[发明专利]一种煤制气输送管全尺寸试验评价方法

说明书

技术领域：

本发明属于油气管材工程试验领域，涉及油气输送管全尺寸钢管试验工艺，尤其是一种高钢级煤制天然气输送管全尺寸试验评价方法。

背景技术：

煤制天然气管道输送压力一般在12MPa及以上，其气体介质中CO₂和H₂的含量之和约为3％—5％，其中H₂的含量约2％—3％，氢分压高达到0.36MPa。由于氢气是一种较常见腐蚀性介质，在有游离水或凝析水的环境下，氢气可分解析出氢原子，氢原子可对金属材料构成氢损伤。同时，实际工程上使用的钢材都存在着缺陷，如面缺陷(晶界、相界等)、位错、三维应力区等，这些缺陷与氢的结合能强，可将氢捕捉陷住，便成为氢的富集区，当氢原子在金属内部陷阱中富集到一定程度，便会在钢材中析出氢气，促使钢材脆化，局部区域发生塑性变形，萌生裂纹最后导致开裂。由于氢损伤通常是瞬间出现失效，是一种危害性比较大的腐蚀形式，另外输送介质中含有一定量的CO₂，需要考察二氧化碳和氢气共存情况下对管线耐蚀性能的影响。因此，煤制天然气管道输送过程在如此高的氢分压和二氧化碳气体在输送过程中是否会产生钢管的氢渗透，从而导致管材与焊缝性能的恶化以及断裂行为是工程应用最关键问题之一。

目前，在实验室采用管材或焊缝的局部试样进行电解充氢和真空抽氢的试验方法，研究氢含量与管材及焊缝性能的变化进行管道实际服役过程的评价，其不能模拟实际管道压力和管体应力分布状态下CO₂与H₂共存情况对管材蚀性的影响以氢的渗透情况。采用全尺寸钢管进行试验，由于管道气体压力较高(一般在12MPa及以上压力)，试验周期长，并在氢介质的情况下，试样过程安全隐患较大，现国内外未见一种有效试验评价方法。故国内外针对高压输气用高钢级(X80及以上)管线钢管在H₂环境下的腐蚀破坏研究仍处于空白状态，对于管线钢在H₂环境下的腐蚀机理和形式还不清楚，实际的工程应用更是罕见。本发明通过一种高钢级(X80及以上)全尺寸钢管模拟煤制天然气管道服役的实际压力、工况及H₂与CO₂介质含量进行试验的评价方法，研究各种介质、组分及不同条件下对管材组织及力学性能的影响与变化规律，为实际管道工程建设提供可靠的数据支撑。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高钢级煤制气输送管全尺寸试验评价方法，克服了采用局部试样试验进行煤制气输送管道实际服役过程评价的局限性。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

本发明的煤制气输送管全尺寸试验评价方法为：首先将钢管切割成约2米的管段，每节管段按照管线建设实际施工对接的方法进行环焊缝焊接制成全尺寸焊管，并在全尺寸焊管两端对称位置分别加工一个充/放气孔和一个压力检测孔，并将充/放气孔与焊管右端的中空式内螺纹高压接头连接，压力检测孔与焊管左端的中空式内螺纹高压接头连接，同时将全尺寸焊管两端用管端高压封头封焊，在左端的中空式内螺纹高压接头上安装气体压力表，右端的中空式内螺纹高压接头与充/放气导气紫铜管的一端连接，充/放气导气紫铜管的另一端与气体汇流排的充气阀门接头连接，并在全尺寸焊管两端安装管体温/湿度计，四周安装无线视频监视器，温/湿度计的正面朝向无线视频监视器；最后采用远距离分步式进行充气，试验前首先通过气体汇流排给钢管内充入高纯N₂置换钢管内的空气，然后先后通过气体汇流排给钢管内充入与煤质天然气介质组分中等同含量的CO₂和H₂，最后通过汇流排给钢管内充入高纯N₂增压，直到管内压力达到煤质天然气管线设计或实际运行压力，充压完成后进行保压周期与泄压，并记录充压、保压、泄压时气体压力表、管头温/湿度计及管尾温/湿度计的数据，最后对管体母材、焊缝进行氢含量与理化性能检测。

上述的全尺寸焊管为X80及以上高钢级直缝埋弧焊管(焊接为纵缝焊接)或螺旋焊缝焊管。

上述的全尺寸焊管的管长为4米至6米。

上述充/放气导气紫铜管的长度≥20米。