输气管道特殊管段应力分析及安全性研究

摘要

管道运输作为铁路、公路、海运、民用航空和管道五大运输行业之一，在石油化工行业中的应用越来越广泛。在生产中其担负着高温、高压、易燃、易爆等介质的输送任务，一旦发生失效破坏，将会造成严重的后果，给国家和人民群众造成重大损失。 近年来，随着工业化进程和城市化速度的不断加快，国内管道数量不断增加，特别是用于运输原油、天然气、成品油等介质的管道在今后一段时期内将有很大的发展。管道一般要经过人口密集区、穿越隧道、跨越障碍物等特殊的地方，这些地方的管段施工、检修和安全状态检测难度较大，一旦发生失效，造成的后果很严重。为了保证管道的安全运行，保护人民的生命财产安全，我们必须重点对这些特殊管段进行应力分析和安全性研究。 本文主要对输气管道中的埋地管段和跨越管段进行应力分析，根据应力的分类，各种载荷及其简化方法，理论推导内压应力、热应力、外载应力等的计算公式，并运用ANSYS软件对管道在载荷作用下的应力和应变状态进行数值模拟，得出管道应力和应变的分布情况，为这些特殊管段的设计和施工提供依据。其次，是运用事故树分析方法对输气管道整体进行安全性研究，通过定性分析、定量分析和结构重要度分析，得出影响管道失效的各种因素的组合方式，概率以及各因素在导致管道失效时的重要程度，为维护管道的安全运行提供预防措施。 通过本文的研究，掌握了对输气特殊管段的应力分析方法和安全性研究，可以将此方法推广到其他管道。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外

1.2.2国内

1.3研究内容和目标

1.3.1研究内容

1.3.2研究目标

第2章管道应力分析基础理论

2.1概述

2.2载荷及应力

2.2.1载荷的种类及来源

2.2.2应力分类

2.3管道应力的校核

2.3.1一次应力的校核

2.3.2二次应力的校核

2.4所用软件—ANSYS有限元软件介绍

2.4.1 ANSYS软件基本概述

2.4.2ANSYS基本分析过程

2.4.3ANSYS结构静力分析

第3章埋地管道应力分析

3.1应力分析的基本假设

3.2管道的静应力分析

3.2.1管道的内力应力

3.2.2埋地管道的热应力

3.2.3外荷载产生的应力

3.2.4外载荷对管道压力的简化

3.2.5强度验算

3.3管道应力分析的数值模拟

3.3.1管道资料

3.3.2数值模拟

3.3.3结论

3.4本章小结

第4章跨越管道应力分析

4.1概述

4.2跨越管道静力分析

4.2.1管道的环向应力

4.2.2管道的轴向应力

4.2.3温差应力

4.2.4管道剪应力

4.2.5当量应力

4.2.6强度验算

4.3管跨越管道内力和变形分析

4.3.1有固定墩跨越管道的内力和应变分析

4.3.2无固定墩跨越管道的内力和应变分析

4.3.3跨越管道横向载荷q中风载荷和雪载荷的计算

4.4跨越管道的数值模拟

4.4.1管道资料

4.4.2有固定墩跨越管道数值模拟

4.4.3无固定墩跨越管道数值模拟

4.5本章小结

第5章输气管道失效事故树分析

5.1事故树分析法

5.1.1简介

5.1.2事故树的符号及意义

5.1.3事故树分析步骤

5.2事故树的建立

5.3输气管道失效事故树分析

5.3.1定性分析

5.3.2定量分析

5.3.3结构重要度分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的学术成果

致谢