彎管帶壓開(kāi)孔與直管帶壓開(kāi)孔相比存在哪些隱患？

彎管廣泛應(yīng)用于鍋爐、石油化工、航空航 天等各種壓力容器中，是管道系統(tǒng)的重要組成部分。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，管道的安全應(yīng)用越來(lái)越受到工程輕量化的重視，而作為管道系統(tǒng)的重要構(gòu)件，彎管的研究也受到越來(lái)越多的關(guān)注。

彎管的形狀和結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜，而且工程中使用的彎管受力復(fù)雜，對(duì)彎管進(jìn)行準(zhǔn)確的力學(xué)分析是進(jìn)行彎管設(shè)計(jì)制造和結(jié)構(gòu)可靠性分析的重要前提。而在彎管處進(jìn)行帶壓開(kāi)孔，則存在諸多的安全隱患。管道的維護(hù)及建設(shè)工程中，帶壓開(kāi)孔工程必須要在彎管處進(jìn)行帶壓開(kāi)孔，則要進(jìn)行對(duì)彎管的材質(zhì)及建設(shè)時(shí)的藝進(jìn)行全面了解，才能對(duì)彎管開(kāi)孔作出準(zhǔn)確的判斷。

在天然氣高壓管道建設(shè)和維護(hù)作業(yè)中，通常采用彈性敷設(shè)、現(xiàn)場(chǎng)冷彎彎管或熱煨彎管改變管道的走向。管道經(jīng)過(guò)彎曲處理后，其管壁會(huì)發(fā)生強(qiáng)度及厚度的變化，還會(huì)因?yàn)樽冃纹鋬?nèi)部形成新的內(nèi)應(yīng)力。

管道在建設(shè)過(guò)程中，如采用彎制管道的方法，則管道的內(nèi)側(cè)管壁受壓力，由于擠壓作用管壁由直線形變成圓弧形，管壁由于壓縮變短而增厚。而管道的外側(cè)管壁受拉力，由于拉伸作用管壁由直線形變成圓弧形，管壁由于拉伸變長(zhǎng)而減薄。管壁減薄會(huì)使強(qiáng)度降低，為保證管壁減薄后仍有足夠強(qiáng)度，要求管壁有一定厚度，在彎曲段管壁減薄應(yīng)盡量保持其均勻性彎曲。

在天然氣高壓管道彎制過(guò)程中，根據(jù)質(zhì)量守恒可以得到以下公式：

φ*（r+D/2）*δ1=φrδ0   公式中：

φ為彎曲角度，rad

r為曲率半徑，mm

D為外直徑，mm

δ1為彎曲后外側(cè)管壁壁厚，mm

δ0為彎曲前管道管壁壁厚，mm

在對(duì)彎管進(jìn)行帶壓開(kāi)孔前，彎管的結(jié)構(gòu)參數(shù)中，管徑的大小由流體的流量及工作溫度有關(guān)，彎管的彎曲度一般由經(jīng)驗(yàn)確定。在對(duì)彎管力學(xué)分析中，傳統(tǒng)的分析方法都做出了一定的簡(jiǎn)化假設(shè)，與彎管的實(shí)際工作狀態(tài)存在一定的出入。流體流經(jīng)彎管時(shí)的不均勻性；流體的流速?gòu)澒艿膹澢?；管徑；彎管加工缺陷產(chǎn)生的橢圓度，這些因素對(duì)彎管的受力是否存在影響，一直沒(méi)有進(jìn)行系經(jīng)充的分析與研究。

流體流經(jīng)彎管時(shí)，彎管內(nèi)壁與流體相互作用，內(nèi)壁的應(yīng)力應(yīng)與流體一致。從流體動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)彎管內(nèi)流體的應(yīng)力、流速、壓力進(jìn)行了分析研究，并由來(lái)自流體的壓力計(jì)算了彎管的應(yīng)力分布，討論了彎管結(jié)構(gòu)參數(shù)：管徑、彎曲度、橢圓度、以及管內(nèi)流體的設(shè)計(jì)壓力、流速對(duì)彎管受力的影響。為彎管的設(shè)計(jì)、制造、強(qiáng)度分析和工程應(yīng)用提供了理論保證。

流體的應(yīng)力計(jì)算公式：

p=PeIJ+σ il

即流體的應(yīng)力由兩部分組成，第一部分為各向同性且與粘性無(wú)關(guān)的分量即流體壓力；第二部分與粘性有關(guān)的分量。其中：σ為粘性流體作變形運(yùn)動(dòng)時(shí)，起抵抗變形的作用。

依據(jù)《先鋒管道帶壓開(kāi)孔流程》中關(guān)于管道測(cè)量中有詳細(xì)方案，管道內(nèi)具有壓力的流體流經(jīng)彎管時(shí)，流體作用在彎管內(nèi)壁上的壓力分布是不均勻的，彎管內(nèi)壁外側(cè)入口附近所受壓力較大，而內(nèi)壁附近出口內(nèi)側(cè)相對(duì)較小，而且隨著流體速度的增大，內(nèi)外壁的壓力差相對(duì)增大，但速度變化對(duì)流體壓力分布影響不大。由此可見(jiàn)，過(guò)去對(duì)彎管強(qiáng)度分析時(shí)，將彎管內(nèi)壁所受壓力視為均勻分布，且不考慮速度影響，是存在誤差的。通過(guò)有限元法對(duì)流體進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，由來(lái)自流體的壓力研究彎管的應(yīng)力特性是有必要的。

在其它參數(shù)相同時(shí)，彎管管徑增大，應(yīng)力隨之增大，所以在相同條件下，管徑增大，所需壁厚增加，以滿足彎管強(qiáng)度的需要。

圓管段或圓錐管段在端口與其它圓管段或圓錐管段形成角連接時(shí)，角連接焊縫處不同管段由于變形的方向不一致而使應(yīng)力形成了一定的角度從而使得在徑向形成了合力，這個(gè)合力可以有效阻止徑向變形。

而在這種焊接彎管處進(jìn)行帶壓開(kāi)孔時(shí)，由于帶壓開(kāi)孔刀為圓形且在帶壓開(kāi)孔機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的進(jìn)刀量為直管的情況下進(jìn)行切削作業(yè)的。在彎管處進(jìn)行帶壓開(kāi)孔很有可能造成以下三種情況：

1.帶壓開(kāi)孔刀切削焊接彎管時(shí)，對(duì)焊接的焊縫也同時(shí)進(jìn)行了切割，容易造成焊縫由于震動(dòng)或存在不規(guī)則的沙眼而使焊縫斷裂，造成開(kāi)孔后彎管處泄漏。

2.帶壓開(kāi)孔刀在焊縫處進(jìn)行帶壓開(kāi)孔作業(yè)，使原來(lái)焊接處不同管段變形方向不一致所形成的合力消失，造成向內(nèi)彎曲變形或向外彎曲變形，而焊接的短節(jié)為圓形，則不能完全阻止這種變形的發(fā)生，造成彎管在焊接短節(jié)處斷裂。

3.帶壓開(kāi)孔機(jī)的設(shè)計(jì)是在直管的條件下進(jìn)行，其伸縮量也是按標(biāo)準(zhǔn)的管件長(zhǎng)度來(lái)設(shè)計(jì)。而彎管在形成一定的曲度后會(huì)增加帶壓開(kāi)孔的行程，如果計(jì)算不準(zhǔn)確，則會(huì)造成帶壓開(kāi)孔機(jī)的伸展量完全展開(kāi)后也未能有效地鉆透彎管。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是行程未到，因此，在帶壓開(kāi)孔前應(yīng)當(dāng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改制和優(yōu)化。

總之，管道帶壓開(kāi)孔作業(yè)的點(diǎn)位選擇盡量避開(kāi)焊縫及彎管處，更是由于一些管道的建設(shè)年代較為久遠(yuǎn)，其管道內(nèi)壁的受腐蝕情況及強(qiáng)度無(wú)法得到有效的測(cè)量和計(jì)算，因此，帶壓開(kāi)孔作業(yè)選在彎管處是較為危險(xiǎn)的，為管道系統(tǒng)后續(xù)的維護(hù)工作也將帶來(lái)隱患。而資料較為全面且能保證流體壓力及強(qiáng)度的彎管，則應(yīng)當(dāng)按照以上方法進(jìn)行帶壓開(kāi)孔開(kāi)孔作業(yè)，但需要進(jìn)行設(shè)備的改制和優(yōu)化來(lái)完成。