一种在役管件的材质合于使用评价方法与流程

本发明属于在役管件的安全评价，涉及一种在役管件的材质合于使用评价方法。

背景技术：

1、天然气运输过程中涉及到大量的站场与阀室，站场与阀室中使用了大量的管件，包括各种规格尺寸的弯头、三通、管帽、异径大小头和法兰。另外站场集中了大量的工艺设备、自控仪表。一旦出现事故，不仅影响管线的输气功能，而且会造成大量的设备损坏和人员伤亡。以三通为例，其主要制造方法是对焊制管坯采用热挤压成形的制造的。由于大口径三通的形状的复杂性与壁厚不均匀性使得三通的热处理工艺要求非常严格。大口径三通热处理工艺主要是淬火+高温回火。正常合格的x70三通金相组织为贝氏体为主组织，但是大口径三通热处理工艺不合格，如淬火冷却速度达不到，高温回火时间不足等，则大口径三通的组织状态就会以铁素体为主。目前大口径三通的出厂检验的方式中不可能对全部大口径三通进行破坏性理化性能测试。这使得成批大口径三通的强度性能情况处于不可知状态。由于大口径三通的强度性能直接影响其承压能力，则明确服役大口径三通的强度性能对石油天然气场站建设至关重要。“合于使用”原则是以断裂力学、材料力学、弹塑性力学及可靠性系统工程为基础的严密的科学准则，保证承压结构在服役期间不发生任何已知机制如脆性破坏、疲劳失效、应力腐蚀的失效事故。因此该原则为承压结构的设计、制造和安全使用提供了重要的依据和强有力的手段。

2、现有技术中只对出厂管件材质抽样破坏性检验，如需判断一批在役管件材质是否符合标准要求，目前可能需动火割管进行测试，成本高且操作复杂，另外，鲜有对在役管件材质方面合于使用的检测评价的报道，如何利用无损方式对在役站场与阀室中的管件强度性能进行快速的安全评价，对于保障管件的安全可靠运行尤为重要。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种在役管件的材质合于使用评价方法，从而有效解决了天然气站场管件使用者对在役管件材质强度现场无损评价的技术问题。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种在役管件的材质合于使用评价方法，包括以下步骤：

4、通过在役管件的有限元分析模型获取待评价在役管件在预先设定的不同屈服强度下的安全运行内压；

5、将所述不同屈服强度对应的安全运行内压与待评价在役管件的设计内压进行比较，获得待评价在役管件的屈服强度安全边界；

6、通过所述待评价在役管件的屈服强度安全边界获取待评价在役管件的硬度安全边界值；

7、获取待评价在役管件不同测试区域的硬度值；

8、将所述待评价在役管件不同测试区域的硬度值与所述待评价在役管件的硬度安全边界值进行比较，若待评价在役管件不同测试区域的硬度值均不小于所述硬度安全边界值，则待评价在役管件合于使用，反之所述待评价在役管件不合于使用。

9、优选的，通过待评价在役管件的几何参数、材质参数以及运行工况参数建立不同材质管件的有限元分析模型。

10、优选的，所述几何参数包括待评价在役管件的壁厚、形状、长度、管径以及焊接坡口；所述材质参数包括待评价在役管件的材料类型、材料屈服强度以及抗拉强度；所述运行工况参数包括待评价在役管件的设计内压。

11、优选的，所述预先设定的不同屈服强度的最大值与所述待评价在役管件标准要求屈服强度的最小值相等。

12、优选的，所述待评价在役管件在预先设定的不同屈服强度下的安全运行内压的获取过程具体为：首先获取极限内压，并通过极限内压获取安全运行内压。

13、优选的，所述极限内压的获取过程为：将所述有限元分析模型在预先设定的不同屈服强度下进行内压加载，并获取待评价在役管件在不同屈服强度下的等效应力分布结果，直到内压加载至待评价在役管件任一部位全壁厚截面的等效应力结果达到预先设定的屈服强度，此时所加载的内压为极限内压。

14、优选的，所述安全运行内压为极限内压与设计系数之积。

15、优选的，所述屈服强度安全边界的获取过程具体为：将所述不同屈服强度对应的安全运行内压与待评价在役管件的设计内压进行对比，若存在安全运行内压与所述设计内压一致，则与所述设计内压一致的安全运行内压所对应的屈服强度为屈服强度安全边界，若设计内压位于安全运行内压的两个数值之间，则采用多项式将不同屈服强度和对应的安全运行内压数据进行拟合，从而获取屈服强度与安全运行内压的拟合模型，并通过设计内压以及所述屈服强度与安全运行内压的拟合模型，获取屈服强度安全边界。

16、优选的，所述硬度安全边界值的获取过程具体为：

17、获取待评价在役管件通过破坏性屈服强度和硬度测试累计的不同屈服强度与硬度数据；

18、采用多项式拟合方式对所述通过破坏性屈服强度和硬度测试累计的不同屈服强度与硬度数据进行拟合，获取屈服强度与硬度的拟合模型；

19、通过所述屈服强度安全边界以及所述屈服强度与硬度的拟合模型获取所述待评价在役管件的安全硬度边界。

20、优选的，所述待评价在役管件不同测试区域的硬度值的获取过程具体为：从待评价在役管件上选取若干测试区域，对每个测试区域进行若干次硬度测量，并获得若干次硬度测量结果的平均值，所述不同测试区域的硬度值为若干次硬度测量结果的平均值。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

22、一种在役管件的材质合于使用评价方法，通过建立不同材质管件的有限元分析模型，并利用该有限元分析模型获取了待评价在役管件在不同屈服强度下的安全运行内压，然后将不同屈服强度对应的安全运行内压与待评价在役管件的设计内压进行比较，获得待评价在役管件的屈服强度安全边界，并通过该屈服强度安全边界获取待评价在役管件的硬度安全边界值，然后结合在役管件不同测试区域的实际硬度值，进行比对分析，得出在役管件的使用性能。该方法为无损检测方式，利用的数据均为待评价管材的现有累计数据，无须动火割管，成本低，方法简单易操作。该方法可以使管件的使用者与管理者能够快速对管件材质的使用安全性进行评价。

技术特征：

1.一种在役管件的材质合于使用评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种在役管件的材质合于使用评价方法，其特征在于，通过待评价在役管件的几何参数、材质参数以及运行工况参数建立不同材质管件的有限元分析模型。

3.根据权利要求1所述的一种在役管件的材质合于使用评价方法，其特征在于，所述几何参数包括待评价在役管件的壁厚、形状、长度、管径以及焊接坡口；所述材质参数包括待评价在役管件的材料类型、材料屈服强度以及抗拉强度；所述运行工况参数包括待评价在役管件的设计内压。

4.根据权利要求1所述的一种在役管件的材质合于使用评价方法，其特征在于，所述预先设定的不同屈服强度的最大值与所述待评价在役管件标准要求屈服强度的最小值相等。

5.根据权利要求1所述的一种在役管件的材质合于使用评价方法，其特征在于，所述待评价在役管件在预先设定的不同屈服强度下的安全运行内压的获取过程具体为：首先获取极限内压，并通过极限内压获取安全运行内压。

6.根据权利要求5所述的一种在役管件的材质合于使用评价方法，其特征在于，所述极限内压的获取过程为：将所述有限元分析模型在预先设定的不同屈服强度下进行内压加载，并获取待评价在役管件在不同屈服强度下的等效应力分布结果，直到内压加载至待评价在役管件任一部位全壁厚截面的等效应力结果达到预先设定的屈服强度，此时所加载的内压为极限内压。

7.根据权利要求5所述的一种在役管件的材质合于使用评价方法，其特征在于，所述安全运行内压为极限内压与设计系数之积。

8.根据权利要求1所述的一种在役管件的材质合于使用评价方法，其特征在于，所述屈服强度安全边界的获取过程具体为：将所述不同屈服强度对应的安全运行内压与待评价在役管件的设计内压进行对比，若存在安全运行内压与所述设计内压一致，则与所述设计内压一致的安全运行内压所对应的屈服强度为屈服强度安全边界，若设计内压位于安全运行内压的两个数值之间，则采用多项式将不同屈服强度和对应的安全运行内压数据进行拟合，从而获取屈服强度与安全运行内压的拟合模型，并通过设计内压以及所述屈服强度与安全运行内压的拟合模型，获取屈服强度安全边界。

9.根据权利要求1所述的一种在役管件的材质合于使用评价方法，其特征在于，所述硬度安全边界值的获取过程具体为：

10.根据权利要求1所述的一种在役管件的材质合于使用评价方法，其特征在于，所述待评价在役管件不同测试区域的硬度值的获取过程具体为：从待评价在役管件上选取若干测试区域，对每个测试区域进行若干次硬度测量，并获得若干次硬度测量结果的平均值，所述不同测试区域的硬度值为若干次硬度测量结果的平均值。

技术总结
本发明提供一种在役管件的材质合于使用评价方法，包括以下步骤：通过在役管件的有限元分析模型获取待评价在役管件在预先设定的不同屈服强度下的安全运行内压；将不同屈服强度对应的安全运行内压与待评价在役管件的设计内压进行比较，获得屈服强度安全边界；通过屈服强度安全边界获取硬度安全边界值；获取待评价在役管件不同测试区域的硬度值；将待评价在役管件不同测试区域的硬度值与所述硬度安全边界值进行比较，若待评价在役管件不同测试区域的硬度值均不小于硬度安全边界值，则待评价在役管件合于使用，反之待评价在役管件不合于使用。该方法简单可靠，有效解决了天然气站场管件使用者对在役管件材质强度的现场评价，确保了使用的安全性。

技术研发人员：曹俊,马卫锋,王珂,任俊杰,聂海亮,党伟,姚添,梁晓斌
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11