浅谈应力分析在中缅原油管道工程（缅甸段）施工图设计中的应用 4页

学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2014年8月第36卷第8期JournalofOilandGasl~chnology(J．JpI)Aug．2014Vo1．36No．8浅谈应力分析在中缅原油管道工程(缅甸段)施工图设计中的应用黄龙，杨嘉，西之华(中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊065000)刘守龙(中国石油天然气管道局东南亚项目经理部河北廊坊065000)[摘要]站场进出站管道安装是否合理极大地影响着与管道相连的设备能否正常运行，若安装不合理则可能引起设备的损坏、管道因应力而变形等一系列问题。基于此，通过选取中缅原油管道工程(缅甸段)的典型站场一曼德勒泵站，应用CAESARⅡ应力分析软件进行建模，结合应力分析结果，对几种工艺安装方式进行了比选，从而获得了最优的设计方案。应力分析对管道安装设计具有较好的指导意义。[关键词]进出站；管道安装；应力分析；最优方案[中图分类号]TE973．07[文献标志码]A[文章编号]1000—9752(2014)08—0237—041项目概述巾缅原油管道工程(缅甸段)起自缅甸西海岸的马德岛，途经缅甸的若开邦、马圭省、曼德勒省、掸邦后，至中国云南省的边境瑞丽市。缅甸境内干线全长770．5kin，管径813mm，设计压力8～14．5MPa。钢管采用X70螺旋埋弧焊钢管和直缝埋弧焊钢管，管道采用埋地敷设，外壁防腐采用3层PE。管道沿线共设有5座工艺站场：马德首站、新康丹泵站、曼德勒泵站、地泊泵站、南坎计量站。设有32座线路截断阀室，其中8座监控阀室，12座单向阀室，12座手动阀室。笔者基于中缅原油管道沿线气象资料、勘察资料和站场的工艺参数，选取全线温度、压力最为苛刻的曼德勒泵站，利用应力分析软件对该站场的进出站管道进行应力分析，并通过比较结果。探讨各种工艺安装形式对进出站管道和设备的影响，从而阐明了应力分析在中缅原油管道工程(缅甸段)中的应用及指导意义。2管道应力分析管道应力分析是压力管理设计的基础，它直接关系到管道自身和与其相连的机器、设备、土建结构的安全。一般根据经验分析、简单软件分析、详细软件分析等3种方法进行判断。笔者采用美国CODE公司的应力分析软件CAESARⅡ，其是以3D梁单元模型为基础的有限元分析软件]。2．1应力分析步骤1)建立管道系统模型，通过CAESARII应力分析软件建立模型。2)对管道系统模型进行运算，判断管道的载荷、应力和位移是否满足工程需要和规范要求。3)如果满足工程需要和规范要求，结束计算。如果不满足，判断是否可以通过改变管道约束来满足。如果仍旧不满足，则通过修改设计图纸，改变管道布置，重新对管道建模进行分析直至满足条件。2．2CAESARⅡ分析原理曼德勒泵站为站内输油管道，CAESARII软件根据工程设计规范ASMEB31．3_2对管道进行分析。[收稿日期]2014—07—11[作者简介]黄龙(1984一)，男，2010年西安交通大学毕业，硕士，工程师，现主要从事油气储运管道工程设计工作。\n学兔兔www.xuetutu.com油气管道工程2014年8月ASMEB31．3规范要求工程师计算和检查在持续工况和膨胀工况下的载荷及应力情况。1)持续载荷(SUS)：就是不考虑温差引起的应力对管系的影响，仅考虑管系由重力和内压力所引起的应力工况。SI≤Sh(1)式中：S为持续(一次)载荷应力，kPa；S为在热态(操作)温度下材料的基本许用应力，kPa。2)热膨胀(EXP)：该工况考虑温度，即管道的热膨胀影响所产生的应力和载荷：图1泵站进出站管道安装的应力分析模型SE≤f(1．25s+1．25sh—sL)(2)式中：S为热胀(二次)载荷应力，kPaS表1管道主要参数表为在冷态(安装)温度下材料的基本许用应力，名称数值及型号kPa；f为应力范围折减系数(和循环次数有管道外径813mm／71lmm／323．9mm关，该工程实例取1．O)。管道壁厚20．3mm／30．2mm／15．9ram2．3应力分析建模管材X7O／L415／L360弹性模量2．034×l08kPaCAESARⅡ软件中用到的主要参数包括：操作温度34．4℃管道主要参数(见表1)、管道所在地的土壤参环境温度l3．6℃数(见表2)。将选取的工艺参数输入设计压力13500kPa流体密度8．67×10一kg／cm。CAESARⅡ软件中，得到应力分析三维模型，摩擦系数(钢对钢)0．3见图1。表2埋地管道的土壤参数表3计算结果及分析名称数值及类型土壤类型粉质黏土根据设计规范和手册_3]，结合收发球筒和土壤摩擦系数0．6卧式过滤器的资料数据，曼德勒泵站进出站管土壤密度2．07×10。kg／cm压实系数道安装采取了以下8种工艺方式。应用内摩擦角16．69。CAESARⅡ应力分析软件分别建立管道系统模型，逐一进行应力分析计算，从而比选出最佳方案，最终指导完成工艺安装图设计。1)基本方案(收发球筒限制位移，以下简称“A方案”)根据收发球筒资料数据(支撑底座一端为圆孑L，另一端为长圆孑L，限制收发球筒位移)，卧式过滤器资料数据(支撑底座一端为圆孔，另一端为长圆孔，限制过滤器位移)形成基本方案。卧式过滤器安装方向与收球筒安装方向垂直，如图1所示。2)收发球筒允许位移(基于A方案，以下简称“B方案”)在A方案基础上，允许收发球筒有位移，即收发球筒支撑可做成滑动式支撑。卧式过滤器属于压力容器，不允许有较大位移，仍按照过滤器资料数据设计，形成B方案，安装方式如图1所示。3)进出站设置固定墩(基于B方案，以下简称“C方案”)．基于B方案，允许收发球筒有位移。在此基础上，为减少卧式过滤器基础水平推力，在站内合理位置设置固定墩，建立模型如图1所示。4)增加柔性设计方案I(以下简称“D方案”)B和C方案，收发球筒允许有位移，能够很好地解决收发球筒基础水平推力过大的问题，但却不能很\n学兔兔www.xuetutu.com第36卷第8期黄龙等：浅谈应力分析在中缅原油管道工程(缅甸段)施工图设计中的应用·239·好地解决卧式过滤器基础水平推力过大的问题，因而需要考虑更为有效的解决方案。基于此，提出过滤器管道安装增加柔性设计的方案，如图2所示，过滤器安装方向与收球筒安装方向平行。5)柔性设计方案工+同定墩(基于D方案，以下简称“E方案”)基于D方案，为减少收发球筒位移，在站内合理位置设置同定墩，建立模型如图2所示。图2D方案的应力分析模型6)增加柔性设计方案Ⅱ(以下简称“F方案”)改变卧式过滤器进口端工艺管道安装形式：过滤器安装方向与收球筒安装方向平行，进口端管道在图2琏础上增加2个9O度弯头，如图3所示。7)柔性设计方案Ⅱ+固定墩(基于F方案，以下简称“G方案”)基于F方案．为进一步减少收发球筒位移，在站内合理位置设置固定墩，建立模型如图3所示。8)增加柔性设计方案llI(以下简称“H方案”)卧式过滤器安装方向与收球筒安装方向平行，进口端管道在图2基础上增加2个9O。弯头，但管道布走向与罔3相反，如图4所示。图3F方案的应力分析模型图4H方案的应力分析模型A～H方案应力计算结果见表3。分析结果表明：所有方案的持续工况和膨胀T况的最大应力均没有超过相应的许用应力，满足设计要求。表3方案比选渡：SUS1况为持续_丁况；EXP1况为最大热膨胀1况。\n学兔兔www.xuetutu.com油气管道工程2O14年8月A方案收发球筒支撑基础的水平推力很大，基础承受推力过大将致使基础尺寸增大，现场施工存在较大难度。B方案在收发球筒允许位移的前提下，收发球筒支撑基础的水平推力均在合理范围内，收发球筒端点位移量最大为21．66mm，该方案需要收发球筒前后支撑螺栓孔均为70mm长圆孔。但收球筒旁边的卧式过滤器支撑基础水平推力过大，为42t，造成现场施工存在较大难度，而且过滤器进口端法兰存在泄露隐患。故基于收发球筒允许位移的前提下，采取增加固定墩的做法，即C方案。c方案收发球筒支撑基础的水平推力均在合理范围内，收发球筒端点位移量最大为13．42mm，该方案需要收发球筒前后支撑螺栓孔均为40mm长圆孔即可，固定墩推力最大为112t。卧式过滤器支撑基础的水平推力为1it，较大。为进一步降低过滤器支撑基础的水平推力，提出增加柔性设计方案，改变过滤器和连接管道的安装方式。D方案收发球筒支撑基础的水平推力均在合理范围内，卧式过滤器支撑基础的水平推力为4t，现场施丁可以满足。为了优化该方案，进一步降低过滤器支撑基础的水平推力，又在此基础上提出了设置固定墩的方案E。E方案过滤器支撑基础的水平推力可降至2．6t，固定墩推力最大为128t。F方案收发球筒支撑基础的水平推力均在合理范围内，但卧式过滤器支撑基础的水平推力较大，为20t，现场施工较为困难。因此在该方案基础上，提出增设固定墩方案。G方案卧式过滤器支撑基础的水平推力可降至3．2t，固定墩推力最大为123t。H方案收发球筒支撑基础的水平推力均在合理范围内，卧式过滤器支撑基础的水平推力为1．8t，水平位移最大为0．52ram，不需要设置固定墩即可满足现场施工要求。综合比较各种方案的应力校核结果和现场施工的难易程度，H方案最佳。4结语利用CAESARⅡ应力分析软件对中缅原油管道工程(缅甸段)的曼德勒泵站进出站管道的8种工艺安装方式进行了应力分析，综合考虑管道应力分析、现场施工难易程度、压力容器是否允许位移、是否增设固定墩等多个方面的因素，最后选择了增加柔性设计方案Ⅲ(H方案)为最佳方案。[参考文献][1]唐永进．压力管道应力分析[M]．北京：中国石化出版社，2003．[2]ASME1331．3—2o08，ProcessPiping：ASMECode{orPressurePipingIs]．[3]王冰怀，赵桂英．输油管道工程设计[M]．东营：中国石油大学出版社，2010[编辑]邓磊