在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法及系统与流程

本发明涉及天然气管道掺混输送氢气，尤其涉及一种在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法及系统。

背景技术：

1、氢能发展成为近年来的研究热点，鉴于氢气密度小、单位体积重量小等特点，高效输送、存储氢气的问题日益突出。借助天然气管道对氢气进行掺混输送是目前大规模推广氢气实现工程应用的道路之一。在役天然气输送管道是以输送天然气为基础设计的，掺氢后在役天然气管道本体会发生氢脆，产生不可逆影响，从而降低在役天然气管道的剩余使用寿命，因此，在在役天然气管道掺混氢气前需要对天然气管道进行严格的疲劳性能影响评价以获取可接受的掺氢比例，确保在役天然气管道在引入一定比例的氢气后不会对在役天然气管道剩余寿命产生不可接受的影响。

2、对于疲劳寿命试验，gb/t 34542.2-2018中推荐的标准试样要求加载应力的应力比为r＝0.1。但是，对于在役天然气管道本体，应力比选取r＝0.1与天然气管道实际运行面临的应力比存在偏差。因此，基于应力比r＝0.1得出的测试结论与实际运行工况相比存在较大差异，如果将其获取的可接受掺氢比例直接应用于在役天然气管道的氢气掺混运输，在役天然气管道可掺混氢气比例较低，对于氢气的大规模输送有限制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的不足，提供一种在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法，其测试条件与在役天然气管道实际运行工况更加接近，所采用的应力比与在役天然气管道实际运行产生缺陷的应力比更为接近，从而确保在役天然气管道以其所获取的可接受掺氢比例进行掺混运输氢气时不仅能够安全运行，还可进一步释放掺氢比例上限。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供的一种在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法，包括以下步骤：

4、对在役天然气管道的内部检测数据进行分析，得出天然气管道应力最为集中的缺陷位置；

5、仿真计算得出缺陷位置的应力集中系数和应力比；

6、设定在役天然气管道的假定掺氢比例；

7、加工试样，基于在役天然气管道的假定掺氢比例在含氢环境下对试样进行疲劳寿命测试；

8、根据疲劳寿命测试的结果评估试样的剩余寿命是否满足工程需要，当试样的剩余寿命不满足工程需要时，重新调整在役天然气管道的假定掺氢比例并再次进行试样加工及疲劳寿命测试，直至试样的剩余寿命满足工程需要；

9、将试样的剩余寿命满足工程需要对应的假定掺氢比例作为天然气管道掺混输送氢气的可接受掺氢比例。

10、优选的，所述的仿真计算得出缺陷位置的应力集中系数和应力比通过有限元仿真软件进行。

11、优选的，所述的仿真计算得出缺陷位置的应力集中系数和应力比通过ansys有限元软件的fluent模块进行，包括以下步骤：

12、建立局部天然气管道模型；

13、对所述局部天然气管道模型进行材料属性设置；

14、对所述局部天气管道模型进行本构关系设置，建立应力应变关系模型；

15、对所述局部天然气管道模型进行单元选择、模型接触面设置及模型网格划分；

16、仿真计算得出缺陷位置的应力集中系数与应力比。

17、优选的，所述试样为缺口圆棒试样。

18、优选的，所述的基于在役天然气管道的假定掺氢比例在含氢环境下对试样进行疲劳寿命测试，包括以下步骤：

19、将所述试样的粗糙面打磨光滑；

20、清洗除去所述试样表面的油脂和污染物；

21、将所述试样安装于疲劳试验系统上，将所述试样缺口的应力集中系数设置为所述缺陷位置仿真计算得到的应力集中系数，基于在役天然气管道的假定掺氢比例在含氢环境下对所述试样加载应力进行疲劳寿命试验，所述加载应力为正弦波形，其应力比与所述缺陷位置仿真计算得到的应力比保持一致。

22、优选的，所述的设定天然气管道的假定掺氢比例可基于天然气管道运行参数及上游氢气资源及下游用户需求进行确定。

23、优选的，所述的当试样的剩余寿命不满足工程需要时，可将在役天然气管道的假定掺氢比例调整为原在役天然气管道的假定掺氢比例的90％，并再次进行试样加工及疲劳寿命测试。

24、第二方面，本发明提供的一种在役天然气管道可接受掺氢比例获取系统，包括：

25、第一处理单元，用于对在役天然气管道的内部检测数据进行分析，得出天然气管道应力最为集中的缺陷位置；

26、第二处理单元，用于仿真计算得出缺陷位置的应力集中系数和应力比；

27、第三处理单元，用于设定在役天然气管道的假定掺氢比例；

28、第四处理单元，用于加工试样，基于在役天然气管道的假定掺氢比例在含氢环境下对试样进行疲劳寿命测试；

29、第五处理单元，用于根据疲劳寿命测试的结果评估试样的剩余寿命是否满足工程需要，当试样的剩余寿命不满足工程需要时，重新调整在役天然气管道的假定掺氢比例并再次进行试样加工及疲劳寿命测试，直至试样的剩余寿命满足工程需要；

30、第六处理单元，用于将试样的剩余寿命满足工程需要对应的假定掺氢比例作为天然气管道掺混输送氢气的可接受掺氢比例。

31、第三方面，本发明提供的一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明第一方面所述的在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法的步骤。

32、第四方面，本发明提供的一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明第一方面所述的在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法的步骤。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

34、本发明结合在役天然气管道的内部检测数据分析得出天然气管道应力最为集中的缺陷位置，该缺陷位置对于天然气管道本体对氢脆敏感性具有决定意义，如果在掺混一定比例的氢气后，该处位置经评估疲劳寿命满足工程应用需求，则管道整体对于氢脆在对应掺氢比例下是可接受的。同时，本发明还借助计算机仿真软件对管道真实存在的缺陷进行了应力评估，做到了有针对性的精确分析，这使得本实施例的测试条件与在役天然气管道实际运行工况更加接近，所采用的应力比与在役天然气管道实际运行产生缺陷的应力比更为接近，从而确保在役天然气管道以其所获取的可接受掺氢比例进行掺混运输氢气时不仅能够安全运行，还可进一步释放掺氢比例。

35、因此，本发明通过计算机仿真软件与力学性能试验相结合的方式，高效可靠地实现了在役天然气管道掺氢疲劳性能和寿命的可行性评价，并获取了在役天然气管道掺混输送氢气的可接受掺氢比例，其测试条件与在役天然气管道实际运行工况更加接近，试验结论对于实际工程应用更具指导意义。

技术特征：

1.一种在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法，其特征在于，所述的仿真计算得出缺陷位置的应力集中系数和应力比通过有限元仿真软件进行。

3.如权利要求2所述的在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法，其特征在于，所述的仿真计算得出缺陷位置的应力集中系数和应力比通过ansys有限元软件的fluent模块进行，包括以下步骤：

4.如权利要求1所述的在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法，其特征在于，所述试样为缺口圆棒试样。

5.如权利要求4所述的在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法，其特征在于，所述的基于在役天然气管道的假定掺氢比例在含氢环境下对试样进行疲劳寿命测试，包括以下步骤：

6.如权利要求1所述的在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法，其特征在于，所述的设定天然气管道的假定掺氢比例可基于天然气管道运行参数及上游氢气资源及下游用户需求进行确定。

7.如权利要求1所述的在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法，其特征在于，所述的当试样的剩余寿命不满足工程需要时，可将在役天然气管道的假定掺氢比例调整为原在役天然气管道的假定掺氢比例的90％，并再次进行试样加工及疲劳寿命测试。

8.一种在役天然气管道可接受掺氢比例获取系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7任意一项所述的在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种在役天然气管道可接受掺氢比例获取方法及系统，其通过结合在役天然气管道的内部检测数据分析得出天然气管道应力最为集中的缺陷位置并通过仿真计算出该处缺陷的应力集中系数和应力比，然后基于计算结果加工管道试样并在设定掺氢比的试验环境下对试样进行疲劳强度测试，最后基于测试结果评估钢制管道在掺氢条件下的疲劳寿命，获取在役天然气管道的可接受掺氢比。与现有技术相比，本发明的测试条件与在役天然气管道实际运行工况更加接近，所采用的应力比与在役天然气管道实际运行产生缺陷的应力比更为接近，从而确保在役天然气管道以其所获取的可接受掺氢比例进行掺混运输氢气时不仅能够安全运行，还可进一步释放掺氢比例上限。

技术研发人员：杨宏伟,刘方,付子航,冯亮,杨玉霞,韩银杉,黄洁馨,王亚群,邓付洁
受保护的技术使用者：中海石油气电集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14