论文题目: 双层压力管道及其在线安全监控技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化工过程机械
作者: 刘富君
导师: 郑津洋
关键词: 压力管道,双层管,内层管,外层管,液压胀合,胀合液压力,残余接触压力,当量屈服强度,安全监控
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 管道作为一种安全、经济、便捷、对环境影响小的运输方式,在石油、天然气和煤浆等能源的运输中得以广泛应用,其安全性至关重要。传统的泄漏检测方法虽然一定程度上缓解了事故的发生,但其作为事后处理方法,没有从根本上改变管道的安全性;而风险评估技术虽然在国外管道安全上发挥了巨大的作用,但其是靠真实可靠的管道运行参数支持下进行的,在我国由于历史等原因,多数管道存在运行数据资料不全现象,因此目前在我国推广该项技术还存在诸多困难。而双层管正是管道在结构上的一次重大改进,尤其适用于长输油气管道。其在安全性、可靠性、抗爆抑爆、实时监控、定期检测等方面有着单层管无法比拟的优势。本文在教育部高等学校博士学科点专项科研基金“承压设备强度数值模拟关键技术研究”(资助号:20010335032)、“教育部新世纪优秀人才支持计划”和横向项目“双层大型压力管道及其在线安全状态监控技术研究”的资助下,对双层管的制造、使用、设计和安全监控等相关技术进行了一系列的研究。主要研究成果有: 1.根据弹塑性理论,分析了双层管液压胀合过程中内外管的应力应变关系,得到了胀合液压力与残余接触压力的关系表达式、胀合液压力与层间接触压力的关系表达式以及胀合液压力的工作范围,提出了双层管能够实现液压胀合的判据准则,即内外管的材料性能参数及几何尺寸必须满足的条件。计算公式物理意义明确,对内外管壁厚没有严格的限制,既适用于内外管为薄壁的情况,也适用于内外管为厚壁的情况。 2.提出了适用于双层管液压胀合的当量屈服强度概念,给出了液压胀合时内层管与外层管接触时的应变对应某一应力值确定材料当量屈服强度的方法。该方法不需要测定材料的真实应力应变曲线,仅需知道材料的屈服强度、抗拉强度和延伸率等几个必要参数,简单易行,能很好地将材料的应变强化现象考虑在内。试验研究及有限元数值模拟均表明,将内层管材料的真实屈服强度以当量屈服强度代替进行的理论分析,可使计算结果精度大大提高。 3.在国内外液压胀合装置研究成果的基础上,开发出一套适用于大尺寸、高压力场合的双层管液压胀合生产装置。该装置采用多根螺栓结构,不但解决了
论文目录:
摘要
ABSTRACT
主要符号说明
第一章 绪论
1．1 管道发展现状
1．2 管道泄漏检测综述
1．2．1 引言
1．2．2 国内外管道检测现状
1．2．3 管道的泄漏检测方法
1．2．3．1 人工巡检法
1．2．3．2 热红外成像法
1．2．3．3 检漏电缆法
1．2．3．4 质量／流量平衡法
1．2．3．5 压力分布图法
1．2．3．6 漏磁检测法
1．2．3．7 超声检测法
1．2．3．8 负压波法
1．2．3．9 SCADA模型法
1．3 管道风险评估技术
1．3．1 引言
1．3．2 国内外管道风险评估技术的发展动态
1．3．2．1 国外发展现状
1．3．2．2 国内发展现状
1．3．3 管道风险评估方法
1．3．3．1 安全检查表方法
1．3．3．2 预先危害性分析方法
1．3．3．3 危害和操作性研究方法
1．3．3．4 故障模式及影响分析方法
1．3．3．5 事故树分析方法
1．3．3．6 事件树分析方法
1．3．3．7 指数评分方法
1．4 双层压力管道
1．4．1 引言
1．4．2 双层压力管道在长输油气管道上的应用
1．4．3 双层管的制造方法
1．4．3．1 离心铸造法
1．4．3．2 直接焊接法
1．4．3．3 爆炸成形法
1．4．3．4 热挤压法
1．4．3．5 机械拉拔法
1．4．3．6 机械滚胀法
1．4．3．7 橡胶胀接法
1．4．3．8 液压成形法
1．5 本文的目的和任务
第二章 双层管液压胀合的力学分析
2．1 引言
2．2 双层管液压胀合的原理
2．3 双层管液压胀合的过程分析
2．4 双层管液压胀合的应力应变分析
2．4．1 引言
2．4．2 基本假设
2．4．3 内层管处于弹性状态时与外层管开始接触，且达到胀合液压力时内层管处于弹塑性状态的情形
2．4．3．1 双层管成形阶段的受力状态
2．4．3．2 胀合液压力p_i与残余接触压力p~*的关系式
2．4．3．3 胀合液压力p_i工作范围的确定及胀合判据准则
2．4．4 内层管处于弹性状态时与外层管开始接触，且达到胀合液压力时内层管处于塑性状态的情形
2．4．4．1 双层管成形阶段的受力状态
2．4．4．2 胀合液压力p_i与残余接触压力p~*的关系式
2．4．4．3 胀合液压力p_i工作范围的确定及胀合判据准则
2．4．5 内层管处于弹塑性状态时与外层管开始接触，且达到胀合液压力时内层管处于塑性状态的情形
2．4．6 内层管处于塑性状态时与外层管开始接触，且达到胀合液压力时内层管处于塑性状态的情形
2．5 五种情形的适用范围
2．6 当量屈服强度概念的提出
2．6．1 引言
2．6．2 当量屈服强度的图解说明
2．6．3 当量屈服强度的确定
2．7 本章小结
第三章 双层管液压成形的试验研究
3．1 引言
3．2 液压胀合装置的研究
3．2．1 轴向力的解决方法
3．2．2 密封方案的探讨
3．2．3 双层管液压胀合步骤及工艺流程
3．3 双层管液压胀合试验
3．3．1 试验模型及测试系统
3．3．2 试验结果及数据的处理
3．4 试验结果分析与讨论
3．4．1 试验现象
3．4．2 胀合液压力与外层管外壁周向应力的理论关系曲线
3．4．3 胀合液压力与外层管外壁周向应力的关系曲线的试验验证
3．4．4 胀合液压力与残余接触压力关系的试验验证
3．4．5 正常工作状态下的实测应力
3．5 本章小结
第四章 双层管液压成形的有限元数值模拟
4．1 引言
4．2 有限元分析模型
4．3 有限元结果分析
4．3．1 最大胀合液压力p_(i mix)的有限元验证
4．3．2 最小胀合液压力p_(i min)的有限元验证
4．3．3 残余接触压力p~*的有限元验证
4．4 本章小结
第五章 双层管的在线安全监控技术研究
5．1 引言
5．2 双层管的只漏不爆特性
5．3 信号采集的基本理论
5．3．1 采样过程
5．3．2 保持过程
5．3．3 量化过程
5．3．4 编码过程
5．4 安全监控系统的硬件设计
5．4．1 系统概述
5．4．2 传感器
5．4．3 数据采集卡
5．4．4 传输线的选择
5．5 安全监控系统的软件设计
5．5．1 初始化模块
5．5．2 参数设置模块
5．5．3 数据采集及实时监控模块
5．5．4 超标报警模块
5．6 本章小节
第六章 结论与展望
6．1 结论
6．2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表论文情况
发布时间: 2006-05-10
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