清管器通球载荷的应力分析方法.pdf

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1、第4期-41-清管器通球载荷的应力分析方法雷俊杰（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）[摘要]清管器清管作业中，通球载荷作为冲击力依次作用在各个弯管上，如管道系统和支架设计不合理，将对管道系统造成危害。为了评估清管器清管作业中通球载荷对管道系统的影响，本文介绍了产生通球载荷的计算过程，列举了清管器相连输气管道的校核标准，提出了校核通球载荷的等效静态法和时程分析法，应用CAESARII管道应力分析软件结合案例对等效静态法和时程分析法进行了详细说明，编制了静态分析工况和时程分析工况，对比了两种方法计算结果的不同点，可为清管器管道系统设计提供参考。[关键词]清管器；通球载荷；应力分析；

2、CAESARII；等效静态法；时程分析法油气管道投产前和运行过程中都需要通过清t—时间/s；管器进行清管作业，以保证油气管道顺利投产和m—清管球质量/kg；平稳运行。对新建管道进行清管作业可以清除管2V—通球速度/（m/s）；道内的毛刺、铁屑等杂物；对运行管道进行清管r—弯管曲率半径/m。作业可以清除管道内的积水、结蜡，提高输送介[1]质品质、降低压损等。清管器进行清管作业时，介质推动清管球在管道内前进，在弯管等方向变化处产生冲击载荷，影响管道系统的安全和稳定运行。目前，研究和阐述清管器通球载荷处理方法的文献尚不多见。本文应用管道应力分析软件CAESARII，结合海上某气田项目清管器管道

3、应力分析实例，应用等效静态法和时程分析法分别阐述清管器通球载荷的应力分析方法。图1清管器通球载荷1理论介绍1.2应力校核标准1.1通球载荷计算对于海上气田项目，清管器管道应力分析校清管器通球载荷通常发生在管道中流体改变核标准为ASMEB31.8-2014版第八章《近海气体输方向的位置，见图1所示。对于90°弯管，清管球送》，需要分别校核管道的环向应力、纵向应力[2]动量随着运动方向变化而改变，对弯管产生通球和组合应力。载荷，其大小见式(1)和式(2)。(1)环向应力Sh校核标准为：2FR=dPdt=(mV)r(1)Sh≤F1SyT(3)22F1=F2=(mV)((r))(2)式中：式中：

4、F1—设计系数，本文选取0.5；FR—通球载荷/N；Sy—材料最小屈服强度/MPa；F1—通球载荷分量一/N；T—温度减小系数，本文选取1。F2—通球载荷分量二/N；作者简介：雷俊杰（1986—），男，山西平遥人，2010年毕业于P—动量/N•s；天津大学，硕士，工程师。现主要从事海洋工程管道应力分析工作。石油和化工设备-42-论文广场2017年第20卷(2)纵向应力SL校核标准为：管球发射器通过管道与立管相连，清管作业过程SL≤F2Sy(4)中，清管球依次撞击编号为1~4的弯管，产生通球载荷。清管器相连管道公称直径为18英寸，材式中：质为API-5LX65，设计温度为75℃，设计压力为

5、F2—设计系数，本文选取0.8；7MPa，输送介质为天热气，弯管曲率半径为管道Sy—材料最小屈服强度/MPa。外径的3倍。(3)组合应力Se校核标准为：(5)或(6)式中：F3—设计系数，本文选取0.9；Sy—材料最小屈服强度/MPa；Sh—环向应力/MPa；图2清管器管道应力分析模型SL—纵向应力/MPa；St—扭转应力/MPa。2.1通球载荷1.3等效静态法在建立清管器管道应力分析模型前，需要确清管器清管作业过程中，清管球依次撞击各定通球载荷的大小。清管器清管作业采用18英寸个弯管，产生冲击载荷。对于不同的弯管，通球ROSEN智能清管球，相关参数见表1。根据上文所载荷作用的时间点不同

6、，是动态变化的过程。等述通球载荷计算公式，可得清管器通球载荷FR为效静态法是将动态变化的过程模拟成若干个静态2559N。时刻，并对这些静态时刻进行分析。首先计算清管器通球载荷，然后再乘以动态载荷放大因子，表118英寸ROSEN智能清管球参数考虑动态变化影响后，再采用静态方法进行分规格长度重量速度析。根据ASMEB31.1中关于安全阀的动态分析可[3]18inch2100mm390kg3m/s知，动态载荷放大因子通常取2倍的冲击载荷。1.4时程分析法2.2工况建立时程分析法是一种动态分析方法，它能更准2.2.1静态工况确模拟清管器通球载荷作用过程及管道响应。清管器通球载荷应用等效静态法需要

7、考虑如时程分析法使用动力方程的数值积分来模拟下工况：管道空重W，充满水管道重WW，设计压载荷作用期间的系统响应，通过检查所有时间点力P1，水压试验HP，操作温度T1，最低设计温度的解来确定在动态载荷作用下，任意时间管道上T2，最高设计温度T3，通球载荷F1~F4。在等效任意位置所产生的最大位移、力和应力等结果。静态应力分析中，需要通过上述工况的组合校核应用时程分析法，根据弯管处真实的载荷—时间通球载荷对管道的冲击作用。等效静态工况见