管道监测技术在河谷段管道沉降中的应用(3)

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故障诊断

石油和化工设备2012年第15卷

2.1 数据分析与计算

表1 管道参数

管道直径(mm)

711

钢管壁厚(mm)

8.7mm

钢管材质X65

钢管类型螺旋缝埋弧焊钢管

表2 管材参数

X65

母材母材技术规格书要求

纵向横向母材

屈服强度(MPa)

590540450～600

抗拉强度(MPa)

700655535～760

屈强比0.840.82≤0.93

延伸率(%)32.532.0≥21

运行压力(MPa)

6.4

安装温度(℃)

27

运行温度(℃)

13

使管道中产生应力的因素有多种，最主要的两个因素是存在重力、压力等外力载荷和热胀冷缩位移载荷[5]。其中：

内压产生的轴向应力：s 78.46MPa；q 温度变化产生的轴向应力：

sT Ea(T1 T2) 30.43MPa；

m2；μ为泊松比；α0为主应力角度；ε0°为0°方

向的应变；ε45°为45°方向的应变；ε90°为90°方向的应变；[σ]为许用应力，Mpa。

pDm2t

2.2 弯管监测

弯管改变了管道的轴线方向，增加了管线的柔性，使管线易于变形，有利于减小管道的温度应力。另一方面，由于弯管是一双重曲率面所限制的壳体，弯曲管段的应力分布是不均匀的，其在内压作用下的应力状态与直管有本质的不同[6]。沉管管段有一处弯管，将一监测点布在弯管处，监测处理结果如图4、图5

。从沉管过程中该监测点的应力和应变变化曲线可见，沉管过程中应力和

应变呈逐渐增大趋势，沉管过程中采用边下沉边监测的方式，对于下沉过程中局部应力增大给予了及时消除，保证了管道应力在许用应力范围内。

轴向初始应力： s 0 sq sT 108.89MPa；pDm 环向初始应力：s 156.91MPa；f

t

设计许用应力:

s FD SMYS 0.72 450 324MPa。

式中：p -沉管压力，MPa；D -管道外径，mm；μ-钢材泊松比，取0.3；t -管道厚度，mm；E-材料的弹性模量，N/m2；α-钢材线性热膨胀系数，mm/(mm ℃)；T1-安装温度，℃；T2-运行温度，℃；FD -设计系数，取0.72；SMYS-屈服强度，MPa。

被测管道表面视为二向应力状态，用应变花（由三个应变片组成）分别测量0°、45°、90°方向应力应变值，再由广义胡克定律确定主应力，计算公式如下：

s

EE

(e0 e90 ) (e0 e90 )2 (e45 e90 )2

s2,3 2(1 μ)2(1 μ)

1

图4 应变变化曲线

(e e) (e0 e45 )tg2a0 45 90

(e45 e90 ) (e0 e45 )

（1）（2）

采用第四强度理论进行强度校核：

1

2

[(s1 s2)2 (s2 s3)2 (s3 s1)2] s （3）

式中：σ1为第一主应力，MPa；σ2,3为第

二、三主应力，MPa；E为材料的弹性模量，N/

图5 应力变化曲线

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