站场含球阀天然气管线应力分析与支墩工艺优化研究

来源：石油科学通报杂志2025年第1期北京时间：

作者：尚臣；谢萍；谢书懿；李波；李丽锋；徐康凯；杜洋

单位：国家管网西部管道有限责任公司,乌鲁木齐 830000%中国石油集团工程材料研究院有限公司,西安 710077%中国石油集团测井有限公司西南分公司,成都 400021%中国石油大学(华东)机电工程学院,青岛 266580

摘要：压气站中天然气管线球阀遍布且具有较大自重,极易引发管道应力集中、变形过大及埋地端沉降等问题,合理布置支墩是改善应力分布和减缓管道沉降的有效措施.本文以西北湿陷性黄土地区某压气站含球阀的天然气管道为对象,构建了全尺寸有限元模型.首先,深入分析无支墩时管道的应力与变形,探究埋地端沉降根源.发现因管道中部两球阀自重较大,导致埋地端产生较大弯矩,致使管道弯管区域应力和变形显著,靠近较重球阀一侧更甚,进而引发埋地端沉降.其次,全面探讨支墩位置、数量及沉降工况对管道应力和变形的影响,明确球阀底部是修建支墩的最佳位置;综合成本考量,只在质量最大的球阀端部设一个支墩即可.基于上述研究结果制定了支墩布置优化方案并应用于工程现场.采用X射线法进行现场应力测试,应力测试值与有限元计算值误差≤20%.依据JB 4732-1995(R2005)《钢制压力容器——分析设计标准》校核管道强度,现场工艺优化方案通过验证.本文所提优化方案为改善管道应力分布、保障天然气管道安全运行提供了有效参考,有望为天然气管道工程领域发展及后续研究实践提供参考价值.

关键词：天然气管道,球阀,支墩优化,沉降,有限元