規(guī)劃總院 王國麗

1、中國石油規(guī)劃總院王國麗中國石油規(guī)劃總院王國麗20142014年年4 4月月2323日日第四屆中國管道完整性管理技術(shù)大會(huì)論文第四屆中國管道完整性管理技術(shù)大會(huì)論文2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第2頁一、國外基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀一、國外基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀二、國內(nèi)基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀二、國內(nèi)基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀三、基于應(yīng)變設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與流程三、基于應(yīng)變設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與流程四、設(shè)計(jì)應(yīng)變與許用應(yīng)變四、設(shè)計(jì)應(yīng)變與許用應(yīng)變五、大變形鋼管及環(huán)焊縫性能要求五、大變形鋼管及環(huán)焊縫性能要求六、典型工程應(yīng)用情況六、典型工程應(yīng)用情況2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第3頁一、國外基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀一、國外基于應(yīng)

2、變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第4頁一、國外基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀一、國外基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第5頁1.2 國外采用基于應(yīng)變設(shè)計(jì)的管道國外采用基于應(yīng)變設(shè)計(jì)的管道一、國外基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀一、國外基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第6頁管道通過采空區(qū)地表變形管道通過采空區(qū)地表變形 2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第9頁2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第10頁阿拉斯加管道穿過迪那利斷層處；阿拉斯加管道穿過迪那利斷層處；20022002年年1111月月3 3日日 7

3、.97.9級地震斷層位錯(cuò)級地震斷層位錯(cuò)1414英尺；英尺；管道在滑軌上移動(dòng)并變形彎曲，但沒有破裂。管道在滑軌上移動(dòng)并變形彎曲，但沒有破裂?；壔壊⑿械睦聿樯凡⑿械睦聿樯繁粩鄬游灰萍魯啾粩鄬游灰萍魯?021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第11頁斷層斷層2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第12頁地震烈度增加地震烈度增加震中阿拉斯加管道斷層開裂線2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第13頁管道原埋設(shè)位置凍脹變形2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第14頁l我國建設(shè)和擬建設(shè)的油氣管道幾乎經(jīng)過我國現(xiàn)有的全部地理構(gòu)造和所有氣象我國建設(shè)和擬建

4、設(shè)的油氣管道幾乎經(jīng)過我國現(xiàn)有的全部地理構(gòu)造和所有氣象單元，地形、地貌和地質(zhì)情況復(fù)雜多變，設(shè)計(jì)條件千差萬別，技術(shù)要求高，單元，地形、地貌和地質(zhì)情況復(fù)雜多變，設(shè)計(jì)條件千差萬別，技術(shù)要求高，施工難度大。管道經(jīng)過特殊地質(zhì)地段時(shí)，既要承受管道正常運(yùn)行引起的變形，施工難度大。管道經(jīng)過特殊地質(zhì)地段時(shí)，既要承受管道正常運(yùn)行引起的變形，還要承受由土體移動(dòng)引起的附加變形。還要承受由土體移動(dòng)引起的附加變形。l初步統(tǒng)計(jì)，未來擬建管道經(jīng)過初步統(tǒng)計(jì)，未來擬建管道經(jīng)過8 8度以上強(qiáng)震區(qū)的長度約度以上強(qiáng)震區(qū)的長度約4380km4380km；經(jīng)過活動(dòng)斷；經(jīng)過活動(dòng)斷裂帶的長度約裂帶的長度約200km200km；經(jīng)過多年凍土區(qū)的長

5、度約；經(jīng)過多年凍土區(qū)的長度約1220km1220km 。二、國內(nèi)基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀二、國內(nèi)基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第15頁2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第16頁一、國內(nèi)基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀一、國內(nèi)基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第17頁 2.22.2、中國石油組織開展研究工作、中國石油組織開展研究工作 2007 2007年開始年開始中國石油天然氣集團(tuán)公司科技部組織了中國石油天然氣集團(tuán)公司科技部組織了“西氣東輸二線工程西氣東輸二線工程關(guān)鍵技術(shù)研究關(guān)鍵技術(shù)研究”的重大科技專項(xiàng)，的重大科技專項(xiàng)，在一期和二期分別

6、列課題及專題進(jìn)行了：在一期和二期分別列課題及專題進(jìn)行了：“基于應(yīng)變的管道設(shè)計(jì)方法研究、基于應(yīng)變的管道設(shè)計(jì)方法研究、抗大變形鋼管關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和產(chǎn)品研究抗大變形鋼管關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和產(chǎn)品研究 課題組織了國內(nèi)課題組織了國內(nèi) 個(gè)個(gè)7研究單位，主要研究人員近研究單位，主要研究人員近130人；收集國外資料人；收集國外資料60余冊，余冊，400篇論文，發(fā)布論文篇論文，發(fā)布論文30余篇；國內(nèi)技術(shù)交流余篇；國內(nèi)技術(shù)交流80余次；工程用大余次；工程用大變形鋼管性能試驗(yàn)變形鋼管性能試驗(yàn)10000余次，應(yīng)變計(jì)算和校核算例余次，應(yīng)變計(jì)算和校核算例200余個(gè)，抗大變形管余個(gè)，抗大變形管防腐層、焊接性能試驗(yàn)防腐層、焊接性能試驗(yàn)

7、8000余件次；余件次； 西氣東輸二線采用基于應(yīng)變設(shè)計(jì)了強(qiáng)震區(qū)西氣東輸二線采用基于應(yīng)變設(shè)計(jì)了強(qiáng)震區(qū)0.3g地區(qū)地區(qū)276km，活動(dòng)斷裂帶，活動(dòng)斷裂帶11條干線管道與斷裂帶交叉處條干線管道與斷裂帶交叉處25處處10km設(shè)計(jì)并應(yīng)用了大變形鋼管。設(shè)計(jì)并應(yīng)用了大變形鋼管。 中緬管道采用基于應(yīng)變設(shè)計(jì)，包括強(qiáng)震區(qū)（中緬管道采用基于應(yīng)變設(shè)計(jì)，包括強(qiáng)震區(qū)（9度）度）54.5km，6km斷裂帶，斷裂帶，0.5km采空區(qū)。用了國產(chǎn)的大應(yīng)變管。采空區(qū)。用了國產(chǎn)的大應(yīng)變管。二、國內(nèi)基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀二、國內(nèi)基于應(yīng)變設(shè)計(jì)現(xiàn)狀 三、基于應(yīng)變設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與流程三、基于應(yīng)變設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與流程2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)

8、劃總院第20頁管道變形能指標(biāo) 初期值應(yīng)力比 r， uELL等及管子壁厚等采用經(jīng)驗(yàn)公式或試驗(yàn)、有限元計(jì)算等確定管線的極限應(yīng)變、安全系數(shù)、許用應(yīng)變用許用應(yīng)變設(shè)計(jì)應(yīng)變調(diào)整鋪設(shè)（埋設(shè)）方式、管子壁厚、管線性能參數(shù)、焊接接頭性能參數(shù)生產(chǎn)條件是否能保證管子的r、 UEL生產(chǎn)的鋼管：r、 UEL以上要求值鋪設(shè)：按預(yù)定方案鋪設(shè)YESYESNONO選擇應(yīng)變計(jì)算模型進(jìn)行管道應(yīng)變計(jì)算、設(shè)計(jì)應(yīng)變工藝輸送參數(shù)、場地參數(shù)、土壤參數(shù)、位移參數(shù)、敷設(shè)條件 3.2 3.2 基于應(yīng)變設(shè)計(jì)流程基于應(yīng)變設(shè)計(jì)流程 三、基于應(yīng)變設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與流程三、基于應(yīng)變設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與流程四、設(shè)計(jì)應(yīng)變與許用應(yīng)變四、設(shè)計(jì)應(yīng)變與許用應(yīng)變 五、大變形鋼管及環(huán)焊縫性

9、能要求五、大變形鋼管及環(huán)焊縫性能要求5.15.1、大變形鋼板、鋼管的技術(shù)條件、大變形鋼板、鋼管的技術(shù)條件 基于應(yīng)變設(shè)計(jì)的地段宜采用直縫埋弧焊鋼管，并具基于應(yīng)變設(shè)計(jì)的地段宜采用直縫埋弧焊鋼管，并具有足夠強(qiáng)度和變形能力，大變形鋼管。有足夠強(qiáng)度和變形能力，大變形鋼管。 在大變形直縫埋弧焊管用熱軋鋼板、鋼管補(bǔ)充技術(shù)在大變形直縫埋弧焊管用熱軋鋼板、鋼管補(bǔ)充技術(shù)條件中，條件中， 主要增加了以下要求：主要增加了以下要求： 對鋼板和鋼管的縱向拉伸性能的要求；對鋼板和鋼管的縱向拉伸性能的要求； 對鋼管時(shí)效后力學(xué)性能的要求；對鋼管時(shí)效后力學(xué)性能的要求； 對鋼管涂覆溫度的要求；對鋼管涂覆溫度的要求； 2021年12

10、月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第26頁5.1.2 管材的應(yīng)力管材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 在設(shè)計(jì)應(yīng)變的計(jì)算中應(yīng)采用管材真應(yīng)力在設(shè)計(jì)應(yīng)變的計(jì)算中應(yīng)采用管材真應(yīng)力-應(yīng)變曲線。應(yīng)變曲線。 大變形管線鋼應(yīng)力大變形管線鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線為應(yīng)變曲線為RH曲線，在屈服點(diǎn)處沒有明顯的屈服平臺(tái)。曲線，在屈服點(diǎn)處沒有明顯的屈服平臺(tái)。較高的形變強(qiáng)化指數(shù)（較高的形變強(qiáng)化指數(shù)（n）、較大的均勻塑性變形延伸率（）、較大的均勻塑性變形延伸率（b）、）、 較低較低的屈強(qiáng)比（的屈強(qiáng)比（yb） 。該曲線抗拉強(qiáng)度之前的任意。該曲線抗拉強(qiáng)度之前的任意0.2%應(yīng)變范圍內(nèi)，應(yīng)變范圍內(nèi)，終點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)大于始點(diǎn)應(yīng)力。終點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)大于始點(diǎn)應(yīng)力。

11、nyyEE).(005. 0(2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第27頁“補(bǔ)充技術(shù)條件”對鋼管、分鐘時(shí)效后的力學(xué)性能要求5.2.2管體焊縫拉伸試驗(yàn)管體焊縫拉伸試驗(yàn) 應(yīng)在首批檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程控制試驗(yàn)以及必要時(shí)，提供焊應(yīng)在首批檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程控制試驗(yàn)以及必要時(shí)，提供焊縫金屬拉伸全曲線，全曲線應(yīng)顯示位移和力的關(guān)系?？p金屬拉伸全曲線，全曲線應(yīng)顯示位移和力的關(guān)系。 采用焊條電弧焊和補(bǔ)強(qiáng)覆蓋半自動(dòng)焊方法實(shí)現(xiàn)了整體焊采用焊條電弧焊和補(bǔ)強(qiáng)覆蓋半自動(dòng)焊方法實(shí)現(xiàn)了整體焊接接頭的高強(qiáng)匹配接接頭的高強(qiáng)匹配 30西氣東輸二線工程通過強(qiáng)震區(qū)和斷裂帶的基于應(yīng)變設(shè)計(jì)6.1模型建立 通過對國內(nèi)外常用的4種埋地管道抗

12、震計(jì)算方法的實(shí)例計(jì)算分析和比較，確定了強(qiáng)震區(qū)管道應(yīng)變計(jì)算模型；通過對斷層位移作用下管道應(yīng)變計(jì)算理論模型、有限元模型的比選和改進(jìn)，建立了西氣東輸二線工程活動(dòng)斷層段管道應(yīng)變計(jì)算模型： max=強(qiáng)震區(qū)管道應(yīng)變計(jì)算模型強(qiáng)震區(qū)管道應(yīng)變計(jì)算模型活動(dòng)斷層段管道應(yīng)變計(jì)算模型活動(dòng)斷層段管道應(yīng)變計(jì)算模型 六、典型工程應(yīng)用情況六、典型工程應(yīng)用情況316.2模型驗(yàn)證 為保證管道應(yīng)變計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，中國石油大學(xué)、中科院力學(xué)所分別采用不同的模型，通過實(shí)例計(jì)算對建立的模型進(jìn)行了橫向比較和校核論證。美國能源可靠性研究中心（CRES）對該模型進(jìn)行了獨(dú)立的校核。中中國國石石油油大大學(xué)學(xué)模模型型中中科科院院力力學(xué)學(xué)所所模模型型推

13、薦模型推薦模型32地震波作用下的許用應(yīng)變地震波作用下的許用應(yīng)變斷層位移作用下的許用許應(yīng)變斷層位移作用下的許用許應(yīng)變6.3極限應(yīng)變和許用應(yīng)變 336.4 基于應(yīng)變設(shè)計(jì) 根據(jù)西氣東輸二線管道工程的具體參數(shù)，采用推薦的應(yīng)變計(jì)算模型和容許應(yīng)變，進(jìn)行了強(qiáng)震區(qū)和活動(dòng)斷層的抗震設(shè)計(jì)，明確通過不同地段的用管、敷設(shè)方式、抗震措施等： a、在地震波作用下，直管段和彎頭的設(shè)計(jì)應(yīng)變都小于規(guī)定的容許拉伸應(yīng)變(0.9%)和容許壓縮應(yīng)變(0.47%)。采用符合X80HD1性能的X80鋼管能滿足設(shè)計(jì)要求； b、對沿線通過的11條活動(dòng)斷層共25處交叉區(qū)段，進(jìn)行了管道應(yīng)變的計(jì)算、校核和優(yōu)化。34典型活動(dòng)斷層區(qū)段埋地管道應(yīng)變計(jì)算及設(shè)計(jì)方案典型活動(dòng)斷層區(qū)段埋地管道應(yīng)變計(jì)算及設(shè)計(jì)方案2021年12月15日CPPEI 中國石油規(guī)劃總院第35頁喀什河斷層與管道交叉位置圖喀什河斷層與管道交叉位置圖37典型敷設(shè)