油气管道的弹性敷设设计

1、    油气管道的弹性敷设设计    商庆伟摘 要：在论述油气管道的弹性敷设时，应当确保管道自身强度和变形条件满足实际功能稳定性的需求，并在此基础上提供弯曲受热管道处理方式，以便整体油气管道运行环境安全。在此期间，针对油气管道的弹性敷设设计应当明确计算依据的指向性，并将弹性挠曲线等因素融入到当前设计环境内部，这样才能够确保整体设计工作满足质量要求。本文根据油气管道的弹性敷设设计的特性展开分析，在明确最小弯曲半径和管沟参数同时，期望能够为后续油气管道设计提供参照。关键词：油气管道；弹性敷设；施工设計；方法分析1 油气管道的弹性敷设设计概述油气输送管道在平面

2、走向改变处和竖面坡度、坡向改变处都会出现大量的转角点。管线的转弯可利用工厂预制的冲压弯头或热弯弯头、现场弯管机冷弯的冷弯弯头和弹性弯曲的管道来实现；冲压和热弯弯头的弯曲半径范围分别为（1.5-4）d和（316）d。由于弯头的转弯半径小，在较高温差压力作用下，弯头处会产生较大的应力；若埋深不够，弯头处管段的纵向稳定性也不易保证，因此在地下受热管线的弯头两侧一定位置处常需设置固定墩。冷弯弯管的弯曲半径为（1880）d.国外常利用冷弯弯管来实现长输管线在一般地段的转弯。我国虽从国外引进了现场弯管机，但有此设备的施工单位不多。管道弹性敷设具有许多优点：管道的应力分布均匀，不存在过高的峰值应力；管道基本

3、上处于嵌固状态，不需设置固定墩；管线由直管道组焊取代弯头组焊施工方便。但弹性敷设段管沟的形状或标高要严加控制，才能保证管线紧贴沟底。在河流穿越管线或直接教设于浸水地段或沼泽地的管线，广泛采用弹性敷设实现管线转弯；而对一般地段的转角点，采用何种管道敷设方式，要综合考虑多种因素，如曲管应力大小。管线的纵向稳定性、清管器的要求，场地条件等等经技术经济分析比较后确定。2 油气管道敷设的最小弯曲半径分析最小弯曲半径根据管道的强度和变形条件确定，对上凸弹性弯曲管道，还要考虑纵向稳定性条件。本文不讨论弹性弯曲管道的纵向稳定性问题，其验算方法参见有关文献或规范。若弯曲半径不满足稳定性条件，还可通过调整管道埋深

4、、加压重物等方法来达到稳定性要求。2.1 强度要求分析在落实油气管道设计过程中，我国已经具备相对完善的规范体系。其中内容多以第三强度理论作为核心展开强度设计，若根据理论进行设计，认为弹性弯曲管道能够被土壤环境所嵌固，如此在计算油气管道最低操作温度时，便可知最小弯曲半径与管材性能、屈服极限、管道外径、环向应力、温度差值等因素有关联性。并且，根据前苏联第四强度理论验算方法可知，管道的纵向应力为压应力时，应当针对管道强度进行细致调整，这样才能够确保整体最小弯曲半径满足实际工程需求，并能够根据我国当前油气管道的敷设规模提供理论基础。由此根据理论内泊松应力和温度应力之和的影响状况，都可以根据管道最小弹性

5、弯曲半径进行分析，以便整体管道体系构建稳定。2.2 变形要求分析按变形条件确定管道的最小弹性弯曲半径要考虑弹性敷设管道的力学模型和管道挠曲线的形式。我国和前苏联采用的弹性敷设的力学模型是一致的，但挠曲线形式不一样。我国一直沿用圆弧曲线。前苏联采用肋学模型所对应的挠曲线。圆弧曲线法中圆弧线与直线切点处的二阶导数不连续，相应地在切点处弯矩不连续，这与实际不符。前苏联虽曾使用过圆弧曲线来近似实际的挠曲线，但其现行规范推荐的有关公式来源于四次曲线。（1）力学与角度。在论述二者之间关系期间，首先需要针对管道敷设环境的力学结构进行细致分析，明确简支梁和管道弹性之间的关系同时，还应当针对管道弯曲环境提供悬臂

6、梁嵌固点，这样才能够确保地下埋设环境在小范围内稳定，并能够有效转化外来荷载对管道结构的影响。其中，在简支梁角度和材料方面应当进行细致选择，并针对坡脚变量进行深入论述，这样才能够确保整体力学环境稳定，并避免对管道造成额外的荷载压力。（2）圆弧曲线法。圆弧曲线法是根据管道弹性参数中的真实挠曲线理念提供的计算方法。在展开计算过程中，既需要针对管道下凹半径进行细致分析，同时还需要根据管道自身弹性极限进行统筹，这样才能够确保整体最小弯曲半径能够被限定，并可以作为参照为管道体系的构建提供保障。期间，在论述圆弧曲线法的过程中，必须明确管道抗弯刚度与管长重量之间的关系，并根据水平夹角与弹性变量之间的公式展开论

7、述。根据以往工程经验可知，水平夹角在小于30度时，可以忽略夹角对最小弯曲半径的影响。（3）四次曲线法。四次曲线法是根据力学框架梁的挠曲线作为依据，通过参数审核确保结构体系稳定的方法。在展开计算过程中，既需要针对附加挠曲线展开假设分析，同时还需要针对管道下凹的最小半径进行核查，这样才能够确定简支梁和悬挑梁等结构体系的变量要求，并能够为后续油气管道敷设环境提供保障。根据以往工程经验可知，在管道规格与纵向角度相符环境中，四次曲线法的管道下凹半径小于圆弧曲线法，故而在土方量的计算方面也会相对偏低。若从使用安全性角度来看，此种理论具备核算优势，并且在多元化的管道敷设环境中，均能够提供完善的抗弯强度条件，

8、以确保整体油气管道敷设环境满足可持续化利用的条件。3 油气管道敷设管沟设计分析根据强度、变形条件可分别计算出弹性敷设管道的最小弯曲半径，取两者中的较大值作为管沟设计的最小曲率半径，就能保证管道满足强度和变形条件，实际工程中所采用的管沟线曲率半径应大于其最小曲率半径。管沟线曲率半径确定后，可以算出转角点到切点的距离，从而曲线的切点的位置坐标也就确定了。3.1 圆弧曲线法分析在圆弧曲线法落实过程中，首先应当针对管沟弯曲距离展开细致分析，确保管道弯曲波长能够被有效核实，以此确保整体坡度、水平夹角和管道弹性变量条件能够被深入分析，这样才能够确保整体坡度计算能够准确。期间，应当积极落实管沟线内的基准点，

9、以便整体管沟设计工作能够被有效识别。3.2 四次曲线法分析在落实四次曲线法过程中，首先应当针对易出现凹管状况的管沟线进行细致分析，确保弦长、线长、外矢距等条件能够被有效识别，这样才能够通过计算公式针对切点连线和水平线夹角展开计算。期间，四次曲线法能够有效识别管线埋深的安全性，同时更能够降低土方的开挖量，相比较圆弧曲线分析法而言，具备绝对的经济性优势。4 结束语油气管道的弹性敷设设计工作的有效落实，不但能够根据管道自身的材质特性，巩固整体运行环境的密封性和质量性水平，从而确保油气管道资源在运输方面具备完整性的前提，同时更能够根据对应管槽浇筑的状况，为整体管线敷设提供结合保障，即避免了结构变量对管道造成额外荷载影响，而且也巩固了地下功能体系的稳定性。故而，在论述油气管道的弹性敷设设计过程中，必须明确荷载对管道的影响和干扰因素，这样才能够确保管道体系完整。参考文献1郭存杰，张来斌，梁伟，等.油气管道横坡敷设边坡稳定性计算j.油气储运，2016，35（12）：1342-1346.2孟凡新，魏存煌.大口径油气管道山