带压开孔管道强度性能的研究进展

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　　[摘要]随着科学技术的不断进步，我国经济也在迅猛发展，致使石油、天然气行业也得到了迅速的发展。在石油、天然气运输过程中，为降低成本、减少损失、避免输送中断和环境污染等问题，有人提出了管道带压开孔的技术。基于管道带压开孔技术的特殊性，有效的解决了一系列的问题，迅速广泛应用于各大行业的管道铺设当中。然而，从目前来讲，各种研究及文献中对于带压开孔管道强度性能的报道很少见。本文就带压开孔管道强度性能问题进行了探讨，期望可以对带压开孔管道的推广应用和研究提供参考。
　　[关键词]带压开孔技术，管道带压开孔，强度性能
　　中图分类号：TQ055.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0020-01
　　一、带压开孔技术的研究进展
　　上世纪60年代，在石油行业发展迅猛的背景下，带压开孔技术被应景提出。随后，由于带压开孔技术的特殊性，解决了石油、天然气在运输过程中困扰已久的难题，故管道带压开孔技术迅速蹿红。至今，这项惊人的技术历经五十余年的实战考验，已经广泛应用于各大行业。然而，当前关于管道带压开孔技术的研究仅止步于应用方面上，而有关其强度性能的研究报道甚少。本文就带压开孔管道强度性能问题进行了探讨，期望可以对带压开孔管道的推广应用和研究提供参考。
　　1.1 带压开孔技术
　　带压开孔技术，是一种在管道运行状态下进行开孔的技术，属于圆柱壳开孔技术之一。由于带压开孔操作状态的特殊性，诱发出这项技术的诸多优点：一、减少损失；二、降低成本；三、提高效率；四、避免运输中断；五、降低温室气体排放等。据国外某公司统计，这项技术与传统的开孔技术相比可以节省大约60%-80%的费用。而中国学者李婷婷在他的文献中提到，由于此项技术操作封闭、无泄漏，有毒有害介质不能排放到空气中，因此对环境无污染。基于管道带压开孔技术的这些优点，各国学者对于此技术的研究将会愈加深入，本项技术也会愈加完善，而其涉及的操作领域也将逐渐扩展。总而言之，管道带压开孔技术具有很好的发展前景。
　　1.2 国外学者研究近况
　　从上世纪60年代初至今，带压开孔技术已经历经五十余年的发展，美国的T.D.Willimson公司是最先应用此项技术的管道设备公司。外国学者HicksDJ认为管道带压开孔技术的关键点在于带压焊接技术，若有内压的主管上能够安全地焊接支管成功，那么管道的带压开孔工作就能顺利进行。焊接缺陷这个不定因素的存在，大大增加了管道出现失效的可能性，1992年加拿大NOVA公司就是由于焊接缺陷、管线安装以及管线压力的综合作用影响，导致传输干线破裂的。因此，国外众多学者对焊接技术进行了研究，见表1。如今，国外的管道带压开孔技术已经日益完善。
　　1.3 国内学者研究近况
　　上世纪80年代，带压开孔技术在国内开始得以应用，并迅速占领国内市场。甚至，我国的一些专业公司结合我国实际工程需求，研制出多种适合我国自己的开孔机。扬子石化公司从开始采用带压开孔技术至今已有十余载，目前，已经能够在DN1200mm的水管线上进行DN500mm的带压开孔操作。国内与国外相比，缺乏理论基础以及对带压开孔技术的理论研究，因此国内大多操作具有一定的盲目性，多数凭借经验、参照国外标准进行施工，缺少正规、权威的理论指导。故我国对于带压开孔技术的理论研究迫在眉睫，以探讨制定出合理完善的操作规范，提高我国在管道施工领域的技术及地位。
　　二、带压开孔管道强度性能研究
　　随着管道带压开孔技术的应用愈加广泛，我们更应清楚的意识到管道开孔后的安全问题，尤其是管道内介质压力较高的管道。这是由于管道带压开孔技术实际操作的独特性（A.焊缝采用的是无坡口的座式角焊缝；B.焊接过程中管道内部存在介质和压力；C.一般用间断焊来降低热输入对管道强度的影响，但焊接时间的不连续容易导致焊接缺陷），存在焊接缺陷等不定因素，易导致管道带压开孔操作的失败。因此，关于带压开孔管道的强度性能的研究势在必行。
　　国内学者王志亮等人通过对比分析有补强和无补强两个实验模型在弹性阶段支、主管上的应力分布，在弯矩作用下对带压开孔管道的强度性能进行了研究。研究证明补强圈可以有效地增加带压开孔管道的最大应力；有补强圈模型的极限弯矩与无补强圈模型的极限弯矩之比为1.45：1，明显增大了管道的极限弯矩。薛小龙等人在横向和纵向弯矩作用下对带压开孔管道的强度性能进行了实验研究，并得到了极限弯矩，经对比分析得出以下结论：在弯矩作用下，管道的主、支管相贯区出现应力集中区域，且此区域之外的地方应力保持平缓不变；在其他条件都相同的情况下，主、支管的应力集中区域与弯矩方向没有关联；当弯矩相等时，纵向弯矩模型所承受的最大应力值与横向之比为1：3，承受纵向弯矩模型的最大应力远小于横向。
　　三、结语
　　历经五十余载风雨，不断地研究解决前辈们遗留的问题，并提出新的问题，带压开孔技术逐渐成熟。虽然国内的理论研究依旧很少，但是历经十余载的发展，在这项技术上也取得了惊人的成绩。带压开孔技术已经渗透进我国各大行业，并发挥着举足轻重的作用。在此社会背景下，相对于管道带压开孔技术的应用实践问题，我们更应该关注一下带压开孔管道的强度性能的研究，这将直接联系着带压开孔管道的各种安全问题。
　　参考文献
　　[1] 王志亮，薛小龙，桑芝富.带压开孔管道在弯矩作用下强度性能的试验研究[J].机械强度.2007，29（4）：676-681.
　　[2] 王志亮.带压开孔管道强度性能的研究[D].南京工业大学.2006年学位论文.

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