油气管道用大口径三通结构分析及优化.pdf

第 4 3卷第 1期 2 0 1 4年 1 月 石油化工设备 PETR0一 CHEMI CAL EQUI P M E NT Vo 1 ． 43 No ．1 J a n ． 2 0 1 4 文章编 号1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 4 0 1 0 0 4 4 0 4 油气管道用大 口径三通结构分析及优化 赵树炳 ，赵振兴 ，张志强 ，郭 磊 ，杜亮坡 中 国石油天然气管道工程有限公司 ，河北 廊坊0 6 5 0 0 0 摘要 油气管道用大口径三通通常采用拔制方式制作 。在 内压及管道应力的作用下， 三通相贯线 部位容 易产生应力集 中， 其 内、 外圆弧角对改善三通的受力状况起着重要的作 用。采用 ANS YS软 件 中的线弹性分析方法， 对三通 内圆弧角半径、 外圆弧 角半径与最大等效应力及最大变形的关 系做 了详细 的分析 计算 ， 并对 三通 的外 圆弧 角半径进 行 了优化 ， 有效 地提 高 了三通 的承载 能力 。 关键 词 三通； 管道；圆弧角半径；受力分析；结构优化 中图分类 号 T Q0 5 0 ． 2 ；T E 9 7 3 文献标 志码 B d 0 i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0 - 7 4 6 6 ． 2 0 1 4 ． 0 1 ． 0 1 0 S t r u c t u r e An a l y s i s a n d Opt i mi z e f o r La r g e r Di a m e t e r Te e Us e d f o r Oi l g a s Pi pe l i n e ZHAO S hu - b i ng， ZHAO Zhe n x i n g， ZHANG Zhi ’ qi a n g，GUO Le i ， DU Li a ng - po C h i n a P e t r o l e u m P i p e l i n e En g i n e e r i n g Co r p o r a t i o n， L a n g f a n g 0 6 5 0 0 0 ，Ch i n a Ab s t r a c t M o s t o f t h e t e e u s e d f o r o i l g a s p i p e l i n e a r e ma d e b y p u l l ，u n d e r t h e i n n e r p r e s s u r e a nd o t he r f o r e e s f r o m t he p i p e l i ne， s t r e s s c o nc e nt r a t i o n wi l l o c c ur a t t he i nt e r s e c t i n g l i ne o f br a nc h p i De a n d m a i n p i pe，t he i nne r f i l l e t a n d o ut e r f i l l e t t a ke a n i m p o r t a nt e f f e c t o n t he i nt e ns i t y o f t h e t e e ．t h e l i n e a r e l a s t i c me t h o d i s u s e d t o ma k e a d e t a i 1 s t u d y o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t h e f i l l e t r a d i u s a n d t h e ma x i mu m s t r e s s a n d d e f o r ma t i o n，t h e n a n o p t i mi z a t i o n t o t h e o u t e r f i l l e t i s d on e t o i mp r o v e d t he l o a d be a r i n g c a pa c i t y o f t he t e e ． Ke y wo r d s t e e ；p i p e l i n e f i l l e t r a d i u s ；s t r e s s a n a l y s i s ； s t r u c t u r e o p t i mi z e [ 6 ] [ 7 3 [ 8 ] [ 9 ] Pi ngs ha Do n g．Ve r i t y W e l d Fa t i gu e M e t h od i n FE S A F E S o f t w a r e[ J ／ O L ] ．h t t p f } ． s a f e t e c h n o l o gy ． c o rn ， 2 00 6． Ky u b a H ，Do n g P．Eq u i l i b r i u m e q u i v a l e n t S t r u c t u r a l S t r e s s App r o a c h t o Fa t i gu e An a l y s i s of a Re c t a ngu l a r Ho l l o w S e c t i o n J o i n t [ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f F a t i g u e ，2 0 0 5 ，2 7 1 8 5 9 4 ． Ma r i n T，Ni c o l e t t o G．F a t i g u e De s i g n o f We l d e d J o i n t s Us i ng t he Fi n i t e El e me nt M e t h od a n d t h e 2 00 7 AS M E D i v ．2 Ma s t e r C u r v e[ J ] ．G i o r n a t a I G F F o r n i d i S o p r a UD ，2 0 0 9 ， 3 9 7 6 ～ 8 4 ． 李向伟 ， 兆文 忠． 基于 Ve r i t y方 法 的焊缝 疲 劳评估 原 理及验证[ J ] ． 焊接学报 ， 2 0 1 0 ， 3 1 7 9 - 1 2 ． LI Xi a n g we i ，Z H AO W e n z h o n g ．W e l d F a t i g u e As ～ s e s s me n t a n d Ve r i f i c a t i o n B a s e d o n Ve r i t y M e t h o d 口] ．T r a n s a c t i o n s o f t h e C h i n a We l d i n g I n s t i t u t i o n ， [ 1 O 2 [ 1 1 ] 2 O1 o， 31 7 9 1 2． 孙成智 ， 曹广军。 基于等效 结构应力 的电阻点 焊疲劳寿 命预测[ J ] ． 焊接学报， 2 0 1 1 ， 3 2 1 1 0 5 1 0 9 ． S UN Ch e n g ～ z h i ， CAO Gu a n g j u n ．F a t i g u e Li f e S i mu ～ l a t i on of Spo t W e l d Ba s e d oi l Equi v a l e n t St r uc t u r e S t r e s s e s[ J ] ．Tr a n s a c t i o n s o f t h e C h i n a We l d i n g I n s t i t u t i on，2 011，32 1 1 05 - 1 09． 王 剑， 兆文 忠． 基 于结构 应力 法 的焊接 结构 优化 设 计 [ J ] ． 大连海事大学学报， 2 0 1 1 ， 3 7 2 1 2 4 1 3 O ． W ANG J i a n。 Z HAO W e n z h o n g ． S t r u c t u r a l S t r e s s M e t h o d Ba s e d Op t i mi z a t i o n De s i g n o f W e l d i n g S t r u c t u r e[ J ] ． J o u r n a l o f D a l i a n Ma r i t i me Un i v e r s i t y ， 2 0 1 1 ， 3 7 2 1 2 4 1 30 ． [ 1 2 ] S a f e T e c h n o l o g y L i mi t e d ．V e r i t y i n F e - s a f e v 2 U s e r - Ma n u a l [ M] ． U K S a f e T e c h n o l o g y L i mi t e d ， 2 0 0 8 5 - 7 ． 许编 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 8 0 2 作者简介 赵树炳 1 9 8 3 一 ， 男 ， 河北廊坊人 ， 工程 师， 硕士 ， 从事压力容器 、 压力管道设计工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 赵树炳 ， 等 油气 管道用大 口径三通结构分析及优化 4 7 表 1 圆弧角优 化结果 从 表 1中可 以看 出， 当外 圆 弧角 半径 R。 一 1 9 1 ． 3 1 mm、 3 9 ． 4 8 0 mm 时 ， 最大 等效应 力最 小 ， 数值为 6 8 0 ． 6 5 MP a ， 比优化前 R 。 一1 7 0 ram 的 应力值小 7 。 根据优化结果 ， 对三通模具 圆弧角进行调整 ， 目 前 已经取得 良好效果 。 6 结论 1 三通在内压作用下 ， 最大等效应力发生在三 通的肩部 内侧 ， 最大变形发生在腹部外侧 。 2 较小的内圆弧角有 助于减小三通肩部的应 力集中 ， 而当内圆弧角半径较大时， 内圆弧角会削弱 三通肩部的强度。 3 外圆弧角对三通有补强作用 ， 外 圆弧角半径 越大 ， 对三通的补强作用越大， 三通受力状况越好。 4 结合三通结构特点 ， 采用优化设计方法 ， 可 以有效提高三通的承载能力 。 参考文献 [ 1 ] G B 5 0 2 5 3 --2 0 0 3 ， 输油管道工程规范I s ] ． GB 5 0 2 5 3 -- 2 0 0 3， Co d e f o r De s i g n f o r Oi l Tr a n s p o r t a t i o n P i p e l i n e E n g i n e e r i n g [ S ] ． [ 2 ] G B 5 0 2 5 1 --2 0 0 3 ， 输气管道工程规范[ s ] ． GB 5 0 2 5 1 -- 2 0 0 3， Co d e f o r De s i g n f o r Ga s Tr a n s p o r t a t i o n P i p e l i n e E n g i n e e r i n g [ S ] ． [ 3 ] 马业华 ， 何东 升．X 8 0钢 级大 口径 三通 应力 分析 与结 构优化[ J ] ． 油气储运 ， 2 0 1 0 ， 2 9 1 6 2 6 4 ， 7 5 ． M A Ye h u a。 HE Do n g s h e n g ． S t r e s s An a l y s i s a n d S t r u c t u r e Op t i mi z a t i o n o n La r g e Di a me t e r X8 0 Te e J o i n t s [ J ] ．Oi l＆ G a s S t o r a K e a n d T r a n s p o r t a t i o n ， 2 0 1 0， 2 9 1 6 2 6 4， 7 5 ． [ 4 ] 桑芝富， 薛丽萍， 林杨杰． 大开孔内压容器塑性极 限载 荷的有限元分析[ J ] ． 南京化工大学学报， 1 9 9 9 ， 2 1 5 15 2 O． S ANG， Z h i f u ， X UE L i p i n g ， L I N Ya n g j i e ．F i n i t e E 1 一 e me n t An a l y s i s o f t h e Li m i t L o a d f o r a La r g e Di a me t e r R a t i o c y l i n d e r I n t e r s e c t i o n [ J ] ． J o u r n a l o f Na n j i n g Un i v e r s i t y o f Ch e mi c a l Te c h n o l o g y ， 1 9 9 9 ， 2 1 5 1 5 2 0 ． [ 5 ] 薛明德 ， 杜青海 ， 黄克智 ． 内压作用 下 圆柱 壳开 孔接 管 的分析设计方法[ J 3 ．压力容器， 2 0 0 7 ， 2 4 6 1 7 - 2 4 ． XUE M i n g d e ，DU Qi n g h a i ，HUANG Ke - z h i ． A Pr o p o s e d De s i g n Me t h o d B a s e d o n Th e o r e t i c a l An a l y s i s o f Cy l i n d r i c a l Pr e s s u r e Ve s s e l s wi t h No r ma l l y I n t e r s e c t i n g N o z z l e s [ J ] ．P r e s s u r e V e s s e l T e c h n o l o g y ， 2 0 0 7 ， 2 4 6 1 7 - 2 4 ． [ 6 ] 刘宝 庆 ， 蒋家 羚．压力容 器大 开孔 补强方 法[ J ] ． 压 力 容器 ， 2 0 0 2 ， 1 9 2 3 8 4 1 ． L I U Ba o q i n g， J I ANG J i a l i n g ．S t u d y o n Me t h o d s f o r t h e Re i n f o r c e me n t o f Pr e s s u r e Ve s s e l s wi t h La r g e O p e n i n g s [ J - ．P r e s s u r e Ve s s e l Te c h n o l o g y ， 2 0 0 2 ， 1 9 2 3 8 41 ． [ 7 ] 薛 明德．国外关 于 圆柱 壳 开孔 接管 问题 的研究 概 况 [ J ] ． 压力容器，1 9 9 1 ， 8 2 9 - 1 5 ． XUE Mi n g d e ．Th e Fo r e i g n Re s e a r c h S i t u a t i o n a b o u t C y l i n d r i c a l S h e l l s P r o b l e m[ J ] ．P r e s s u r e Ve s s e l T e c h n o l o g y ， 1 9 9 1， 8 2 9 - 1 5 ． [ 8 3 S Y／ T 0 6 0 9 --2 0 0 6 ， 优质钢制对焊管件规范I s ] ． S Y／ T 0 6 0 9 -- 2 0 0 6，S p e c i f i c a t i o n f o r Hi g h Te s t Wr o u g h t B u t t We l d i n g F i t t i n g s [ S ] ． [ 9 ] 苏厚德， 冯玉洁， 樊建领．异径挤压三通应力的有限元 分析[ J ] ． 石油化工高等学校学报，2 0 1 0 ， 2 3 3 2 3 27． S U Ho u d e ，F ENG Yu - j i e ， F AN J i a n - l i n g ．Fi n i t e El e me n t An a l y s i s o f E x t r u d e d R e d u c i n g T e e [ J ] ．J o u r n a l o f Pe t r o c h e mi c a l Un i v e r s i t i e s ，2 0 1 0， 2 3 3 2 3 2 7 ． [ 1 o ]轩福贞， 李培宁， 刘长军． 等径挤压三通强度分析工程 方法[ J ] ． 压力容器， 2 0 0 0 ， 1 7 5 3 0 7 8 ． XUAN F u z h e n ， L I P e i n i n g ，L I U C h a n g - j u n ．An En g i n e e r i n g An a l y s i s Ap p r o a c h f o r S q u e e z e Eq u a l d i - a me t e r Te e B r a n c h P i p e Co n n e c t i o n S t r e n g t h u n d e r I n t e r n a l P r e s s u r e[ J ] ． P r e s s u r e Ve s s e l T e c h n o l o g y ， 2 0 0 0 ， 1 7 5 3 0 - 7 8 ． 许 编 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m