长周期临氢服役管材适应性评价

作     者：宁元星 刘翠伟 李玉星 宋明 张慧敏 陈曲儿 朱梦泽 彭世垚 陈俊文 NING Yuanxing;LIU Cuiwei;LI Yuxing;SONG Ming;ZHANG Huimin;CHEN Qu'er;ZHU Mengze;PENG Shiyao;CHEN Junwen

作者机构：中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院·山东省油气储运安全重点实验室 国家管网集团科学技术研究总院分公司 中国石油工程建设有限公司西南分公司 

出 版 物：《油气储运》 (Oil & Gas Storage and Transportation)

年 卷 期：2024年第43卷第10期

页      面：1118-1128页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082003[工学-油气储运工程] 

基　　金：国家重点研发计划氢能技术专项“中低压纯氢与掺氢燃气管道输送及其应用关键技术” 2021YFB4001605 

主　　题：纯氢管道 长周期 适应性评价 20钢 大角度晶界 氢陷阱 

摘      要：【目的】随着氢能资源集中供给与市场需求的快速增长,利用长输管道实现大规模输氢因其可观的经济效益,成为未来氢能源供应的主要发展趋势。但在管道服役过程中,氢原子进入管线钢后可能诱发多种形式的氢损伤,从而导致管道失效,需评价长周期服役管材对氢的适用性。【方法】采用X射线衍射仪对服役管道内表面腐蚀产物进行分析,随后采用超声波与X射线数字成像对管段进行无损检测;结合电子背散射衍射分析,开展了气相原位氢渗透试验,探究服役管材中的氢渗透行为;最后开展了不同掺氢比条件下的慢应变速率拉伸试验与疲劳裂纹扩展试验,分析了氢对服役20钢拉伸及疲劳性能的影响。【结果】服役20钢内表面存在腐蚀,腐蚀产物成分主要为Fe_(2)O_(3)与Fe_(3)O_(4);由于服役管线压力波动较小,交变载荷作用不明显,服役管段未检测出缺陷波,无内表面裂纹或埋藏裂纹;晶粒尺寸较小,大角度晶界占比为91.7%,均匀分布的氢陷阱能够有效降低其氢脆敏感性。【结论】20钢在掺氢比为10%环境中的氢致脆化系数已超过25%,塑性性能明显劣化,大应力载荷条件下更容易发生氢致脆断,但其疲劳裂纹扩展速率在不同掺氢比环境中提升并不明显,且氢脆敏感性随掺氢比变化的敏感程度较低,在临氢环境中具有较好的抗疲劳性能。