一種輸送鋼管殘餘應力水平的控制方法
2023-10-08 21:19:44 5
專利名稱：一種輸送鋼管殘餘應力水平的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種輸送鋼管管線設計領域，尤其涉及一種輸送鋼管殘餘應力水平的
控制方法。
背景技術：
輸送鋼管在製造過程中，會使管體中存在一定的殘餘應力。殘餘應力的存在，有減 少鋼管變形抗力、增加應力腐蝕開裂傾向、降低鋼管尺寸精度等等不利影響。例如，殘餘應 力較大的螺旋埋弧焊鋼管，應力腐蝕是其破壞失效的主要因素之一。因此，有必要對鋼管的 殘餘應力水平進行合理的限制。 管體中殘餘應力的分布有很大的局部性特徵，即不同位置、部位殘餘應力的大小、 方向通常有較大的差異。局部殘餘應力的大小對組織、性能和結構缺陷部位的脆性斷裂、疲 勞破壞和應力腐蝕等失效有較大的影響。已有許多文獻對不同類型鋼管的殘餘應力大小、 分布進行了大量研究，並系統地給出管道安全分析時不同管型各個部位殘餘應力的取值建 議；對影響鋼管承壓能力的宏觀或整體殘餘應力，在生產中亦有許多成型、焊接方面的控制 方法和措施；同時，各種標準和規範中有對整體的殘餘應力大小也作了限制性規定。關於殘 餘應力的控制指標已有文獻提出，但是，其經驗的成分較多，缺乏理論依據，不能準確確定 殘餘應力的控制水平。
發明內容
本發明的目的在於提供一種通過計算方法推導得到鋼管宏觀或整體殘餘應力限 定指標的輸送鋼管殘餘應力水平的控制方法。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下 本發明輸送鋼管殘餘應力水平的控制方法，包含以下步驟 第一步根據公式(1)計算得出最大允許彈復量AM;
AM
1.16F 一
(1)
其中，AM鋼管的彈復量；
Ps-—設計壓力；
t——鋼管公稱壁厚；
o r-----殘餘應力；
os——鋼管最小的屈服強度； D——鋼管外徑； u——泊松比(通常取0.3); E——彈性模量； 第二步將實際測得的實測彈復j t小於或者等於最大允許彈復J
:和計算得到的最大允許彈復量AM相比較，當 AM時，說明殘餘應力的水平在可接受的範圍
3內；當實測彈復量大於最大允許彈復量AM時，說明殘餘應力的水平太高，被測鋼管不符合 要求。 本發明的有益效果如下 本發明的方法來自於經典公式——米塞斯屈服準則公式的推導，在理論上更具可 靠性，可以給殘餘應力的控制提供明確的依據。而且通過控制彈復量來控制殘餘應力，操作 簡便，易於理解。
具體實施例方式
本發明輸送鋼管殘餘應力水平的控制方法是基於基本關係式(2):米塞斯(Von. Mises)屈服準則推導得出^^
(2)
(3) 其中，F是設計係數。 輸送鋼管屬於薄壁圓筒，徑向主應力。3為零，靜水壓試樣的屈服則是環向和軸向 雙向拉應力作用下的雙向應力屈服。由於靜水壓試驗環向h和軸向02都是拉應力且有 2比1的比例關係，不考慮鋼管殘餘應力的情況下，靜水壓試樣環向臨界的屈服應力即屈服 強度Ohs和在單向拉伸條件下鋼管管體橫向的屈服強度Ors之間有如下的關係
0 hs = 1. 16 o rs (4)
同時，防止發生屈服的強度條件是 ohs《1.16Fors (5)
其中，。hs-靜水壓試樣環向屈服強度
o 鋼管橫向真實屈服強度 由於整體殘餘應力會與工作載荷內壓疊加，為保證鋼管在運行中不發生塑性變 形，殘餘應力與管線在設計壓力下運行時的工作應力組成的相當應力不超過需用應力，即 有關係式(6)。將殘餘應力與彈復量之間的關係式(7)代入(6)即得到最大彈復量的計算 /入二
'厶、式(1)
-+ CT-
￡Y AM AM
1.16F 一
2f
(6)
(7)
(1)
4
其中，AM鋼管的彈復量 Ps——設計壓力； F——設計係數； t—一鋼管公稱壁厚； o r——殘餘應力； 0s一一鋼管最小的屈服強度； D——鋼管外徑； u——泊松比(通常取0.3); E—一彈性模量。
下面結合實施例進一步說明 例1 :管線的設計壓力是12MPa、管徑1219mm、壁厚18. 4mm、鋼管材料最小屈服強度 是555MPa、設計係數0. 72。將以上各值帶入公式(1)、公式(2)，得其最大彈復量是76. 24mm， 如果實測彈復量大於76. 24mm，則說明被測鋼管的殘餘應力水平太高，如果實測彈復量小於 76. 24mm，則說明殘餘應力的水平在可接受的範圍內。 例2 :管線的設計壓力是10MPa、管徑1016mm、壁厚14. 60mm、鋼管材料最小屈服 強度是485MPa、設計係數0.72。將以上各值帶入公式(1)、公式(2)，得其最大彈復量是 57. 73mm。如果實測彈復量大於57. 73mm，則說明被測鋼管的殘餘應力水平太高，如果實測彈 復量小於57. 73mm，則說明殘餘應力的水平在可接受的範圍內。
權利要求
輸送鋼管殘餘應力水平的控制方法，其特徵在於包含以下步驟第一步根據公式(1)計算得出最大允許彈復量ΔM； M D 2 ( 1 - 2 ) Et[1.16F S- P sD 2t ]--- ( 1 ) 其中，ΔM鋼管的彈復量；Ps---設計壓力；F---設計係數；t-----鋼管公稱壁厚；σs-----鋼管最小的屈服強度；D-----鋼管外徑；υ-----泊松比(通常取0.3)；E-----彈性模量；第二步將實際測得的實測彈復量和計算得到的最大允許彈復量ΔM相比較，當實測彈復量小於或者等於最大允許彈復量ΔM時，說明殘餘應力的水平在可接受的範圍內；當實測彈復量大於最大允許彈復量ΔM時，說明殘餘應力的水平太高，被測鋼管不符合要求。
全文摘要
本發明公開了一種輸送鋼管殘餘應力水平的控制方法，該方法主要針對目前管線設計領域對殘餘應力的控制還停留在經驗的階段，沒有對應力的控制給出理論的指導。本發明基於現有經典公式進行推導，提出應力控制的方法，彌補了管線設計領域的這一空白。本發明的技術方案主要是利用公式(1)計算得出最大允許彈復量，在把實際測得的彈復量和其相比較，通過控制彈復量來控制鋼管的殘餘應力水平。
文檔編號G01N3/12GK101782563SQ200910210718
公開日2010年7月21日 申請日期2009年11月6日 優先權日2009年11月6日
發明者馮耀榮, 李雲龍, 申昭熙, 董保勝, 陳宏達 申請人:北京隆盛泰科石油管科技有限公司