楊明 尚臣

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道公司

摘要：西部管道公司利用自建的氫氣管道試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)對(duì)在役低鋼級(jí)油氣管道（X52鋼級(jí)）和三種非金屬管道開(kāi)展6.3 MPa、60天輸氫適應(yīng)性評(píng)價(jià)，對(duì)充氫前后金屬管道硬度、沖擊、疲勞壽命、斷裂韌性等力學(xué)性能開(kāi)展評(píng)價(jià)測(cè)試，對(duì)非金屬管道充氫前后密度、老化分層、縱向回縮率等指標(biāo)開(kāi)展評(píng)價(jià)測(cè)試。經(jīng)測(cè)試評(píng)價(jià)，X52鋼級(jí)管道管材基本力學(xué)性能影響不顯著，對(duì)三種非金屬管道增強(qiáng)層、外保護(hù)層的性能影響不顯著，縱向回縮率無(wú)明顯影響。

關(guān)鍵詞：X52鋼級(jí)；氫氣管道；力學(xué)性能；非金屬管道；充氫

1  研究背景

材料在臨氫環(huán)境條件下的性能測(cè)試與表征，對(duì)輸氫管道安全服役至關(guān)重要，開(kāi)展輸氫管道材料的臨氫適應(yīng)性評(píng)價(jià)是進(jìn)行設(shè)計(jì)選材、檢驗(yàn)檢測(cè)及安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。2023年初，西部管道科技信息服務(wù)中心聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家科研單位和生產(chǎn)廠家，研制生產(chǎn)了輸氫用高阻隔柔性復(fù)合管和塑料合金復(fù)合管，并依托氫氣管道試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)所研制的非金屬管道及公司在役低鋼級(jí)油氣管道（X52鋼級(jí)）進(jìn)行了純氫輸送適應(yīng)性試驗(yàn)，將試驗(yàn)管材放置在6.3 MPa壓力純氫環(huán)境下，經(jīng)過(guò)60天保壓試驗(yàn)后，研究材料經(jīng)氫服役后的力學(xué)性能（圖 1）。

圖 1 氫氣管道試驗(yàn)平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2  試驗(yàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容

該研究以公司在役低鋼級(jí)油氣管道（X52鋼級(jí)）及非金屬管道為研究對(duì)象，開(kāi)展材料高壓充氫保壓前后的物理化學(xué)性能、力學(xué)性能測(cè)試表征研究（表 1），通過(guò)對(duì)比分析給出評(píng)價(jià)結(jié)果。

表 1 金屬管和非金屬管試驗(yàn)內(nèi)容

開(kāi)展適應(yīng)性試驗(yàn)的管材有X52鋼級(jí)金屬管、高阻隔柔性復(fù)合管、塑料合金復(fù)合管、熱塑性復(fù)合管等（圖 2）。

圖 2 適應(yīng)性試驗(yàn)管材

3  試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果

（1）金屬管。充氫、未充氫管道試驗(yàn)前后化學(xué)成分、金相組織、非金屬夾雜物之間未見(jiàn)明顯差異，化學(xué)成分均符合GB/T 9711―2017《石油天然氣工業(yè) 管線(xiàn)輸送系統(tǒng)用鋼管》標(biāo)準(zhǔn)要求，金相組織形貌為條帶狀鐵素體、珠光體。充氫、未充氫管道試驗(yàn)前后母材拉伸試驗(yàn)結(jié)果基本一致，拉伸性能指標(biāo)無(wú)差異，滿(mǎn)足GB/T 9711―2017標(biāo)準(zhǔn)要求。充氫、未充氫管道試驗(yàn)前后硬度、沖擊、疲勞壽命、斷裂韌性等力學(xué)性能指標(biāo)均無(wú)顯著性差異，斷口在微觀形貌上無(wú)顯著性差異。6.3MPa、60天通氫條件對(duì)X52鋼級(jí)管道管材基本力學(xué)性能影響不顯著。

（2）非金屬管。充氫前后對(duì)三種非金屬管材宏觀形貌及微觀斷裂機(jī)制的影響不顯著。充氫前后高阻隔柔性復(fù)合管、熱塑性復(fù)合管內(nèi)襯材料各項(xiàng)性能指標(biāo)未見(jiàn)明顯異常，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的性能指標(biāo)均可達(dá)到要求。充氫前后塑料合金復(fù)合管除氧化誘導(dǎo)期時(shí)間小于20min、結(jié)晶度較低外，其他性能指標(biāo)均無(wú)異常。充氫前后對(duì)三種非金屬管道纖維增強(qiáng)層、外保護(hù)層的性能影響不顯著，對(duì)三種非金屬管道縱向回縮率無(wú)明顯影響。

4  結(jié)論

本次研究針對(duì)充氫（6.3 MPa，60天）、未充氫條件下的X52鋼級(jí)金屬管、高阻隔柔性復(fù)合管、塑料合金復(fù)合管、熱塑性復(fù)合管開(kāi)展了管材及整管性能分析試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明在目前的試驗(yàn)條件下，氫對(duì)試驗(yàn)管材的性能影響不顯著。但由于該研究是先對(duì)管材進(jìn)行通氫，然后進(jìn)行試樣加工及各項(xiàng)試驗(yàn)研究，測(cè)試狀態(tài)并非材料在臨氫環(huán)境中實(shí)施，存在通氫后、試驗(yàn)前材料內(nèi)部氫逃逸等問(wèn)題影響，因此對(duì)于材料在高壓氫氣實(shí)時(shí)作用下的性能仍需開(kāi)展進(jìn)一步研究論證。

作者簡(jiǎn)介：楊明，1985年生，高級(jí)工程師，就職于西部管道公司科技信息服務(wù)中心，主要從事油氣、新能源儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)、管道本質(zhì)安全相關(guān)技術(shù)等研究。 聯(lián)系方式：0991-7683080，yangming04@pipechina.com.cn。