穿越平移断层海底埋地管道屈曲失效分析
海底管道失效原因及控制对策
的事故的致因等情况。
其中，王红红[4]在2017年分析了从1986到2016年的30年中，中国海油在四片海域(从北向南依次为：渤海、东海、南海东部、南海西部)铺设的315条海底管道发生失效事故频次等数据，见图2。
图2 中国海油海底管道事故类型统计2 海底管道的事故原因统计北海海底管道事故统计的209个样本数据中，第三方破坏占比45.93%，腐蚀占比24.88%，工程质量占比15.31%，其他占比7.66%，自然灾害占比6.22%；中国海油海底管道事故统计的51个样本数据中，腐蚀占比37.25%，第三方破坏占比33.33%，自然灾害占比15.69%，工程质量占比13.73%。
对比北海海底管道事故统计数据(以下简称“北海数据”)和中国海油海底管道事故统计数据(以下简称“海油数据”)，见表1。
表1 海底管道事故类型频率分析 单位：%2腐蚀24.8870.8133.3370.593工程质量15.3186.1213.7384.314自然灾害 6.2292.3415.691005其他7.66100通过对比分析北海数据和海油数据得知，北海数据中第三方破坏和腐蚀这两大分类累计频率为70.81%，加上工程质量累计频率为86.12%；海油数据中第三方破坏和腐蚀这两大分类累计频率为70.59%，加上工程总质量累计频率为84.31%。
从表1的累计频率可以看出，无论是北海数据，还是海油数据，造成管道失效的最主要三个原因类别是第三方破坏、腐蚀、工程质量，且北海数据和海油数据有较高的相似度。
0 引言海洋石油海底管道是石油在海底运输的主动脉，承担着海上石油设施之间、海洋石油设施和陆地终端之间的油气运输任务。
海底管道由于长期服役于环境恶劣的海洋底部环境中，铺设和运维难度较大，一旦出现断裂或泄露事故，势必造成严重的环境污染[1]。
因此，做好海底管道安全管理工作势在必行。
这就要求在设计阶段、施工阶段、运营阶段都要做好控制措施，防止海底管线出现失效情况，避免发生事故，实现提质降本增效的目的。
埋地铸铁海水管失效分析_图文(精)
埋地铸铁海水管失效分析张慧敏 1、 2潘家祯 1王志文 11—华东理工大学, 2—上海应用技术学院摘要:本文主要研究输送海水的铸铁管失效的原因及机理。
通过对失效的管线进行宏观形貌、金相分析、能谱分析、微观裂纹极其断口分析,得到了失效的原因为 Cl -离子及氧存在下的电化学腐蚀与化学腐蚀,并对腐蚀机理进行了阐述。
关键词:铸铁管,失效,机理An analysis of failure in cast iron seawater buried pipeHui-min Zhang1、 2 Jia-zhen Pan 1 Zhi-wen Wang 11— East China University of Science and Technology 2— Shanghai Institute of Technology Abstract :This paper mainly analysis the cause and principle of the failure in cast iron seawater pipe. Through the failure analysis of the gray cast iron pipe with morphological character, metallographic examination, scanning electron microscope it is found that the cause of the failure is the action of electrochemical corrosion and chemical corrosion when the cl- and oxygen is exited. The principle of the corrosion is also discussed.Keywords: cast iron pipe, failure analysis, principle1. 失效铸铁管的尺寸与工作环境铸铁管被广泛用于埋地管线中, 其输送的介质各异。
海底管道失效原因分析及其对策
海底管道作为一种输送流体介质的工具， 具有 连续、 快 捷、 输 送 量 大 等 诸 多 优 点， 自 从 "-). 年 K48M7 P Q885 公司在美国墨西哥湾铺设第一条海底 管道以来， 在近半个世纪里， 世界各国铺设的海底 管道总长度已达十几万千米， 海底管道已成为海上 油气田开发中油气传输的主要方式 & 除了被用于海 上油气田开发外， 海底管道还被广泛用作城市污水 排放入海、 油气穿越江河传送的工具 & 在海底管道 应用迅猛发展的过程中， 海底管道的安全问题始终 为人们所关注 & 同陆上管道相比， 海底管道运行风 险更大， 失效概率更高， 这主要与其工作环境条件 恶劣密切相关 & 运行在海底的管道既可能受到波
［-］
，
图 ( 是根据 0123#4 统计出来的数据绘出的这四种
学腐蚀、 海生物腐蚀等等， 其中大气腐蚀仅发生在 海底管道暴露在大气中的立管段 ! 管外腐蚀速度与 海水和土壤的电阻、 温度、 含盐度、 含氧量、 海流流 速、 海洋生物浓度等有关 ! 海底管道在腐蚀作用下 常以局部穿孔形式破坏 ! （-） 波流冲刷作用 ! 当海底管道埋深不足时， 在 波流反复冲刷作用下会逐渐裸露出海底而呈悬跨 状态， 波流流经悬跨管道时会在管道后部释放旋涡 引起管道振动 ! 当悬跨管道自振频率与旋涡释放频
%"’
田输油管道就是因此破坏的 ! 管道连接焊缝处常常 因为存在焊缝缺陷而成为管道发生疲劳破坏的危 险点 ! （"） 机械破坏 # 第三方活动 ! 机械破坏是指由于 第三方的海上活动导致海底管道发生的破坏 ! 当海 底管道位于渔业活动区、 航道区或海上工程施工范 围区内时， 若埋设不深或由于波流冲刷而裸露出海 底时， 很容易受到渔网拖挂、 航锚和船上落物撞击 作用 ! 另外位于海上工程施工范围内的管道以及平 台附近的管道部分受施工和平台上落物撞击作用 的危险性也比较大 ! 这些作用都将使管道受到一定 程度的损伤， 严重时会造成管道断裂 ! （$） 海床运动 ! 海底管道因海床运动而发生破 坏实际上是海流—管道—外力三方面相互作用的 结果 ! 砂质海床在波流冲刷作用下会发生淘蚀， 粉 砂或细砂质海床在风暴潮和地震作用下容易发生 液化， 淤泥质海床存在很大的流变性， 当海底管道 铺设在这些性质不稳定海床上时很可能由于海床 蹋陷、 滑动、 冲蚀而发生强度或变形破坏 ! （%） 管道的材料缺陷和焊缝缺陷 ! 管道的材料 缺陷是指管材在制造过程中存在的质量问题， 如材 料表面存在着裂纹、 划伤以及内部存在着偏析、 气 泡、 夹杂物等 ! 焊缝缺陷是指管道在制造和施工过 程中焊接质量不过关， 存在着裂纹、 气孔、 夹渣等缺 陷 ! 在外力作用下管道的材料缺陷和焊缝缺陷处很 容易产生应力集中， 它们常常是管道发生疲劳破坏 和强度破坏的潜在危险点 ! （&） 管道附件失效 ! 海底管道上的阀门、 法兰、 机械连接器、 卡子、 接头、 垫片等附件因老化、 腐蚀 或其它原因而发生失效， 导致海底管道发生泄露或 无法正常控制 ! 除了以上几种原因外， 操作失误、 设计不合理 也可能是造成海底管道失效的原因， 与前面介绍的 六种失效原因不同， 它们主要是由于人为因素造成 的管道失效， 相对于其它几种原因这两种原因是比 较容易避免的 ! 在很多情况下海底管道失效都是由 上述各种原因中的几种共同作用引起的， 其主要破 坏原因与海底管道运行年限和运行环境密切相关 ! 对于已经服役很长时间的海底管道， 腐蚀和管道附 件老化可能是导致其失效的主要原因， 对于铺设在 砂质海床上的海底管道， 波流冲刷或海床运动可能 是其破坏的主要原因， 而铺设在渔业活动区内的海 底管道受到渔网拖挂和船锚撞击破坏的可能性更 万方数据
关于海底管线屈曲剧变特性研究
关于海底管线屈曲剧变特性研究摘要：上世纪七十年代以来，管道在液、固、流态物质的运输渠道中得到越来越广泛的应用。
这是因为管道运输不受时间的限制，运输量大，运输安全性高，运输成本低廉。
海底管线是管道运输的一个重要组成部分，在海底进行运输方面同样发挥着不可替代的作用。
本文主要对海底管线经常出现屈曲剧变问题做出介绍，深入分析研究了屈曲剧变的特性，为完善海底管线提供了宝贵经验。
关键词：海底管线；屈曲剧变；特性分析目前，铺设海底管道线这项工程刚兴起几十年的时间，由于海底作业难度大，在铺设海底管道线时，时常发生一些技术故障，即使在海底管道线铺设完成后，铺设好的管道也会发生一些故障。
例如海底管线发生屈曲剧变等问题。
而此时对海底管道线的修建技术还处于发展阶段，这需要对这项技术不断地进行完善，以便使其更好地应对海底管道线出现的问题。
1.海底管线屈曲剧变1.1.海底管线屈曲剧变概念作为海洋油气集输与储运系统的一个重要组成部分，海底管线起着不可替代的作用。
但海底管线的屈曲剧变问题容易造成管线失效，使海底管线在发挥作用时受限。
管线屈曲的内容主要指管线在内外温差和压差较大时，由于受到地基土的约束作用，无法自由变形，在管线的内部产生附加应力，使管线发生竖向或水平向的弯曲。
这种弯曲给海底管线造成很大影响。
不仅对管线的安全运营造成威胁，而且还给海底管道运输业造成重大经济损失。
1.2.海底管线屈曲剧变的形态根据管线屈曲特点，可将管线的屈曲剧变可分成两类，一是水平向屈曲模式，二是竖直向屈曲模式。
竖直向屈曲模式，是指管线在温度应力和内部压力的作用下由于受到地基土体的约束，无法自由变形而产生的垂直向上隆起，常发生于全埋管线或半埋管线中。
水平向屈曲模式，是指管线在温度应力和内部压力的作用下由于受到地基土体的约束，无法自由变形而产生的水平方向的蛇形位移，常发生于半埋管线或不埋管线中。
从这两种屈曲形态定义中可以看出影响管线变形的一些因素，这为分析管线屈曲原因提供了参考。
海底管道失效原因分析及其对策
海 床 运 动 实 质 上 也 就是 海 流一 管 道 一外 力 ｉ 方 面 力 的 共 同 作用 ， 海 底 管 道 会 因 这共 同作 用 的 力 而 发 生破 坏 。淤 泥 质海 床 存 在 很 大 的 流 变 性 ，细 砂 质 或 粉 砂 质 的 海 床 在 地 震 和 风 暴 潮 的作 用下很容易发生液化的现象 ， 而 在 波 流 冲 刷 的作 用 下 ， 砂 质 海 床
管道破坏失效。与此同时 ， 船 只 行 驶 或 者 修 建 新 的海 港 、 建 设 新
海 底 管 道 、对 海 底 电 缆 维 护 的 相关 作 业 船 只 掉 下 的 落 物 也 有 可 能 会 对 海底 管道 造 成 破 坏 ， 严 重 时 导 致 管道 泄 漏 。
２、 海床 运动
程， 它 是 防 止 管 道 失 效 最 重 要 的环 节 。 腐蚀 、 波 流 冲 刷 等 造 成 的 海 底 管 道 失 效 在 一 定 程 度 上 都 可 以 通 过 合 理 的 设 计 来 防止 。 如 在 设 计 中 可 以 采 用 增 加 管壁 厚 度 、 管外涂防腐层 、 阴极 保 护 法 、 在 管 内 流体 内加 缓 蚀 剂 等 方法 来 防 止 管 道 发 生腐 蚀： 采 用 将 海 底
也 可 能来 自管道 周 围环 境 的作 用 ， 因此 需 要 针 对 引起 海 底 管道 失 效 的各 种 原 因分 别 采 取 对 策 ， 这些 对策 涉及 到海 底 管 道 选 线 、 设计、 材 料和施工质量 检测 、 检测等多个方 面 ． 下 面 就 分 别 就 这 些 对 策 进 行 闸述 。
致 使 局 部 破 损 开 裂 、管道 外部 混凝 土配 重 层 损 坏 。尤 其 是 在 潮
埋设悬跨海底管道的屈曲分析
第23卷第2期 V ol.23 No.2 工 程 力 学 2006年 2 月 Feb. 2006 ENGINEERING MECHANICS173———————————————收稿日期：2004-03-26；修改日期：2004-05-27作者简介：*邢静忠(1966)，男，甘肃人，教授，博士，从事海洋石油工程力学研究(E-mail: hsingjzh@)； 柳春图(1935)，男，江苏人，研究员，博士生导师，从事固体力学、断裂和疲劳研究； 徐永君(1964)，男，河北人，博士，从事工程力学研究。
文章编号：1000-4750(2006)02-0173-04埋设悬跨海底管道的屈曲分析*邢静忠1,2，柳春图1，徐永君1(1. 中国科学院力学研究所, 北京 100080; 2. 兰州理工大学理学院, 兰州 730050)摘 要：考虑海床刚度，研究了埋设悬跨海底管道在热膨胀引起的轴向压力下的屈曲问题。
传统方法是将悬跨管道简化为两端简支或者两端固支梁来处理。
基于欧拉-伯努利梁理论，考虑线弹性海床刚度和轴向压力，建立并求解了埋设段管道和悬跨段管道在自重作用下的四阶常微分方程，获得了两段管道的静挠度和内力的解析公式。
通过对静挠度的特性分析，给出了埋设管道段和悬跨管道段的稳定性判断准则。
关键词：屈曲；海底管道；悬跨；弹性地基；热膨胀 中图分类号：O343 文献标识码：ABUCKLING ANALYSIS OF BURIED SPANNING SUBMARINE PIPELINE*XING Jing-zhong 1,2 , LIU Chun-tu 1 , XU Yong-jun 1(1. Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China; 2. School of Science, Lanzhou University of Science, Lanzhou 730050, China)Abstract: This paper presents a buckling analysis of buried spanning submarine pipelines under axial compressive force caused by thermal expansion, in which the seabed stiffness is taken into account. Traditional methods treat each span segment as a simply-supported beam or clamped-clamped beam in practice. A new approach is developed based on Euler-Bernoulli beam theory, taking into account the linear elastic stiffness of seabed and temperature-driving axial force. A fourth order ordinary differential equation governing buried segment in elastic seabed and spanning segment under self-weight and axial compressive force is established and solved. The static deflection and internal force function of both segments are obtained in closed form. Stability criteria of buried segment and spanning segment are established through analyzing the characteristics of static deflection.Key words: buckling; submarine pipeline; spanning; elastic foundation; thermal expansion由于海床不平整，或者海流淘蚀，海底管道经常出现悬跨(Spanning)情况。
首次穿越失效方法用于评价海底管跨的可靠度
（ 中国 石 油 大 学 储 运 与 建 筑 工程 学 院 ， 山东 东 营 ２ ７６ ） ５ ０ １
摘 要 ： 用随机 振动 的 首次 穿越 理 论和 可 靠度理 论对 波 浪作 用 下的海底 管跨 进行 疲 劳 可靠度 分析 。 应
基 于断裂 力 学原理 建立 疲 劳失效 准则 ， 海底 管跨 的疲 劳 失效 可 以 看成 首 次 穿越 问题 。将 管跨 服 役 期 内的长期 海 况看成 由若干 离散 短 期 海况 组成 ， 通过 模 态分析 方 法 确 定海 底 管跨 在 各 海 况 下 的应 力响应 。根 据 首次 穿越 理 论 的泊松 模 型 ， 算各 海 况下 管跨 应 力 响应 的期 望 穿阈率 ， 而确 定总体 计 进
２ １年 第 ４ ０１ ０卷
第 ２期 第 ５页 文 章 编 号 ： ０ — ８ ２ １１ ０ — ０ — １ ０１ ３４ ２（ ０ ） ２ ０ ０５ ０６
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石 油 矿 场 机 械 ＥＱＵＩ Ｅ ＰＭ ＮＴ
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首 次 穿越 失 效 方法 用 于 评 价 海 底 管跨 的 可靠 度
疲 劳失效 可靠度 。通 过 实例 分析 了跨 长 、 计寿命 、 始 裂纹 长度 、 设 初 断裂 韧性 、 纹扩展 参 数等 对可 裂 靠度 的影响 ， 劳可 靠度 变化 曲线 可 以对海底 管道 的设计提 供 参考 。 疲
关键 词 ： 次 穿越 ； 劳 失效 ； 力 响应 ； 阈率 首 疲 应 穿
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｆａ ｉ ｕｅ ｒ ｌａ ｌｔ ｆｓ ｂｍａ ｉ ｐ ｌｎｅ ｓ ａ ｄｅ ｈ ｖ ｓｓ ｕ ｓ ｄ ｏ ｉｓ ｓ ｓｒ ｃ ： ｔｇ ｅ ｉｂｉｉｙ ｏ ｕ ｒｎｅｐｉ ｅ ｉ ｐ ｎ ｕｎ ｒ ｔ ｅ ｗａ ｅ ｉ ｔ ｄｙ ｂａ ｅ ｎ ｆｒ ｔｐａ — ｓ ｇ ｈｅ ｒ ｆ ｓ ｏ ｈａ ｔｃ ｖｉ ｒ ｔｏ ｎ ｅｉ ｂｉｉｙ ｔ ｅ ｒ ａ ｅ ｔ ｏ ｙ ｏ ｔ ｃ ｓ ｉ ｂ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｒ ｌａ ｌｔ ｈ ｏ ｙ．Ｆａ ｌ ｅ ｒｔ ｒａ ａ ｅ ｅ ｔ ｂ ｉ ｈｅ ｙ ｆ ａ — ｉｕｒ ｃ ｉｅ ｉ ｒ ｓ ａ ｌｓ ｄ ｂ ｒ ｃ ｔ ｒ ｃ ｎ ｃ ｉ ｉ ｅ Ｔｈｅ ｆ ｔｇｕ ａｌ ｅ ｏｆｐｉ ｅ ｉ ｐ ｓ ｃ ｉ ｅ ｓａ ｆｒ ｔ ｐ ｓ ａ ｅ ｐｒ ｂｌｍ ． ｕ ｅ ｍｅ ｈａ ｉ ｓｐｒｎｃｐｌ． ａ ｉ ｅ ｆ ｉｕｒ ｐ ｌｎｅ ｓ ａｎ ｉ ｏ ｎ ｄ ａ ｉｓ ａ ｓ ｇ ｏ ｅ Ｔｈｅ ｌ ｎｇ ｔ ｒ ｓ ｏ ｈａ ｔｃ ｓ ａ ａ ｅ ｉ ｒ ａ ｅ ｓ ｓ ｖｅ ａ ｉ ｃ ｅ ｅ ｓ ｏｒ— ｅ ｍ ｃ ｓ ｓ ｗｈｉｈ ａ ｅ ｅ ｏ — ｅ ｍ ｔ ｃ ｓ ｉ ｅ ｃ ｓ ｓ ｔ ｅ ｔ ｄ ａ ｅ ｒ ｌ ｄ ｓ ｒ ｔ ｈ ｔｔ ｒ ａ ｅ ｃ ｒ ｄ —
地震时跨断层海底管道的屈曲分析
地震时跨断层海底管道的屈曲分析刘波;谢禹钧【摘要】地震时,考虑海底管道与土介质的相互作用,对将跨断层海底管道作为薄壳结构时的断层位错反应进行分析计算.利用Ansys分析软件,将管道模型简化为四节点薄壳单元结构, 土介质简化为弹塑性弹簧,建立管土相互作用的有限元分析模型,进行分析计算.根据计算结果以及海底管道屈曲校核准则描绘出管道破坏等级范围分布图.最终得出结论:地震时在大位移断层运动作用下,海底管道存在明显的屈曲变形,在屈曲变形较大处,海底管道发生断裂.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2009(000)006【总页数】3页(P5-6,10)【关键词】海底管道;管土相互作用;有限元分析模型;屈曲【作者】刘波;谢禹钧【作者单位】辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺,113001;辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺,113001【正文语种】中文【中图分类】TE832地震会直接导致管线瞬间屈服破坏，其屈曲主要有两种形式[1]：一种是梁式屈曲，一种是壳式屈曲。
文中主要以壳式屈曲为研究对象。
地震断层对海底管道的影响可按埋设与未埋设两种形式来分析。
实际上，海底裸露管道经常都被浅埋[2]，这时得到的应力通常有些保守，但比较符合工程上的要求。
所以，可将其作为埋设管线来分析，只是管土之间的约束较小。
这样，地震时对处于地震断层的海底管道应力计算就可简化为“埋设”一种形式。
海底管道的计算问题比陆地埋设管道问题要复杂很多，其计算特点如下：海底管道不但在端点受到各种集中应力、集中弯矩的作用，同时还受到管道自重、海水浮力、波浪力的作用；海底管道的边界条件比较复杂；管道着地点和脱离点的受力是未知量。
根据这些特点可知，海底管道的计算与一般的大变形梁、杆有很大的区别，但基本原理是相同的。
为简化问题，文中做出如下假设：海底管道水平刚性；海底管道周围土体均匀分布；海底管道波浪力对管道的影响忽略不计；竖直力(重力、浮力)载荷沿变形后的管道平均分布；管道为空管。
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穿越平移断层海底埋地管道屈曲失效分析
余杨;李振眠;余建星;孙文正;刘晓伟;马建东;刘成
【期刊名称】《工程力学》
【年(卷),期】2022(39)9
【摘要】长输海底管道常不可避免地穿过地震断层,地震断层活动可能导致管道发生扭曲、皱折甚至断裂,极大威胁管道安全。
采用创新性的向量式有限元方法(VFIFE)分析穿越地震断层海底管道屈曲失效行为,首先推导考虑材料非线性的VFIFE空间壳单元计算公式,提出适用壳单元的非线性管土耦合模型,然后重点解决了海底管道屈曲及屈曲传播过程中存在的内壁自碰撞接触问题,编制了Fortran计算程序和相应后处理程序。
通过文献对比证明了模型的正确性。
开展了平移断层作用下空载状态海底管道屈曲失效过程模拟,分析了穿越角度、土体性质和水压大小对海底管道屈曲失效行为的影响,结果表明:海底管道径厚比小,用钢等级高,周围土体强度低,具有更高的抵抗断层位移载荷能力;较低外压和平移断层联合作用下,管道变形呈S形,屈曲失效由断层位移引起的过度弯曲主导,失效模式是第二个弯曲处或者两个弯曲处的受压侧出现明显内陷,截面变形呈椭圆形;穿越角度越小,屈曲失效的临界断层位移越小;周围土体强度越高(砂土>黏土>淤泥夹砂),管道弯曲变形越严重,屈曲失效的临界断层位移越小;较高外压和平移断层联合作用下,屈曲失效由外压主导,主要模式是第一个弯曲处或者第二个弯曲处首先出现压溃,然后发生屈曲传播现象;不同水压和平移断层位移组合下海底管道破坏程度不一,压溃位置、屈曲传播方向和范围、截面变形呈现不同模式。
结果可用于指导穿越地震断层海底管道抗震设计和止屈防护研究。
【总页数】15页(P242-256)
【作者】余杨;李振眠;余建星;孙文正;刘晓伟;马建东;刘成
【作者单位】天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室;天津市港口与海洋工程重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU312.1;P756.2
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