[发明专利]确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验装置及方法

权利要求书

1.一种确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验装置，其特征在于，包括：试验钢管(1)、线性聚能切割器(3)、试验管沟、低液体温槽(9)、空气压缩机/氮气增压装置(8)和数据采集系统；所述的试验钢管(1)两端焊接有堵头，试验钢管(1)上包裹保温材料；线性聚能切割器(3)安装试验钢管(1)上表面中间位置；试验钢管(1)放置于试验管沟中间；低液体温槽(9)放置于试验管沟上用于给试验钢管(1)注入低温液体；空气压缩机/氮气增压装置(8)与试验钢管(1)连接用于给试验钢管(1)注入气体并增压；数据采集系统安装在试验钢管(1)上，数据采集系统包括计时线(4)、温度测量装置、压力测量装置、应变片和图像获取装置。

2.根据权利要求1所述的确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验装置，其特征在于，低液体温槽(9)的体积大于钢管体积，低液体温槽(9)为敞口加盖的结构形式，低液体温槽(9)外周包裹保温材料；低液体温槽(9)内设置有温度变送器对低液体温槽(9)温度进行监控。

3.根据权利要求1所述的确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验装置，其特征在于，线性聚能切割器(3)安装在试验钢管(1)顶部中心位置；线性聚能切割器(3)引入的贯穿型裂纹平行于钢管轴向；线性聚能切割器(3)采用中间起爆的方式进行起爆；线性聚能切割器(3)产生的射流刚好切穿一个钢管壁厚。

4.根据权利要求1所述的确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验装置，其特征在于，所述的计时线(4)为纱包线，计时线(4)安装在试验钢管(1)的上半个象限，在试验钢管(1)的上半周折回粘结。

5.根据权利要求1所述的确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验装置，其特征在于，所述的温度测量装置包括用于测量试验钢管(1)内部低温液体温度的第一内部温度传感器(5)，用于测量试验钢管(1)内部气体温度的第二内部温度传感器(6)，及用于测量钢管顶部裂纹扩展路径上的管壁温度的贴片式表面温度传感器(7)。

6.一种确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)试验钢管(1)两端焊接堵头；

2)将试验钢管(1)放置于试验管沟中间，试验钢管(1)的直焊缝(2)置于试验管沟底部；

3)对试验钢管(1)安装数据采集系统；

4)利用空气压缩机对试验钢管(1)进行试压测试；

5)对试验钢管(1)及其辅助管路进行保温材料包裹，线性聚能切割器(3)安装位置预留开口；

6)将低液体温槽(9)放置于试验管沟上；

7)在低液体温槽(9)中首先注入酒精，随后注入液氮进行调温，当低液体温槽(9)中液体温度低于试验温度-10℃～-30℃时停止注氮，得到低温溶液；

8)利用低液体温槽(9)与试验钢管(1)的高度差将混合后的低温溶液注入试验钢管(1)；

9)低温液体注入后，在试验钢管(1)上表面中间位置安装线性聚能切割器(3)；

10)对试验钢管(1)上表面覆盖干冰，并对试验钢管(1)外表面进行隔热层包裹；

11)通过空气压缩机将试验钢管(1)增压至实际管线服役压力，并保持；

12)通过温度传感器监控管体上表面的温度，当钢管表面温度达到试验温度±(1)℃时，起爆线性聚能切割器(3)用于引入初始裂纹；

13)试验全过程通过数据采集系统对温度、压力、断裂速度和应变数据进行采集；

14)试验后对断口进行图像获取，并对剪切面积进行评判；

15)试验后，建立断裂速度与剪切面积的关系，判断止裂所需最小剪切面积。

7.根据权利要求6所述的确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验方法，其特征在于，步骤12)中，引入的初始裂纹长度应在400mm以上。