[發(fā)明專利]用于管道止裂韌性測量的裝置及其測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310479358.2
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103604705A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李洋;張偉衛(wèi);王鵬;李鶴;吉玲康;池強;霍春勇;馮耀榮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: G01N3/28
• 分類號: G01N3/28
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于管道止裂韌性測量的裝置及其測量方法。

背景技術(shù)

由于國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源特別是天然氣的需求迅猛增加。為提高管道輸送效率、降低建設(shè)成本，高鋼級、大口徑、高壓力輸送成為天然氣管道的發(fā)展趨勢。延性裂紋的長程擴展是天然氣管道失效的主要模式之一，往往造成災(zāi)難性的后果。為了避免天然氣管道的延性裂紋長程擴展，在管道鋪設(shè)前，需要確定一個合理的管道止裂韌性，以保證裂紋能夠在一定長度內(nèi)止裂。天然氣管道裂紋的擴展或止裂與裂紋尖端裂紋擴展驅(qū)動力和裂紋擴展阻力直接相關(guān)，具體則反映在裂紋尖端的氣體減壓波速度和裂紋擴展速度的關(guān)系上，即，前者大與后者則裂紋停止，后者大于前者則裂紋擴展，當(dāng)二者相等時裂紋止裂。裂紋的擴展速度與氣體減壓波速度的影響因素很多，例如，管道幾何尺寸（外徑、壁厚）、運行壓力、鋼管性能（強度、韌性）、溫度、氣體組分等。

如何合理準(zhǔn)確地確定天然氣管道的止裂韌性一直是天然氣管道研究和應(yīng)用的難題，尤其對于高強度、高壓力天然氣輸送管道，這一問題顯得更加突出。目前，在止裂韌性確定方面大多采用一些計算模型進行止裂韌性的預(yù)測，例如BTC、HLP等。但這些止裂預(yù)測方法都有各自的局限性，不能覆蓋于所有鋼級、所有壓力水平的天然氣管道止裂韌性的確定。并且，隨著鋼管強度和韌性的進一步提高，由這些預(yù)測模型得到的止裂韌性與實際管道的止裂性能相比均偏于危險。因此，現(xiàn)有的止裂預(yù)測模型的可靠性受到了很大的挑戰(zhàn)。實物試驗結(jié)果往往令人信服也更加直觀，但是可靠的試驗結(jié)果又與合理的測試方法和試驗設(shè)計密不可分。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于管道止裂韌性測量的裝置及其測量方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對高強度、高壓力氣體輸送管道的止裂韌性進行準(zhǔn)確測量，具有準(zhǔn)確度高的特點。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于管道止裂韌性測量的裝置，包括：第一儲氣庫、第二儲氣庫、至少三根直縫鋼管、與所述直縫鋼管數(shù)量相適配的螺旋縫鋼管、止裂器、啟裂管、用于所述啟裂管和所述管道組中管道產(chǎn)生裂紋的引爆單元及用于獲取所述管道組中管道止裂韌性測量參數(shù)的測量單元；所述啟裂管置于所述第一儲氣庫、所述第二儲氣庫之間，且所述第一儲氣庫、所述第二儲氣庫以所述啟裂管為中心軸呈中心對稱結(jié)構(gòu)分布；所述直縫鋼管沿所述啟裂管至所述第一儲氣庫方向依次排列，且每兩個所述直縫鋼管之間通過其各自端部固定連接；所述第一儲氣庫與所述直縫鋼管之間設(shè)置有所述止裂器；所述螺旋縫鋼管沿所述啟裂管至所述第二儲氣庫方向依次排列，且每兩個所述螺旋縫鋼管之間通過其各自端部固定連接；所述第二儲氣庫與所述螺旋縫鋼管之間設(shè)置有所述止裂器；所述直縫鋼管沿所述啟裂管至所述第一儲氣庫方向的鋼管韌性依次遞增；所述螺旋縫鋼管沿所述啟裂管至所述第二儲氣庫方向的鋼管韌性依次遞增；所述啟裂管兩側(cè)相同距離部位處的所述直縫鋼管與所述螺旋縫鋼管韌性相同；所述引爆單元置于所述啟裂管上方中心部位處；所述測量單元置于所述鋼管的不同部位處，用于獲取所述鋼管的韌性測量參數(shù)；所述測量單元能夠?qū)崿F(xiàn)與外界數(shù)據(jù)處理終端進行數(shù)據(jù)信號的傳遞。

進一步地，每根所述直縫鋼管與其前一根直縫鋼管的直焊縫錯開角度A固定連接；每根所述螺旋縫鋼管其螺旋縫與環(huán)焊縫相交位置處于所述鋼管底部；每個所述鋼管中心軸線相互平行。

進一步地，所述角度A是30°；所述固定連接是自動埋弧焊或手工埋弧焊焊接。

進一步地，所述測量單元包括：壓力傳感器、熱電偶及設(shè)置在所述鋼管外壁的計時線；所述儲氣庫、所述啟裂管、所述鋼管通過所述壓力傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)實時采集內(nèi)部壓力數(shù)值信號；所述儲氣庫、所述啟裂管、所述鋼管通過所述熱電偶能夠?qū)崿F(xiàn)實時采集內(nèi)部氣體與管壁的溫度數(shù)值信號；所述鋼管通過所述計時線記錄的信號，可實時獲取裂紋通過鋼管計時線所在位置時的時間，進而獲得裂紋擴展的實時速度；外界數(shù)據(jù)處理終端通過實時采集所述壓力數(shù)值信號、所述溫度數(shù)值信號及所述裂紋擴展速度，進而實現(xiàn)獲得所述鋼管的止裂韌性數(shù)值。

進一步地，每個所述鋼管每隔1-5mm設(shè)置一條計時線。

本發(fā)明還提供了一種基于上述測量裝置的測量方法，包括：對所述測量裝置的安全性能進行檢測；將所述測量裝置埋于坑道內(nèi)，在靠近所述儲氣庫端部部位處通過錨固樁進行固定；將所述測量裝置通過信號傳輸線與外界數(shù)據(jù)處理終端連接，實現(xiàn)信號傳遞；將液化天然氣注入所述裝置中，并通過氣體壓縮機進行加壓；對所述測量裝置進行土壤回填，并引發(fā)所述測量裝置中的引爆單元，通過外界數(shù)據(jù)處理終端實時采集所述測量裝置中測量單元的數(shù)據(jù)測量信號。