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1、储运与集输工程天然气工业2006年11月3管道断裂中高压天然气减压行为研究评述陈福来帅健(中国石油大学·北京)陈福来等.管道断裂中高压天然气减压行为研究评述.天然气工业,2006,26(11):1362139.摘要天然气输送管道强度和韧性的提高及高压富气输送工艺的采用,大大提高了运营效益,同时给管道安全评估提出新的要求。动态延性断裂(DDF)的扩展驱动力主要来自于外逸气体的压力,该作用力通过求解管道减压波的压力分布来确定。天然气减压方面的研究在国外取得一些成果,而国内仍未见报道。文章简述了天然气减压行为与延性断裂扩展行
2、为之间的关系,阐述了输气管道的全尺寸爆破试验、天然气减压行为试验及减压理论模型和数值模拟等方面的研究进展,同时评析了天然气减压行为的影响因素,展望了天然气和富气的发展前景和研究方向。主题词天然气管道减压爆炸试验理论模型数值模拟国内外天然气输送向高压、高钢级管道发展,在究几乎是空白。本文主要介绍国外天然气减压规律降低成本的同时提升了建成后的运营效益。管材强方面的研究进展,进而分析影响天然气减压波速的度和韧性的提高及高压富气输送工艺的采用,对管几个因素,以便为改进输气管道动态断裂扩展的止道安全评估提出更新、更高的要求。近几
3、十年来,国裂判据做好铺垫,为高压富气长输管道的工程建设内外管道断裂事故频繁发生,特别是长程延性断裂提供参考依据。可称得上灾难性破环。因此,延性断裂的止裂控制一、气体减压行为研究是高压输气钢管最突出的问题,一直是研究的热点。输气管道开裂并不是把高压输送气体立刻排全尺寸爆破试验可为数值模拟提供初始条件以空,而是由断裂点向两侧各产生一个减压波并向两及结果验证;气体减压小型试验耗时耗资大大优于远端传播(如图1)。减压波速低于管道断裂速度时,全尺寸爆破试验;采用数值模拟方法来研究天然气减压行为最为经济、便捷。下面对全尺寸爆破试验
4、、气体减压小型试验以及气体减压数值模拟等方面的研究进展进行阐述。1.全尺寸爆破试验研究进展全尺寸爆破试验可由压力传感器记录管道断裂过程中气体压力值,但试验费和建场费十分昂贵(约图1管道开裂减压波示意图几百万美元),耗时较长,且与试验条件密切相关。过去几十年,仅美国、日本及欧洲的几个研究机构进会造成管体快速持续扩展,不能止裂;减压波速高于行过全尺寸爆破试验。裂纹扩展速度时,裂纹将在扩展一定距离后而止裂。1978～1983年,日本高强度输送管专业委员会富气输送过程可能出现相变,这对管道止裂韧性提(HLPCommittee)
5、进行了7次X70管道的全尺寸爆出了更高要求。天然气减压行为是研究管道断裂安破试验。管道直径1219mm,壁厚18.3mm。爆破[123]全的关键,国外相关研究报道不多,国内这方面的研介质分别为空气和富气。根据爆破数据绘制了3本文受到中国石油天然气集团公司石油管力学和环境行为重点实验室预研及探索性项目资助(项目:高压富气输送管道断裂控制技术研究)。作者简介:陈福来,1979年生,博士研究生。地址:(102249)北京市昌平区中国石油大学石工博05级131信箱。电话:(010)89733391,13810605166。E2
6、mail:chenfulai_26@163.com·136·©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第26卷第11期 天 然 气 工 业 储运与集输工程[1]富气和空气减压曲线对比图。为理想气体,并假设减压过程始终保持等熵、管道的[4] 在阿尔伯塔北部爆破试验NABT研究基地整个横截面瞬间完全开裂及气体混合物时刻保持均进行了6
7、次全尺寸爆破试验,管径为1219mm和匀,得出关系式:2γ1422mm,爆破压力为7.544～8.786MPa。天然气2γ-1vdγ-1pd=pi+(2)中甲烷摩尔分数约为85%,乙烷为6%～8%,丙烷γ+1γ+1va大于4%。式中:γ为初始比热比;其余字符同式(1)。[15]20世纪80年代,为了便于评估海底管道的延性T.K.Groves等在长30.8m,内径为60.3断裂现象,在12m水深处,Maxey等对充装压缩氮mm的激波管上做了减压行为的试验。[16]气的管段进行了两次全尺寸爆破试验,管径分别为KamalK.
8、Botros等进行了减压波速测量试559mm和1067mm。测量到断裂速度并观测了止验。该试验最高起始压力22MPa;最低起始温度为裂状态,由于周围水的作用,在深水中比回填土中管-20℃;天然气中甲烷、乙烷、丙烷的摩尔分数分别[5]为70%～95%、8%～15%、3%～5%。道断裂速度低一些。20世纪70～90年代,意大利CSM进
