站場進出站管道的應(yīng)力分析

高德潔 王鑫 齊保坤(.中國石油天然氣管道工程有限公司天津分公司，天津 00457；2.天津市大和勞務(wù)服務(wù)有限責(zé)任公司，天津 00457；.海洋石油工程股份有限公司，天津 00457)

0 引言

近年來，隨我國油氣長輸管道逐漸增多，安全要求日益提高，優(yōu)化設(shè)計也顯得尤為重要。通過現(xiàn)場實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，有些油氣站場站外設(shè)置錨固墩，錨固墩處受力很大，不僅施工困難，而且容易造成管道破壞，存在安全隱患。

目前，部分站場進出站管道站外不再設(shè)置錨固墩管道，而是采用加兩個彎管后，再進出站的敷設(shè)方式，來減小二次應(yīng)力以及收(發(fā))球筒固定端受力。由于站場內(nèi)外管道設(shè)計分界一般在站外2m 處，但管道應(yīng)力分析分界在2m 處分界，不能真實的反映管道應(yīng)力和收(發(fā))球筒固定端受力的真實情況。為了使應(yīng)力分析計算結(jié)果更接近真實情況，本文建立不同CAESAR II 模型，通過對站場進出站管道進行應(yīng)力分析，得出站場內(nèi)外管道應(yīng)力分析計算分界的合適位置，對今后進出站管道應(yīng)力分析具有指導(dǎo)意義。

1 軟件介紹

CAESAR II 管道應(yīng)力分析軟件是由美國COADE 公司研發(fā)的壓力管道應(yīng)力分析專業(yè)軟件。它可以進行管道靜態(tài)、動態(tài)應(yīng)力分析，也可以進行埋地管道應(yīng)力分析。是國際上公認的、應(yīng)用最廣泛的管道應(yīng)力分析軟件之一。

CAESAR II 管道應(yīng)力分析軟件中埋地部分包含兩種分析方法，一種是CAESAR Basic Soil Model，一種是American Lifelines Alliance。本文選用第一種CAESAR Basic Soil Model 方法，該方法基于Peng 理論，采用雙線性土壤約束模型，認為土壤豎向和橫向約束一致。

2 實例分析

某輸氣站場收(發(fā))球筒所在管道，采用站外兩個90°清管彎管對接的安裝方式，來代替設(shè)置錨固墩，應(yīng)力校核標準采用ASME B31.8，管材選用Φ508x16 的X52 直縫埋弧焊鋼管，具體管道及介質(zhì)參數(shù)見表1，土壤參數(shù)見表2。

表1 管道及介質(zhì)參數(shù)表

表2 土壤參數(shù)表

根據(jù)工藝管道安裝圖，建立站場進出站管道收(發(fā))球筒所在管道區(qū)域CAESAR II 模型，其站外部分管道長度取200m，進出站區(qū)域模型如圖1 所示。

圖1 站場進出站管道CAESAR II計算模型

站場進出站管道CAESAR II 計算模型平面圖如圖2 所示，計算得出進出站三通處一次應(yīng)力為79639.9KPa，二次應(yīng)力為107380KPa，滿足ASME B31.8 規(guī)范要求。虛擬錨固長度為100m。收(發(fā))球筒固定端受力為3711N。

圖2 站場進出站管道CAESAR II計算模型平面圖

為了對比站外不同長度管道模型，對站內(nèi)部分管道應(yīng)力及受力的影響，站外管道部分以虛擬錨固長度的4、6、8 倍，再建立站外管道長度為400m，600m，800m 的模型。進出站三通節(jié)點950 處應(yīng)力值如表3 所示，結(jié)果均合格。

表3 進出站三通處應(yīng)力值

根據(jù)表3，繪制曲線，進出站三通處應(yīng)力值隨所建模型站外長度變化趨勢，如圖3 所示。

計算結(jié)果表明，隨進出站管道長度增加，進出站三通處一次應(yīng)力基本不變；二次應(yīng)力有所增加，增加到600m 后，變化變緩。不同模型對進出站三通處應(yīng)力影響不大，但對收(發(fā))球筒固定鞍座上的受力影響較大，不同模型收(發(fā))球筒固定端受力大小如表4 所示。

圖3 不同站外長度模擬所得計算應(yīng)力/許用應(yīng)力

表4 收(發(fā))球筒固定端受力

根據(jù)表4，繪制曲線，固定端受力隨所建模型站外長度變化趨勢，如圖4 所示。從圖4 可以看出，收發(fā)球筒固定端受力隨所建站外管道長度的增加而增加，增加到站外600m 時，開始保持基本不變。所以做站場進出站管道應(yīng)力分析時，只建到站內(nèi)200m，不能反應(yīng)管道應(yīng)力及收發(fā)球筒固定端受力的真實水平，至少要建到600m 處。

圖4 不同站外長度模擬所得收發(fā)球筒固定端受力

3 結(jié)語

綜合上述分析，站場進出站管道應(yīng)力分析只建到站外200m 處，得到的收發(fā)球筒固定端受力偏小，按照該結(jié)果進行設(shè)計，提給土建的受力偏小，不夠安全。因此，站場進出站管道應(yīng)力分析需要至少建到站外600m，才能反映出比較真實的管道應(yīng)力及收發(fā)球筒固定端受力情況。