非金属管道的受力分析与结构设计

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.013

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (3): 90-96.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.013

非金属管道的受力分析与结构设计

曾文广¹^,³, 杜栋栋²(), 葛鹏莉¹^,³, 高多龙¹^,³, 肖雯雯¹^,³, 许艳艳¹^,³

^1.中国石油化工集团公司碳酸盐岩缝洞型油藏提高采收率重点实验室，乌鲁木齐 830011
^2.山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛 266590
^3.中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，乌鲁木齐 830011

收稿日期:2020-09-01 出版日期:2021-03-26 发布日期:2021-03-22

Force Analysis and Structural Design of Non⁃metallic Pipe

ZENG Wenguang¹^,³, DU Dongdong²(), GE Pengli¹^,³, GAO Duolong¹^,³, XIAO Wenwen¹^,³, XU Yanyan¹^,³

^1.Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery in Carbonate Fractured-vuggy Reservoirs，CNPC，Urumqi 830011，China
^2.College of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China
^3.SINOPEC Northwest Company of China Petroleum and Chemical Corporation，Urumqi 830011，China

Received:2020-09-01 Online:2021-03-26 Published:2021-03-22
Contact: DU Dongdong E-mail:dudongd23@163.com

摘要/Abstract

摘要：

针对顺北油田苛刻的腐蚀环境和特殊的地形地貌，地面集输管线建设面临沙丘起伏大（落差>10 m）、移动性强（沙暴天气>1个月）等不利因素，开展非金属材料管体和接头的受力分析和结构设计研究。利用有限元分析软件对不同内径的管材在不同外压载荷作用下展开的分析，计算管材在不同载荷下对管材挠度与应力的影响，校对所设计的结构是否能达到使用标准。结果表明，在内压载荷下增强层是主要承压层，增强层损坏意味着管道的失效；外压载荷下的风力载荷对管道影响最小，惯性载荷与沙丘移动均对悬空管道产生较大影响，可以通过应力分析来判断管道连接的可行性。

关键词: 沙漠环境, 惯性载荷, 风力载荷, 沙丘移动, 管道连接

Abstract:

There is an urgent requirement for treating the harsh corrosive environment and special topography of the Shunbei Oilfield. The construction of ground gathering and transportation pipeline has to face a series of unfavorable factors such as the large dunes （drop > 10 m） and strong mobility （the period of sand storm > 1 month）. A study on the force analysis and structural design of metal pipe bodies and joints was carried out in this work. A finite element analysis software was employed to analyze the pipes with different inner diameters under different external pressure loads. The effect of pipe materials on the deflection and stress of the pipes under different loads was calculated. The designed structures were compared to find an optimal result to meet the requirement of use. The results indicated that the reinforcement layer acted as a main pressure-bearing layer under an internal pressure load. The damage of reinforcement layer represented the failure of the pipeline. The wind load under an external pressure load exhibited little influence on the pipeline， and however the inertial load and sand dune movement generated a greater impact on the suspended pipeline. The feasibility of the pipeline connection can be judged by stress analysis.

Key words: desert environment, inertial load, wind load, sand dune movement, pipe connection

中图分类号:

TQ320.72⁺4

曾文广, 杜栋栋, 葛鹏莉, 高多龙, 肖雯雯, 许艳艳. 非金属管道的受力分析与结构设计[J]. 中国塑料, 2021, 35(3): 90-96.

ZENG Wenguang, DU Dongdong, GE Pengli, GAO Duolong, XIAO Wenwen, XU Yanyan. Force Analysis and Structural Design of Non⁃metallic Pipe[J]. China Plastics, 2021, 35(3): 90-96.

图/表 15

图1 GFT?RTP的管结构示意图

Fig.1 Structure diagram of GFT?RTP tube

参数	数值
密度/kg·m^-3	948
屈服强度/MPa	25
弹性模量（E_PE）/MPa	1 100
泊松比（μ_PE）	0.4

表1 PE100参数

Tab.1 Parameters of PE100

E_x/MPa	E_y/MPa	E_z/MPa	G_x/MPa	G_y/MPa	G_z/MPa	μ_x	μ_y	μ_z
38 381	3 501	2 736	1 257	804	1 140	0.27	0.29	0.28

表2 CGFR?PECT材料参数

Tab.2 Parameters of CGFR?PECT materials

图2 内径150 mm的惯性力载荷下的挠度分布

Fig.2 Deflection distribution under an inertial load with an inner diameter of 150 mm

图3 内径150 mm的惯性力载荷下的应力分布

Fig.3 Stress distribution under an inertial load with an inner diameter of 150 mm

图4 内径150 mm的风力载荷下的挠度分布

Fig.4 Deflection distribution under wind load with an inner diameter of 150 mm

图5 内径150 mm的风力载荷下的应力分布

Fig.5 Stress distribution under a wind load with an inner diameter of 150 mm

图6 管道受均布载荷作用的有限元变形图

Fig.6 Finite element deformation diagram of the pipeline under uniform load

图7 内径150 mm在沙丘移动300 N·m时的滑移距离分布

Fig.7 Slip distance distribution of the inner diameter of 150 mm under 300 N·m of sand dune movement

图8 内径150 mm在沙丘移动300 N·m时的应力分布

Fig.8 Stress distribution of an inner diameter of 150 mm under sand dune movement of 300 N·m

图9 在不同载荷条件下GFT?RTP的应力分布曲线

Fig.9 Stress distribution curve of GFT?RTP under different load conditions

图10 在不同载荷条件下GFT?RTP的位移滑移距离曲线

Fig.10 GFT?RTP displacement distance curves under different load conditions

图11 管道连接截面示意图

Fig.11 Schematic diagram of pipe connection section

图12 模型与网格划分

Fig.12 Model and meshing

图13 内径65 mm的GFT?RTP每层的应力分布

Fig.13 Stress distribution of each layer of GFT?RTP with an inner diameter of 65 mm

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