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管線全焊接球閥大型石油天然氣長輸管線上的應用
作者：永嘉縣銘邦閥門有限公司 來源：http://www.fensizu.cn/ 發布于：2023-03-27 11:09:22
管線全焊接球閥應用于大型石油天然氣長輸管線上，其質量直接關系到國家能源運輸的安全，因此對長輸管線閥門的要求比通用閥門的要求要高得多，要求閥門具有更高的密封性的同時，最關鍵的是要有足夠的強度和韌性。管線球閥裝入管線后，作為管線系統的一個部件，除了承受內部介質壓力之外，還要承受外部載荷的影響。分析閥門的閥體在介質壓力與外部載荷復合作用下的結構強度，不能通過簡單的材料力學的方法來計算，只能通過有限元仿真來驗證閥體結構強度的安全性。
在有限元分析的基礎上，建立開發彎曲載荷模擬試驗測試平臺，測試管線球閥在彎曲載荷作用下閥體的實際應力狀態和閥門的功能，驗證有限元數值分析的正確性。該分析與研究，為以后產品的設計和生產提供了可靠的理論依據，對管線球閥在長輸管線上可靠運行30年是十分必要的。
管線全焊接球閥技術分析
閥門裝入管線后，除了承受內部介質壓力之外，還可能承受由于地基沉降和自重引起的彎曲力矩M、由于安裝和溫度變化引起的外部壓力載荷Q1和外部拉力載荷Q2。在分析設計中，假設彎曲力矩M、壓力Q1和拉力Q2是各自分別獨立地施加在球閥上。因此，只考慮一種外力和介質壓力的復合作用。
分析閥門閥體在介質壓力與外部力矩載荷聯合作用下的結構強度，可參考ASMEQME－1《核電廠能動機械設備鑒定》中有關端部加載試驗的相關規定：“測試閥門組件應安裝在測試固定裝置里，端件應能傳遞端部測試負載。
測試布置應使恒定力矩施加在整個閥門長度上，在閥門和連接管道中同時施加滿額度測試壓力時，閥體至少承受在端蓋中產生的正常軸向拉力。施加測試力矩時，應盡可能對測試閥門組件的可操作性產生最不利影響。對于大多數閘閥和球閥，通?？紤]在閥桿平面和管道中心線，即彎曲力矩施加于閥桿中心平面，拉力和壓力施加于管道中心線?！?/div>
因此，彎曲力矩的施加是通過閥桿中心截面，拉力和壓力的施加是通過管道的軸線。
閥門的外載荷是將閥門裝入管道之后產生的。端部施加的最大外載荷，規定為可施加在閥門上，而不使管道屈服的極限載荷；對外部彎曲力矩，按照ASMEQME－1規定，測試初始外部力矩載荷按ASME第III卷《核動力裝置設備建造準則》中規定：
M=FbS
式中 Fb——結構的截面模數；
S——連接管道中可能產生的最大應力，在此可取管道材料的屈服強度σs。
對于壓力和拉力，其最大載荷Q可表述為：
Q=FaS
式中 Fa——結構的橫截面面積。
由于閥體受內壓與外部彎曲載荷復合作用的影響，不能通過簡單的材料力學的方法來計算閥體的強度，只能通過有限元仿真來驗證閥體結構強度的安全。在閥體結構中，其頸部開孔結構屬于典型的總體結構不連續，引起局部應力集中，采用通常的簡化公式計算或查表已不能有效分析閥體的結構強度來評定其安全性。在ASMEVIII－2中，給出采用分析設計方法（Design-By-Analysis，DBA），設計的合格性通過考察在各種設計外載荷下的結構行為來進行校核。并提出根據彈性殼體不連續理論（elasticshelldiscontinuitytheory），將彈性應力場（elasticstress?eld）分解為一次、二次和峰值等三種不同的應力，然后以相應的應力強度極限來評定結構強度，該方法能準確分析閥體局部應力集中和整體的結構強度。
在ASMEVIII－2中，結構強度的判定均采用應力強度作為判別，即按第三強度理論計算結構當量強度，將彈性應力場可分解為以下主要應力：一次應力（一次總體薄膜應力Pm、一次局部薄膜應力PL、一次彎曲應力應力Pb）、二次應力Q以及峰值應力F。
由于閥體所承受載荷是非周期性的載荷，使閥體產生破壞的是一次和二次應力，對峰值應力的影響可不予考慮，根據ASMEVIII－2規范要求，只需要校核：
1）一次總體薄膜應力，校核判據條件：Pm≤Sm。
2）一次局部薄膜應力+一次彎曲應力，校核判據條件：PL+Pb≤1.5Sm。
3）一次局部薄膜應力+一次彎曲應力+二次彎曲應力強度，校核判據條件：PL+Pb+Q≤3Sm。
以上一次總體薄膜應力，一次局部薄膜應力，一次彎曲應力和二次彎曲應力均按應力強度進行分解，且當以上三個應力強度校核判據條件同時滿足，則可判斷結構強度安全。Sm是給定材料的許用應力強度。
關鍵詞： 全焊接球閥 管線全焊接球閥
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