介紹

最近對 Duplex 鋼在陰極保護下的行為研究揭示，在置於自然環境中時，存在從高拉伸應變點開始裂縫並蔓延的可能性，這可能會導致管道及相關元件發生災難性斷裂。此研究結果對於許多將 Duplex 鋼用於關鍵部件的現有及未來海下設施具有重要影響。

研究

2006 年 ConocoPhillips 的 Ekofisk 新開發包括用 Duplex 鋼製造的 18” NB 64.9Bar 海下管線。此管線及其中的所有連接器設計都考慮了最新研究結果，以滿足 DNV HISC II 專案評估的要求並獲得運營執照。

Taper Lok® 連接器因其傑出的效能並能夠滿足新設計的要求（最大應變集中是需要研究的新概念），而被 ConocoPhillips 選用於管道中。為研究所選用的 Taper Lok® 連接器在可能發生超範圍應變的區域中的情況，我們採用了 2D 軸對稱有限元分析。設計分析分為兩個部分：

a) 考慮線性材料屬性，尋找可能超過 80% 屈服的區域。

b) 對於確實超過 80% 屈服的區域，考慮非線性材料屬性，研究同一區域中的最大應變水平。

在總截面厚度上的最大理論應變最終接受標準為 0.4%，但在不到 5% 截面厚度的區域的最大峰值為 0.6%。

此外，還考慮了應變的方向，因為在以壓力為主的區域不太可能斷裂並讓裂紋蔓延，因此其處理方式不同於高拉伸力區域。

Taper Lok® 連接器的初始分析顯示了我們預計出現潛在高應變/張力集中的區域（例如，尖角、墊片、焊接斜面），但是所有這些重點區域都能透過簡單的幾何形狀小改變或涵蓋包含較大的半徑範圍來削減。

有限元分析允許幾何形狀發生簡單變化，並迅速進行重新分析，這樣便可很快獲得適應這種變化的設計以投入生產。透過將法蘭區域分成若干小區域並在感興趣的小區域中建立大密度網眼，而對其他不受影響的法蘭區域進行相對較粗的分割，從而實現非常準確的分析。

測試顯示 Taper Lok® 連接器是適合該應用並滿足新設計要求的理想選擇，這是因為相對較低的螺栓預張緊不會產生非常高的集中負載，大面積墊圈均勻地分散了接觸力，在螺栓張緊期間沒有預期的法蘭滾動/變形。Taper Lok® 連接器的長刮掃軸頸允許壓力從管道均勻地傳送到法蘭體，而不是撞擊法蘭面的尖角而使壓力增大。

除了透過執行有限元分析以確保消除所有潛在的高壓力/應變集中區域外，我們還實施了以下原則：

• 選擇適合的鋼鐵製造廠和鑄造廠，它們應能夠滿足選取等級 (ASTM A182 F60) 鑄造材料的嚴格微結構要求（含鐵量和顆粒精細度）。
• 保持環境和設備「潔淨」，以確保材料在內部生產和處理流程中（在新的木箱中運輸各個部件以進行拾取和鈍化處理）始終不會受到污染。
• 用熱噴塗鋁 (TSA) 塗覆所有連接器以防止 Duplex 鋼表面在服務期間曝露在環境中。

所有 Welding Units 執行的工作都由 ConocoPhillips 和 DNV 來審查和驗收 — 然後法蘭可獲得使用許可。

此項工作成果為最近發佈的 DNV 技術報告 No. 200503237《Duplex 不銹鋼設計指南 – 用於曝露於陰極保護下的海下設備》提供了寶貴的資訊

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