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AutoPIPE在輸油埋地管道中的應(yīng)用

文檔作者：張連來(lái)1 霍志欣2 文檔來(lái)源： 1．中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司 2．北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月26日
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2013年管道技術(shù)5 鑷告2013
箜!塑望里!!!竺里!壘璺!旦豎呈型蘭旦竺!里里呈坐塑!：蘭
AutoPIPE在輸油埋地管道中的應(yīng)用
張連來(lái)1，霍志欣2
(1．中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司，北京100085；2．北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司，北京lO∞15)
摘要：埋地管道應(yīng)力分析的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確模擬土壤對(duì)管道的作用，研究管道周圍的土壤力學(xué)性能
是正確進(jìn)行埋地管道應(yīng)力分析的前提?；贏utoPIPE管道應(yīng)力分析軟件，首先對(duì)國(guó)際上埋地管道理論
進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，然后結(jié)合該理論對(duì)某工程中的埋地輸油管道建立了較準(zhǔn)確的應(yīng)力分析模型，進(jìn)行了
較細(xì)致全面的應(yīng)力分析，并指出當(dāng)?shù)厣瞎艿廊嵝宰銐驎r(shí)，埋地管道出土入土處端點(diǎn)位移較小，不需要設(shè)
計(jì)固定墩。對(duì)管道應(yīng)力分析工作者利用AutoPIPE進(jìn)行埋地管道應(yīng)力分析具有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：AutoPIPE；埋地管道；應(yīng)力分析；土壤剛度
中圖分類號(hào)：TE8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004—9614(2013)04—0012—03
Application of AutoPIPE to Buried Pipeline for Oil Transportation
ZHANG Lian．1ai 1．HUO Zhi．xin2
(1．China Petroleum Engineering Co．，Ltd．，Betling 10011嬲，China；
2．neUJ雌WorleyParsons Engineering and Technology Co．，Ltd．，B哪I鳴100015，China)
AbsWact：The critical premise to make a stress analysis of buried pipeline is the exact simulation of the interaction between
soil and pipe，SO it is important to study the soil mechanical property around the pipe and obtain a simplified soil model and to put
it to uBe in software simulation．First．the paper briefly introduces the current buried pipe theory and then modeled some buried oil
pipeline in AutoPIPE on the basis of seme relevant theory and finally conducts an overall stress analysis of this pipeline system．
It points out that enough flexibility of ground pipeline results in so small a dis#acement at the interface between the soil and the
pipe that it is not necessary to fix an anchor at the interface between the soil and the pipe．This is of some significance to condue—
ting pipe SL／r嘲engineering when a buffed pipeline stress analysis is made in the use of AutoPIPE．
Key words：AutoPIPE；buffed pipeline；stress analysis；soil stiffness ．
0引言
目前國(guó)際通用的管道應(yīng)力分析軟件有CAESAR 11
和AutoPIPE，埋地理論有L．C．Peng理論?和ALA(A—
merican Lifelines A]．1iance)理論旺1，L．C．Peng理論由于
對(duì)土壤參數(shù)的處理過(guò)于簡(jiǎn)單且其應(yīng)用有一定的局限
性，只在CAESAR II中被采用，國(guó)內(nèi)對(duì)埋地管道的應(yīng)
力分析仍采用該理論，但ALA理論正逐漸獲得更多工
程師的認(rèn)可和應(yīng)用¨J。AutoPIPE由于其對(duì)土壤參數(shù)
的處理更精確更合理，在埋地管道應(yīng)力分析中比CAE．
SAR lI應(yīng)用得多。
ALA(American Lifelines Allianee)即美國(guó)生命線
聯(lián)盟于1998年在美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)(ASCE)和聯(lián)
邦應(yīng)急管理署(FEMA)的合作協(xié)議下產(chǎn)生，并于1999
年第一次出版了埋地鋼管的設(shè)計(jì)導(dǎo)則，用于指導(dǎo)埋地
管道的設(shè)計(jì)和計(jì)算。
收稿日期：2012—11—01 收修改稿日期：2013—03—19
1土壤模型的簡(jiǎn)化及剛度計(jì)算
ALA理論認(rèn)為管道周圍的土壤會(huì)發(fā)生彈性一塑
性變形過(guò)程，且采用離散化的非線性彈簧來(lái)模擬土壤
對(duì)管道的連續(xù)作用。因此，非線性彈簧的剛度決定了
土壤對(duì)管道作用的真實(shí)情況，土壤對(duì)管道的約束作用
在管道的軸向、水平橫向、豎直向上、豎直向下4個(gè)方
向，如圖1所示。
圖1中，P。為單位長(zhǎng)度上水平橫向最大土壤載
荷；△p為土壤水平橫向最大彈性位移；瓦為單位長(zhǎng)度
上軸向最大土壤載荷；At為土壤軸向最大彈性位移；
Q。為單位長(zhǎng)度上豎直向上最大土壤載荷；Aqu為土壤
豎直向上最大彈性位移；Qd為單位長(zhǎng)度上豎直向下最
大土壤載荷；△廬為土壤豎直向下最大彈性位移。
土壤剛度通過(guò)最大土壤載荷與最大彈性位移來(lái)
表征，即土壤剛度由該方向上的最大土壤載荷除以該
方向上的最大彈性位移得到。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第4期張連來(lái)等：AutoPIPE在輸油埋地管道中的應(yīng)用13
PI．
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(a)水平橫向(b)軸向
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(c)堅(jiān)直向上、豎直向下
圖1土壤簡(jiǎn)化雙線性模型
2 ASME B31．4—2009應(yīng)力校核準(zhǔn)則H o
對(duì)于軸向位移受到約束的管道，其應(yīng)力應(yīng)滿足：
SL+Sh<0．9·S， (1)
式中：S。為軸向壓縮應(yīng)力，MPa；S。為環(huán)向應(yīng)力，MPa；
S。為管道的最小屈服極限，MPa．
對(duì)于軸向存在位移的管道，其應(yīng)力應(yīng)滿足：
SE<0．72·S， (2)
式中S。為最大熱應(yīng)力，MPa．
由壓力、重力及其他持續(xù)性外載荷產(chǎn)生的軸向應(yīng)
力之和應(yīng)小于0．75·0．72·S。，由壓力、活動(dòng)載荷、靜
態(tài)載荷及偶然載荷(如風(fēng)、地震等)產(chǎn)生的軸向應(yīng)力之
和應(yīng)小于0．8·S。．
3 AutoPIPE建模睛“o
3．1區(qū)域劃分
AutoPIPE用3個(gè)不同的區(qū)段來(lái)對(duì)埋地管道進(jìn)行
單元?jiǎng)澐?，其中￡。為橫向變形區(qū)，由承載跨距決定；￡。
為過(guò)渡區(qū)，由最大滑移長(zhǎng)度決定，計(jì)算￡。只是為了得
到￡。；￡。為錨固區(qū)，由虛擬錨固段長(zhǎng)度決定，L。=C。·
三。，co為無(wú)量綱參數(shù)，取值范圍為1．0-2．0。D。為管
道外徑。土壤節(jié)點(diǎn)間距如圖2所示。
3．2土壤識(shí)別
在AutoPIPE中，水平管道與垂直管道必須采用不
同的土壤識(shí)別符號(hào)，尤其需要注意兩者過(guò)渡處彎頭的
處理，因?yàn)閮烧叩耐寥绤?shù)有所差別。首先水平管道
|= 0．75L。
11 r
7
晦意叫A03， 土壤尊點(diǎn)rr A0s 固享冬
3．02
“
A04
。。
■?。甶。哦、． 20／)。．
100D。
區(qū)域3
圖2土壤節(jié)點(diǎn)間距
的埋深為土壤到管中心的距離，垂直管道的埋深為土
壤至垂直管中心的距離，其次垂直管道的豎直向上土
壤剛度，豎直向下土壤剛度等于水平橫向土壤剛度。
4工程應(yīng)用
4．1輸入?yún)?shù)
某國(guó)外油氣田地面建設(shè)工程中有一條從計(jì)量撬
到已有管線的輸油埋地管道，其特性參數(shù)、環(huán)境參數(shù)
及操作參數(shù)如下：
鋼管材質(zhì)API一5L Gr．B，規(guī)格(I)406×15．88，腐
蝕余量l mm，流體密度850 kg／m3，地上管段保溫厚度
60 mm，保溫密度160 kg／m3，設(shè)計(jì)溫度105℃，操作溫
度75℃，設(shè)計(jì)壓力9 000 kPa，安裝溫度25℃，環(huán)境最
低溫度一5℃，地震加速度0．29，基本風(fēng)速40 m／s，風(fēng)
型系數(shù)0．7。當(dāng)?shù)赝寥绤?shù)來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)地勘報(bào)告，如
表1所示。
表1土壤參數(shù)
土壤至水平管土壤土壤干密度含水量土壤內(nèi)聚力土壤內(nèi)摩擦壓實(shí)
中·L,世ltY,／,m 類型／(kg·m_3) ／％ ／(N·m-2) 角／(。) 系數(shù)
1 223 fat clay l 778 14．7 43 045 0 n 94
4．2結(jié)果分析
AutoPIPE管道模型如圖3所示，管系兩端為地上
管道，中間為大約87 m的埋地管道，由于埋地管線較
長(zhǎng)，只取兩端部分埋地管段做為圖示。
根據(jù)土壤參數(shù)計(jì)算出的土壤剛度如表2所示，虛
擬錨固段長(zhǎng)度厶為194 386．67 mm．
表2土壤剛度
出土點(diǎn)A16、入土點(diǎn)B06各個(gè)方向的最大位移如
表3所示，其位移較小，不足以傾覆土壤發(fā)生管道拱出
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
14 Pipeline Technique and Equipment Jul．2013
地面的情況，因此不需要設(shè)計(jì)固定墩‘71。表4最大應(yīng)力分布情況
(b)
圖3 AutoPIPE模型
表3出土入土處最大端點(diǎn)位移
管系中最大應(yīng)力分布情況如表4所示，計(jì)算應(yīng)力
與許用應(yīng)力的比率小于1，即應(yīng)力滿足規(guī)范ASME
B31．4的要求，該管系的應(yīng)力分析結(jié)果為通過(guò)。
5結(jié)束語(yǔ)
對(duì)ALA埋地理論進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，并指出利用
AutoPIPE進(jìn)行埋地管道應(yīng)力分析時(shí)的注意要點(diǎn)，最后
對(duì)某工程實(shí)例進(jìn)行模擬計(jì)算，分析了計(jì)算結(jié)果，介紹
了AutoPIPE的埋地管道理論依據(jù)及其應(yīng)用，對(duì)利用
AutoPIPE進(jìn)行埋地管道應(yīng)力分析有一定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
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Liquid Hydrocarbons and Other Liquids．
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2006．
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2007．
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與設(shè)備，1997(2)：6—10．
作者簡(jiǎn)介：張連來(lái)(1980一)，工程師，碩士研究生，現(xiàn)主要從事
油氣儲(chǔ)運(yùn)工程設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)研究。
E—mail zllyx7358@126．com
(上接第1l頁(yè))
5結(jié)束語(yǔ)
(1)抽油機(jī)井管桿偏磨、腐蝕問(wèn)題產(chǎn)生的原因是
多元的，因此在偏磨及腐蝕問(wèn)題的治理上也應(yīng)遵循綜
合治理的原則。
(2)開(kāi)發(fā)的硼酚醛一環(huán)氧樹(shù)脂涂層材料可有效地
延長(zhǎng)油管的使用壽命，防腐防偏磨的效果明顯。
(3)該種涂料可與其他防腐防偏磨方法配合使
用，綜合治理采油管柱的偏磨和腐蝕問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)：
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原因分析．石油化工腐蝕與防護(hù)，2000，17(4)：43—44．
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String in the Inclined Well．SPE 21665，1991．
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SPE 64523，2000．
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究．管道技術(shù)與設(shè)備，2010(2)：49．
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技術(shù)對(duì)策．石油機(jī)械，2000，28(6)：32—33．
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策的研究與應(yīng)用．鉆采工藝，2006，26(1)：84—86．
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涂料與涂裝，2004(3)：6—7．
[9] 掌繼峰．納米鈦改性聚合物的制備及其在防腐涂料中的
應(yīng)用：[學(xué)位論文]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006．
作者簡(jiǎn)介：2J學(xué)彬(1987一)，在讀碩士，研究方向?yàn)橛蜌夤艿栏?
蝕與防護(hù)。E—mail：56817591@163．corn
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
AutoPIPE在輸油埋地管道中的應(yīng)用
作者： 張連來(lái)， 霍志欣， ZHANG Lian-lai， HUO Zhi-xin
作者單位： 張連來(lái),ZHANG Lian-lai(中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司,北京,100085)， 霍志欣,HUO Zhixin(
北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司,北京,100015)
刊名：
管道技術(shù)與設(shè)備
英文刊名： Pipeline Technology and Equipment
年，卷(期)： 2013(4)
參考文獻(xiàn)(7條)
1.PENG L C Stress analysis methods for underground pipelines 1978
2.Guidelines for the Design of Buried Steel Pipe 2001
3.Version 5 20 Caesar Ⅱ User Guide 2009
4.Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids
5.AutoPIPE Stress Analysis Program 2006
6.Bentley AutoPIPE User Guide 2007
7.鄧道明;袁宗明埋地管道出土端的補(bǔ)償設(shè)計(jì) 1997(02)
引用本文格式：張連來(lái).霍志欣.ZHANG Lian-lai.HUO Zhi-xin AutoPIPE在輸油埋地管道中的應(yīng)用[期刊論文]-管道技術(shù)與設(shè)備
2013(4)

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