大直徑天然氣管道焊接支管三通連接補強分析

陳志立

摘 要：隨著石油工業的不斷發展，長輸管道已成為石油天然氣運輸的重要方式。大直徑的管道時有運用，在較大的管內壓作用下，管道的接頭處往往成為了受力較復雜的部位，極有可能造成局部破裂，而發生大面積泄露，這給管道安全運行帶來了極大的危害。文章結合巴西GASCAV天然氣管道項目，對天然氣管道TEE連接的方案進行比選并對其力學性能采用有限元的分析方法展開較深入的分析。

關鍵詞：大直徑天然氣管道；三通連接補強；有限元的分析

1 工程背景

巴西GASCAV天然氣管道采用直徑為28″，壁厚為15.88mm的主管，設計壓力為10Mpa，在壓縮機站場內有多處TEE型連接。如果直接采用焊接管段的方法，經按規范公式及三維有限元計算機防真計算，在其連接部位出現多處強度不足部位，必須采取加強措施。

2 方案比選

通常情況下，可采用的加強方法有以下幾種：等徑三通、異徑三通、插入加強管接頭、局部補強、整體補強等方案、近年來出現的較新的補強方法有碳纖維復合材料補強技術。

其優缺點歸納如下：

本工程采用的是整體補強的方案，主要是考慮市場上沒有28″管徑的TEE型接頭，如果定做時間周期太長。在工期要求非常緊的情況下，考慮到施工單位有能力現場制作補強TEE接頭，選擇了質量可靠的整體補強的方案，如圖1所示。

3 計算分析

文章對整體補強三通受力采用有限元計算機仿真模擬。

計算軟件采用國際通用有限元分析軟件ANSYS10.0

問題描述：本工程TEE型連接，設計內壓為10MPa，管材為Y70，屈服強度為482MPa。物力及幾何參數分別如下：

選擇主管徑為711.2mm，支管為354.74mm，經整體補強后的幾何模型如圖2所示； 鋼材的物理力學本構參數輸入如圖3。

計算結果分析：

未經補強時TEE接頭部位出現應力較集中的部位在TEE肩部內側，最高應力達到357MPa，如圖4所示，超過了材料考慮安全系數后的屈服強度。

經過整體補強后，最高應力下降到289MPa，如圖5所示，小于考慮安全系數后的屈服強度，應力值下降了約19%，效果非常明顯。

完工后的TEE連接如圖6所示，經實踐運行，此做法安全可靠，運行正常。