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力学与实践 2023年第2期45卷 245-259页

作者：刘啸奔张东武学健艾红倪陈朋超闫锋欧阳欣王昊张宏中国石油大学(北京) 油气管道输送安全国家工程研究中心石油工程教育部重点实验室城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249 国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司河北廊坊065000

“双碳目标”背景下,我国积极推进掺氢天然气管道发展,本文总结了国内外掺氢天然气管道完整性评价方面的研究进展与挑战,得到主要结论如下。(1)现有金属材料相容性试验结论不明确,亟需制定国际统一的金属材料掺氢相容性试验标准;掺氢后... 详细信息

“双碳目标”背景下,我国积极推进掺氢天然气管道发展,本文总结了国内外掺氢天然气管道完整性评价方面的研究进展与挑战,得到主要结论如下。(1)现有金属材料相容性试验结论不明确,亟需制定国际统一的金属材料掺氢相容性试验标准;掺氢后管材、焊缝性能劣化规律不清晰,需系统地开展相关试验,揭示其氢损伤机理。(2)天然气管道非金属密封材料在氢环境中的密封性能及力学性能尚不明确,亟需开展相关试验以探索其性能规律;工程上缺乏高性能的非金属输氢管道,需研发低渗透耐侵蚀的输氢管材。(3)现有无损检测技术对掺氢后天然气管道的适用性研究不足,需改进或研发更高精度的无损检测工具以满足掺氢条件下对缺陷检测精度的要求。(4)掺氢天然气管道缺陷适用性评价方法研究仍处于初级阶段,需要以丰富的试验数据为基础开展耦合考虑氢介质与应力状态的管材微观损伤本构研究,完善掺氢天然气管道缺陷适用性评价方法。本文可为掺氢天然气管道安全保障相关研究提供参考。

关键词：掺氢天然气管道相容性非金属材料缺陷检测适用性评价

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掺氢天然气管道典型管线钢氢脆行为

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油气储运 2022年第6期41卷 732-742页

作者：李玉星张睿刘翠伟王财林杨宏超胡其会张家轩徐修赛张慧敏中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东省青岛市266580

目前,在氢能储运技术中,利用现有天然气管网以掺氢天然气的形式输送氢气最为经济,掺氢天然气输送技术受到国内外研究机构的广泛关注。然而,管线钢在输氢过程中因氢与基体接触,可能发生氢脆现象,导致其力学性能发生劣化,威胁管道的安全... 详细信息

目前,在氢能储运技术中,利用现有天然气管网以掺氢天然气的形式输送氢气最为经济,掺氢天然气输送技术受到国内外研究机构的广泛关注。然而,管线钢在输氢过程中因氢与基体接触,可能发生氢脆现象,导致其力学性能发生劣化,威胁管道的安全运行。以天然气管道典型用钢X52、X80钢为研究对象,通过高压气相氢环境下的原位拉伸实验和断口形貌分析研究其在实际掺氢工况下的力学性能变化规律,分析氢分压对材料屈服强度、抗拉强度、断面收缩率及氢脆指数的影响。结果表明:掺氢天然气随氢分压增大,X52、X80钢的塑性逐渐下降,氢脆程度加剧;与X80钢相比,X52钢更适用于掺氢天然气输送。研究成果可为未来掺氢天然气管道的设计选材与安全运行提供参考。

关键词：管线钢氢脆气相原位充氢慢应变速率拉伸氢相容性掺氢天然气管道

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掺氢环境下含腐蚀缺陷X52天然气管道的结构强度失效机理研究

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中国舰船研究 2024年第4期19卷 186-192页

作者：曹宇陈鹏杨建功王德强白勇上海海洋大学工程学院上海201306 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116081 鄂尔多斯碳中和研究院内蒙古鄂尔多斯017000 内蒙古西部天然气股份有限公司内蒙古鄂尔多斯017000 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

[目的]旨在探究掺氢环境下含腐蚀缺陷管道的结构强度劣化规律。[方法]基于试验数据分析X52钢在不同掺氢比例下的承载性能,采用非线性有限元方法研究X52掺氢天然气管道在不同腐蚀缺陷下的结构强度失效机理。[结果]研究结果表明:掺氢比例... 详细信息

[目的]旨在探究掺氢环境下含腐蚀缺陷管道的结构强度劣化规律。[方法]基于试验数据分析X52钢在不同掺氢比例下的承载性能,采用非线性有限元方法研究X52掺氢天然气管道在不同腐蚀缺陷下的结构强度失效机理。[结果]研究结果表明:掺氢比例增大到50.0%时,管道在组合载荷下达到失效的位移最小为2.58 mm,结构韧性劣化程度较大;掺氢比例为25.0%时,缺陷深度越大,结构失效程度越严重,通过对正方形和圆形缺陷的对比,发现正方形缺陷的最大应力高于圆形缺陷。[结论]基于材料性能构建的含缺陷管道模型能够实现对不同掺氢环境下天然气管道服役状态结构承载力劣化程度的评估,所做研究可为新能源管道设计及健康监测提供工程化建议。

关键词：氢能掺氢天然气管道腐蚀缺陷非线性有限元方法劣化程度

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掺氢天然气环境CH_(4)对管线钢氢脆的抑制行为

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油气储运 2023年第1期42卷 16-23页

作者：刘刚崔振莹魏甲强陈雷姜堡垒李东泽谢常松中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院·山东省油气储运安全省级重点实验室山东省青岛市266580 国家管网集团科学技术研究总院分公司中国石油大学(华东)材料科学与工程学院

H2在管线钢表面吸附并解离是H原子在钢基体中渗透扩散的前提条件,掺氢天然气管道内H2的存在增加了管道氢脆风险。基于分子动力学模拟与第一性原理计算方法,开展了管线钢表面H2吸附行为研究,得到不同掺氢比例下CH_(4)与H2混合气的竞争吸... 详细信息

H2在管线钢表面吸附并解离是H原子在钢基体中渗透扩散的前提条件,掺氢天然气管道内H2的存在增加了管道氢脆风险。基于分子动力学模拟与第一性原理计算方法,开展了管线钢表面H2吸附行为研究,得到不同掺氢比例下CH_(4)与H2混合气的竞争吸附规律,明确了管线钢近壁面CH_(4)的存在对H2解离行为的影响机制。研究发现:对于纯气体组分,CH_(4)与H2均具有近壁吸附特性;对于CH_(4)/H2混合组分,CH_(4)具有优先吸附性,显著降低了管线钢表面H2的吸附浓度;通过第一性原理计算方法,发现CH_(4)与H2在管线钢表面的吸附类型不同,CH_(4)的存在不能阻止H2在管线钢表面的化学分解吸附行为,但可以有效降低H2分子出现在管线钢近壁面的概率。研究结果表明:掺氢天然气管道内氢分压无法准确定量反映管线钢表面H2浓度分布,开展相关研究时需考虑气体组分之间的竞争吸附行为。同时,CH_(4)的存在将降低H2出现在管线钢近壁面的概率,在一定程度上可减小氢脆出现的可能。研究成果有助于深入理解掺氢天然气管道的氢脆发生机制。(图9,表3,参33)

关键词：掺氢天然气管道氢脆竞争吸附浓度分布吸附能

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