓管線。三組試體中的每一組皆包含1根完整、1根對焊接合與2根全圓周套管焊接修補的鋼管，每組4根，共計12根鋼管。對焊接合試體的焊接方式采用全滲透焊，焊接程序完全依照管線工程施工說明書的規定。套管長度應至少102 mm(4″)以上，其材質強度不應低于鋼管強度[1]。

試驗于鋼管內注水，管壁厚度為0.322英吋，其試驗壓力值為1 570 psi(10.78 MPa)，水壓試驗壓力值的決定為依據管線的設計壓力。設計壓力的公式為：

式中：P為設計壓力(psi)；S為鋼管標稱降伏強度(psi)；D為鋼管外徑(in)；t為管壁厚度(in)；于考慮地區分類2級時，基本設計因子F=0.6，鋼管材質為API 5L時，縱向接合因子E=1.0，考慮為室溫下時，溫度降級因子T=1.0，故表達公式為：