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原文传递管道结构安全性及剩余寿命评估

论文题名：	管道结构安全性及剩余寿命评估
关键词：	管道;结构安全性;剩余寿命
摘要：	管道在服役过程中，除了外力破坏与腐蚀等外界因素外，材料本身性能的退化和内部缺陷在服役载荷下的发展是决定材料剩余寿命的主要因素，也是对在役管线进行评价与寿命预测的基础。本文通过对典型在役城市管线钢的组织和力学性能进行大量试验检测与分析，研究长期服役后管线钢的组织和性能退化行为、疲劳裂纹扩展行为。对长期服役后管线钢的金相组织观察表明，材料组织并未发生明显退化。管线钢焊接部位由于受热循环影响，热影响区组织粗大，焊缝处组织细小，夹杂较多，长期服役后对管道整体安全影响更为明显。服役管线钢拉伸、冲击和硬度试验分别表明，由于管线钢变形加工历程，环向屈服强度比纵向屈服强度高，虽然两者仍符合设计要求，但这种各向异性对于服役安全保障及剩余强度评价仍有一定影响。服役时间较长的管线钢，环焊缝受焊接质量影响，其20℃冲击功分散性很大(6-130J)；部分结果甚至表明，螺旋焊缝的韧脆转变温度约为-8.8℃，其脆化较严重，已不符合管线运行要求。进一步研究发现，螺旋焊缝的韧脆转变温度较其热影响区高，这与其组织对冲击韧性的影响相反，说明焊接质量是影响管线钢冲击韧性的一个重要因素。材料硬度测量说明，受到热应变脆化，组织的硬度升高，热影响区的硬度最大，与强度有明显对应关系，但韧性最差。时间对不同管线钢的组织退化规律和力学性能脆化规律基本上一样。随着运行时间的增长，材料的组织性能发生了变化，但是组织的退化发生在服役20年以后，而性能则在服役15年之后发生了很多的脆化，而之后变化不大。利用扫描电子显微镜研究了X52管线钢的疲劳裂纹扩展过程的断口表面形貌，X52管线钢的疲劳裂纹扩展过程为预裂、疲劳裂纹稳定扩展和快速扩展。在应力比R=0.1时，裂纹扩展速率da/dN=2.023×10-9(ΔK)2.238，R=0.6时，裂纹扩展速率da/dN=3.921×10-9(ΔK)3.148。在疲劳裂纹扩展速率试验的基础上，建立了一种新的含缺陷管道剩余寿命预测方法，即单参数疲劳寿命预测方法，全面的考虑了管线运行过程中不同应力比交替作用引起的破坏，能够很好的模拟天然气管道实际运行情况，精确预测管线钢的剩余寿命。以X52管线钢为例，模拟实际运行情况(R=0.1和R=0.6)进行了剩余寿命预测，预测结果为57年，综合考虑土壤、环境的情况，假设安全系数为2，则安全运行年限为28.5年。单参数疲劳寿命预测方法的预测结果可以为管道检测周期的制定和维修决策提供科学依据。
作者：	臧路明
专业：	材料工程
导师：	杨新岐;甄学义
授予学位：	硕士
授予学位单位：	天津大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文