海外陆上集输管道隆起屈曲理论探讨及应用

程浩力

中国石油工程建设有限公司北京设计分公司, 北京 100085

0 前言

管道在高于环境温度和压力的条件下运行时,会发生膨胀。此时如果管道不能自由膨胀以释放应力,它将产生轴向压力。对于埋地管道,横向土壤可视为会提供无限的阻力,因此可以防止管道横向屈曲。但是,在竖直方向上,如果管道施加在土壤上的力超过了竖直方向以抵抗管道重量、弯曲刚度和覆土的约束力,管道将倾向于向上移动,并且可能发生很大的垂直位移,管道将经历弹塑性形变以达到新的力平衡。过度的塑性屈服变形是不可接受,且由于隆起屈曲,管道裸露将构成重大的安全和环境危害,因此,以埋设方式铺设的管道设计中必须考虑隆起屈曲。

中国石油企业近二十年来实施“走出去”战略,在参与欧美石油巨头作为作业者(业主)的项目及同中东阿联酋、沙特等业主的合作中,管道的隆起屈曲计算是海外业主普遍要求必须提交的设计文件，且被视作完整性管理的一部分内容。结合多年来同阿布扎比国家石油公司(ADNOC)、沙特阿美(Saudi Aramco,即沙特国家石油公司)、壳牌(Shell)、道达尔(Total)、埃克森美孚(Exxon Mobil)等业主及沃利帕森斯(WorleyParsons)英国分公司、福陆(Fluor)英国分公司、德西尼布(Technip)等著名工程设计公司的项目合作经验,将在海外油气田工程建设中实用的管道隆起屈曲计算方法加以介绍并结合实例说明,以期对海外油气田工程设计及施工起到一定的借鉴指导作用。

1 管道隆起屈曲现象及研究应用

屈曲问题是陆上高温、高压埋地管道一直存在的问题,研究管道屈曲方面的标志性人物Palmer A C早在1974年就发表了一篇关于管道横向屈曲的论文[1]。……