摘要：以中国自主设计制造的2 000 m超深水水下分离器为研究对象,基于图算法和一致缺陷模态法分析分离器样机极限承载能力;建立包含嵌入式接管子模型的水下分离器精细数值模型,研究马鞍形焊缝应力分布规律;设计高压舱试验验证水下分离器样机的物理承压能力,并对比分析高压舱试验数据和数值计算结果。研究表明:水下分离器样机失稳模式为塑性失稳,下放工况应该主要评估其结构强度;接管马鞍形焊缝的鞍点和冠点以及N1接管焊缝的角度φ为45°和135°位置为应力特征点;试验样机在高压舱试验过程中整体应力水平处于线弹性变形阶段,能够满足2 000 m水深的承压强度要求,模拟结果和试验结果吻合较好。

摘要：以某张力腿平台为例,建立了张力腿平台-筋腱-立管耦合系统动力学分析模型,开展了多种工况和不同筋腱断裂状态下平台-筋腱-立管系统瞬态响应研究。结果表明:筋腱断裂后,平台运动位移和绕Z轴转动角度变化较小,平台绕X、Y轴转动角度变化较大且发生高频波动,经过衰减后平台的运动频率与完整状态下保持一致;位于断裂筋腱对角线位置上的筋腱顶部张紧力减小,其余筋腱张紧力增大,所有筋腱顶部张紧力发生高频波动并不断衰减至与完整状态下的波动频率一致;所有钻井立管和生产立管顶部平均张紧力都增大,且2根筋腱断裂后的立管顶部平均张紧力增大值较大。本文研究成果可为极端工况下张力腿平台设计和立管系统安全性评估提供参考。

摘要：针对超深水水下分离器接管焊缝应力集中问题,考虑深水高外压载荷工况,引入子模型技术,提出了嵌入式接管焊接结构分析方法,基于路径映射技术研究了水下分离器样机马鞍形焊缝焊趾处的应力集中系数分布规律,并分析了切割孔半径、焊趾倾角和焊趾过渡圆弧半径等3个几何参数对马鞍形焊缝焊趾应力集中系数分布的影响,结果表明:水下分离器样机不同接管焊趾应力集中系数分布不同,接管位置对焊趾应力集中系数分布没有影响;切割孔半径决定焊趾应力集中系数分布形式,减小焊趾倾角,增加焊趾过渡圆弧半径能够改善焊趾处的应力集中,但焊趾过渡圆弧半径作用有限。以所研究的水下分离器样机为对象,设计了高压舱实验,制定了测点贴片方案,捕捉到了接管焊趾处应力集中系数分布特征点,而且数值分析结果与实验结果吻合较好,表明本文构建的数值模型具有较高精度,可为嵌入式接管结构设计提供参考。

摘要：深水水下分离器服役环境下的载荷工况复杂,服役寿命易受多种因素影响。为了确保深水水下分离器服役期间的安全可靠性,进一步研究不同材料水下分离器承压结构的强度可靠性与设计尺寸及加工材料性能之间的定量关系,采用蒙特卡罗法,以承压结构壁厚、材料屈服强度等参数为随机输入变量,建立了承压结构串联系统模型,并且通过外压试验验证了模型的准确性。通过模拟承压结构设计参数的随机性,得到承压结构的应力强度分布特征和各参数对结构强度可靠性的敏感性和灵敏度。算例分析表明:在2 000 m深水条件下,水下分离器承压结构的可靠度达到99.565 3%,筒体壁厚是影响承压结构可靠性的最主要因素,该研究结果可为深水水下分离器的优化设计提供必要的技术参考。

摘要：基于结构极限承载能力分析法,以3 000 m超深水重力式水下分离器为研究对象,根据ASMEVIII-I基本公式计算结构初始壁厚,借助有限元软件建立了超深水水下分离器整体模型,开展了基于5%最大主应变准则的极限承载能力校核和双非线性稳定性极限承载能力校核,并在此基础上提出递归循环算法优化壁厚,最终构建了超深水水下分离器承压结构壁厚设计方法。根据最优壁厚制造了超深水水下分离器试验样机,开展了高压舱压溃试验,结果表明:本文所建立的超深水水下分离器整体模型具有较高精度,塑性极限分析和稳定性分析结果与试验结果的相对误差分别为13.11%、8.80%;本文所构建的超深水水下分离器承压结构壁厚设计方法充分利用了材料的极限承载能力,在保证结构高耐压和高可靠性的基础上,相比弹性应力分类法提高承载能力44.4%,并有效减小设计壁厚达20%。

摘要：国内众多在役沥青防腐层管道的牺牲阳极阴极保护系统均已失效,或即将失效,重新更换牺牲阳极系统时若仍按照原有设计施工,可能会导致部分管道无法受到有效地保护。根据现场管道防腐层的面电阻率随时间变化规律,预测未来20 a内防腐层面电阻率变化情况,采用模拟计算的方法,预估已经运行15 a后管道的保护距离随时间的变化,为阴极保护系统重新设计提供依据。结果表明:在役沥青防腐层的面电阻率随埋地时间延长而降低,且降低速率逐渐减小;防腐层破损率随埋地时间的延长而增加,且增加速率逐渐增大;单组牺牲阳极保护系统运行15 a后管道的单侧保护距离为50 m,随着管道继续服役,单侧保护距离显著降低,第20,25,30,35 a时,单侧保护距离依次降为28.0,19.0,14.0,11.5 m;当阳极距离管道1~4 m范围内,随着距离的增加,管道上的电位分布更加均匀,且保护距离增加;未来20~35 a内,更换牺牲阳极系统的时间对阳极寿命基本无影响,阳极寿命预估为23 a左右。

摘要：针对顶管管道腐蚀参数检测装置及测试系统不完善的问题,设计了一套柔性环绕式的管道检测装置,结合配套的地面测试桩,可便捷地测试相关电位及电流,满足了腐蚀风险评价的数据需求。最终建立了基于电流-电位法的防腐层面电阻率计算、基于密间隔电位(CIPS)的防腐层破损点判断、基于电流趋势的牺牲阳极性能诊断、基于试片电流密度的腐蚀速率预测等方案,进而制定了防腐层面电阻率、破损点、牺牲阳极性能、阴极保护效果、腐蚀速率等单项风险评价方法,构建了顶管管道局部监测点及整体管段的腐蚀风险综合评价体系,对于管道的腐蚀风险的预防性管理有一定指导意义。

摘要：深入分析欧盟EN 13445标准直接法稳定性校核原理及应用准则,充分考虑实际工程中的材料非线性和几何非线性因素,建立基于EN 13445压力容器分析设计直接法的深海外压容器稳定性分析模型。根据深海外压容器稳定性校核危险工况,提出结构屈曲分析和稳定性校核方法,并在此基础上深入分析结构参数对深海外压容器稳定性的影响,构建深海外压容器分析设计的稳定分析和校核技术体系。最终开展2000 m深海外压容器高压舱外压试验,试验表明所述深海外压容器稳定性分析校核体系能够准确可靠地分析校核深海外压容器。为深海外压容器的稳定性校核和结构优化提供一种行之有效的方法,填补了深海外压容器稳定性研究方面的空白。

摘要：以2 000 m超深水卧式重力分离器承压结构为研究对象,依据分离器危险工况建立了参数化精细模型,探讨了分离器强度校核方法。在静力分析确定分离器局部危险位置的基础上,在危险位置对总体应力进行分析并参照压力容器相关标准的相应限制对各当量应力进行校核,计算了分离器的结构强度;分析了手孔壁厚、接管壁厚及支座形式等结构因素对分离器整体强度的影响。分析结果表明,增大手孔及接管厚度将会减小手孔及接管处应力,但对分离器其余部分应力基本无影响;当支座采用倾斜支撑形式时会产生巨大应力导致支座破坏,但塑性流动基本不会影响筒体应力场,支座形式对筒体强度基本无影响,设计分离器支座时应优先选用竖直支撑形式。