[发明专利]含杂质超临界CO2

说明书

本发明公开了一种含杂质超临界CO₂输送管道裂纹延性扩展预测方法：步骤一、使用REFPROP软件，计算获得目标管道CO₂流体的物性参数，并且可以直接获得减压开始至进入两相区前的减压波速度；步骤二、使用MATLAB软件得到进入两相区后的减压波速度曲线和管道裂纹延性扩展速度曲线；步骤三、通过Battelle双曲线法对减压波速度曲线和裂纹延性扩展速度曲线进行分析。本发明通过软件模拟进行管道裂纹延性扩展预测，减少了所需传感器和监测装置的数量，大大减少了管道监测系统的成本，降低了在埋地管道、海底管道等特殊地形条件下进行裂纹延性扩展监测时的难度，增加了管道监测系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及管道裂纹延性扩展预测技术领域，具体涉及一种含杂质超临界CO₂输送管道裂纹延性扩展预测方法。

背景技术

CCUS(Carbon Capture，Utilization and Storage，)技术已经在全球范围内被广泛认同为是大规模减排CO₂的重要技术，是减少碳排放和维持大气CO₂含量稳定的一种行之有效的方式，在向低碳经济过渡中发挥着重要作用，目前已经成为全球研究的热点。目前世界各国政府和工业界正大力发展CCUS技术，从化石燃料电厂(包括其他大型固定工业来源)中捕集CO₂，压缩后通过管道或轮船进行运送，最终将其封存在地下，比如枯竭油藏或深含盐层(DSF)中，或者用于提高原油采收率(EOR)、提高气体采收率(EGR)或提高煤层产气采收率(ECBM)。在整个CCUS技术中，运输过程是技术的中间环节。与罐车、铁路和船舶输运相比，管道输运更适合长距离、大规模CO₂捕集和储存，超临界CO₂与液体和气体CO₂相比，密度与液态类似，但扩散系数和粘度仍然与气态接近，非常合适用于长距离、大规模管道输送。

CO₂长输管线从制造到最终运行维护，各个环节均有可能导致潜在的管道开裂问题出现，比如管材制造过程中工艺、操作造成的材料缺陷等。CO₂长输管线的裂纹扩展失效形式分为动态脆性扩展和动态延性扩展，其主要区别在于裂纹扩展前塑性变形的大小。管道裂纹动态延性扩展过程如下：管壁某一位置因载荷作用出现弹性形变→载荷进一步增加，材料屈服后出现塑性形变→管壁表面出现微小裂纹或孔隙→微裂纹逐渐会合，形成宏观裂纹→宏观裂纹进一步扩展，最终裂纹尺度达到临界尺寸，满足起裂条件后，裂纹失稳并持续扩展，直到扩展到管道焊缝或弯头等止裂韧性不同的位置为止。延性扩展止裂时，裂纹一般情况下会从扩展方向向斜向45°偏离，随后断裂扩展过程快速终止。

两种裂纹扩展形式中驱动裂纹扩展的力并不相同，动态脆性扩展的驱动力完全来自管壁的弹性应变能，而动态延性扩展的驱动力不仅包括管壁的弹性应变能，管内高压气体的膨胀效应也能提供裂纹扩展所需的能量。自上世纪七十年代以来，随着冶金工业的发展进步，裂纹动态脆性扩展逐渐得到控制，已基本不再发生。但与此同时，管线输送压力也有了很大的提高，目前管线钢的裂纹断裂扩展事故主要集中在动态延性扩展上，管道裂纹延性扩展的危害仍不可小觑。迄今为止，首次有数据记录的长输管线裂纹扩展事故就已经超过了百米的量级。