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管線全焊接球閥大型石油天然氣長輸管線上的應(yīng)用
作者：永嘉縣銘邦閥門有限公司 來源：http:/// 發(fā)布于：2023-03-27 11:09:22
管線全焊接球閥應(yīng)用于大型石油天然氣長輸管線上，其質(zhì)量直接關(guān)系到國家能源運(yùn)輸?shù)陌踩?，因此對長輸管線閥門的要求比通用閥門的要求要高得多，要求閥門具有更高的密封性的同時(shí)，最關(guān)鍵的是要有足夠的強(qiáng)度和韌性。管線球閥裝入管線后，作為管線系統(tǒng)的一個(gè)部件，除了承受內(nèi)部介質(zhì)壓力之外，還要承受外部載荷的影響。分析閥門的閥體在介質(zhì)壓力與外部載荷復(fù)合作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，不能通過簡單的材料力學(xué)的方法來計(jì)算，只能通過有限元仿真來驗(yàn)證閥體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的安全性。
在有限元分析的基礎(chǔ)上，建立開發(fā)彎曲載荷模擬試驗(yàn)測試平臺(tái)，測試管線球閥在彎曲載荷作用下閥體的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)和閥門的功能，驗(yàn)證有限元數(shù)值分析的正確性。該分析與研究，為以后產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了可靠的理論依據(jù)，對管線球閥在長輸管線上可靠運(yùn)行30年是十分必要的。
管線全焊接球閥技術(shù)分析
閥門裝入管線后，除了承受內(nèi)部介質(zhì)壓力之外，還可能承受由于地基沉降和自重引起的彎曲力矩M、由于安裝和溫度變化引起的外部壓力載荷Q1和外部拉力載荷Q2。在分析設(shè)計(jì)中，假設(shè)彎曲力矩M、壓力Q1和拉力Q2是各自分別獨(dú)立地施加在球閥上。因此，只考慮一種外力和介質(zhì)壓力的復(fù)合作用。
分析閥門閥體在介質(zhì)壓力與外部力矩載荷聯(lián)合作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可參考ASMEQME－1《核電廠能動(dòng)機(jī)械設(shè)備鑒定》中有關(guān)端部加載試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)定：“測試閥門組件應(yīng)安裝在測試固定裝置里，端件應(yīng)能傳遞端部測試負(fù)載。
測試布置應(yīng)使恒定力矩施加在整個(gè)閥門長度上，在閥門和連接管道中同時(shí)施加滿額度測試壓力時(shí)，閥體至少承受在端蓋中產(chǎn)生的正常軸向拉力。施加測試力矩時(shí)，應(yīng)盡可能對測試閥門組件的可操作性產(chǎn)生最不利影響。對于大多數(shù)閘閥和球閥，通?？紤]在閥桿平面和管道中心線，即彎曲力矩施加于閥桿中心平面，拉力和壓力施加于管道中心線?！?/div>
因此，彎曲力矩的施加是通過閥桿中心截面，拉力和壓力的施加是通過管道的軸線。
閥門的外載荷是將閥門裝入管道之后產(chǎn)生的。端部施加的最大外載荷，規(guī)定為可施加在閥門上，而不使管道屈服的極限載荷；對外部彎曲力矩，按照ASMEQME－1規(guī)定，測試初始外部力矩載荷按ASME第III卷《核動(dòng)力裝置設(shè)備建造準(zhǔn)則》中規(guī)定：
M=FbS
式中 Fb——結(jié)構(gòu)的截面模數(shù)；
S——連接管道中可能產(chǎn)生的最大應(yīng)力，在此可取管道材料的屈服強(qiáng)度σs。
對于壓力和拉力，其最大載荷Q可表述為：
Q=FaS
式中 Fa——結(jié)構(gòu)的橫截面面積。
由于閥體受內(nèi)壓與外部彎曲載荷復(fù)合作用的影響，不能通過簡單的材料力學(xué)的方法來計(jì)算閥體的強(qiáng)度，只能通過有限元仿真來驗(yàn)證閥體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的安全。在閥體結(jié)構(gòu)中，其頸部開孔結(jié)構(gòu)屬于典型的總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)，引起局部應(yīng)力集中，采用通常的簡化公式計(jì)算或查表已不能有效分析閥體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來評定其安全性。在ASMEVIII－2中，給出采用分析設(shè)計(jì)方法（Design-By-Analysis，DBA），設(shè)計(jì)的合格性通過考察在各種設(shè)計(jì)外載荷下的結(jié)構(gòu)行為來進(jìn)行校核。并提出根據(jù)彈性殼體不連續(xù)理論（elasticshelldiscontinuitytheory），將彈性應(yīng)力場（elasticstress?eld）分解為一次、二次和峰值等三種不同的應(yīng)力，然后以相應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度極限來評定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，該方法能準(zhǔn)確分析閥體局部應(yīng)力集中和整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
在ASMEVIII－2中，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的判定均采用應(yīng)力強(qiáng)度作為判別，即按第三強(qiáng)度理論計(jì)算結(jié)構(gòu)當(dāng)量強(qiáng)度，將彈性應(yīng)力場可分解為以下主要應(yīng)力：一次應(yīng)力（一次總體薄膜應(yīng)力Pm、一次局部薄膜應(yīng)力PL、一次彎曲應(yīng)力應(yīng)力Pb）、二次應(yīng)力Q以及峰值應(yīng)力F。
由于閥體所承受載荷是非周期性的載荷，使閥體產(chǎn)生破壞的是一次和二次應(yīng)力，對峰值應(yīng)力的影響可不予考慮，根據(jù)ASMEVIII－2規(guī)范要求，只需要校核：
1）一次總體薄膜應(yīng)力，校核判據(jù)條件：Pm≤Sm。
2）一次局部薄膜應(yīng)力+一次彎曲應(yīng)力，校核判據(jù)條件：PL+Pb≤1.5Sm。
3）一次局部薄膜應(yīng)力+一次彎曲應(yīng)力+二次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度，校核判據(jù)條件：PL+Pb+Q≤3Sm。
以上一次總體薄膜應(yīng)力，一次局部薄膜應(yīng)力，一次彎曲應(yīng)力和二次彎曲應(yīng)力均按應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行分解，且當(dāng)以上三個(gè)應(yīng)力強(qiáng)度校核判據(jù)條件同時(shí)滿足，則可判斷結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全。Sm是給定材料的許用應(yīng)力強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞： 全焊接球閥 管線全焊接球閥
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