天然气分输站分输管道冻胀力学分析.PDF

算 计 计 设 油气储运 OIL GAS STORAGE AND TRANSPORTATION 2011 年 8 月 第 30 卷第 8 期 总第 272 期 1000-8241 2011 08-0652-05 文章编号： （ ） 天然气分输站分输管道冻胀力学分析 李锴　王志方　项卫东　王继坤 （中国石油天然气股份有限公司西气东输管道分公司，上海 200122） 李锴等.天然气分输站分输管道冻胀力学分析.油气储运，2011，30（8）：652 - 656. 摘要：负温天然气分输管道周围土壤冻结可能引起冻胀效应，使管道在冻胀荷载作用下发生变形。 通过分析土壤冻胀对管道产生的力和位移分布规律，判断管道抬起时最大弯矩、应力的出现点以及 管道的安全性。分析了由于土壤冻胀作用而引起的管道上抬力的控制因素，利用管道冻胀上抬力 计算模型和管-梁方程建立了管道受土壤冻胀作用的管道内力、位移计算模型。利用Nixon 的实验 数据对计算模型进行了验证，证明了该模型的合理性。利用该模型对西气东输郑州分输压气站分输 用户燃气管道的数据进行分析计算，结果表明：当抬起量为30 mm ，即相邻土壤的不均匀冻胀量达到 60 mm 时，管道处于安全状态。 关键词：天然气分输站；管道；冻胀；力学分析 中图分类号：TE88　　　　　文献标识码：A　　　　DOI ：CNKI:13-1093/TE.2011072 1.1650.001 A F ρ H H 西气东输一线管道工程投产以来，每年冬季，部分 图 1 中， 部分的重力载荷 A ＝（s s stan φ）/2 ； B F ρ H H 进站压力与分输压力相差较大的站场，由于焦耳-汤姆 部分的重力载荷 B ＝（s s stan φ）/2 ；外加静止载 F p D F H r ρ πr ρ 逊效应使管输天然气温度降至冰点以下，导致管道周 荷 ＝ ； 部分的重力载荷 ＝2 － 2 /2 ；冻 C D s i s i s F ρ π r 2 r 2 围土壤冻结，发生 “冻胀”现象，部分地面、墙体出现裂 土圆柱体的重力载荷 E ＝ i （i － 0 ）；管道和管内天 痕，阀体离开阀座，部分管道在冻胀荷载作用下发生变 然气重力载荷 FF ＝w ；剪切面 G 的剪切力 FG ＝τsHs ；剪 H