多年冻土地区热油管道敷设的主要问题是多年冻土的融沉造成管道差异性变形,管道壁厚的选择是决定管道项目安全运行和经济投入的重要因素。影响管底多年冻土融化深度的主要因素有油温、冻土含冰量、冻土原始地温以及管道保温层的设置等。冻土的融沉使管道产生了附加的弯曲应力,进而加大了管道承受的有效应力。油压和壁厚很大程度上决定了管道所能承受的最大有效应力,即决定了管道最大允许沉降变形量,因此,增加壁厚可以有效提升管道最大允许沉降变形量。
拟建中俄原油管线由漠河进入中国,经过大兴安岭多年冻土区、嫩江平原深季节冻土区至大庆.原油输运过程中由于管道与周围土体之间发生的热交换,使得原有土层中的热交换机制被打破,冻土区常温原油管道工程基础将面临融沉和冻胀灾害的双重挑战.采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,计算校核了原油管道的应力状况和安全性,并对遭受冻胀变形作用的管道受力状况进行了有限元数值分析,提出了壁厚的设计参数和选取原则.对于采用X65钢级螺旋缝埋弧焊钢管和直缝埋弧焊钢管的中俄原油管道工程,当管道设计压力为10 MPa时,中俄原油管道设计壁厚应不小于14.2mm.为了使管道能适应冻胀率更大的情形,管道壁厚应适当加大.