彎管帶壓開孔與直管帶壓開孔相比存在哪些隱患？

彎管廣泛應用于鍋爐、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，管道的安全應用越來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越多的關(guān)注。

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

在天然氣高壓管道建設(shè)和維護作業(yè)中，通常采用彈性敷設(shè)、現(xiàn)場冷彎彎管或熱煨彎管改變管道的走向。管道經(jīng)過彎曲處理后，其管壁會發(fā)生強度及厚度的變化，還會因為變形其內(nèi)部形成新的內(nèi)應力。

管道在建設(shè)過程中，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，管壁由于拉伸變長而減薄。管壁減薄會使強度降低，為保證管壁減薄后仍有足夠強度，要求管壁有一定厚度，在彎曲段管壁減薄應盡量保持其均勻性彎曲。

在天然氣高壓管道彎制過程中，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

在對彎管進行帶壓開孔前，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)驗確定。在對彎管力學分析中，傳統(tǒng)的分析方法都做出了一定的簡化假設(shè)，與彎管的實際工作狀態(tài)存在一定的出入。流體流經(jīng)彎管時的不均勻性；流體的流速彎管的彎曲度；管徑；彎管加工缺陷產(chǎn)生的橢圓度，這些因素對彎管的受力是否存在影響，一直沒有進行系經(jīng)充的分析與研究。

流體流經(jīng)彎管時，彎管內(nèi)壁與流體相互作用，內(nèi)壁的應力應與流體一致。從流體動力學的角度出發(fā)，對彎管內(nèi)流體的應力、流速、壓力進行了分析研究，并由來自流體的壓力計算了彎管的應力分布，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)計壓力、流速對彎管受力的影響。為彎管的設(shè)計、制造、強度分析和工程應用提供了理論保證。

流體的應力計算公式：

p=PeIJ+σ il

即流體的應力由兩部分組成，第一部分為各向同性且與粘性無關(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動時，起抵抗變形的作用。

依據(jù)《先鋒管道帶壓開孔流程》中關(guān)于管道測量中有詳細方案，管道內(nèi)具有壓力的流體流經(jīng)彎管時，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)相對較小，而且隨著流體速度的增大，內(nèi)外壁的壓力差相對增大，但速度變化對流體壓力分布影響不大。由此可見，過去對彎管強度分析時，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。通過有限元法對流體進行動力學分析，由來自流體的壓力研究彎管的應力特性是有必要的。

在其它參數(shù)相同時，彎管管徑增大，應力隨之增大，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，角連接焊縫處不同管段由于變形的方向不一致而使應力形成了一定的角度從而使得在徑向形成了合力，這個合力可以有效阻止徑向變形。

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

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

2.帶壓開孔刀在焊縫處進行帶壓開孔作業(yè)，使原來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.帶壓開孔機的設(shè)計是在直管的條件下進行，其伸縮量也是按標準的管件長度來設(shè)計。而彎管在形成一定的曲度后會增加帶壓開孔的行程，如果計算不準確，則會造成帶壓開孔機的伸展量完全展開后也未能有效地鉆透彎管。簡單的說就是行程未到，因此，在帶壓開孔前應當對設(shè)備進行改制和優(yōu)化。

總之，管道帶壓開孔作業(yè)的點位選擇盡量避開焊縫及彎管處，更是由于一些管道的建設(shè)年代較為久遠，其管道內(nèi)壁的受腐蝕情況及強度無法得到有效的測量和計算，因此，帶壓開孔作業(yè)選在彎管處是較為危險的，為管道系統(tǒng)后續(xù)的維護工作也將帶來隱患。而資料較為全面且能保證流體壓力及強度的彎管，則應當按照以上方法進行帶壓開孔開孔作業(yè)，但需要進行設(shè)備的改制和優(yōu)化來完成。