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          对海上在用金属软管进行适应性分析研究是十分必要的

          2018-12-11 8:52:17??????点击:

          针对埕岛油田海上井组平台金属管理中出现的疲劳变形、渗漏断裂等问题,从软管疲劳寿命进行适应性分析研究,对软管管理和使用提出建议。 
            【关键词】金属软管;疲劳;寿命;漏蚀;失效;预防措施  
            波纹金属软管(简称金属软管)是现代工业管路中一种高品质的柔性管道。它主要由波纹管、网套和接头组成。作为各类管路工程中柔性联接元件,金属软管具有重量轻、体积小、耐腐蚀、耐高温、承压高,吸收振动、补偿管道中大的位移偏差特点。目前,没有任何机构或厂家对海上平台金属软管的受力分析、位移补偿量计算、安装方式、使用寿命等进行评价、规范。所以,为保证工艺流程、集输管路的平稳运行,对海上在用金属软管进行适应性分析研究是十分必要的。 
            1.海上平台金属软管应用情况 
            目前海上平台在用金属软管90余条,从安装位置可分为:工艺流程,位于栈桥计量流程、混输流程、海管外输流程。从软管外形可分为:直线型、U型管、B型管三类。特别是B型软管,由两条直线软管通过90°刚性弯头连接,能够很好的补偿安装位置处的轴向、侧向和角向位移(见下图)。 
            图1 B型安装示意图 
            2.软管弯曲疲劳评价及疲劳寿命有限元分析 
            2.1软管弯曲疲劳评价 
            金属软管依靠自身的弯曲变形来对系统进行位移补偿的,常见变形形式如下图所示: 
            直线型 U型管B型管 
            图2 软管变形补偿位移量的形式 
            分析以往发生的软管泄漏事故,一是软管内部压力直接作用,随着压力升高,软管内应力交变次数超过极限,产生疲劳裂纹,本体受损,压力骤然释放,管线拉伸、收缩变形,造成断裂;二是金属软管安装后,流程管线受力位移,在补偿位移量的过程中,长期处于弯曲变形,不能恢复正常的受力状态,本体受力不均匀,循环寿命受损,弯曲寿命周期和安全性能降低,逐渐达到弯曲疲劳和屈服极限,在薄弱部位产生疲劳裂纹,导致刺漏。 
            2.2软管疲劳疲劳的有限元分析 
            MSC?Fatigue软件是一个通用性很强的基于有限元分析结果的疲劳分析设计工具,通过创建疲劳分析模型,设置疲劳分析参数,可用来灵活地计算、预测软管的疲劳寿命,能够很好地预测出波纹管寿命次数。在日常管理中,通过有限元计算,找出软管薄弱部位,预测软管疲劳寿命,便于加强重点部位巡检,组织好到期软管的强制更换,提高管理水平,更准确的对在用金属软管的安全性进行评价。 
            3.金属软管失效形式、漏蚀原因分析 
            金属软管的失效形式通常有以下几种。 
            3.1金属软管中的波纹管发生开裂及泄漏 
            3.1.1焊缝开裂 
            金属软管中的柔性波纹管段,大多采用纵缝焊管。往往由于纵缝焊本身质量缺陷使管强度不够导致焊缝处开裂破坏。这种破坏属波纹管纵焊缝质量问题,可通过对进货软管的抽检进行监督。 
            3.1.2腐蚀穿孔破坏 
            由于目前金属软管的材质大多为lCrl8Ni9Ti、OCrl8Ni9等奥氏体型不锈钢,这些不锈钢中含有较多的非金属夹杂物(如硅酸盐、氧化物、TiN等)。当管路中通腐蚀性介质时,就会在焊缝熔合线边缘或其它薄弱点形成腐蚀性穿透微孔。 
            3.1.3疲劳破坏 
            在日常工作状态下,金属软管受到循环载荷作用往往发生疲劳裂纹破坏。此种破坏属正常失效,日常应加强巡检,严格执行强制更换的规定。同时,按照规范安装软管,防止因安装不当造成软管产生扭曲等附加应力,缩短使用寿命。 
            3.2金属软管铠装钢丝网套拉脱或断裂使波纹管外鼓失效 
            金属软管中的不锈钢丝网套主要是对波纹管起保护作用和承受波纹管内介质压力(主要是轴向力)作用。网套包覆在波纹管外部,两端与波纹管和端环及接头焊接。 
            3.2.1环境影响 
            金属软管外套丝网在沿海含氯离子的潮湿大气介质及拉应力共同作用下,部分发生氯离子应力腐蚀并断裂,部分点蚀后断裂,这是一个比较缓慢的逐步断裂过程。当最后剩余的钢丝不足以承受波纹管的内压及热膨胀载荷时全部被过载拉断。在缺少丝网依托下,波纹管发生瞬时过度弯曲变形而在焊缝的薄弱区撕裂失效,导致软管断裂。 
            3.2.2安装不当,造成丝网拉断 
            软管在安装过程中,由于安装不当,或承受压力过高时,软管将受到拉伸及扭曲作用,当拉伸或扭曲产生的应力超出软管钢丝网套的极限强度时,会使软管三位一体焊接部位的网套或其它部位的网套拉断,进而使波纹管外鼓拉伸破坏,引起原油泄漏。 
            3.2.3虚焊造成丝网套拉脱 
            由于焊接质量的原因,使波纹管、环和钢丝网套在三位一体焊接过程中造成部份钢丝的虚焊(过烧或末焊上)。这样软管装入管路后由于钢丝受力不均,在介质压力作用下,虚焊处钢丝先拉脱,使整个钢丝网套拉脱,致使波纹管外鼓失效,发生危险。 
            3.3金属软管接头(内连接部分)焊接质量缺陷,造成软管泄漏失效 
            软管管体在与软管接头焊接时,当操作不当时,会产生焊接缺陷,而这些缺陷在试压检查时又很难发现。当软管接入介质管路,长期使用后会因疲劳等原因,使缺陷处发生裂纹或断裂,最终造成输送管路的介质泄漏。 
            3.4金属软管接头(内连接部分)腐蚀失效,导致软管介质泄漏 
            金属软管接头材质均为1Crl8Ni9Ti或SUS304等不锈钢。不锈钢中的夹杂物(如硅酸盐、氧化物等),有时呈链状分布状态,当受到焊接的热影响或酸性介质等作用时,会形成穿透微孔,使软管内介质泄漏。为防止此种失效,建议选用合格的不锈钢接头材料及合理的焊接工艺。 
            4.预防措施及下步建议 
            4.1为更好地解决金属软管的应力腐蚀失效问题,建议丝网材质由1Crl8Ni9(0Cr18Ni9)改为UNS434(国产牌号为1Cr17Mo)铁素体不锈钢,波纹管本体材质由OCr18Ni9改为UNS 316(国产牌号为0Cr17Ni 12Mo2),材料中含Mo可以抵抗点蚀,应力腐蚀开裂的发生与发展也较缓慢。 
            4.2开展好金属软管隐患治理工作,对各平台栈桥、独立桩晃动位移量、管线补偿量进行核算,对于能够补偿位移的刚性管线,将软管改为硬连接,降低日常管理难度和更换工作量。 
            4.3针对海上软管使用情况,加强与相关部门的技术交流,编制海上金属软管使用规范,建立在用户金属软管评价系统,对软管的安装、使用、管理和更换进行规范,提高日常管理水平。■ 

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