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故障诊断
石油和化工设备2012年第15卷
2.1 数据分析与计算
表1 管道参数
管道直径(mm)
711
钢管壁厚(mm)
8.7mm
钢管材质X65
钢管类型螺旋缝埋弧焊钢管
表2 管材参数
X65
母材母材技术规格书要求
纵向横向母材
屈服强度(MPa)
590540450～600
抗拉强度(MPa)
700655535～760
屈强比0.840.82≤0.93
延伸率(%)32.532.0≥21
运行压力(MPa)
6.4
安装温度(℃)
27
运行温度(℃)
13
使管道中产生应力的因素有多种，最主要的两个因素是存在重力、压力等外力载荷和热胀冷缩位移载荷[5]。其中：
内压产生的轴向应力：s 78.46MPa；q 温度变化产生的轴向应力：
sT Ea(T1 T2) 30.43MPa；
m2；μ为泊松比；α0为主应力角度；ε0°为0°方
向的应变；ε45°为45°方向的应变；ε90°为90°方向的应变；[σ]为许用应力，Mpa。
pDm2t
2.2 弯管监测
弯管改变了管道的轴线方向，增加了管线的柔性，使管线易于变形，有利于减小管道的温度应力。另一方面，由于弯管是一双重曲率面所限制的壳体，弯曲管段的应力分布是不均匀的，其在内压作用下的应力状态与直管有本质的不同[6]。沉管管段有一处弯管，将一监测点布在弯管处，监测处理结果如图4、图5
。从沉管过程中该监测点的应力和应变变化曲线可见，沉管过程中应力和
应变呈逐渐增大趋势，沉管过程中采用边下沉边监测的方式，对于下沉过程中局部应力增大给予了及时消除，保证了管道应力在许用应力范围内。
轴向初始应力： s 0 sq sT 108.89MPa；pDm 环向初始应力：s 156.91MPa；f
t
设计许用应力:
s FD SMYS 0.72 450 324MPa。
式中：p -沉管压力，MPa；D -管道外径，mm；μ-钢材泊松比，取0.3；t -管道厚度，mm；E-材料的弹性模量，N/m2；α-钢材线性热膨胀系数，mm/(mm ℃)；T1-安装温度，℃；T2-运行温度，℃；FD -设计系数，取0.72；SMYS-屈服强度，MPa。
被测管道表面视为二向应力状态，用应变花（由三个应变片组成）分别测量0°、45°、90°方向应力应变值，再由广义胡克定律确定主应力，计算公式如下：
s
EE
(e0 e90 ) (e0 e90 )2 (e45 e90 )2
s2,3 2(1 μ)2(1 μ)
1
图4 应变变化曲线
(e e) (e0 e45 )tg2a0 45 90
(e45 e90 ) (e0 e45 )
（1）（2）
采用第四强度理论进行强度校核：
1
2
[(s1 s2)2 (s2 s3)2 (s3 s1)2] s （3）
式中：σ1为第一主应力，MPa；σ2,3为第
二、三主应力，MPa；E为材料的弹性模量，N/
图5 应力变化曲线