一种输送管道用管材适用性测试装置及测试判断方法
【专利摘要】本发明提供一种输送管道用管材适用性测试装置及测试判断方法，从输送管道的典型管材管体特征位置切取试验管环，将若干段试验管环依次密封连接得到试验管段，再加上堵头形成密闭的试验管环系统，本发明能够在密闭的试验管环系统中输入实际的输送介质并适当加压，通过设置在试验管环系统内的集成传感器来监测试验管环系统内介质的主要参数，并通过集成仪表及控制装置实时调整试验管环系统内介质的主要参数，从而能够准确模拟管线运行参数及真实服役环境，最终结合实验设计对试验管环的管体、焊缝等特征位置进行取样分析，能够对输送管道用管材适用性进行全面、准确评估，有效减少因管材适用性问题导致的输送管道失效事故的发生。
【专利说明】一种输送管道用管材适用性测试装置及测试判断方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油天然气行业管道【技术领域】，涉及一种输送管道用管材适用性测试 装置及测试判断方法。
【背景技术】
[0002] 全球范围内对能源需求的日益增加极大的促进了高压输送管线的建设步伐。随着 油气资源需求量的大幅度增加，世界各国均加大油气资源开采量以满足市场需要。许多油 田的油气资源中都含有H2S等酸性腐蚀介质，虽然长距离管道输送之前，油田会对油气进行 净化处理，但酸性服役环境导致的应力腐蚀和氢致开裂事故仍时有出现。
[0003] 此外，随着我国环境污染问题日趋严重，煤等化石能源的清洁利用迫在眉睫。煤制 气技术可行性在美国大平原煤制气工厂经过了 30年的验证。煤制气项目集中在新疆、内蒙 古等主要煤炭产区建设。但这些地区距离天然气主要消费市场遥远，管道输送将成为煤制 气最经济可行的运输方式。煤制气的气质组分中通常含有较高的H 2和CO2，这些气质组分 的存在给天然气管道用管材的适用性带来新的挑战。
[0004] 因此，无论是酸性油气田，还是煤制气管道输送，都需要对输送管道用管材的适用 性进行测试。
[0005] 在酸性环境用管线钢耐腐蚀性能的表征以及测试方法，主要厂家通常按照NACE TM0177标准中规定的方法对管线钢的抗SSC性能进行测试。
[0006] NACE TM0177(GB/T 4157) "金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试 验"规定了含硫化氢的酸性水溶液中受拉伸应力的金属抗开裂破坏性能试验。其中包含的 四种试验方法分别为：拉伸试验，弯梁试验，C环形试验，双悬臂梁试验。除了这些标准规定 方法之外，为了深入研究管线钢SSC的机理，一些SSC实验室测试技术也得到了快速发展， 主要包括慢应变速率拉伸试验方法（SSRT)、锥形试样拉伸测试方法（TTT)、弯曲试样的悬 臂梁测试方法等。这些方法有一个共同的特点就是需要从钢管管体或焊缝典型位置将小型 试样切取出来，试样所处的应力状态与钢管所处的应力状态会发生较大改变，由于结构因 素也是影响管线钢抗腐蚀性能的主要因素之一，因此这些方法所得到测试结果在真实服役 状态下的适用性有待考量。
[0007] 此外，随着管线钢开发技术的快速发展，大应变管线钢，X90、X100等超高钢级管线 钢在管线建设中将得到广泛应用，这就意味着每条油气输送管道在不同地区采用的管材从 化学成分、组织、性能等方面都将存在较大差异，从而给管材在真实服役状态下的适用性考 量带来较大的技术难度，目前尚未有装置可以集成解决这一问题。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种输送管道用管材适用性测试装置及测试判断方法，能 够对输送管道用管材适用性进行全面、准确评估，有效减少因管材适用性问题导致的输送 管道失效事故的发生。
[0009] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0010] 一种输送管道用管材适用性测试装置，包括由若干段试验管环依次密封连接而成 的试验管段，试验管段的一端顶部设有进气口，底部设有进液口，试验管段的另一端顶部设 有出气口，出气口上设有溢出阀，试验管段的两端面分别与堵头密封连接，试验管段的外部 设置有集成仪表及控制装置，试验管段的内部设置有集成传感器，集成仪表及控制装置的 连线通过出气口伸入试验管段内部与集成传感器相连。
[0011] 所述的若干段试验管环之间，以及试验管段与堵头、进气口、进液口、出气口之间 均采用焊接密封连接。
[0012] 所述的集成仪表及控制装置包括测温装置和测压装置，集成传感器包括温度传感 器和压力传感器。
[0013] 所述的试验管环的个数为1?30个，每个试验管环的长度为0. 2?lm。
[0014] 所述的若干段试验管环的外径相同。
[0015] 一种输送管道用管材适用性测试判断方法，包括以下步骤：
[0016] 1)根据管线建设的实际管材使用环境及管材的特征参数确定若干典型管材（典 型管材选取时主要考察生产厂家、化学成分、组织特征等因素，应能够代表该批次管材的普 遍水平），从典型管材的管体特征位置切取试验管环（特征位置一般选取管材中心位置以 确定其代表性），得到若干试验管环；
[0017] 2)将得到的若干试验管环依次密封连接形成试验管段，在试验管段的一端顶部设 置进气口，底部设置进液口，试验管段的另一端顶部设置出气口，在出气口上设置溢出阀， 并用堵头将试验管段的两端面密封，形成密闭的试验测试系统；
[0018] 3)将集成传感器安装在试验管段内，将集成仪表及控制装置设置在试验管段的外 部，并将集成仪表及控制装置的连线一部分通过出气口伸入试验管段内部与集成传感器相 连，另一部分与向进气口和/或进液口充入输送介质的控制阀门相连；
[0019] 4)通过进气口和/或进液口向密闭的试验测试系统中输入管材实际使用情况下 的输送介质并加压，通过集成传感器检测以及集成仪表及控制装置调控试验测试系统中输 送介质的运行参数，以模拟管材的真实服役环境，待输送介质的运行参数达到预设要求时 停止充入输送介质，封闭试验测试系统，开始进行试验测试，试验过程中对试验测试系统内 的输送介质参数进行监测和实时调节，达到预定的测试时间和周期后停止试验，通过出气 口对试验测试系统中的输送介质进行泄压；
[0020] 5)在试验管环的管体及密封连接处取样，对样品进行分析，并与试验前的管材性 能进行比较，从而对输送管道用管材的适用性进行判断评估。
[0021] 所述的步骤1)中在切取试验管环之前先对典型管材进行内表面处理，内表面处 理的具体操作为对典型管材内表面的损伤进行修磨处理，使处理面与典型管材内表面之间 为圆滑过渡。
[0022] 所述的步骤2)在进行之前，先在每个试验管环的两侧加工坡口，再将若干段试验 管环依次通过焊接密封相连。
[0023] 所述的坡口形式及焊接工艺按照管材的现场实际环焊作业的工艺参数进行。
[0024] 所述的步骤5)中对样品进行分析是对试验管环进行力学性能试验和/或组织分 析。
[0025] 相对于现有技术，本发明的有益效果为：
[0026] 本发明提供的输送管道用管材适用性测试装置，将若干段试验管环依次密封连接 而成的试验管段，再加上堵头形成密闭的试验管环系统，能够在密闭的试验管环系统中输 入实际的输送介质并适当加压，通过集成传感器来监测密闭的试验管环系统内输送介质的 主要参数，并通过集成仪表及控制装置实时调整密闭的试验管环系统内输送介质的主要参 数，从而能够准确模拟管线运行参数（温度、压力）以及真实服役环境，最终结合实验设计 对试验管环的管体、焊缝等特征位置进行取样分析，能够对输送管道用管材适用性进行全 面、准确评估，有效减少因管材适用性问题导致的输送管道失效事故的发生。
[0027] 每条油气输送管道在不同地区采用的管材从化学成分、组织、性能等方面都存在 较大差异，从而给管材在真实服役状态下的适用性考量带来较大的技术难度，本发明提供 的输送管道用管材适用性测试判断方法可以集成解决这一问题。本发明提供的输送管道用 管材适用性测试判断方法不需要从钢管管体或焊缝典型位置将小型试样切取出来，而是从 输送管道的若干典型管材的管体特征位置直接切取较大体积的试验管环，因此试验管环所 处的应力状态与钢管所处的应力状态不会发生较大改变，消除了结构因素对管线钢适用性 测试的影响，将切取的若干试验管环密封连接后向其中充入实际的输送介质，从而模拟管 材的真实服役情况对试验管环进行测试，得到测试结果可以准确反映管材在真实服役状态 下的适用性，通过本发明提供的输送管道用管材适用性测试判断方法得到的试验结果可以 对输送管道用管材适用性进行全面、准确评估，有效减少因管材适用性问题导致的输送管 道失效事故的发生。
[0028] 进一步的，由于本发明提供的输送管道用管材适用性测试判断方法在测试过程中 对典型管材以及特征位置的选取做了明确要求，并且要求对管体内表面的损伤等缺陷先进 行修磨处理，从而可以有效避免外界机械损伤等因素对试验结果带来的较大干扰，最大程 度地保证了试验结果的代表性及准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1是本发明提供的输送管道用管材适用性测试装置的结构示意图；
[0030] 其中，1-堵头；2-试验管环A ;3_试验管环B ;4_试验管环C ;5_试验管环D ;6_试 验管环E ;7_进液口；8-进气口；9-出气口； 10-集成仪表及控制装置。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0032] 参见图1，本发明提供的输送管道用管材适用性测试装置，包括由1?30个长度 为0. 2?1米的相同外径的试验管环依次焊接而成的试验管段，试验管段的一端顶部焊接 有进气口 8,底部焊接有进液口 7,试验管段的另一端顶部焊接有出气口 9,出气口 9上设有 溢出阀，试验管段的两端面分别焊接有堵头1，试验管段的外部设置有集成仪表及控制装置 10,试验管段的内部设置有集成传感器，集成仪表及控制装置10的连线通过出气口 9伸入 试验管段内部与集成传感器相连；其中集成仪表及控制装置10至少包括测温装置和测压 装置，集成传感器至少包括温度传感器和压力传感器。
[0033] 本发明提供的输送管道用管材适用性测试判断方法，包括以下步骤：
[0034] 1)根据管线建设的实际管材使用环境及管材的特征参数确定若干典型管材（典 型管材选取时主要考察生产厂家、化学成分、组织特征等因素，应能够代表该批次管材的普 遍水平），先对典型管材进行内表面处理（可以使用角磨机等装置对典型管材内表面的损 伤进行修磨处理，使处理面与典型管材内表面之间应圆滑过渡），然后从典型管材的管体特 征位置切取试验管环（特征位置一般选取管材中心位置以确定其代表性），得到若干试验 管环；
[0035] 2)在每个试验管环的两侧加工坡口，再将若干试验管环依次焊接形成试验管段， 在试验管段的一端顶部焊接进气口 8,底部焊接进液口 7,试验管段的另一端顶部焊接出气 口 9,在出气口 9上设置溢出阀，并在试验管段的两端面焊接堵头1，形成密闭的试验测试系 统；其中坡口形式及焊接工艺按照管材的现场实际环焊作业的工艺参数进行；
[0036] 3)将集成传感器安装在试验管段内，将集成仪表及控制装置10设置在试验管段 的外部，并将集成仪表及控制装置10的连线一部分通过出气口 9伸入试验管段内部与集成 传感器相连，另一部分与向进气口 8和/或进液口 7充入输送介质的控制阀门相连；
[0037] 4)通过进气口 8和/或进液口 7向密闭的试验测试系统中输入管材实际使用情况 下的输送介质并加压，通过集成传感器检测以及集成仪表及控制装置10调控试验测试系 统中输送介质的运行参数，以模拟管材的真实服役环境，待输送介质的运行参数达到预设 要求时停止充入输送介质，封闭试验测试系统，开始进行试验测试，试验过程中对试验测试 系统内的输送介质参数进行监测和实时调节，达到预定的测试时间和周期后停止试验，通 过出气口 9对试验测试系统中的输送介质进行泄压；
[0038] 5)在试验管环的管体及密封连接处取样，对样品进行分析（力学性能试验和/或 组织分析），并与试验前的管材性能进行比较，从而对输送管道用管材的适用性进行判断评 估。
[0039] 在测试过程中，首先根据管线建设的实际管材使用情况，根据管材的化学成分、 组织、性能等特征参数确定典型管材，随后将从典型管材的管体特征位置切取的试验管环 (如图1中的试验管环A、试验管环B、试验管环C、试验管环D和试验管环E，其附图标记分 别为2?6)通过环焊缝焊接起来，焊接工艺及坡口形式可以参照现场环焊作业的工艺参数 进行，得到试验管段，在试验管段一端顶部焊接有出气口，该出气口亦可作为集成传感器的 连接口，在试验管段另一端顶部焊接有进气口，底部则焊接有进液口，然后在试验管段的两 端面焊接堵头对整个试验管环系统进行密闭。在密闭的试验管环系统中输入实际的输送介 质并适当加压,通过集成传感器来监测密闭的试验管环系统内输送介质的主要参数,并通 过集成仪表及控制装置实时调整密闭的试验管环系统内输送介质的主要参数，以准确模拟 管线运行参数（温度、压力）以及真实服役环境，待输送介质条件满足预定要求时开始进行 试验测试，待试验完成后对密闭的试验管环系统内的输送介质进行卸载，并拆卸清理堵头， 随后即可结合实验设计对试验管环的管体、焊缝等特征位置进行取样分析。最后根据试验 结果对输送管道用管材适用性进行全面、准确评估，有效减少因管材适用性问题导致的输 送管道失效事故的发生。
[0040] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0041] 实施例1 :
[0042] 以西气东输二线为例，该天然气管道在建设过程中，涉及到的干线管线钢产品包 括X80钢级、管径1219mm钢管，壁厚分布范围为15. 3mm?33. Omm，并且在一些基于应变设 计地区使用了抗大变形钢管，此外，由于国内管线钢供应企业众多，即使对于同一种管线钢 规格，成份、组织差异也可能会比较明显。虽然西气东输二线曾对所输送气体的适用性进行 评估，但随着国内环境污染问题日趋严重，煤等化石能源的清洁利用迫在眉睫，中石油煤制 气项目建设规划中提出依托天然气管网将煤制气从生产地输送至目的地。从煤制气的气质 组分来看，组分中含有较高的〇) 2、112、1120，这些气质组分的存在给天然气管道用管材的适用 性带来新的挑战。
[0043] 为了评估西气东输二线在煤制气输送过程中的适用性，根据管材的规格、成份、组 织等特征参数确定典型管材如表1所示，并在对应钢管进行内表面处理后切取长度为Im的 试验管环：
[0044] 表1西气东输二线典型管材列表
[0045]
【权利要求】
1. 一种输送管道用管材适用性测试装置，其特征在于：包括由若干段试验管环依次密 封连接而成的试验管段，试验管段的一端顶部设有进气口（8)，底部设有进液口（7)，试验 管段的另一端顶部设有出气口（9)，出气口（9)上设有溢出阀，试验管段的两端面分别与堵 头（1)密封连接，试验管段的外部设置有集成仪表及控制装置（10)，试验管段的内部设置 有集成传感器，集成仪表及控制装置（10)的连线通过出气口（9)伸入试验管段内部与集成 传感器相连。
2. 根据权利要求1所述的输送管道用管材适用性测试装置，其特征在于：所述的若干 段试验管环之间，以及试验管段与堵头（1)、进气口（8)、进液口（7)、出气口（9)之间均采用 焊接密封连接。
3. 根据权利要求1所述的输送管道用管材适用性测试装置，其特征在于：所述的集成 仪表及控制装置（10)包括测温装置和测压装置，集成传感器包括温度传感器和压力传感 器。
4. 根据权利要求1所述的输送管道用管材适用性测试装置，其特征在于：所述的试验 管环的个数为1?30个，每个试验管环的长度为0. 2?lm。
5. 根据权利要求1所述的输送管道用管材适用性测试装置，其特征在于：所述的若干 段试验管环的外径相同。
6. -种输送管道用管材适用性测试判断方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 根据管线建设的实际管材使用环境及管材的特征参数确定若干典型管材，从典型管 材的管体特征位置切取试验管环，得到若干试验管环； 2) 将得到的若干试验管环依次密封连接形成试验管段，在试验管段的一端顶部设置进 气口（8)，底部设置进液口（7)，试验管段的另一端顶部设置出气口（9)，在出气口（9)上设 置溢出阀，并用堵头（1)将试验管段的两端面密封，形成密闭的试验测试系统； 3) 将集成传感器安装在试验管段内，将集成仪表及控制装置（10)设置在试验管段的 外部，并将集成仪表及控制装置（10)的连线一部分通过出气口（9)伸入试验管段内部与集 成传感器相连，另一部分与向进气口（8)和/或进液口（7)充入输送介质的控制阀门相连； 4) 通过进气口（8)和/或进液口（7)向密闭的试验测试系统中输入管材实际使用情况 下的输送介质并加压，通过集成传感器检测以及集成仪表及控制装置（10)调控试验测试 系统中输送介质的运行参数，以模拟管材的真实服役环境，待输送介质的运行参数达到预 设要求时停止充入输送介质，封闭试验测试系统，开始进行试验测试，试验过程中对试验测 试系统内的输送介质参数进行监测和实时调节，达到预定的测试时间和周期后停止试验， 通过出气口（9)对试验测试系统中的输送介质进行泄压； 5) 在试验管环的管体及密封连接处取样，对样品进行分析，并与试验前的管材性能进 行比较，从而对输送管道用管材的适用性进行判断评估。
7. 根据权利要求6所述的输送管道用管材适用性测试判断方法，其特征在于：所述的 步骤1)中在切取试验管环之前先对典型管材进行内表面处理，内表面处理的具体操作为 对典型管材内表面的损伤进行修磨处理，使处理面与典型管材内表面之间为圆滑过渡。
8. 根据权利要求6所述的输送管道用管材适用性测试判断方法，其特征在于：所述的 步骤2)在进行之前，先在每个试验管环的两侧加工坡口，再将若干段试验管环依次通过焊 接密封相连。
9. 根据权利要求8所述的输送管道用管材适用性测试判断方法，其特征在于：所述的 坡口形式及焊接工艺按照管材的现场实际环焊作业的工艺参数进行。
10. 根据权利要求8所述的输送管道用管材适用性测试判断方法，其特征在于：所述的 步骤5)中对样品进行分析是对试验管环进行力学性能试验和/或组织分析。
【文档编号】G01N17/00GK104374689SQ201410641541
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】李炎华, 吉玲康, 罗金恒, 池强, 熊庆人, 杨放, 胡美娟, 张继明 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所