腐蚀缺陷参数对等效应力的影响分析

腐蚀缺陷参数会影响管道等效应力的大小和分布情况，为了验证不同腐蚀缺陷参数对管道等效应力的大小及其分布情况的影响，对已投产运行的管道进行漏磁内检测，得到不同参数的腐蚀缺陷。根据这些腐蚀缺陷的实际情况，建立不同参数腐蚀缺陷的有限元模型，按照有限元仿真步骤进行仿真，得出不同参数腐蚀缺陷时管道等效应力的大小及其分布情况。

1.腐蚀缺陷长度对等效应力的影响

为了验证不同长度腐蚀缺陷时管道等效应力的大小及其分布情况，以及腐蚀缺陷长度对管道等效应力的大小和分布的影响情况。管道长度为1000mm，管道外径为ϕ610mm，内径为ϕ602mm，管道公称壁厚为8mm，运行压力为7MPa，管道材质为X60，屈服强度为452MPa，抗拉强度为542MPa，弹性模量为2×10⁵MPa，泊松比为0.3。对位于管道内壁的深度为2mm，宽度为50mm，长度为100mm、130mm、160mm、190mm的腐蚀缺陷的运行状况进行仿真，得到腐蚀缺陷长度对腐蚀缺陷处等效应力的影响，如图11-23所示。

图11-23 腐蚀缺陷长度对腐蚀缺陷处等效应力的影响

由图11-23可见，对于同一长度的腐蚀缺陷，腐蚀缺陷处的等效应力随运行压力的变化情况分为两个不同的阶段，这两个阶段以腐蚀缺陷管道发生失效的运行压力为转折点。在腐蚀缺陷管道发生失效之前，等效应力与运行压力呈线性关系，随着运行压力的增加，腐蚀缺陷管道的等效应力逐渐增大；腐蚀缺陷管道发生失效之后，等效应力与运行压力成非线性关系，随着运行压力的增加，腐蚀缺陷管道的等效应力不是规律性地增大或减小，而是随着运行压力的增加出现波动。对于同一运行压力，在腐蚀缺陷管道发生失效之前，随着腐蚀缺陷长度的增加，腐蚀缺陷管道的等效应力逐渐增大，长度为100mm时的等效应力最小，长度为190mm时的等效应力最大；在腐蚀缺陷管道发生失效之后，管道的等效应力情况不总是服从长度越大，等效应力越大的规律。例如，在运行压力为9MPa时，长度为100mm的腐蚀缺陷的等效应力大于长度为190mm的腐蚀缺陷的等效应力。长度为100mm、130mm、160mm、190mm的腐蚀缺陷对完好管道区域等效应力的影响如图11-24所示。

图11-24 腐蚀缺陷长度对完好管道区域等效应力的影响

由图11-24可见，对于同一长度的腐蚀缺陷，完好管道区域的等效应力随运行压力的变化情况分为两个不同的阶段，这两个阶段以腐蚀缺陷管道发生失效的运行压力为转折点。腐蚀缺陷管道发生失效之前，完好管道区域的等效应力与运行压力呈线性关系，完好管道区域的等效应力随运行压力增加而增大；腐蚀缺陷管道发生失效之后，完好管道区域的等效应力与运行压力成非线性关系，增幅比失效前更大。在1～10MPa的运行压力中，完好管道区域始终未达到屈服强度，处于安全状态之中。在7MPa运行压力下，存在长度为100mm、130mm、160mm、190mm腐蚀缺陷的管道等效应力云图如图11-25所示。

由图11-25可见，颜色渐变条中颜色不同代表不同大小的等效应力，根据管壁颜色变化可以看出等效应力的分布情况。随着腐蚀缺陷长度的增加，腐蚀缺陷处的最大等效应力逐渐增大，最大等效应力面积也逐渐增大；随着腐蚀缺陷长度的增加，完好管道区域的等效应力逐渐增大，当等效应力增加到一定值时，完好管道区域的等效应力大小不再增加，但等效应力的面积发生改变。

图11-25 不同腐蚀缺陷长度的管道等效应力云图

a）腐蚀缺陷长度为100mm b）腐蚀缺陷长度为130mm c）腐蚀缺陷长度为160mm d）腐蚀缺陷长度为190mm

2.腐蚀缺陷深度对等效应力的影响

研究发现，腐蚀缺陷深度对管道失效概率的影响比腐蚀缺陷长度更大，下面验证腐蚀缺陷深度对管道等效应力的大小和分布的影响情况。管道长度为1000mm，管道外径为ϕ610mm，内径为ϕ602mm，管道公称壁厚为8mm，运行压力为7MPa，管道材质为X60，屈服强度为452MPa，抗拉强度为542MPa，弹性模量为2×10⁵MPa，泊松比为0.3。对位于管道内壁的长度为200mm，宽度为50mm，深度为1.5mm、1.8mm、2.1mm、2.4mm的腐蚀缺陷的运行状况进行仿真，得到腐蚀缺陷深度对腐蚀缺陷处等效应力的影响，如图11-26所示。

由图11-26可见，对于同一深度的腐蚀缺陷，腐蚀缺陷处的等效应力随运行压力的变化情况分为两个不同的阶段，这两个阶段以腐蚀缺陷管道发生失效的运行压力为转折点。在腐蚀缺陷管道发生失效之前，等效应力与运行压力呈线性关系，随着运行压力的增加，腐蚀缺陷处的等效应力逐渐增大；腐蚀缺陷管道发生失效之后，等效应力与运行压力成非线性关系，随着运行压力的增加，腐蚀缺陷处的等效应力不是规律性地增大或减小，而是随着运行压力的增加出现波动。对于同一运行压力，在腐蚀缺陷管道发生失效之前，随着腐蚀缺陷深度的增加，腐蚀缺陷处的等效应力逐渐增大，深度为1.5mm时的等效应力最小，长度为2.4mm时的等效应力最大；在腐蚀缺陷管道发生失效之后，腐蚀缺陷处的等效应力情况不总是服从深度越大，等效应力越大的规律。例如，在运行压力为9MPa时，深度为1.5mm的腐蚀缺陷处的等效应力大于深度为2.4mm的腐蚀缺陷处的等效应力。深度1.5mm、1.8mm、2.1mm、2.4mm的腐蚀缺陷对完好管道区域的等效应力影响如图11-27所示。

图11-26 腐蚀缺陷深度对腐蚀缺陷处等效应力的影响

图11-27 腐蚀缺陷深度对完好管道区域等效应力的影响

由图11-27可见，对于同一深度的腐蚀缺陷，完好管道区域的等效应力随运行压力的变化情况分为两个不同的阶段，这两个阶段以腐蚀缺陷管道发生失效的运行压力为转折点。腐蚀缺陷管道发生失效之前，完好管道区域的等效应力与运行压力呈线性关系，完好管道区域的等效应力随运行压力增加而增大；腐蚀缺陷管道发生失效之后，完好管道区域的等效应力与运行压力成非线性关系，增幅比失效前更大。在1～10MPa的运行压力中，完好管道区域始终未达到屈服极限，处于安全状态之中。在7MPa运行压力下，存在深度为1.5mm、1.8mm、2.1mm、2.4mm腐蚀缺陷的管道等效应力云图如图11-28所示。

图11-28 不同腐蚀缺陷深度管道等效应力云图

a）腐蚀缺陷深度为1.5mm b）腐蚀缺陷深度为1.8mm c）腐蚀缺陷深度为2.1mm d）腐蚀缺陷深度为2.4mm

由图11-28可见，颜色渐变条中颜色不同代表不同大小的等效应力，根据管壁颜色变化可以看出等效应力分布情况。随着腐蚀缺陷深度的增加，腐蚀缺陷处的最大等效应力逐渐增大，最大等效应力面积也逐渐增大；随着腐蚀缺陷深度的增加，完好管道区域的等效应力逐渐增大，当等效应力增加到一定值时，完好管道区域的等效应力的大小不再增加，但等效应力的面积发生改变。(www.xing528.com)

3.腐蚀缺陷宽度对等效应力的影响

下面验证不同宽度腐蚀缺陷时管道等效应力的大小及其分布情况，以及腐蚀缺陷宽度对管道等效应力的大小和分布的影响情况。管道长度为1000mm，管道外径为ϕ610mm，内径为ϕ602mm，管道公称壁厚为8mm，运行压力为7MPa，管道材质为X60，屈服强度为452MPa，抗拉强度为542MPa，弹性模量为2×10⁵MPa，泊松比为0.3。对位于管道内壁的长度为200mm，深度为1mm，宽度为10mm、40mm、70mm、100mm的腐蚀缺陷的运行状况进行仿真，得到腐蚀缺陷宽度对腐蚀缺陷处等效应力的影响，如图11-29所示。

图11-29 腐蚀缺陷宽度对腐蚀缺陷处等效应力的影响

由图11-29可见，对于同一宽度的腐蚀缺陷，腐蚀缺陷处的等效应力随运行压力的变化情况分为两个不同的阶段，这两个阶段以腐蚀缺陷管道发生失效的运行压力为转折点。在腐蚀缺陷管道发生失效之前，等效应力与运行压力呈线性关系，随着运行压力的增加，腐蚀缺陷处的等效应力逐渐增大；腐蚀缺陷管道发生失效之后，等效应力与运行压力成非线性关系，随着运行压力的增加，腐蚀缺陷处的等效应力不是规律性地增大或减小，而是随着运行压力的增加出现波动。对于同一运行压力，在腐蚀缺陷管道发生失效之前，随着腐蚀缺陷宽度的增加，腐蚀缺陷处的等效应力逐渐降低，宽度为100mm时的等效应力最小，宽度为10mm时的等效应力最大；在腐蚀缺陷管道发生失效之后，管道处的等效应力情况不总是服从宽度越大，等效应力越小的规律。例如，在运行压力为9MPa时，宽度为100mm的腐蚀缺陷处的等效应力大于宽度为70mm的腐蚀缺陷处的等效应力。宽度为10mm，40mm、70mm、100mm腐蚀缺陷对完好管道区域等效应力的影响如图11-30所示。

由图可见，对于同一宽度的腐蚀缺陷，完好管道区域的等效应力随运行压力的变化情况分为两个不同的阶段，这两个阶段以腐蚀缺陷管道发生失效的运行压力为转折点。腐蚀缺陷管道发生失效之前，完好管道区域的等效应力与运行压力呈线性关系，完好管道区域的等效应力随运行压力增加而增大；腐蚀缺陷管道发生失效之后，完好管道区域的等效应力与运行压力成非线性关系，增幅比失效前更大。在腐蚀缺陷发生失效的运行压力附近，腐蚀缺陷宽度对完好管道区域的等效应力的影响出现缓慢变化的迹象，而腐蚀缺陷长度、深度对完好管道区域的等效应力的影响是持续上升的。这说明，腐蚀缺陷宽度与腐蚀缺陷长度、深度对完好管道区域等效应力的影响情况不一致。在1～10MPa的运行压力中，完好管道区域的等效压力始终未达到屈服极限，处于安全状态。在7MPa运行压力下，存在宽度为10mm、40mm、70mm、100mm腐蚀缺陷的管道等效应力云图如图11-31所示。

图11-30 腐蚀缺陷宽度对完好管道区域等效应力的影响

图11-31 不同腐蚀缺陷宽度管道等效应力云图

a）腐蚀缺陷宽度为10mm b）腐蚀缺陷宽度为40mm c）腐蚀缺陷宽度为70mm d）腐蚀缺陷宽度为100mm

由图11-31可见，颜色渐变条中颜色不同代表不同大小的等效应力，根据管壁颜色变化可以看出等效应力分布情况。随着腐蚀缺陷宽度的增加，腐蚀缺陷处的等效应力逐渐减小，最大等效应力面积占全部腐蚀缺陷面积的比例逐渐增大。随着腐蚀缺陷宽度的增加，完好管道区域的等效应力变化不大，但等效应力的面积逐渐增大。

4.腐蚀缺陷位置对等效应力的影响

下面验证不同位置腐蚀缺陷时管道等效应力的大小及其分布情况，以及腐蚀缺陷位置对管道等效应力的大小和分布的影响情况。管道长度为1000mm，管道外径为ϕ610mm，内径为ϕ602mm，管道公称壁厚为8mm，运行压力为7MPa，管道材质为X60，屈服强度为452MPa，抗拉强度为542MPa，弹性模量为2×10⁵MPa，泊松比为0.3。对长度为200mm，深度为2mm，宽度为50mm，分别位于管道内壁和外壁的2个腐蚀缺陷的运行状况进行仿真，得到腐蚀缺陷位置对腐蚀缺陷处等效应力的影响如图11-32所示。

图11-32 腐蚀缺陷位置对腐蚀缺陷处等效应力的影响

由图11-32可见，对于同一位置的腐蚀缺陷，腐蚀缺陷处的等效应力随运行压力的变化情况分为两个不同的阶段，这两个阶段以腐蚀缺陷管道发生失效的运行压力为转折点。在腐蚀缺陷管道发生失效之前，等效应力与运行压力呈线性关系，随着运行压力的增加，腐蚀缺陷管道的等效应力逐渐增大；腐蚀缺陷管道发生失效之后，等效应力与运行压力成非线性关系，随着运行压力的增加，腐蚀缺陷管道的等效应力不是规律性地增大或减小，而是随着运行压力的增加出现波动。对于同一运行压力，在腐蚀缺陷管道发生失效之前，内壁腐蚀缺陷处的等效应力大于外壁腐蚀缺陷处的等效应力，但两者之间相差不大；在腐蚀缺陷管道发生失效之后，管道的内、外壁腐蚀缺陷处的等效应力情况不是服从内壁缺陷等效应力大于外壁缺陷等效应力的规律。例如，在运行压力为6MPa时，外壁腐蚀缺陷处的等效应力大于内壁腐蚀缺陷处的等效应力。5MPa运行压力下，内、外壁腐蚀缺陷管道等效应力云图如图11-33所示。

由图11-33可见，5MPa运行压力下，即腐蚀缺陷管道发生失效之前，内壁腐蚀缺陷管道的等效应力大于外壁腐蚀缺陷管道，内壁腐蚀缺陷管道的应力集中面积大于外壁腐蚀缺陷管道，由此可得，在同等条件下，内壁腐蚀缺陷对于管道安全的影响大于外壁腐蚀缺陷，但两者之间差距不大。在管道发生失效之后，内外壁腐蚀缺陷对管道等效应力的影响进入非线性阶段，内壁腐蚀缺陷的等效应力不一定大于外壁，7MPa运行压力下，内、外壁腐蚀缺陷管道等效应力云图如图11-34所示。

图11-33 内、外壁腐蚀缺陷管道等效应力云图

a）内壁腐蚀缺陷管道等效应力云图 b）外壁腐蚀缺陷管道等效应力云图

图11-34 内、外壁腐蚀缺陷管道等效应力云图

a）内壁腐蚀缺陷管道等效应力 b）外壁腐蚀缺陷管道等效应力