【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及管线材料性能评估，具体地说，涉及一种喷射火下高压天然气管线完整性评估方法。
技术介绍
1、一种喷射火下高压天然气管线完整性评估方法旨在提高管线在高温环境下的安全性和实时预测管道失效风险，通过考虑管线材料的动态疲劳累积效应及温度梯度应力，控制材料的应力水平和损伤累积，实现管线在喷射火环境下的动态精确失效评估。
2、现有的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法通常难以有效捕捉高温下的材料疲劳损伤和温度梯度应力影响，且由于管道材料在高温环境中会承受多向应力、塑性变形及温差效应的原因，无法准确评估不同时间段的管线破裂失效的问题，因此，提供一种喷射火下高压天然气管线完整性评估方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，以解决上述
技术介绍
中提出的由于管道材料在高温环境中会承受多向应力、塑性变形及温差效应的原因，无法准确评估不同时间段的管线破裂失效的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术目的在于提供了一种喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，包括以下步骤：
3、s1、采集总热通量和环境温度数据，通过建立热平衡方程计算喷射火焰温度；
4、s2、根据喷射火焰温度，计算管线在喷射火下的净吸热强度；
5、s3、根据净吸热强度，迭代计算管线吸热后的管线温度；
6、s4、根据在不同温度下管线材料的极限拉伸强度，结合安全系数计算允许拉伸强度，并考虑管线材料在高温下的疲劳累积效应，
7、s5、计算主应力，并基于温度梯度和材料塑性变形计算管线的等效应力；
8、s6、比较等效应力与动态允许拉伸强度，并通过建立管线材料的渐进性损伤模型判定管线的破裂失效风险。
9、作为本技术方案的进一步改进，所述s1中，采集总热通量和环境温度数据，通过建立热平衡方程计算喷射火焰温度，具体方法如下：
10、s1.1、采集总热通量qnet和环境温度数据t∞；
11、s1.2、建立热平衡方程计算得到喷射火焰温度tf：
12、
13、其中，qtotal为总热通量；hconv为对流传热系数；tf为喷射火焰温度；t∞为环境温度；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数。
14、作为本技术方案的进一步改进，所述s2中，根据喷射火焰温度，计算管线在喷射火下的净吸热强度，具体方法步骤如下：
15、s2、根据喷射火焰温度计算管线净吸热强度qnet：
16、
17、其中，qnet为管线净吸热强度；as为管道吸收率；∈f为喷射火下火焰辐射率；∈s为管线辐射率；a为管线的表面积；tout为管线外壁温度；
18、作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，根据净吸热强度，迭代计算管线吸热后的管线温度，具体方法步骤如下：
19、s3.1、使用线性近似公式表示管线比热容随温度变化，如下：
20、cp(t)＝a+bt+ct2；
21、其中，cp(t)为管线比热容；t为温度；
22、s3.2、确定计算时间步长δt，并根据净吸热强度qney和管线比热容cp(t)，计算t时刻下经过时间步长δt的管线温度变化δt：
23、
24、其中，m为管线质量；δt为在t时刻下经过时间步长δt的管线温度变化；δt为时间步长；cp(t)为管线比热容；
25、s3.3、更新第n+1次迭代的管线温度tn+1：
26、tn+1＝tn+δt；
27、其中，tn为第n次迭代的管线温度；tn+1第n+1次迭代的管线温度；
28、s3.4、重复迭代计算管线温度，直至达到管线破裂温度停止迭代计算。
29、作为本技术方案的进一步改进，所述s4中，根据在不同温度下管线材料的极限拉伸强度，结合安全系数计算允许拉伸强度，并考虑管线材料在高温下的疲劳累积效应，计算动态允许拉伸强度，具体方法步骤如下：
30、s4.1、查找管线材料的极限拉伸强度σlimit(t)；
31、s4.2、引入安全系数sf，在极限拉伸强度σlimit(t)的基础上，计算管线允许拉伸强度σallow：
32、
33、其中，σallow为管线允许拉伸强度；
34、s4.3、在高温环境下，考虑疲劳累积效应对管线材料影响，计算管线材料动态疲劳应力σfatigue(t)；
35、s4.4、结合管线材料动态疲劳应力，计算随着时间的动态允许拉伸强度σallow(t)。
36、作为本技术方案的进一步改进，所述s4.3中，考虑疲劳累积效应对管线材料影响，计算管线材料动态疲劳应力σfatigue(t)，具体方法如下：
37、
38、其中，σfatigue(t)为动态疲劳应力；nf为管线材料的疲劳寿命；σcyclic(t′)为循环应力，表示在t′时刻材料所承受的循环应力；
39、所述s4.4、结合管线材料动态疲劳应力，计算随着时间的动态允许拉伸强度σallow(t)，具体方法如下：
40、σallow(t)＝σallow-σfatigue(t)；
41、其中，σallow(t)为随着时间的动态允许拉伸强度；σallow为管线允许拉伸强度。
42、作为本技术方案的进一步改进，所述s5中，计算主应力，并基于温度梯度和材料塑性变形计算管线的等效应力，具体方法步骤如下：
43、s5.1、计算主应力，主应力包括环向应力σhoop、轴向应力σaxial和径向应力σradial：
44、
45、其中，σhoop为环向应力；σaxial为轴向应力；σradial为径向应力；p为管内压力；d为管道外径；d为管道内径；r为管道内半径；σlong为管道内压导致的纵向应力；σa为管道外压导致的纵向应力；fa为管道轴向力；ap为管线横截面积；m为管道最大弯矩；w为管道截面模量
46、s5.2、通过计算管线的温度梯度，得到管线额外受到的热应力：
47、
48、其中，为温度梯度；δtgrad为管壁内外的温度差；
49、s5.3、使用von mises等效应力来表示塑性应力σplastic对管线影响，并将塑性应力σplastic考虑进等效应力中；
50、s5.4、基于主应力、热应力σthermal和塑性应力σplastic，综合计算得到管线的等效应力σeq。
51、作为本技术方案的进一步改进，所述s5.3、使用von mises公式表示管线的等效应力σeq，具体方法如下：
52、
53、其中，σeq为等效应力。
54、作为本技术方案的进一步改进，比较等效应力与动态允许拉伸强度初步判定管线破裂风险，并通过建立管线材料的渐进性损伤模型最终判定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述S1中，采集总热通量和环境温度数据，通过建立热平衡方程计算喷射火焰温度，具体方法如下：
3.根据权利要求1所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述S2中，根据喷射火焰温度，计算管线在喷射火下的净吸热强度，具体方法步骤如下：
4.根据权利要求1所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述S3中，根据净吸热强度，迭代计算管线吸热后的管线温度，具体方法步骤如下：
5.根据权利要求1所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述S4中，根据在不同温度下管线材料的极限拉伸强度，结合安全系数计算允许拉伸强度，并考虑管线材料在高温下的疲劳累积效应，计算动态允许拉伸强度，具体方法步骤如下：
6.根据权利要求5所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述S4.3中，考虑疲劳累积效应对管线材料影响，计算管线材料动态疲劳应力σf
7.根据权利要求1所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述S5中，计算主应力，并基于温度梯度和材料塑性变形计算管线的等效应力，具体方法步骤如下：
8.根据权利要求7所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述S5.3、使用Von Mises公式表示管线的等效应力σeq，具体方法如下：
9.根据权利要求1所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述S6中，比较等效应力与动态允许拉伸强度初步判定管线破裂风险，并通过建立管线材料的渐进性损伤模型最终判定管线的破裂失效风险，具体方法步骤如下：
10.根据权利要求9所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述S6.2中，建立渐进性损伤模型，并基于渐进性损伤模型最终判定管线的破裂失效风险，具体方法步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述s1中，采集总热通量和环境温度数据，通过建立热平衡方程计算喷射火焰温度，具体方法如下：
3.根据权利要求1所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述s2中，根据喷射火焰温度，计算管线在喷射火下的净吸热强度，具体方法步骤如下：
4.根据权利要求1所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述s3中，根据净吸热强度，迭代计算管线吸热后的管线温度，具体方法步骤如下：
5.根据权利要求1所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估方法，其特征在于：所述s4中，根据在不同温度下管线材料的极限拉伸强度，结合安全系数计算允许拉伸强度，并考虑管线材料在高温下的疲劳累积效应，计算动态允许拉伸强度，具体方法步骤如下：
6.根据权利要求5所述的喷射火下高压天然气管线完整性评估...
【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，陈文峰，潘大新，于成龙，李达，马利锋，党博，张春娥，戴磊，鞠朋朋，蔡广远，李豫，陈宾，王玮健，张琦，
申请(专利权)人：海洋石油工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。