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管道安全新产品新技术

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什么是油气管道的强度和应力

来源:《管道保护》2021年第5期 作者:熊健 时间:2021-10-15 阅读:

1  强度

变形:材料(钢管)的变形分为弹性变形(外力撤销可以恢复原来形状)和塑性变形(外力撤销不能恢复原来形状,形状发生变化)两种。

强度:材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度(MPa)。

屈服强度与抗拉强度:材料在外力作用下,发生弹性形变,当外力继续增大到一定数值后,会进入塑性形变。弹性形变和塑性形变之间的临界点强度就是屈服强度。材料受拉断裂前的最大应力值称为抗拉强度(强度极限)。屈服强度是抵抗起始变形的能力,抗拉强度是抵抗最大变形的能力。世界各国广泛采用标准规定的管材最小屈服强度值进行管道强度计算。

大口径、高压力管道通过采用高强度钢,可降低管道壁厚和管道自重,制造和焊接过程更加容易,管道敷设费用也得以降低。

屈强比:屈服强度与抗拉强度的比值就是屈强比,屈强比越小钢管在屈服后到最后断裂前的形变容量越大。从管道安全性考虑,钢管的屈强比应尽量小。

钢级:钢级以拉伸屈服强度的最小值表示。

美标API SPEC 5L―2018《管线钢管规范》规定的钢级有A25、A、B、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70和X80。

GB/T 9711―2017 《石油天然气工业管线输送系统用钢管》采用与API SPEC 5L相似的钢级表示法,以“L”代替“X”,屈服强度换算为法定计量单位兆帕(MPa)。例如西气东输一线采用X70(L485)钢级管道,管材的最小屈服强度是485 MPa。

2  应力

应力:物体(钢管)由于外因(受力、湿度和温度变化等)而变形时,在物体内各部分之间产生相互作用的内力,以抵抗这种外因的作用,并试图使物体从变形后的状况恢复到变形前的状况。

环向应力:为了帮助理解,我们假设10个小朋友手拉着手围成一个圆圈(模拟管道),这个圆圈内有一股力量由里向外推小朋友试图冲出圆圈(模拟内压),为保持圆圈的完整,小朋友通过使劲拽住左右小朋友的手抵抗这股力量的力,就是环向应力(见下图)。环向应力等于管径乘以压力除以2倍的壁厚。根据现行规范,管道强度计算公式仅考虑管道环向应力。




许用应力:许用应力值用以判断管道安全性。它通常与材料的最小屈服强度和管道的焊接系数、设计系数有关。管道的工作压力不允许超过许用应力。

 (中国石油天然气管道工程有限公司完整性所熊健供稿)


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