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AutoPIPE在輸油埋地管道中的應(yīng)用

文檔作者：張連來1 霍志欣2 文檔來源： 1．中國石油工程設(shè)計有限責(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		點擊數(shù)：	更新時間： 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1，霍志欣2
(1．中國石油工程設(shè)計有限責(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，首先對國際上埋地管道理論
進(jìn)行簡單的介紹，然后結(jié)合該理論對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，埋地管道出土入土處端點位移較小，不需要設(shè)
計固定墩。對管道應(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：TE8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：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
對土壤參數(shù)的處理過于簡單且其應(yīng)用有一定的局限
性，只在CAESAR II中被采用，國內(nèi)對埋地管道的應(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)即美國生命線
聯(lián)盟于1998年在美國土木工程師協(xié)會(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)計導(dǎo)則，用于指導(dǎo)埋地
管道的設(shè)計和計算。
收稿日期：2012—11—01 收修改稿日期：2013—03—19
1土壤模型的簡化及剛度計算
ALA理論認(rèn)為管道周圍的土壤會發(fā)生彈性一塑
性變形過程，且采用離散化的非線性彈簧來模擬土壤
對管道的連續(xù)作用。因此，非線性彈簧的剛度決定了
土壤對管道作用的真實情況，土壤對管道的約束作用
在管道的軸向、水平橫向、豎直向上、豎直向下4個方
向，如圖1所示。
圖1中，P。為單位長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。
土壤剛度通過最大土壤載荷與最大彈性位移來
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。
萬方數(shù)據(jù)
第4期張連來等：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
Q
—_—-
Aqd
q· ／，jj
Aqu
j-I＼?l／I／／／／。／／|? Q
(c)堅直向上、豎直向下
圖1土壤簡化雙線性模型
2 ASME B31．4—2009應(yīng)力校核準(zhǔn)則H o
對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個不同的區(qū)段來對埋地管道進(jìn)行
單元劃分，其中￡。為橫向變形區(qū)，由承載跨距決定；￡。
為過渡區(qū)，由最大滑移長度決定，計算￡。只是為了得
到￡。；￡。為錨固區(qū)，由虛擬錨固段長度決定，L。=C。·
三。，co為無量綱參數(shù)，取值范圍為1．0-2．0。D。為管
道外徑。土壤節(jié)點間距如圖2所示。
3．2土壤識別
在AutoPIPE中，水平管道與垂直管道必須采用不
同的土壤識別符號，尤其需要注意兩者過渡處彎頭的
處理，因為兩者的土壤參數(shù)有所差別。首先水平管道
|= 0．75L。
11 r
7
晦意叫A03， 土壤尊點rr A0s 固享冬
3．02
“
A04
。。
■?。甶。哦、． 20／)。．
100D。
區(qū)域3
圖2土壤節(jié)點間距
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)
某國外油氣田地面建設(shè)工程中有一條從計量撬
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)計溫度105℃，操作溫
度75℃，設(shè)計壓力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)來源于現(xiàn)場地勘報告，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
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，只取兩端部分埋地管段做為圖示。
根據(jù)土壤參數(shù)計算出的土壤剛度如表2所示，虛
擬錨固段長度厶為194 386．67 mm．
表2土壤剛度
出土點A16、入土點B06各個方向的最大位移如
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位移
管系中最大應(yīng)力分布情況如表4所示，計算應(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。
5結(jié)束語
對ALA埋地理論進(jìn)行了簡單的介紹，并指出利用
AutoPIPE進(jìn)行埋地管道應(yīng)力分析時的注意要點，最后
對某工程實例進(jìn)行模擬計算，分析了計算結(jié)果，介紹
了AutoPIPE的埋地管道理論依據(jù)及其應(yīng)用，對利用
AutoPIPE進(jìn)行埋地管道應(yīng)力分析有一定的參考價值。
參考文獻(xiàn)：
[1]PENG L C．Stress analysis methods for underground pipe—
lines．Pipeline Industry，1978．
[2] Guidelines for the Design of Buried Steel Pipe．New York：Ameriean
Lifelines Alliance，2001．
[3] Version 5．20 Caesar II User Guide．Houston：Intergraph
Corporation，2009．
[4] ASME B3 1．4—2009 Pipeline Transportation Systems for
Liquid Hydrocarbons and Other Liquids．
[5]AutoPIPE Stress Analysis Program．California：Bentley Institute，
2006．
[6] Bentley AutoPIPE User Guide．California：Bentley Institute，
2007．
[7] 鄧道明，袁宗明．埋地管道出土端的補償設(shè)計．管道技術(shù)
與設(shè)備，1997(2)：6—10．
作者簡介：張連來(1980一)，工程師，碩士研究生，現(xiàn)主要從事
油氣儲運工程設(shè)計及相關(guān)技術(shù)研究。
E—mail zllyx7358@126．com
(上接第1l頁)
5結(jié)束語
(1)抽油機井管桿偏磨、腐蝕問題產(chǎn)生的原因是
多元的，因此在偏磨及腐蝕問題的治理上也應(yīng)遵循綜
合治理的原則。
(2)開發(fā)的硼酚醛一環(huán)氧樹脂涂層材料可有效地
延長油管的使用壽命，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題。
參考文獻(xiàn)：
[1]李文革，張獻(xiàn)波，牛耀玉．寶浪油田注水井油管內(nèi)壁腐蝕
原因分析．石油化工腐蝕與防護(hù)，2000，17(4)：43—44．
[2]LUKASIEWICZ S A．Dynamic Behavior of the Sucker Rod
String in the Inclined Well．SPE 21665，1991．
[3]XU J．Design and Analysis of Deviated ROd-Pumpd Wells．
SPE 64523，2000．
[4] 陳星杖，鄭云萍，李蕾，等．油氣管道的腐蝕與防護(hù)技術(shù)研
究．管道技術(shù)與設(shè)備，2010(2)：49．
[5]李健康，郭益軍，謝文獻(xiàn)．有桿泵井管桿偏磨原因分析及
技術(shù)對策．石油機械，2000，28(6)：32—33．
[6] 蔣曉蓉，黎洪珍，謝南星，等．油管腐蝕因素分析及防腐對
策的研究與應(yīng)用．鉆采工藝，2006，26(1)：84—86．
[7]劉喜宗，李賀軍，馬托梅，等．硼酚醛樹脂的制備和研究進(jìn)
展．中國膠黏劑，2009，18(8)：42—45．
[8]齊新，翟紅，楊丹，等．硼酚醛樹脂在涂料中的應(yīng)用．現(xiàn)代
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．
作者簡介：2J學(xué)彬(1987一)，在讀碩士，研究方向為油氣管道腐
蝕與防護(hù)。E—mail：56817591@163．corn
萬方數(shù)據(jù)
AutoPIPE在輸油埋地管道中的應(yīng)用
作者： 張連來， 霍志欣， ZHANG Lian-lai， HUO Zhi-xin
作者單位： 張連來,ZHANG Lian-lai(中國石油工程設(shè)計有限責(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償設(shè)計 1997(02)
引用本文格式：張連來.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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