埋地管道的极限载荷计算与风险评价

【摘要】： 埋地管道被广泛用来输送油、气等流体，相对于地上的普通管道其受力状态更加复杂，故埋地管道的安全性十分重要，一旦发生破坏，后果将很严重，因此有必要对埋地管道进行极限载荷研究与风险评价。 本文主要针对南京市城市天然气利用工程的埋地管道，研究其在不同地基性质、支座包角和地面载荷情况下的极限载荷，并进行了试验研究，同时进行了风险评价，主要研究内容与结论如下： (1)通过有限元计算分析，研究了不同地基性质、支座包角和地面载荷对埋地管道极限载荷的影响。结果表明地基性质和支座包角对极限载荷影响较小，硬基时，当地面载荷增加到一定值后，埋地管道的极限内压则迅速减小，软基时，地面载荷对埋地管道的极限内压的影响不大。 (2)本文设计了埋地管道的试验装置及系统，成功地进行了埋地管道的极限载荷试验研究，试验结果与有限元计算结果比较表明，两者的结果基本吻合。 (3)进行了含局部减薄缺陷埋地管道的有限元分析，表明其极限载荷低于用标准《含缺陷压力容器安全评定》推荐的地上管道评定方法的计算结果。 (4)本文在W.Kent Muhlbauer的评分法基础上建立了一种适用于埋地输气管道的风险评价方法，并对南京市城市天然气利用工程高压管线进行了风险评价，结果表明其相对风险较小，比较安全，但仍应进一步加强防范措施，确保其安全、稳定、长期的运行。 【关键词】：埋地管道 极限载荷 局部减薄 风险评价
【学位授予单位】：南京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TE973
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-24
• 1.1 引言9-11
• 1.2 埋地管道的研究概况11-15
• 1.2.1 埋地管道的载荷特性11-12
• 1.2.2 应力分析与极限载荷分析12-14
• 1.2.3 风险评价14-15
• 1.3 极限载荷分析方法15-19
• 1.3.1 极限分析概念15
• 1.3.2 极限载荷的分析方法15-16
• 1.3.3 确定极限载荷的准则16-19
• 1.4 南京市天然气管线简介19
• 1.5 本文的研究内容及技术路线19-20
• 参考文献20-24
• 第二章 埋地管道的应力分布与极限载荷分析24-46
• 2.1 基于增量理论的弹塑性有限元法24-26
• 2.2 弹塑性有限元计算的要点26-27
• 2.2.1 有限元求解方法26
• 2.2.2 收敛准则26-27
• 2.2.3 屈服准则的选取27
• 2.3 有限元计算软件的选用27-28
• 2.4 埋地管道的应力与变形分析28-32
• 2.4.1 埋地管道应力的弹性理论解28-30
• 2.4.2 埋地管道应力与变形的有限元分析30
• 2.4.3 弹性有限元计算结果与理论解的比较30-32
• 2.5 埋地管道极限载荷的有限元计算32-44
• 2.5.1 材料性能数据32-33
• 2.5.2 计算模型的建立33-34
• 2.5.3 载荷及边界条件的确定34
• 2.5.4 网格的划分34-35
• 2.5.5 计算方案35
• 2.5.6 计算结果分析35-44
• 2.5.6.1 地上普通管道极限载荷的确定35-36
• 2.5.6.2 埋地管道极限载荷的确定36-43
• 2.5.6.3 各个参数对极限载荷的影响43-44
• 2.6 小结44-45
• 参考文献45-46
• 第三章 南京市天然气管线中局部减薄缺陷的评定46-54
• 3.1 局部减薄缺陷的产生及危害46
• 3.2 含局部减薄缺陷埋地管道的评定46-50
• 3.2.1 含局部减薄缺陷内压圆筒形容器安全评定方法评定47-48
• 3.2.1.1 局部减薄缺陷的表征47
• 3.2.1.2 局部减薄缺陷的评定47-48
• 3.2.2 含局部减薄缺陷压力管道塑性失效评定方法的评定48-50
• 3.2.2.1 局部减薄缺陷的表征48-49
• 3.2.2.2 局部减薄缺陷的评定49-50
• 3.3 含局部减薄缺陷埋地管道极限载荷的有限元分析50-52
• 3.3.1 有限元计算模型的建立50-52
• 3.3.2 计算结果分析52
• 3.4 结论52-53
• 参考文献53-54
• 第四章 埋地管道极限载荷的试验研究54-67
• 4.1 管子材料性能及管子试件54-58
• 4.1.1 管子材料机械性能测试54-56
• 4.1.2 管子试件的设计与制备56-58
• 4.2 应变片的选取及布片方案58
• 4.3 试验准备58-59
• 4.4 试验装置59-60
• 4.5 测试过程60-61
• 4.6 试验结果与分析61-66
• 4.6.1 地上管道试验结果与分析61-63
• 4.6.2 埋地管道的试验结果与分析63-66
• 4.6.3 埋地管道与地上管道的比较66
• 4.7 小结66
• 参考文献66-67
• 第五章 埋地输气管道的风险评价67-87
• 5.1 风险与风险评价简介67-68
• 5.2 本文风险评价的方法与内容68-69
• 5.3 埋地输气管道的风险评价69-82
• 5.3.1 埋地输气管道风险评价的步骤与要点69-71
• 5.3.2 埋地输气管道第三方破坏的评定71-74
• 5.3.3 埋地输气管道的腐蚀评定74-77
• 5.3.3.1 外腐蚀评分74-76
• 5.3.3.2 内腐蚀评分76
• 5.3.3.3 应力腐蚀评分76
• 5.3.3.4 其它因素的评分76-77
• 5.3.4 埋地输气管道的设计因素评定77-79
• 5.3.5 埋地输气管道的操作因素评定79-80
• 5.3.6 权重系数的选取80-81
• 5.3.7 埋地输气管道的失效后果评定与风险评价81-82
• 5.4 南京市城市天然气管线的风险评价82-85
• 5.5 小结85-86
• 参考文献86-87
• 第六章 结论与展望87-89
• 6.1 结论87-88
• 6.2 展望88-89
• 在读期间发表论文情况89-90
• 致谢90

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