管道与储罐强度-0材料强度与失效

油气管道的强度与稳定性分析随着全球能源需求的增长，油气管道在能源运输中起着至关重要的作用。

而油气管道的强度与稳定性是确保能源运输安全的重要因素。

本文将对油气管道的强度与稳定性进行分析，探讨相关问题和解决方案。

一、强度分析油气管道的强度分析是评估管道的抗压能力，即管道在承受内外压力时能否保持结构完整，避免断裂或漏损的能力。

以下是强度分析的几个关键因素：1. 材料选择：油气管道通常采用高强度钢材或复合材料作为主要材料。

所选材料必须具备足够的强度和韧性，能够承受内外压力和温度变化带来的应力。

2. 管道设计：管道的设计包括直径、壁厚、焊接方式等。

合理选择管道尺寸和焊接工艺，确保管道在运行中能够承受其内外压力的作用，减少应力集中现象。

3. 支撑系统：油气管道需要合理的支撑系统来分散管道重量和应力，保证管道处于稳定的状态。

足够的支撑点能减小管道的挠曲和变形，提高管道的整体强度。

二、稳定性分析油气管道的稳定性分析是评估管道在承受外力（例如地震、风力等）时的稳定性能。

以下是稳定性分析的几个关键因素：1. 地震安全性：地震是影响油气管道稳定性的主要因素之一。

管道的设计和布局应考虑地震力的作用，采用抗震材料和结构措施来增加抗震能力，防止管道破裂或倒塌。

2. 风荷载考虑：油气管道在气候恶劣的地区可能受到强风的影响。

管道的设计应考虑风荷载因素，采用适当的风阻措施，减小管道受风力作用的影响。

3. 地质条件评估：油气管道的稳定性还需考虑管道所处地质条件的影响。

通过地质勘察和分析，评估管道在不同地质条件下的稳定性，并采取相应的措施来增强管道的稳定性。

三、问题与解决方案在油气管道的强度与稳定性分析中，可能会遇到一些问题，下面提供了一些常见问题的解决方案：1. 应力集中：通过合理的管道设计和焊接工艺，减少应力集中的发生。

采用渐变厚度的管道壁设计、增加卡箍和支撑等方式，可有效减少应力集中问题。

2. 管道损伤：定期对油气管道进行检测和维护，及时修复和更换受损部分。

7 机械材料强度与机械失效7.1机械材料强度与零件强度7.1.1机械材料失效与机械零件失效所有机械零件在运转过程中，都在某种程度上承受着力和能量，以及温度，接触介质等的作用，使机械材料发生过量变形，破断、表面麻点剥落等失效现象，从而导致机械零件失效。

因此，机械材料失效是机械零件失效的实质和先导。

机械材料的失效分析是解决机械零件失效问题的先导。

对于新设计的重要部件，有时需要对试制样品进行人为的超载破坏试验以获得安全或失效数据资料，只有把失效原因和全过程弄清楚，才能揭示其中存在的材料强度问题并寻求克服失效的途径。

为了克服机械材料失效，必须掌握材料失效的客观规律。

这就是：不同材料在各种外加载荷和环境下发生的变形，破裂，断裂，表面麻点剥落等现象及其发展过程，以及随外在工作条件和材料内在因素而变异的规律。

工作条件包括：承受载荷的性质（静载荷、冲击载荷、变载荷），加载次序（载荷谱），应力状态（拉、压、弯、剪、接触及各种复合应力），温度、环境介质（空气中水分，化学腐蚀、冲刷、磨损、微动腐蚀、粒子辐射……）等。

材料内在因素包括：化学成分，冶金质量，组织状态，精细结构，残余应力以及表面或内部缺陷等。

由于这些内外因素的不同组合而造成机械材料失效。

其中内因往往以材料强度来表征。

材料在外力作用下，抵抗变形和破断失效的能力称为材料强度。

通常以应力ζ表示，即以单位面积上所承受的载荷表示，单位为兆帕（M pa）或千克力/毫米2（kgf/mm2）。

一般讲来，材料强度仅指材料在达到允许的变形程度或破断前所能承受的最大应力，如弹性极限、屈服极限、强度极限、疲劳极限、蠕变极限等。

但实际上，材料强度作为失效抗力的综合表征，它与所有力学性能，包括弹性、塑性、硬度、韧性等以及在静、动载荷下材料对应力集中，尺寸大小，表面状态、温度、接触介质的敏感性等等有关。

机械零件的强度，一般表现为它的短时承载能力以及长期使用寿命，它是由许多因素决定的，其中结构因素，材料因素，加工工艺因素三方面起主要作用，使用因素对寿命也起很大作用。

管道强度和刚度
管道的强度和刚度是指管道在承受压力或负荷时的抵抗能力和变
形程度。

管道的强度是指管道能够承受的最大压力或负荷。

强度取决于管
道材料的强度特性，如抗拉强度、屈服强度和断裂强度等。

强度越高，管道能够承受的压力或负荷越大，抗拉或挤压变形的能力越强。

管道的刚度是指管道在受力时的变形程度。

刚度取决于管道的几
何形状和材料的弹性模量。

刚度越大，管道的变形程度越小，能够保
持原有形状和稳定性的能力越强。

在实际工程中，通常需要考虑管道的强度和刚度来满足设计和运
行要求。

强度需足够以承受所需的压力或负荷，刚度需足够以保持管
道的形状和稳定性，以及满足运行中的位移和振动要求。

油罐及管道强度设计第一篇：油罐及管道强度设计三、简述题1、简述回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，并以拱顶油罐的罐壁和罐顶为例分别说明。

2、油罐罐壁为什么有最大和最小壁厚的要求，它们各与哪些因素有关。

对于油罐上部的罐壁，由于考虑到安装和使用的稳定性要求，因而有最小厚度的要求。

油罐越大，所用钢板的最小厚度就越大。

由于施工现场难以对焊缝进行热处理，为了保证较厚的钢板的焊缝质量，许限制储罐的最大壁厚。

许用最大壁厚于材质、许用最低温度、焊接水平有关。

3、浮顶罐和拱顶罐可分别采用哪些抗风措施？试说明理由。

a.为了增加关闭的刚度，除在壁板上端设包边角钢外，在距壁板上缘1m处设抗风圈，拱顶罐不设抗风圈。

b.对于大型油罐，在抗风圈下面还要设一圈或数圈加强圈，以防止抗风圈下面的罐壁失稳.7.简述定点法和变点法设计油罐壁厚的优缺点及使用范围定点法，适用于中小容量储罐，优点：计算简单方便。

变点法:考虑到关闭相邻圈板之间的相互影响，确定各圈板环向应力最大处的位置，按该位置的环向薄膜应力计算各圈板的壁厚，优点：更符合罐壁应力的实际情况，用它计算大容量储罐时，可减小某些圈的壁厚和罐壁总用钢量，并在最大板厚限度范围内有可能建更大直径的储罐，更安全。

4、平面管道热应力的大小与哪些因素有关？5、浮顶的设计必须满足哪些要求？a对于单盘式浮顶，设计时应当做到单盘板和任意两个相邻的舱室同事破裂时浮顶不沉，对于双盘式浮顶，设计时应做到任意两个舱室同时破裂时浮顶不沉没。

b.在整个罐顶面积上有250mm降雨量的水积存在单盘上时浮顶不沉没。

c.在正常操作条件下，半盘与储液之间不存在油气空间。

d.在以上各种条件下，浮顶能保持结构的完整性，不产生强度或失稳性破坏。

6、分别比较气压作用下曲管内外侧轴向应力和内外侧环向应力的大小。

7、试比较油罐罐壁厚度计算的两种方法。

第二篇：管道与储罐强度课程大作业管道与储罐强度课程大作业• 国内外管道与储罐事故调研及发生原因分析。

3.2.6 连多硫酸应力腐蚀开裂连多硫酸（H2SXO6）应力腐蚀开裂在催化裂化、脱硫、加氢裂化、催化重整装置中容易发生。

在连多硫酸环境下，一些敏感材料（如18-8不锈钢）在敏化热处理或类似敏化温度的焊接热影响区局部区域，会由于晶界敏化，从而使材料晶间迅速腐蚀和开裂。

裂纹总是在晶间出现和发展并且只需要相对较低的拉应力水平。

1）奥氏体不锈钢设备在运行过程中由于硫化氢（H2S）的腐蚀在表面生成硫化铁（FeS）。

2）停工、降温并打开设备后大气中的水分和氧与腐蚀产物接触反应生成连多硫酸，反应式为：3FeS+5O2 Fe2O3·FeO+3SO2SO2+H2O H2SO3H 2SO3+1/2O2H2SO4H 2SO4+FeS FeSO4+H2SH 2SO4+H2S mH2SxO6+nS在停工期间设备表面的硫化物垢、空气和水形成连多硫酸，作用在敏化的奥氏体不锈钢的焊缝或高应力区引起的开裂；开裂可能在短短几分钟或几小时内迅速扩展穿过管道和部件的壁厚。

300系列，合金600/600H和合金800/800H受影响。

影响因素1）需要有环境、材料和应力的共同作用。

2）焊接或高温使用环境中暴露于400～815℃时材料被敏化。

3）304/304H型和316/316H型焊缝热影响区对敏化尤其敏感，4）“L”级低碳牌号（含碳量<0.03%）的不锈钢较不敏感，焊接时没有敏化影响，长期操作温度低于399℃不敏化。

5）大多部件的残余应力促进开裂。

7.腐蚀疲劳或疲劳开裂在循环应力（交变应力）和腐蚀介质共同作用下金属材料发生的严重腐蚀破坏叫做腐蚀疲劳（简记为CF）。

腐蚀疲劳是疲劳开裂的一种形式，在循环负荷和腐蚀的联合作用下发生的。

通常发生在应力集中的部位，如表面的点蚀。

可以起始于多个部位。

所有的材料均受影响。

断口特征：宏观断口与疲劳断口有一定相似性，但断口上可见明显的腐蚀产物存在。

裂纹越深、缺口效应越严重，尖端应力水平上升，腐蚀电位升高，腐蚀加剧等。

管道及储罐强度设计教学设计1. 背景在化工生产和石油开采中，管道及储罐是必不可少的设备。

其安全性能直接影响企业的生产和生产工人的生命财产安全。

因此，对于管道及储罐的强度设计是非常重要的。

在教学中，如何让学生能够深度理解强度设计原理和相关计算方法是教育界关注的热点问题之一。

2. 教学目标1.掌握管道及储罐的强度设计原理；2.熟悉管道及储罐的相关计算方法；3.能够独立完成管道及储罐的强度设计工作；4.培养学生的实际操作能力；3. 教学内容3.1 管道强度设计1.介绍管道的分类及基本结构；2.分析管道受力情况，了解应力分布；3.计算管道的安全壁厚；4.讲解管道的防腐措施；5.实战演示管道的强度计算过程。

3.2 储罐强度设计1.介绍储罐的分类及基本结构；2.分析储罐受力情况，了解应力分布；3.计算储罐的安全壁厚；4.讲解储罐的防腐措施；5.实战演示储罐的强度计算过程。

4. 教学方法1.理论讲解：通过PPT和白板等工具，向学生介绍管道及储罐的强度设计原理，并通过实例加深学生的理解；2.实例分析：根据教学内容，选取计算数值合理的实例，并进行详细讲解；3.实验操作：学生进行管道及储罐的强度计算实验操作，加深对理论知识的掌握；4.讨论答疑：在实验中，对学生的问题进行解答和讨论，及时纠正学生的错误。

5. 教学评估1.实验报告：学生完成管道及储罐强度设计实验操作后，需提交实验报告，对实验结果进行分析并总结实验过程；2.课堂小测：每章课程结束后进行一次课堂小测，以检验学生对课程的掌握情况。

6. 教学资源1.PPT课件：为学生提供图文并茂的课堂讲义；2.实验设备：提供相应的管道及储罐强度设计实验设备；3.相关法规及标准：提供国家有关管道及储罐强度设计的相关法规及标准文献。

7. 教学评价教学设计注重实践与理论相结合，通过教学内容和实验操作相结合，提高学生对管道及储罐强度设计的理解和掌握，培养学生独立开展强度设计工作的实践操作能力。

第三章海底管道•通过海底油气管道，把海上油气田的整个油气集输与储运系统联系起来，也使海上油气田与整个石油工业系统联系起来。

•陆上油气管线在穿越江河处，也常采用水下敷设的方式。

•相对于陆地管道，海底管道往往处于极端的工作条件。

•海底管道的设计与陆地管道有很大的不同。

3-1 波浪、海流对管道的作用•波浪的各种参数定义根据水深的不同将管道划分为三个区段•深水区段：海底（地形、地质等）实际上不再影响波浪的形状和尺度。

•过渡区段：在此区段内波浪由深水波向浅水波过渡，深水的三向波在海底水深等因素的影响下向两向波过渡，有时波浪出现破碎。

•浅水区段：在这区段内波浪在水深、地形的影响下变化剧烈，波浪向岸边推进时，出现多次破波，而达到最终破碎，并在岸坡附近形成上爬的击岸水流。

波浪理论的选择•斯托克斯波–二阶波–三阶波–四阶波–五阶波•椭圆余弦波（Cnoidal）•线性波（Airy）海流•海流，是指由不同原因所产生的各种类型的海水合成流动。

•海流是一综合流，近岸海流一般以潮流和风海流为主。

在某些位置和某种情况下，其它类型的海流也可能相当显著，如由于波浪破碎产生的顺岸流和离岸流等。

•对于海流（主要对潮流）的测量，要选择有代表性的时间、季节、点位，测定海流的流速、流向，并需测定沿垂直分布的流速、流向和随时间的变化过程，必要时要进行“流路”测量。

动水作用力•海水对海底管线的作用力：–垂直力（升力）–水平力•速度力（阻力）•惯性力速度和加速度由波浪和海流复合作用引起。

有效速度Ue 可从下面的表达式 用1/7次幂定律来近似计算水平速度U 的分布形式一般在海底以上1m 处的自由流中计算U 0根据上两式阻力系数——由液流的雷诺数和管子表面的粗糙程度确定 雷诺数粗糙度系数对波致振荡流的阻力系数还和柯立根——卡本特（Keulegan-Carpenter ）数K 有关裸置于海底的管道设计动水系数推荐值3-2 海底管道的稳定性与设计1、海底管道的稳定性条件 作用力： • 动水作用力 • 管道总重量 • 浮力 • 摩擦力作用力的计算管道总重量•钢管重量•内、外防腐绝缘层的重量•混凝土防护加重层的重量 •介质的重量浮力摩擦力海床上保持稳定的管道须满足的方程 即令•K V 、K H ——管道竖向和水平方向的稳定性系数，一般取K V =1.05—1.10； K H =1.10—1.15。