玻璃纤维复合材料结构对CO_(2)管道外部止裂性能的影响

作     者：陈兵 付子言 徐梦林 王香增 齐文娇 CHEN Bing;FU Ziyan;XU Menglin;WANG Xiangzeng;QI Wenjiao

作者机构：西安石油大学机械工程学院 陕西延长石油(集团)有限责任公司 

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

年 卷 期：2025年第44卷第1期

页      面：26-36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：国家重大工程延长石油碳捕集和驱油封存一体化示范项目子项目“延长油田液态CO_(2)管道输送可行性研究”,ycsy2015ky-B-02 陕西省重点研发计划项目“基于CCUS的含杂质CO_(2)管道输送安全关键技术研究”,2022SF-233 西安石油大学研究生创新项目立项“CO_(2)管道玻璃纤维复合材料外部止裂结构性能研究”,YCS23214285 

主　　题：CCUS 止裂结构 CO_(2)管道 玻璃纤维 止裂性能 

摘      要：【目的】碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)是目前中国实现“双碳战略目标的关键技术,CO_(2)管输则是实现规模化CCUS的重要环节。CO_(2)管道本身存在各类缺陷,受CO_(2)特殊的减压特性及管道内压的影响,管道缺陷发展成初始裂纹并产生延性扩展的风险大大增加,严重威胁管道运输安全。【方法】为使CO_(2)管道实现有效止裂,采用有限元软件ANSYS建立玻璃纤维复合材料外部止裂结构模型,基于EPRI(Electric Power Research Institute)的J积分理论公式与应力分布理论计算公式对所建模型进行可靠性验证,分析外部止裂结构铺设角度、铺设厚度、铺设长度、管道径厚比以及裂纹尺寸等因素对其止裂性能的影响,最后结合延长油田400×10^(4) t/a超临界CO_(2)输送方案的L21管道对外部止裂结构模型进行评估。【结果】玻璃纤维复合材料外部止裂结构可以有效转移并承担管道所受应力,降低管道发生延性断裂的风险;止裂结构铺设厚度、铺设长度、管道径厚比及裂纹尺寸均与止裂性能正相关,而铺设角度则存在最优值。止裂结构的止裂性能由各影响因素共同决定,其中铺设厚度的影响最大,而铺设角度的影响最小。止裂结构的最佳性能尺寸为:铺设厚度与管道壁厚相等、铺设长度为0.8倍管道外径、铺设角度为60°。【结论】铺设厚度为12 mm、长度为326 mm的外部止裂结构可有效阻止L21管道的延性断裂,研究结果可为外部止裂结构的设计提供理论基础与参考范例。