西气东输二线取压点改造及应力分析

833600)摘 要:在西气东输二线建设初期，气液联动阀的动力引压管与主干线焊接部位为埋地处理，由于地面沉降等原因可能会造成引

压管应力集中，存在一定的风险。为了减少此类风险，提出了一种取压点改造方案，改造后取压点处仍留有一段引压管，利用有限

元软件ANSYS对改造后的取压点结构进行建模，对环境温度、输气温度和输气压力等影响因素下的剩余引压管的应力进行模拟。

研究表明：剩余引压管应力受管道内外壁的温差影响较大，且温差越大、输气压力越高，剩余引压管的应力越大。在不同工况下，剩

余引压管最大应力均发生在引压管的角焊缝和主管线处。因此，在改造后，需要对剩余引压管的焊缝强度重新进行评估，并在管沟

内适当地增加保温设施，降低剩余引压管的应力。经分析，改造方案可行。关键词：气液联动阀；取压点；引压管;数值模拟；改造;剩余引压管中图法分类号:TE832 文献标识码:A 文章编号：2096 -0077(2019)06 -0028 -05DOI：10.19459/j. cnki. 61 - 1500/te. 2019. 06. 007Transformation on Pressure Tapping Point of West-East Pipeline ! and Stresu AnalysiuZHANG Haining，ZHAO Yun，ZHANG Qiangde，ZHAO Jilong

(PetroChina West Pipeline Company，Urumqi，Xinjiang 833600，China)Abstract: During the initiaO construction of West-Ease Pipeline !，the pressure One of the pneumatic hydraulic valve ii welded on the main

pipe and part of it it buried undeigound，so there' s some risk on the buried pressure One becouse of the stress concentration coused by sur­face subsidence. In order to decreass the risk，a transformation method on p^esure tapping point it proposed，and there it still part of pres­

sure One remained and the structure is still at risk. The structure of tansfomied pressure tapping point is modelled and the stress of the re­

mained pressure One under the effects of ambient temperature，inner temperature and pressure is simulated and analyzed by using the finite element software ANSYS. The resultr show that the stress of pressure One is highly affected by the temperature dmerencc between inner and

outer pipeline，and the stress increases with laraer temperature dmerencc and higher inner passua. Moreover，the maxirnum stress occurr atthetiOetweOd and themain pipeOinein diteYentwoYkingconditions.TheetoYe， the ste s eevaOuation on thetiOetweOd and p opeYtheE

naOinsuOation measu eaYenecesayatteYtanstoYmation.TheYesuOtsindicatethatthetanstomation isteasibOe.Key words: pneumatic hydraulic valve ； pressure tapping point ； pressure One ； numericcO simulation ； tansformation ； remained

peesueepipe急切断管路,降低事故风险⑴。截断阀室内的气液联动

阀均采用壁厚5 mm、直径34.5 mm的钢管作为动力引压

西气东输二线是我国第一条引进境外天然气的大

管，为执行机构提供动 线焊接，由于

〔2*。动 引压管与埋地主管型管道工程，干线全长4 895 km。为 稳、安全运行，每间

离、在

管道长期、平出生爆管时紧和其他机械动作,埋地部分的引地 生

或损坏，可能造成执行机构引压管失效造成执行机构异常,地

管

管线上 按 截断阀室，

的异常关断⑶。为

初投稿收稿日期:2019 -03 -25 ；修改稿收稿日期:2019 -05 -21第一作者简介:张海宁，男，1981年生,工程师，2006年毕业于西安石油大学油气储运专业，现主要从事天然气、原油、成品油长输管道安全

生产管理工作。E-maii: haining_zh@ 163. com2019年第6卷第6期张海宁等:西气东输二线取压点改造及应力分析・29・在实际工程中对引压管的结构、铺设和布置方式等进行

式的改进）4-5*,效

后，考虑到剩余引压管较短，土方回填可能会因土壤的

。本文提出了

建模,作用对 引压管造 伤，

，即在取

管沟的方式取 改造方案，并对改造后的取 挖管沟，做好围 的分 环境、输气 和输气 等 引压管 的

估。素对剩性 rT防护，在管沟上方 。 引，对改造方案的

管的，于日常检修和维护。改造之后，取 的结构发生了改变，因此需要

对取

的结构重新 分析。对于埋地管道,要

本文提出 取

改造方案，

1所。总、自身重力、管道内部的 和 :引起的 的作用）7*。对于天然气长输管道，在天然气

输送过程中,管道内的输气 和输气 的波动，是

为:在取 位 挖作业坑，

术〔6*截 管线引 上方的引压管， 在线 技150 mm,天然气管道 的主要 素）8_12*。由于本次改造

然后将 引压管 ，气 联动阀执行机构的动取

改造时，尽量选择主管过程 取 的结构改变，因此，本文仅分析环

改由外部接入。

线检修或停输

境、输气 和输气 对管道 和

的影响。， 施工作业安全。在改造 :动火点次:034x5西二线站场近站阀单位:mm图1引压管改造方案示意图2.2材料设定天然气主管线和引压管材

2. 1模型建立203.40 GPa,

为钢,弹性模量为为0.29,管线材料为X70钢，屈服本文 要 对改造后取 的 构 分 ，强度为485 MPa,引 管材料为B级钢，屈服强 为

245 MPa%截取主管线的 建模，模型 要包括主管线和个孔作为取 ，构,引压管。主管线模型为西气东输二线中常用的管径为

1 016 mm的输气管道。在主管线上

2.3边界条件和载荷施加改造后， 管线上方 管 的方式

取压口处的

，I引压管的一端焊接在取 上方，另一端为

长度为150 mmo

SOLIN70'三维8

对管道施加的 分析。

引起的

单元）和引管与主管线 连接。主管线和SOLIN185 （三维8节点固体结构单元）两种模型单元进行温

引压管 要是天然气输送过程中输气

度和应力分析。完整模型 2所示%和管道 差引起的 。管道的输匀施加在主管线和引压管的内壁,管气 和

道外壁的

随环境 的变化 化。在分析管线上,由于主管线上方 方的空气对流传热，

，

由 差引起的管壁导热。2.4求解方法图2完整的三维模型本文采用间接法对温度-应力耦合进行计算。首・30・条谕荤爲均仪器2019年12月先在主管线和引压管的 施加 ， SOL-构管线的环境 低 引 管的IN70单对模型的 场 分析,获得模型的 场

分布,然后将分析单 化为SOLIN185单

的 分析， 材随 ,在管道内壁施加输气 化的属性，施加：载T*。3. 1环境温度对剩余引压管应力的影响对于管沟式铺设的管道,管道外壁的 随环境温图3环境温度对剩余引压管应力的影响化。在 大的

能可能

生变化，严重

作 ，管道材料的力学性3所。管道内的输气55 g ,环能出现管道破裂。环境温对

为

引压管 的 由图3的 值 出，最大 值 引12 MPa,输气 为 管材料的 强度,为 步研究 分布情况, 引压管的

生在

分布

4所％由 ，最大境 分别为-35°c ,-i5°c,0°c ,15 g 和 35 °C % 由，随着环境

的升高，壁的温差减小，剩余引压管与主管线连接的角焊

位置的

于主管线材料X70钢的

和主管

强度%引压管的最大 低％从

现 学性能

要是由于

的变化趋 '以线上，引管 于材料的 强出，当环境

有降低，

0C后，引管 的降低速% 大 值

引压管和主管线引压管是在管道投 焊接好的， 分后需要对焊缝的结材料的

时，

所致。当环境 低于0C，通提高主角焊缝强度的 。但由于改造过程中，需要对原引压 管 切割、，，在改造

对 在环境中的主管线和

位

引压管 '保，或在管沟的 构强度重新 估。(a) -35 °C(b) -25 T(c)-15 T（d）or(e) 15 °C(f) 25 %(g)35T图4不同环境温度下剩余引压管的应力分布云图3.2输气温度对剩余引压管应力的影响管道 的输气 12 MPa， 环 境

i发-35 c ， 输 气天然气管道内的输气

生变化，

随着输送距离

度分别为10 °C、20°C、30°C、40 C和55 C %由图可机出口输气温度的 ，， 随着输 气 的 值% 为

的 增 加 ， 管 道

步研究

壁 的 差 加机进口正常工作温度为22.1 C , 机出口正常工 作 为66.4 C %由

输距离的增加

大， 管道的 值 升 高% 大 值 出 引 管 材

，管道内的输气

的改变，管道

随着传差也5 所 %引 管 值的分6所％由低％正常工作 ，输气 差布情况， 引管的

, 引管角焊

分布

为44.3 C%由于管道输气

生改 ， 引 管道

仍然 为集中的于材料的屈的 化%部位， 引管

强%位置的 值

输气 对 引 管 的

2019年第6卷第6期张海宁等:西气东输二线取压点改造及应力分析• 31 •输气温度和环境温度对 引压管 的影响相在温差似，管道 管道 差的作用，使管道材， 管道发，

离

在不同温差 大的

现出不同的力学性能，

，建议在管

，管道会出现较大的

生裂纹或破坏。

，从 低管道

i机出口较近的管沟内，增加

的温差，

施,提高管沟内的温引管的

过大造成管道损坏。同时，还要对改造后的剩余引压管

环境温度/七图

5

根部角焊 的强 估，必要 要对角焊缝输气 对剩余引压管应力的的结构强度进行加强。(a) 10 玄(b) 20 兀(c) 30 玄图6不同输气温度下剩余引压管的应力分布云图3.3输气压力对剩余引压管应力的影响引压管其他位置的应力值相对较小。天然气管道的输气 离的增加 示， 机进出口的

与输气 ，随着输送500低。 机出口 的为12 MPa,在 运 :400应力/MPa—■—温差/*—•—应力/MPa412.888

470'5461008o

程中,机

大。输气

口 7.42 MPa, 机 出口11.8 MPa。由 ,在输气过程中，输气的 6o

对引压管 的 7所，OOF4O

环境 -35 g,输气 55 g,输气 分别为

6MPa、9 MPa和12 MPa。由图可见,输气压力越高,管

20道 的 大，在 生损坏。

的作 管道越容 :引管的 8所。由'3 6

9

管内压力/MPa12 15见，引管的 要集中于角焊缝和主管线处，图7不同输气压力对剩余引压管应力的影响图8不同输气压力下剩余引压管的应力分布云图・32・条谕荤爲均仪器2019年12月改造后的取 ，天然气

， 在 机出口位置的取压，[J* •天然气与石油，2005，23 (1 )：24 -28.机加压升温后，

[2*张力伟.SHAFER气液联动阀远控开关工作原理[J* .广东

，在输气

和

和 的 作 ， 引管的低剩石油化工学院学报，2014，24 (1 )：42 -45.[3 *袁金宁，陈黎明，廖福金.Shafer气液联动执行机构异常关

著提高，但为 天然气的有效传输，输气能降低， 通提高环境 的。事 分析[J* •油气储运，2013，32(10):1093 -1097.引压管的 值，， 机出口位置的管沟[4*单，王 ，程•天然气站场ESD 气液联动执行的 施

机构引压管改造[J*.石油 道技术与

，2007，15 (1 )：34 -35.，2017，28(6)：28 -30.[5 *姜永涛•线路截断阀气液联动执行机构引压管安装[J* •管 [6 *忍社，王 帅.在线

技术在西气东输引压管改造的西气东输1) 提出 取 改造方案，通 在线 技术的主管线 管沟式处[J* •油气储运，2009，28(8)：52 -53.[7 *李茂华，石磊彬，钟威，等•

对动力引压管 截 ，气联动阀的动 改由 外部接入。改造后，取 理方式，便于日常检修和维护。2) 环境 和输气

二线长输管道

33 (8) ： 119 -124.[8 *张华，

的有限元分析[J* •天然气工业,2013，的变化会导致 引压管

，赵新伟，等•西气东输二线X80钢管焊缝疲差变化， 差大， 引管 大，分析[J* •天然气工业，2010，30(5) ：95 -98.[9*王晖，查志旭,王长祥•

大 位于

位置的

引压管的角焊

强度。和主管线上，其他作 直埋供热管道非线值远小于材料的

性屈曲分析[J* • 石油化工

构，2016，33 (6) ：42 -46.3) 输气 对 引压管 有，且随着输气

[10*军•埋地长输管道弯头 分 护措施[J* •，2015，44 (3 )：47 -49.升高， 引管 增加，最大 位于 引[11 *谈炎培，王建华,陈锦剑•大口径曲线管道在运营阶段的

压管的角焊

4)

和主管线上。管线 的输气

分析[J* •建筑科学，2012，28(S1 )：49 -52.机出 口 和输气值，并[12*龚道远，张引弟•

[13 *王.LNG工艺隧道结构灾

单 西气东输管道受高， 机 出 口 位 的 引 管

的角焊缝强度重新

分析[J* •能源与环保，2018，40(3 )：44 -47.大，改造后,需要对

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2) 的入口速 位置Aerodynamic Flows [ C * /CAINA. 24th Fluid Dynamico Con-

集中于管段与弯头衔接处的内壁 ，随着速度的ferenco: 1993，2906.[7 *

增大，管道的最大

3 ) 随着

位 向弯头的内壁 。低，的 增 加， 速

浩哲，易玉，刘旭，等• 相 油管道的冲蚀磨 性数值模拟及分析[J* • 学学报,2016，36 (6 (:695 -702.蚀速率的降低速度趋于 参考文献。[8 *王郭雨薇,敬加强，梁全胜，等•输气管道砂冲蚀的模拟实

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与防护学报，2016，36(1 )：87 -96.[1 *彭文山，曹学文•管道参数对液/固两相流弯管流场及冲蚀

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[4*

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