[發明專利]高壓摻氫天然氣環境下的材料疲勞損傷試驗方法

有效

• 申請號: 201910302833.6
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110095359B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 尚娟;花爭立;鄭津洋;顧超華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/02;G01N30/02
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及材料力學性能測試技術，旨在提供一種高壓摻氫天然氣環境下的材料疲勞損傷試驗方法。本發明通過加載軸推動鋼球來對圓盤薄片試樣施加載荷，圓盤薄片試樣的另一側接觸高壓的摻氫天然氣，從而實現圓盤薄片試樣在接觸高壓摻氫天然氣的同時受到載荷的作用。通過記錄圓盤薄片試樣在摻氫天然氣環境中和氬氣環境中破裂前經歷的疲勞循環次數，計算得到圓盤薄片試樣的疲勞損傷指數，所獲數據可用來評價材料在高壓摻氫天然氣環境下的性能損傷。本發明避免了復雜的伺服試驗機構，縮小設備體積，設備成本降低；降低氫氣發生泄漏的概率，提高了裝置的可靠性和安全性；縮短試驗時間，提高試驗效率；滿足試驗溫度要求，進行溫度對氫脆的影響測試。

技術領域

本發明屬于材料力學性能測試技術，特別涉及一種高壓摻氫天然氣環境下的材料疲勞損傷試驗方法。

背景技術

隨著我國能源結構的不斷優化，可再生能源發展迅速。雖然以風能和太陽能為代表的可再生能源迅速發展，但是風/光發電的時間間歇性和不可預測性限制其大規模并入主干電網，特別是我國的風/光地理資源分布不均衡導致了發電中心與負載中心分離，給其大規模應用造成嚴重的“棄風限電”。將多余的風電或光電電解制氫，并將制得的氫氣摻入天然氣，組成摻氫天然氣(HCNG)，然后再利用現有天然氣管網進行輸送，最終用作交通燃料、發電燃料及清潔燃氣，被認為是解決大規模風/光電消納問題的有效途徑，在提高可再生能源利用率的同時還可帶來良好的環境效益，具有廣泛的應用前景。但是，與天然氣的物化性質不同，高壓氫氣會劣化金屬材料的力學性能，引起材料的氫損傷。為保障管道輸送摻氫天然氣的安全，高壓摻氫天然氣環境用材料必須開展性能損傷的試驗研究。

要進行高壓摻氫天然氣環境材料性能損傷的研究，應當在真實的高壓摻氫天然氣環境下開展材料的性能測試。這對相應的試驗裝置提出了較高的要求。國內外目前缺乏相應的試驗裝置。僅有個別研究機構前期開發了用于純氫氣環境材料力學性能測試的裝置，但是上述設備都面臨以下關鍵問題：

(1)設備結構復雜，存在安全隱患

現有的純氫氣環境材料力學性能測試裝置大多由傳統材料試驗機改造而來，即在傳統材料試驗機上裝設能夠提供試驗所需的純氫氣環境的環境箱，為容納試樣及其夾具，環境箱內部的容積通常設計的較大，進而導致環境箱體積和壁厚較大，設備整體結構較復雜，造價昂貴。環境箱內儲存易燃易爆介質多，并且現有裝置都是靠貫穿試驗機環境箱的加載軸來對裝夾的試樣施加載荷，加載軸與環境箱接觸面之間常設計動密封結構以維持試驗箱內部的壓力，但是，動密封結構使用壽命有限，易造成介質泄漏，存在較大安全隱患。

(2)測試效率低，時間成本高

現有的高壓摻氫天然氣環境材料性能損傷裝置對裝夾的試樣施加壓力載荷較慢，在恒壓疲勞試驗中加載軸施力頻率較低，從而造成試驗時間成本高，且每次試驗需多人操作設備，試驗人工成本高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術存在不足，提供一種高壓摻氫天然氣環境下的材料疲勞損傷試驗方法。

為解決關鍵問題，本發明的解決方案是：

提供一種高壓摻氫天然氣環境下的材料疲勞損傷試驗方法，包括以下步驟：

(1)搭建高壓摻氫天然氣環境材料性能損傷評價裝置

將天然氣瓶組、氫氣瓶組和氬氣瓶組分別通過管路接至低壓緩沖罐和試驗環境箱，低壓緩沖罐出口通過管路分別接至色譜分析儀和氣動增壓泵，氣動增壓泵的出口接至高壓緩沖罐，高壓緩沖罐出口通過管路與試驗環境箱相接；高壓緩沖罐、試驗環境箱和色譜分析儀的出口還通過管路接至真空泵和放空管路；