[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

说明书

本发明公开了一种确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验装置，包括：试验钢管、线性聚能切割器、试验管沟、低液体温槽9和数据采集系统；所述的试验钢管两端焊接有堵头，试验钢管上包裹保温材料；线性聚能切割器安装试验钢管上表面中间位置；试验钢管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注入低温液体；空气压缩机与试验钢管连接用于给试验钢管增压；数据采集系统安装在试验钢管上，数据采集系统包括计时线、温度测量装置、应变片和摄像机。该试验方法简单可行，为实际生产提供准确的数据来源。

技术领域

本发明属于天然气输送管道技术领域，涉及一种确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验方法。

背景技术

天然气是一种清洁能源，也是一种易燃、易爆的危险介质，高压天然气管道一旦长程开裂将造成灾巨大难和损失，因此必须保证管道的安全性。为了提高管道运输的经济性，天然气管道的发展趋势是高压、大口径、大壁厚、大输量，采用的钢管也随之向高钢级(高强度级别)方向发展。我国天然气管道用管线钢管近年来发展非常快，X70级别钢管在西气东输一线成功应用，西气东输二线管道工程大规模采用X80级别的钢管。目前我国正在积极研发X90、X100等高级别管线钢的工程应用问题。

天然气输送管道钢级、管径、设计系数的提高以及高压富气输送工艺的采用，大大提高了运营效益，同时给管道安全也提出了更高的要求。输气管道一旦开裂，管内高压气体并不能立刻排空，而是由断裂点向两侧各产生一个减压波并向两远端传播。由于气体减压波速低于裂纹扩展速度，裂纹尖端就会持续的保持高应力状态，裂纹也会持续高速扩展，容易导致输气管道延性裂纹的长程扩展问题。钢管DWTT断口的剪切面积是评判高钢级管道中高速扩展的裂纹能否止裂的关键技术指标。然而对于高钢级高韧性管线钢而言，DWTT试样常出现异常断口，不能准确反映实际全尺寸管道裂纹扩展过程中的断口形貌，因此需要发展一种简单易行的全尺寸爆破试验技术，来确定高钢级管线钢(X80及以上)不同服役温度下的剪切面积，以及是否能够止裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验装置及方法，通过模拟试验来确定高钢级管线钢止裂所需的最小剪切面积。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验装置，包括：试验钢管、线性聚能切割器、试验管沟、低液体温槽、空气压缩机/氮气增压装置和数据采集系统；所述的试验钢管两端焊接有堵头，试验钢管上包裹保温材料；线性聚能切割器安装试验钢管上表面中间位置；试验钢管放置于试验管沟中间；低液体温槽放置于试验管沟上用于给试验钢管注入低温液体；空气压缩机/氮气增压装置与试验钢管连接用于给试验钢管注入气体并增压；数据采集系统安装在试验钢管上，数据采集系统包括计时线、温度测量装置、压力测量装置、应变片和图像获取装置。

作为本发明的进一步改进，低液体温槽的体积大于钢管体积，低液体温槽为敞口加盖的结构形式，低液体温槽外周包裹保温材料；低液体温槽内设置有温度变送器对低液体温槽温度进行监控。

作为本发明的进一步改进，线性聚能切割器安装在试验钢管顶部中心位置；线性聚能切割器引入的贯穿型裂纹平行于钢管轴向；线性聚能切割器采用中间起爆的方式进行起爆；线性聚能切割器产生的射流刚好切穿一个钢管壁厚。

作为本发明的进一步改进，所述的计时线为纱包线，计时线安装在试验钢管的上半个象限，在试验钢管的上半周折回粘结。

作为本发明的进一步改进，所述的温度测量装置包括用于测量试验钢管内部低温液体温度的第一内部温度传感器，用于测量试验钢管内部气体温度的第二内部温度传感器，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。

一种确定输气钢管止裂所需最小剪切面积的试验方法，包括以下步骤：

1)试验钢管两端焊接堵头；