一种喷射火钢质管道热失效分析方法

本发明涉及油气管道安全，特别涉及一种喷射火钢质管道热失效分析方法。

背景技术：

0、技术背景

1、管道为石油和天然气输送网络的关键组成部分，由于焊接缺陷、开挖损伤和腐蚀等原因，管道泄漏事故时有发生，根据美国管道和危险材料安全管理局(phmsa)和欧洲输气管道事故数据组织(egig)定期发布的统计报告，2000年～2023年间共发生了2348起天然气管道事故，泄漏的燃料遇明火存在发生爆炸或火灾事故的可能性。根据api 581，喷射火事故发生概率最高，并且容易引发次生事故而导致事故升级。喷射火是指可燃物与空气沿着射流扩散方向进行快速氧化反应，并伴随大量光和热产生的现象，主要通过热辐射与热对流向四周传递能量。在喷射火作用下管道温度迅速升高，导致管材力学性能退化，管道杨氏模量显著下降。此外，管道异常高度产生的附加应力进一步增大了管道失效风险。因此，有必要对喷射火钢质管道进行热失效分析，为事故防控提供理论依据，从而保障管道的安全运营。

2、喷射火钢质管道热失效分析方法就是根据高温后管材机械性能变化数据，判断管道是否失效以及发生失效的时间。然而，国内外针对喷射火影响下流动状态输气管道热力学响应研究较少。目前，存在的热失效分析方法，存在以下缺点：

3、1、热-流-固三场耦合的管道瞬态动力响应研究较少

4、2、尚未考虑温度对管材力学性能的影响。

5、因此，有必要形成一种喷射火管道热失效分析方法，建立热-流-固三场耦合模型，定量分析高温-内压载荷作用下管道失效风险。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明旨在提供一种喷射火钢质管道热失效分析方法。该方法针对喷射火影响下流动状态输气管道热力学响应进行研究，并建立喷射火下输气管道热失效模拟分析方法，可为管道安全运行提供建议，以保障管道安全运行。

2、本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是一种喷射火钢质管道热失效分析方法，包括以下步骤：

3、s1、开展不同温度条件下管道材质拉伸试验，获取温度-管道力学性能图谱，用于建立材质本构模型。

4、s2、建立喷射火对输气管道热影响瞬态计算模型。选定输气管道，确定相关设计、运行参数，建立事故场景三维瞬态计算模型。

5、s3、获取喷射火热通量分布数据。根据设计、运行参数，基于流体仿真软件建立-热流-固耦合模型，设置边界条件并进行求解，获取在一定时间内输气管道外壁接收的热通量数据。

6、s4、获取输气管道管壁温度分布数据。提取仿真结果中热通量数据导入瞬态热分析模块，施加流场温度载荷与热对流载荷，进行管壁温度求解计算。

7、s5、建立有限元模型。通过二次开发结构，将温度场计算结果作为热力学计算初始边界条件，利用结构分析软件，根据实验压力数据在输油管道内部施加压力载荷，根据固定方式在管道两端施加边界条件，得到管道应力模拟值。

8、s6、输气管道失效判定分析。根据管道热失效判定准则，判断管道是否失效以及发生失效的时间。

9、作为优选，选择输气管道达到屈服极限时候产生承载的三向应力峰值σmax的75％作为临界阈值。所述预警指标评价体系将管道应力失效风险分为3个等级：

10、ⅰ级为高风险，σ>σmax；

11、ⅱ级为中风险，0.75σmax<σ<σmax；

12、ⅲ级为低风险，σ<0.75σmax。

13、本发明的一种喷射火钢质管道热失效分析方法考虑了管道泄漏导致喷射火事故对管道的影响，探究喷射火下输气管道的热力学响应情况，为事故防控提供理论依据，从而保障管道的安全运营。

14、为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

技术特征：

1.一种喷射火钢质管道热失效分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种喷射火钢质管道热失效分析方法，其特征在于s5中所述喷射火钢质管道应力监测方法进行量化，建立喷射火钢质管道应力监测方法评价体系；

技术总结
本发明公开了一种喷射火钢质管道热失效分析方法，步骤如下：开展不同温度条件下管道材质拉伸试验，建立本构模型；建立喷射火对输气管道热影响瞬态计算模型；基于流体仿真软件建立流固耦合模型，获取喷射火热通量分布数据；提取仿真结果中热通量数据导入瞬态热分析模块，获取输气管道管壁温度分布数据；建立有限元模型，模拟得到管道受到的总应力；根据管道热失效判定准则，对管道应力失效风险进行评估，判断管道是否失效以及发生失效的时间。为输气管道喷射火事故防控提供理论依据，从而保障管道的安全运营。

技术研发人员：张紫琪,何腾蛟,廖柯熹,何国玺,覃敏,廖健成
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/26