输气管道特殊管段应力分析及安全性研究

周震岩 王小伟 康凯 薄永泽 王强

摘要：管道作为天然气运输的主要方式，在我国石油和天然气行业中又越来越广泛，因此一旦管道发生破坏，就会造成严重的后果。在实际应用过程中，需要加强对输气管道的应力研究分析。针对管道所需要经过的人口密集区，隧道、障碍物等特位，应当加强其安全检测，才能够有效提高数据管道的安全性，因此需要重点对输气管道特殊管段的应力分析和安全性研究。

关键词：输气管道;特殊管段;应力分析

输气管道通常情况下是运送液体、气体的密封设备，在使用过程中需要承载一定的压力，因此对输气管道的安全性提出了更高的要求。合理分析输气管道的应力分析和选择合适的设计方法非常重要。在确保输气管道的正常使用的前提下，在最大程度上实现输气管道的经济目标。我国根据输气管道的使用情况，出台了相关标准以及技术要求等。不断对输气管道进行改进，使输气管道的设计，制造，检验以及使用等环节都能得到充分保障，实现了压力输气管道的迅速发展。

1输气管道特殊管段应力分析及安全性研究概述

管道应力分析是对管道的力学进行计算和评价，通过管道应力分析能够有效了解到管道的内力、位移和应力的物理学量，通过相应的评价工作，能够得出管道在运行过程中是否处于安全运行状态。因此管道应力分析是管道设计的重要环节，通过管道应力分析，不仅可以提高管道设计的可靠性，而且还能够提高管道的安全性，降低其造价成本。

管道在运行过程中所受到的荷载较多，不同的荷载会对管道产生不同的影响，因此在实际运营过程中，需要采用不同的方法进行分析，根据荷载的变化特点通常情况下应力分析可以分为静力分析和动力分析。荷载不会随着时间发生变化或者发生较慢的现象称之为静力分析。荷载随着时间变化而快速变化导致管道产生惯性力的分析为动力分析。经理分析根据应力的特点，有多种的计算方法，常见的应力方法，包括压力荷载下的强度进行压力荷载和持续外载的强度计算，动力分析根据荷载特点分为冲击振动、周期振动和随机振动计算。

2应力分析的基本假设

在进行输气管道应力分析过程中需要加强对管道材料物理性质以及构成的研究，因此在实际运行过程中，相关的应力分析问题就会变得复杂化，需要提出相应的假设，才能够实现应力分析的准确性。

（1）管道的物质结构保持连续性。假设管道内部完全有连续的介质充满没有空隙，这样在发生应力分析时能够实现连续性。

（2）管道的弹性变形范围为完全弹性。作用在管道外力撤除以后物体能够恢复到原有的状态，并且没有发生任何变形，完全的弹性物体符合胡可定律，即应力与应变呈现出正比例关系。

（3）管道的物质结构是均匀性，由于整个管道是由相同材料构成，因此在物体中的任何细小单元在方向上都是相同的，在进行应力分析时，不会随着应力的变化而导致方向发生变化。

3有限元应力分析

传统的输气管道设计方法是简单计算得到薄膜应力或者弯曲应力，利用单一的许用应力来设计输气管道壁厚，这样的做法能够减少复杂的程序，但是在实际应用过程中会不符合實际生理情况。在输气管道的工作条件下，不仅会受到薄膜应力，还会受到弯曲应力，热影力等影响，因此在实际输气管道的分析方法中，数值分析法是一种比较常见的方法。输气管道的应力分析主要包括：一次应力、二次应力以及峰值应力。一次应力是指在外荷载的基础上，能够满足基本平衡条件的法向应力和剪应力。二次应力是指输气管道内部部件与相邻部件之间的结构约束，自身结构约束会引起法向应力和剪应力;峰值应力式输气管道内部分结构不连续或者局部热应力集中在一起，从而引起一次应力与二次应力之和的应力增量，因此在实际应用过程中，峰值应力形成的过程中具有最高应力值。采用第三强度理论可以进行应力分析和应力分类，因此对输气管道内进行应力分析时需要对第三强度理论进行细化研究。随着有限元分析软件的不断发展，有限元分析软件的功能也在不断完善，有限元分析软件已经成为弹性应力分析的主要方式。利用等效线性化处理方法，可以使有限元分析软件进行应力分析及评定，在实际计算过程当中，有限元分析软件并不能直接得到应力的表达公式，因此在进行线性化时，应当通过对输气管道的应力点进行分析从而得出应力分布曲线，然后利用积分可以得出相应值，才能够计算各项应力。

4提高输气管道特殊管段安全性的措施

4.1完善输气管道的安全管理制度

由于输气管道施工单位技术水平存在差异，因此需要对施工单位进行差别化的监督管理，在进行输气管道建设过程中，要及时了解施工单位的技术水平，对承接项目工程的地理环境以及施工难点进行分析，及时掌握施工单位的质量管理水平，并对施工单位进行差异化管理，才能够实现对输气管道安全管理的全面化，防止因为技术水平原因而导致输气管道出现安全风险事故，及时对施工单位的施工进度进行巡检，对于输气管道的特殊管段要进行全程监控，抓好质量控制，从而实现输气管道的安全管理。

4.2提高输气管道的技术水平

需要对输气管道工程的方式不断创新，在利用管道进行运输的同时，还需要拓展更为先进的运输方式，在采用管道运输过程中，需要定期对管道进行维修和排查，淘汰一些较为落后，使用时间过长的管道。不断提高输气管道的研发力度，采用更为先进的管道材质来提高管道运输材料的耐用性和防腐性。另外，还需要提高工作人员的技术水平，注重培养专业性技术人才，为油气储运工程建设奠定基础。

5结束语

随着我国科学技术的不断发展，对输气管道的设计方法提出了更高的要求，不同的设计方法能够实现输气管道的不同作用。因此，在实际使用过程中选择合适的设计方法非常重要。不断改善设计方法，能够有效提高输气管道的安全性和有效性。另外，对输气管道的设计方法进行评价，可以及时发现设计方法中所存在的问题，进而提出相应的解决措施，能够有效提高输气管道的发展。

参考文献

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