变形管道应力测试确定方法与流程

本发明涉及管道检测技术领域，具体涉及一种在役变形压力管道应力测试和确定方法。

背景技术：

压力管道在运行过程中由于自重、安装条件、自然灾害、机械碰撞等原因，会导致管道变形，变形部位往往出现应力集中，这些弯曲应力和内压产生的工作应力、焊接残余应力一起构成管道的总应力，如果应力超过管材的抗拉强度，管道就会发生破裂，引发泄漏事故。因此，准确测试和确定管道重点部位应力状态十分必要，可以清楚掌握管道运行情况，以便及时采取保障措施。

目前，国内外对压力管道变形部位应力状态的研究主要通过两种技术手段：

一是仿真模拟方法。仿真模拟方法利用有限元软件将变形管道进行建模，施加载荷和边界条件，在计算机中模拟管道变形部位的各种应力响应情况；该方法在有限元建模过程中会进行模型简化和条件假设，并不能真实反映变形管道的载荷和约束情况，因此仿真模拟得到应力数据准确较差，与实际应力相比存在较大误差；

二是应变间接测试。应变间接测试方法是将传统的应变片布置在管道的变形部位，通过应变采集设备先得到被测部位的应变，然后根据计算出与之对应的应力。该方法在已经发生变形的管道上布置应变片，得到的测试数据是相对应变，无法获得管道变形部位的绝对应变，因此计算出来的应力也无法反映管道的绝对应力。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供了一种可以有效解决仿真模拟方法的应力数据误差较大的问题，也可以解决在应变间接测试方法的不能反映真实绝对应力的问题的变形管道应力测试确定方法。

本发明的一种变形管道应力测试确定方法，包括以下步骤，

确定被测变形管道的变形参数；

确定并记录测试点的数量及位置；

将打好圆孔的绝缘胶纸粘贴在测点表面，并使所述测试点位于所述圆孔中心，对所述测试点进行电解抛光；

利用x射线应力测试仪对每个所述的测试点进行轴向和环向两个方向的应力测试，并确定所述测试点的mises等效应力。

进一步地，所述方法还包括对测试点进行机械打磨处理，以保证测试面光滑、平整。

进一步地，对所述测试点进行电解抛光时，需要保证电解液可以覆盖抛光点所在圆孔的整体，且不会从其他圆孔或其他部位与测试管道接触。

进一步地，电解抛光的深度为100μm。

进一步地，所述测试点的mises等效应力通过下式进行计算：

其中，σz和σh为测得的轴向应力和环向应力。

进一步地，所述测试点为管道变形较严重的部位和具有代表性的部位。

进一步地，所述电解抛光的电解液采用饱和nacl溶液，电解抛光仪阴极使用脱脂棉蘸满电解液覆盖测试点。

与现有技术相比，本发明的变形管道应力测试确定方法，依据x射线衍射技术，在x射线应力测试仪的基础上，实现直接测试压力管道变形部位的环向应力和轴向应力，并根据公式计算出mises等效应力。本发明的方法可以有效解决仿真模拟方法的应力数据误差较大的问题，也可以解决在应变间接测试方法的不能反映真实绝对应力的问题。

上述技术特征可以各种技术上可行的方式组合以产生新的实施方案，只要能够实现本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了本发明的变形管道应力测试确定方法的流程图；

图2显示了本发明实施例中变形管道信息；

图3显示了图2所示的变形管道凹陷应力测试位置与标号；

图4显示了图3中的凹陷部位应力测试确定结果。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

如图1所示，本发明的变形管道应力测试确定方法包括，

步骤1.确定被测变形管道的变形参数。

根据被测变形管道的材质、规格和表面热处理状态、制造或安装信息、运行维护状况等基本信息，确定变形参数，检查测试区域附近工作环境和空间尺寸，保证附近工作环境和空间满足测试条件。

步骤2.确定并记录测试点的数量及位置。

根据步骤1，准确确定测试点的数量、位置，在管段上予以标识，并拍照记录；测试点优选为变形缺陷变形较严重的部位和具有代表性的部位，如凹陷的底部和边缘。

步骤3.对测试点进行机械打磨处理，以保证测试面光滑、平整。

对于表面有防腐层、厚氧化层、漆层或附着物的管段，首先用角磨机和钢丝轮去除防腐层、厚氧化层、漆层或附着物等，露出金属本体，然后用不同粒度的百叶轮或砂纸多次打磨，打磨深度尽量要小，最后得到光滑、平整、干净的测试面；其中对于位于焊缝或表面不平等的测点，首先用角磨机和砂轮磨平测点，然后用百叶轮或砂纸打磨。

步骤4.将打好圆孔的绝缘胶纸粘贴在测点表面，并使所述测试点位于所述圆孔中心，对所述测试点进行电解抛光。

用打好圆孔的绝缘胶纸粘贴在打磨好的测点表面，使测试点为位于圆孔中心，保证电解液可以覆盖抛光点所在圆孔的整体，且不会从其他圆孔或其他部位与测试管道接触，然后利用电解抛光仪对测试点进行电解抛光，消除打磨产生的附加应力；

管材的电解液采用饱和nacl溶液，电解抛光仪阴极使用脱脂棉蘸满电解液覆盖测试点，每抛光半分钟至一分钟需要将阴极在电解液中充分浸润一次使电解液浓度均匀，抛光深度一般为100um，以达到消除表面附加应力并尽量小的抛光深度为准，可通过肉眼观察表面由打磨的光亮面变成较暗的腐蚀形貌并且不见打磨造成的划痕，即认为电解抛光完成。

步骤5.利用x射线应力测试仪对每个所述的测试点进行轴向和环向两个方向的应力测试，并确定所述测试点的mises等效应力。

完成电解抛光后，将测试管道表面擦拭干净后尽快利用x射线应力测试仪进行应力测试，变形管道上每个测试点进行轴向和环向两个方向的应力测试，应力测试按照一定顺序进行，要求最后保存文件的测试数据能够一一对应每个测试点和应力方向；

通过测试点的轴向应力及环向应力，计算测试点的mises等效应力，其中

式中，σz和σh为测得的轴向应力和环向应力。

需要注意的是，每次测试完成后，需要查看测试结果，根据测试条件和发现的具体问题，确定是否需要在软件中修改计算方法和参数重新测试。

下面参考图2-图4，以一个具体实施例说明本发明的方法。

一、测试管道介绍：

某成品油长输管道，由于机械碰撞顶部出现凹陷，变形深度为41.4mm，轴向长度126mm,环向长度103mm；该管道的规格为φ323.9×6.4mm，3pe+环氧粉末防腐层，设计压力6.4mpa，运行压力4.6mpa，材质为x60。根据相关标准要求，需要对该变形管道变形部位进行应力校核，来决策是否更换变形管道以保证管线的正常运营。

二、利用本发明的方法进行模拟实验测试：

步骤1.确定被测变形管道的变形参数。

如图2所示，被测变形管道的规格为φ323.9×6.4mm，管道材质为x60，防腐层为3pe+环氧粉末，运行压力为4.6mpa，凹陷位置0点钟，凹陷深度41.1mm，轴向长度126mm，环向宽度103mm，如表1所示；周围环境和开挖的作业坑满足测试基本条件。

步骤2.确定并记录测试点的数量及位置。

如图3所示，根据步骤1，在该变形管道凹陷部位选择5个测试点，凹陷边缘4个位置和凹陷底部1个位置，在管道上标号，测量各个测试点的间距，拍照记录。

步骤3.对测试点进行机械打磨处理，以保证测试面光滑、平整。

用角磨机和钢丝轮去除凹陷部位的3pe+环氧粉末防腐层，露出金属本体，然后用不同粒度的百叶轮、砂纸多次打磨，得到光滑、平整、干净的测试面。

步骤4.对测试点进行电解抛光。

将打好圆孔的绝缘胶纸粘贴在打磨好的测点表面，使测试点为位于圆孔中心，保证饱和nacl溶液可以覆盖抛光点所在圆孔的整体，且不会从其他圆孔或其他部位与测试管道接触，然后利用电解抛光仪对测试点进行电解抛光，当肉眼观察表面由打磨的光亮面变成较暗的腐蚀形貌并且不见打磨造成的划痕，停止电解抛光。

步骤5.利用x射线应力测试仪对每个所述的测试点进行轴向和环向两个方向的应力测试。

步骤4完成后，将管道表面擦拭干净，利用x射线应力测试仪进行应力测试，每个测试点进行轴向和环向两个方向的应力测试，应力测试按照一定标号顺序进行，并保存测试数据；每次测试完成后，查看测试结果，确定测试结果没有问题。

步骤6.根据所得的轴向应力和环向应力，根据公式

计算每个测点的mises等效应力。

通过以上步骤，得到该变形管道凹陷部位每个测试点在正常运行工况下的轴向应力、环向应力和mises等效应力，如图4所示。

本发明的变形管道应力测试和确定方法简单、数据准确、误差较小，能够直接测量在役变形管道变形部位的环向应力、轴向应力，并且依此确定该部位的mises等效应力。使用时，根据现场变形管道具体情况选择测点，然后打磨电解抛光，消除打磨应力，利用利用x射线应力测试仪直接测试，有效解决了仿真模拟方法的应力数据误差较大的问题和应变间接测试方法的不能反映真实绝对应力的问题。使用本发明的应力确定测试方法能够实时检测在役管道局部的应力，及时掌握管道结构受力状态，根据强度、变形等破坏机制，对管道进行应力校核，实现管道的科学管理和健康运行，具有广阔的应用前景。

尽管在附图中以特定顺序描述了本发明实时操作，但是，这并非要去或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤或者将一个步骤分成多个步骤执行。

至此，本领域技术人员应该认识到，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。