|
|
||||||||||||||||||||||||||||


在一條輸氣管線的站間距內由進站到出戰壓力逐漸下降,而流速逐漸增加,隨之摩阻也逐漸增加,故離進站口 3 / 4 長度消耗生出站壓差△ p 的一半,而后 1 / 4 長度消耗另一半。輸氣管線與輸油管線最大的差別是由進站到出站流速是逐漸增加的,這是介質的可壓縮性造成的。而油基本上是不可壓縮的,雖然輸送壓力沿管程逐步下降,但流速是不變的,摩阻也是前后相同的。由此看出對于輸氣管線壓力的提高可使摩阻下降,而輸送能耗下降。
還應指出,輸氣管線的能耗遠比輸油為大,僅以西氣東輸管線為例,該管線輸送壓力 p : 10MPa ,輸量為 120 億 m3 /年,管線長度為 4000KM ,粗略按經驗估計能耗大致為 12 億 m3 /年,而輸量的。 1/10 作為沿途的能源消耗掉了。
由于對降低能耗的關切,輸送壓力有逐步增加的趨勢。早期我國四川省的天然氣管線輸送壓力為 2.5MPa ,以后增加到 4MPa ,陜京線提升為 6MPa ,西氣東輸增至 10MPa ,國外經濟發達國家近十氣輸氣管線多選取 12MPa 。
在輸氣管線上壓比亦有逐漸下降的趨勢。所謂壓比指進站壓力與出站壓力之比,壓比減少意味著全線均在較高的壓力下運行,這樣也可使能耗減小。早期壓力多為 1.6 ,后來降至 1.4 ,近年國外有些輸氣管線取壓比為 1.25 。當然,壓比減小,壓縮機站數要增加,從而投資會增加。對于管徑、壓力、壓比均需進行優化計算和比選。
最近10年來,為輸送天然氣,開展了在海底鋪設管道管的深水研究項目。在天然氣的遠距離輸送中,要求管道在深海下具有抵抗外部水壓的抗壓強度,因此一般使用UOE鋼管。UOE鋼管的制造方法為冷沖壓成形法,鋼管強度各向異性。為預測UOE鋼管的抗壓強度和弄清鋼管的壓壞機理,新日鐵進行了鋼管成形-性能評價一體化的數值解析模擬。數值解析模擬由鋼管的二維成形模型和反映成形形狀及殘留應力的鋼管三維壓壞模型構成。通過實驗,對鋼管的壁厚、圓周方向位置中的強度各向異性進行了測定,同時對殘留應力進行了測定,根據鋼管的實際抗壓強度,對數值解析模型的妥當性進行了評價。
1.UOE鋼管的強度各向異性和殘留應力
眾所周知,影響鋼管抗壓強度的因素有形狀不良(鋼管的正圓度和壁厚不均)、屈服強度(YS)和殘留應力。圓周方向的壓縮屈服強度和殘留應力有很大的相互關系。圓棒和圓柱試樣(直徑都是6mm)測定的壁厚斷面的屈服強度分布表明,鋼管外部圓周方向壓縮屈服強度的下降特別明顯。對壁厚位置中的S-S曲線比較表明,從壁厚中心開始出現在外部因彈性變形的鮑辛格效應而產生的圓形的S-S曲線。根據UOE鋼管和油井用無縫鋼管的比較可知,兩種鋼管的殘留應力都趨于內面壓縮,但UOE鋼管殘留應力值小。
2.數值解析模擬
在數值解析過程中,使用了綜合模型對UOE鋼管的成形-抗壓強度進行了評估。在UOE鋼管的成形模型(二維平面變形要素)中,使用了板材的S-S曲線,并將殘留應力應用于壓壞模型(三維固體要素)。由于只進行數值解析模擬難以精確預測對從板材到鋼管的S-S曲線變化,因此采用半實驗的方法(模擬變形試驗)預測S-S曲線。即,把計算的等效塑性應變滯后作用于從板材取樣的圓棒試樣,然后對每個壁厚位置所得的壓縮S-S曲線
當輸量確定,通過優化確定管徑、壓力、壓比以后,如選取較高壓力而鋼材強度等級太低,則會造成壁厚過大,這給制管、現場焊接以及運輸等諸多環節帶來困難,甚至難以實現。生產的需求促進了鋼材等級的提高。