楊明 尚臣

國家管網(wǎng)集團西部管道公司

摘要：西部管道公司利用自建的氫氣管道試驗測試平臺對在役低鋼級油氣管道（X52鋼級）和三種非金屬管道開(kāi)展6.3 MPa、60天輸氫適應性評價(jià)，對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)展評價(jià)測試，對非金屬管道充氫前后密度、老化分層、縱向回縮率等指標開(kāi)展評價(jià)測試。經(jīng)測試評價(jià)，X52鋼級管道管材基本力學(xué)性能影響不顯著(zhù)，對三種非金屬管道增強層、外保護層的性能影響不顯著(zhù)，縱向回縮率無(wú)明顯影響。

關(guān)鍵詞：X52鋼級；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)境條件下的性能測試與表征，對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性評價(jià)是進(jìn)行設計選材、檢驗檢測及安全評價(jià)的基礎。2023年初，西部管道科技信息服務(wù)中心聯(lián)合國內多家科研單位和生產(chǎn)廠(chǎng)家，研制生產(chǎn)了輸氫用高阻隔柔性復合管和塑料合金復合管，并依托氫氣管道試驗平臺，對所研制的非金屬管道及公司在役低鋼級油氣管道（X52鋼級）進(jìn)行了純氫輸送適應性試驗，將試驗管材放置在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 氫氣管道試驗平臺現場(chǎng)試驗

2  試驗評價(jià)內容

該研究以公司在役低鋼級油氣管道（X52鋼級）及非金屬管道為研究對象，開(kāi)展材料高壓充氫保壓前后的物理化學(xué)性能、力學(xué)性能測試表征研究（表 1），通過(guò)對比分析給出評價(jià)結果。

表 1 金屬管和非金屬管試驗內容

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

圖 2 適應性試驗管材

3  試驗評價(jià)結果

（1）金屬管。充氫、未充氫管道試驗前后化學(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)輸送系統用鋼管》標準要求，金相組織形貌為條帶狀鐵素體、珠光體。充氫、未充氫管道試驗前后母材拉伸試驗結果基本一致，拉伸性能指標無(wú)差異，滿(mǎn)足GB/T 9711―2017標準要求。充氫、未充氫管道試驗前后硬度、沖擊、疲勞壽命、斷裂韌性等力學(xué)性能指標均無(wú)顯著(zhù)性差異，斷口在微觀(guān)形貌上無(wú)顯著(zhù)性差異。6.3MPa、60天通氫條件對X52鋼級管道管材基本力學(xué)性能影響不顯著(zhù)。

（2）非金屬管。充氫前后對三種非金屬管材宏觀(guān)形貌及微觀(guān)斷裂機制的影響不顯著(zhù)。充氫前后高阻隔柔性復合管、熱塑性復合管內襯材料各項性能指標未見(jiàn)明顯異常，相關(guān)標準中規定的性能指標均可達到要求。充氫前后塑料合金復合管除氧化誘導期時(shí)間小于20min、結晶度較低外，其他性能指標均無(wú)異常。充氫前后對三種非金屬管道纖維增強層、外保護層的性能影響不顯著(zhù)，對三種非金屬管道縱向回縮率無(wú)明顯影響。

4  結論

本次研究針對充氫（6.3 MPa，60天）、未充氫條件下的X52鋼級金屬管、高阻隔柔性復合管、塑料合金復合管、熱塑性復合管開(kāi)展了管材及整管性能分析試驗研究，試驗結果表明在目前的試驗條件下，氫對試驗管材的性能影響不顯著(zhù)。但由于該研究是先對管材進(jìn)行通氫，然后進(jìn)行試樣加工及各項試驗研究，測試狀態(tài)并非材料在臨氫環(huán)境中實(shí)施，存在通氫后、試驗前材料內部氫逃逸等問(wèn)題影響，因此對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、新能源儲運技術(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。