[发明专利]低温输气钢管承压能力及韧脆转变行为全尺寸试验方法

说明书

本发明公开了一种低温输气钢管承压能力及韧脆转变行为全尺寸试验方法，在试验钢管表面预制缺陷，并在钢管两端焊接堵头，考察低温条件下含缺陷钢管的承压能力；将钢管放置于管沟内，并采用钢筋混凝土对钢管两端堵头位置进行锚固来构筑试验管路；在钢管上安装应变片、夹式引伸计、表面温度传感器等测量装置；通过在试验钢管的管体中注满液氮和酒精冷却液来实现对整根试验钢管的低温控制；在试验钢管注满低温液体后，通过注入氮气达到爆破压力，通过采集管内压力、管体壁温、管体应变、预制裂纹处裂纹嘴张开量及影像资料信息，来分析确定钢管的断裂阻力曲线及韧脆转变温度。本发明经济、简单、易于操作，可精确控温，更加安全。

技术领域

本发明属于输气管道结构完整性试验技术领域，具体涉及一种确定低温用气体输送钢管承压能力及韧脆转变行为的全尺寸试验方法。

背景技术

随着世界上极地能源的迅猛开发，大量天然气管道及其附属设施，需要经过极寒地带，这些极寒地带的最低温度甚至达到-60℃。当管道，尤其是含缺陷管道在低温环境服役时，容易在应力水平不高，甚至低于材料屈服极限的情况下突然断裂。特别对于X80钢级(屈服强度≥555MPa)，其屈服强度超过了目前低温压力容器钢的钢级水平(490MPa)，低温脆断的敏感性相对较高，容易发生低温脆断失效事故。因此对于低温用钢管需要通过试验来确定其低温下的承压能力及韧脆转变温度。通过拉伸、冲击、落锤等小试样来研究管道的承压能力及韧脆转变行为时，由于无法考虑尺寸约束对断裂韧度的影响，因此不能够对构件是否发生脆性断裂进行定量分析和准确判断，也无法确定管道尤其是含缺陷管道在低温下的承载能力。

高压油气管道一旦失效爆炸将会造成巨大灾害和损失。随着高钢级管线钢在低温环境下的大量使用，管道发生低温脆断的概率极大增加。低温环境下的钢管全尺寸试验是验证钢管低温性能的最佳方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种低温输气钢管承压能力及韧脆转变行为全尺寸试验方法，来确定低温用钢管承压能力及韧脆转变温度，在本试验方法中规定了低温爆破试验的流程及要求，可准确反映温度及钢管壁厚对材料脆化造成的影响。同时本方法简单易行，可在较小投资的情况下完成试验。

本发明采用以下技术方案：

低温输气钢管承压能力及韧脆转变行为全尺寸试验方法，包括以下步骤：

S1、在试验钢管表面预制缺陷，并在钢管两端焊接堵头，考察低温条件下含缺陷钢管的承压能力；

S2、将钢管放置于管沟内，并采用钢筋混凝土对钢管两端堵头位置进行锚固来构筑试验管路；

S3、在钢管上安装测量装置；

S4、通过在试验钢管的管体中注满低温冷却液来实现对整根试验钢管的低温控制；

S5、在试验钢管注满低温液体后，通过注入氮气达到爆破压力，通过采集管内压力、管体壁温、管体应变、预制裂纹处裂纹嘴张开量及影像资料信息，分析确定钢管的断裂阻力曲线及韧脆转变温度。

具体的，步骤S1中，在钢管中间预制裂纹，裂纹距离钢管的直焊缝为180°±1°，试验钢管两端焊接堵头，并进行无损检测，试验钢管的长度为管径的6倍以上，整根钢管外表面包裹隔热层。

具体的，步骤S2中，将试验钢管放置于试验管沟中间，试验管沟深度大于3m，缺陷处于侧面90°±1°位置，堵头位置采用钢筋混凝土固定，然后将低温槽放置于管沟上，低温槽与试验钢管通过低温管路进行连接并安装阀门。

具体的，步骤S3中，试验钢管上分别设置应变花、贴片式表面温度传感器、夹式引伸计、压力表和摄像机进行数据采集，贴片式表面温度传感器用于监控钢管壁温；夹式引伸计用于测量起裂时的裂纹嘴张开量；压力表用于测量爆破压力。