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原文传递一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统及方法

专利名称：	一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统及方法
摘要：	本发明公开了一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统及方法，通过压力控制器打开第一泵和第一水阀，对密封钢管内注入液体将试验压力增加到直接失效压力水平以下，然后在该压力下保持直到发生失效，再通过压力控制器打开第二泵和第二水阀，抽取密封钢管内的液体。在试验过程中通过测量装置和压力传感器采集缺陷部位的压力、裂纹扩展量和应变等信息，来预测含缺陷密封钢管与时间相关的失效压力，进而确定管道延迟断裂的经验阈值。本发明能够获得不同缺陷尺寸、不同压力下的蠕变断裂响应状态，最大化试验容器中每个缺陷所观察到的相关时间响应，减少试验次数、降低成本和缺陷加工时间等，为准确预测钢管的延迟失效压力和使用寿命提供试验基础。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国石油天然气集团有限公司;中国石油集团工程材料研究院有限公司
发明人：	王鹏;李鹤;王俊;高雄雄;杨坤;池强;陈宏远
专利状态：	有效
申请日期：	2022-05-18T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-28T00:00:00+0800
申请号：	CN202210542621.7
公开号：	CN117129416A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	姚咏华
分类号：	G01N19/08;G;G01;G01N;G01N19;G01N19/08
申请人地址：	100007 北京市东城区东直门北大街9号中国石油大厦;
主权项：	1.一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统，其特征在于，包括压力控制器(1)和用于测量裂纹缺陷的测量装置，所述测量装置安装在密封钢管表面的裂纹缺陷处；密封钢管两端面分别连接有第一管道和第二管道，第一管道上依次安装有第一压力测量装置(2)、第一水阀(3)和第一泵(4)，第二管道上依次安装有第二压力测量装置(5)、第二水阀(6)、排气阀(11)和第二泵(7)；所述第一压力测量装置(2)和所述第二压力测量装置(5)均靠近密封钢管的端面设置；所述压力控制器(1)的第一输入端口与所述第一压力测量装置(2)连接，所述压力控制器(1)的第二输入端口与所述第二压力测量装置(5)连接，所述压力控制器(1)的第一输出端口与所述第一水阀(3)连接，所述压力控制器(1)的第二输出端口与所述第一泵(4)连接，所述压力控制器(1)的第三输出端口与所述第二水阀(6)连接，所述压力控制器(1)的第四输出端口与所述第二泵(7)连接，所述压力控制器(1)的第五输出端口与所述排气阀(11)连接，所述压力控制器(1)的第三输入端口与所述测量装置连接。 2.根据权利要求1所述的含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统，其特征在于，在第一管道上设有进气阀(12)，所述进气阀(12)位于所述第一水阀(3)和所述第一泵(4)之间，所述压力控制器(1)的第六输出端口与所述进气阀(12)连接。 3.根据权利要求1所述的含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统，其特征在于，所述测量装置包括温度测量装置(8)、应变测量装置(9)和CMOD测量装置(10)，所述温度测量装置(8)、应变测量装置(9)和CMOD测量装置(10)均与所述压力控制器(1)相连。 4.根据权利要求3所述的含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统，其特征在于，所述温度测量装置(8)为贴片式温度传感器，所述温度测量装置(8)的量程为-60℃～50℃，所述温度测量装置(8)安装在距离密封钢管裂纹缺陷的尖端500mm处沿密封钢管轴向；所述CMOD测量装置(10)为夹式引伸计，夹式引伸计有两个且分别位于缺陷中心和缺陷四分之一长度位置。 5.根据权利要求3所述的含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统，其特征在于，所述应变测量装置(9)为应变片，所述应变测量装置(9)的量程不得小于20000με，所述应变测量装置(9)位于密封钢管裂纹缺陷的尖端和裂纹缺陷的中部；在密封钢管裂纹缺陷的尖端和密封钢管裂纹缺陷的中部分别分布4个应变片和2个应变片；每个应变片有三个通道。 6.根据权利要求1所述的含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统，其特征在于，第一管道和第二管道均为硬质不锈钢管或额定容量为100MPa的高压挠性软管；第一压力测量装置(2)和第二压力测量装置(5)均为压力传感器，压力传感器的量程为0MPa-40MPa。 7.采用权利要求1～6中任意一项所述的含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：对试验钢管两端进行密封形成密封钢管，在密封钢管表面加工裂纹缺陷；通过压力控制器(1)关闭第二泵(7)和第二水阀(6)，并打开第一泵(4)和第一水阀(3)对密封钢管注入液体，同时打开排气阀(11)抽取完密封钢管内的气体，关闭排气阀(11)；第一压力测量装置(2)采集流过第一管道的液体压力并传至压力控制器(1)，当密封钢管的试验压力增加到期望压力值，在期望压力值下保持至少2天，其中，期望压力值为直接失效压力的80％；对期望压力值增加一个增量，保持至少2天，直到密封钢管发生泄露，其中，增量至少为直接失效压力的5％；试验过程中，测量装置实时采集密封钢管的裂纹缺陷温度、裂纹尺寸和裂纹形变，并将采集的数据传输至压力控制器(1)；通过压力控制器(1)关闭第一泵(4)和第一水阀(3)，并打开第二泵(7)和第二水阀(6)抽取密封钢管内的液体，第二压力测量装置(5)采集流过第二管道的液体压力并传至压力控制器(1)。 8.根据权利要求7所述的含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统的方法，其特征在于，直接失效压力P通过公式(1)得到；其中，T为管道壁厚，D为管道外径，CVN为夏比冲击能量，E为弹性模量，σF为失效环向应力，σflow为流变应力，σYS为屈服强度，σTS为抗拉强度，Ac为冲击试样横截面积，c为裂纹长度，Ms为鼓胀因子。 9.根据权利要求7所述的含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统的方法，其特征在于，缺陷加工采用线切割法或刀具切割法；所述线切割法包括如下步骤：在密封钢管表面加工6mm宽的缺口，缺口深度约为密封钢管总深度的30％；使用电火花加工引入0.15mm宽的狭缝；所述刀具切割法包括如下步骤：通过使用直径为50.8mm的圆盘，在密封钢管表面进行直接切割；在缺陷深度最后的0.75mm，采用0.15mm厚的方形轮廓刀具加工。 10.根据权利要求7所述的含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统的方法，其特征在于，采用管帽与试验钢管进行密封焊接形成密封钢管。
所属类别：	发明专利