考虑管内流动的含体积型缺陷管道剩余寿命评估开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 选题的目的及意义

天然气资源是天然气行业发展的基础，新中国成立以来，我国天然气生产有了很大发展。特别是“八五”以来，我国的天然气探明储量快速增长，天然气产业进入高速发展时期。21世纪以来，我国天然气市场进入大规模发展阶段，天然气消费量以每年两位数的速度增长。2011年，我国天然气产量首次突破千亿立方米，达到1025.3亿立方米，与10年前相比增长3.6倍，年均增速达到14%。进入2012年，国内天然气行业生产运行总体平稳，天然气进口量大幅增长的同时，我国天然气的表观消费量也呈现大幅增长态势。进入2012年，全国天然气年探明地质储量仍保持高速增长态势，天然气勘查新增探明地质储量居我国历史最高水平。与改善能源结构的步伐相适应，未来我国天然气发展前景十分广阔。“十三五”期间我国将继续提高天然气在一次能源消费中所占的比重，加速天然气配套基础设施建设。

在我国，管道运输是天然气运输的最主要和最有效方式。随着输气量的迅猛增加，对输气用管线钢材的要求也不断提高。高强钢输气管道因具备耐腐蚀、大口径、及耐高压等特点，将逐步取代现有的普通钢级管道，成为承担全球天然气输送的主力管道。用大口径高强钢管道进行天然气输运时，一方面管道强度的增加会减小管线所需钢材量，降低燃气的输送成本；另一方面管壁厚度较之普通管线钢的减小又可以减小焊接次数，优化管线的安全系数。因此，高强度管线钢在输气管线中的应用，将逐步取代现有的普通钢级管线钢材，成为全球天然气输送管线的主要材料。

正因为高强钢输气管道大口径、高压输送以及薄壁的特点，当管道出现内部腐蚀缺陷时其较之普通钢级管道将面临更严峻的挑战，严重时甚至造成泄漏爆炸等灾难性事故。当前对于高强钢管道腐蚀模型及剩余强度评价的研究开展仍较片面，没有考虑管道在输运过程中内部流体的影响，缺乏针对高强钢长输输气管道重点位置的内腐蚀缺陷强度评价方法。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 以流体力学和工程弹塑性力学为理论基础，用有限元的分析方式，探讨高强钢管道内部产生的半椭圆体积缺陷，在管内流体施加压力的情况下，缺陷处所受应力。通过现有的方法证明有限元分析的可行性，最终评价缺陷的存在对管道剩余寿命的影响。

2.2 借助ansys workbench有限元分析软件，用designmodeler建立含轴向半椭圆体积缺陷的内腐蚀高强钢管道三维模型，并应用fluent对管内流体内压和缺陷处管道内壁进行流固耦合来分析缺陷处所受的应力。

2.3 在可压缩流体流固耦合方程的基础上，进行含半椭圆缺陷高强钢管道流固耦合下的管道内流场参数及应力分析计算不同缺陷参数变化对管道内部应力的影响，包括缺陷的长度、宽度、深度、不同位置及管道内的工作压力，拟合得到管道流固耦合下的失效压力公式。

2.4 引入高强钢输气管道内腐蚀速率分析，以流固耦合下的含内腐蚀缺陷高强钢输气管道失效压力为评定准则，提出流固耦合下高强钢输气管道剩余寿命预测模型，以对长输管道的重点位置进行针对性分析。

3. 研究计划与安排

2016年02月22日--03月06日: 调研，拟定提纲，完成《开题报告》

2016年03月07日--03月17日: 阅读相关工具书，熟悉有限元分析软件的基本操作流程。

2016年03月18日--03月31日: 建立含半椭圆体积缺陷管道的有限元模型。

2016年04月01日--04月20日: 利用有限元分析软件fluent求解含缺陷管道的应力分布。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 毕继红，王晖编著．工程弹塑性力学．天津:天津大学出版社,2008.1

[2] 余伟炜，高炳军主编.ansys 在机械与化工装备中的应用.北京：中国水利水电出版社,2007.

[3] 陈严飞.海底腐蚀管道破坏机理及极限承载力研究[d].大连:大连理工大学博士论文,2009.

[4] 崔钺. 含内腐蚀缺陷高强钢输气管道剩余强度的评估方法研究北京:北京交通大学博士论文,2015.