一种埋地管道第三方损伤模拟方法与流程

1.本技术涉及管道测试技术领域，尤其涉及一种埋地管道第三方损伤模拟方法。


背景技术：

2.近年来，我国交通运输、邮电通讯、能源动力、地产开发等基础设施建设发展迅速，以上施工活动容易造成附近油气输送管道表面产生第三方损伤，如刮痕或压坑等。由于第三方损伤导致管道发生不可逆的塑性变形，而塑性变形的实质是位错的增殖和运动，这会改变氢渗透行为和氢脆敏感性。目前，第三方损伤对管道氢脆性能的影响规律尚不清楚，这给油气管道的安全运行造成了严重威胁。
3.为此，亟需提供一种可靠的模拟方法，对埋地管道的第三方损伤工况进行准确模拟，便于实现对不同的第三方损伤开展氢脆性能测试，建立损伤参数与管材氢脆性能的关联，以对第三方损伤的埋地管道的氢脆风险进行评价。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的是提供一种埋地管道第三方损伤模拟方法，准确模拟埋地管道现场第三方损伤工况，便于实现对不同的第三方损伤开展氢脆性能测试，建立损伤参数与管材氢脆性能的关联，以对第三方损伤的埋地管道的氢脆风险进行评价。
5.为达到上述技术目的，本技术提供了一种埋地管道第三方损伤模拟方法，其特征在于，包括步骤：
6.s1，在第一试样表面施加多个不同的模拟压力载荷，得到多个不同的压痕；
7.s2，获取各个所述压痕的损伤参数，并基于各个所述压痕的损伤参数与各个所述模拟压力载荷之间的对应关系，建立模拟压力载荷和损伤参数的映射关系模型；
8.s3，获取待测管材上第三方损伤的损伤参数并输入至所述映射关系模型，得到对应的模拟压力载荷；
9.s4，在第二试样表面施加对应的所述模拟压力载荷，得到具有模拟所述第三方损伤的压痕的实验试样。
10.进一步地，所述压痕由楔形模具压制形成，模拟压力载荷在10n～10000n。
11.进一步地，所述损伤参数包括凹坑深度和晶粒变形区范围。
12.进一步地，所述第二试样为标准拉伸棒。
13.从以上技术方案可以看出，本技术所设计埋地管道第三方损伤模拟方法，具体先在第一试样表面施加多个不同的模拟压力载荷，得到多个不同的压痕；再获取各个压痕的损伤参数，并基于各个压痕的损伤参数与各个模拟压力载荷之间的对应关系，建立模拟压力载荷和损伤参数的映射关系模型；之后再获取待测管材上第三方损伤的损伤参数，并输入至上述映射关系模型中，得到该第三方损伤对应的模拟压力载荷；确定该第三方损伤对应的模拟压力载荷之后，在第二试样表面施加该对应的模拟压力载荷，以得到具有模拟该第三方损伤的压痕的实验试样。本技术这一方法简单方便，容易实现，可以准确模拟埋地管
道现场第三方损伤工况，方便对不同的第三方损伤开展氢脆性能测试，建立损伤参数与管材氢脆性能的关联。根据氢脆性能，可以明确第三方损伤的安全风险等级，对油气输送管道安全评价具有重要的意义。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
15.图1为本技术中提供的一种埋地管道第三方损伤模拟方法的流程图；
16.图2为本技术中提供的一种埋地管道第三方损伤模拟方法的s5步骤进一步流程示意图；
17.图3为标准拉伸棒结构示意图；
18.图4a为2500n载荷条件下的压痕的凹坑深度测量金相图；
19.图4b为2500n载荷条件下的压痕的晶粒变形区范围测量金相图。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术实施例保护的范围。
21.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
23.本技术实施例公开了一种埋地管道第三方损伤模拟方法。
24.请参阅图1所示，本技术实施例中提供的一种埋地管道第三方损伤模拟方法的一个实施例包括：
25.步骤：
26.s1，在第一试样表面施加多个不同的模拟压力载荷，得到多个不同的压痕。需要说明的是，该步骤也即是采用不同的模拟压力载荷，在第一试样表面压制不同压痕。
27.s2，获取各个压痕的损伤参数，并基于各个压痕的损伤参数与各个模拟压力载荷之间的对应关系，建立模拟压力载荷和损伤参数的映射关系模型。需要说明的是，对于映射
关系模型来说，由各个压痕的损伤参数与各个模拟压力载荷之间的对应关系总结得到。
28.s3，获取待测管材上第三方损伤的损伤参数并输入至映射关系模型，得到对应的模拟压力载荷。需要说明的是，就待测管材上第三方损伤的损伤参数的获取来说，具体为现场对待测管材上的第三方损伤进行取样，再测量得到取样的第三方损伤的损伤参数，也即是获取第三方损伤的损伤物理特征参数。这一步骤的执行主体可以是相应的数据处理模块，包括但不限于具有数据处理能力的手机、电脑等，通过将第三方损伤的损伤参数输入到映射关系模型中，即可计算出该第三方损伤所对应的模拟压力载荷数据。
29.s4，在第二试样表面施加对应的模拟压力载荷，得到具有模拟第三方损伤的压痕的实验试样。本技术中第一试样以及第二试样均由与待测管材相同的材料制备而成。
30.本技术这一方法简单方便，容易实现，可以准确模拟埋地管道现场第三方损伤工况，方便对不同的第三方损伤开展氢脆性能测试，建立损伤参数与管材氢脆性能的关联。进而根据氢脆性能，可以明确第三方损伤的安全风险等级，对油气输送管道安全评价具有重要的意义。
31.以上为本技术实施例提供的一种埋地管道第三方损伤模拟方法的实施例一，以下为本技术实施例提供的一种埋地管道第三方损伤模拟方法的实施例二，具体请参阅图1至图3、图4a以及图4b。
32.基于上述实施例一的方案：
33.进一步地，就压痕的制备来说，可以由楔形模具压制形成，模拟压力载荷可以在10n～10000n。当然还可以是其它相关装置设备进行压痕的制备，不做限制。以楔形模具为例，该s1具体为通过楔形模具，采用不同的模拟压力载荷，在第一试样表面压制不同压痕，以实现不同受力下的损伤模拟。
34.进一步地，损伤参数包括凹坑深度和晶粒变形区范围。也即是本技术中所要测量得到的损伤参数包括凹坑深度和晶粒变形区范围等。
35.进一步地，为了便于制备的实验试样进行后续氢脆实验，该第二试样可以为标准拉伸棒，其具体结构如图3所示，两端还具有螺纹结构，方便后续拉伸实验时与拉伸机连接。以此为例，该s4具体为：在标准拉伸棒表面标距段的中心位置施加对应的模拟压力载荷。
36.基于第三方损伤模拟方法可以进行如下慢拉伸实验：
37.s5，将实验试样与对照试样进行慢拉伸实验，分别得到实验试样的氢脆敏感系数以及对照试样的氢脆敏感系数，其中对照试样为不具有压痕的标准拉伸棒。需说明的是，对照试样也即是模拟不具有第三方损伤的埋地管材的标准拉伸棒，也即是将无损伤的标准拉伸棒与具备压痕的标准拉伸棒分别进行实验。
38.s6，将实验试样的氢脆敏感系数与对照试样的氢脆敏感系数进行对比，得到得到第三方损伤对管材氢脆性能的影响结果，并基于影响结果确定第三方损伤的安全风险等级。实现对具有第三方损伤的埋地管道有更加准确的评价，以便对该埋地管道实施更加合理的维护措施。
39.如图2所示，就试样的慢拉伸实验来说，具体如下：
40.s51，将硅胶涂装在待实验的标准拉伸棒上并预留预设面积的暴露区域。需要说明的是，涂装硅胶可以是人工通过进行涂装，或通过相应的涂装装置进行涂装，不做限制。
41.s52，将涂装后的标准拉伸棒穿过介质箱并使得暴露区域位于介质箱内，其中介质
箱中填设有土壤模拟溶液。需要说明的是，就土壤模拟溶液的制备来说，具体为：将获取的现场土壤烘干并研磨成细粉，再以一定的比例与水混合配制成模拟溶液，以形成土壤模拟溶液，该比例优选1:1。
42.s53，将穿过介质箱的标准拉伸棒与辅助电极以及参比电极组成的三电极体系并连接到恒电位仪，使得与介质箱中的土壤模拟溶液形成完整闭合回路。该步骤中，还通过调节恒电位仪控制面板，设置好恒电位仪的阴极保护电位，参比电极为cse(铜-硫酸铜电极)，该阴极保护电位可以为-0.85v～-1v，具体可以是-1v。
43.s54，将拉伸机与穿过介质箱的标准拉伸棒的两端连接，并进行慢拉伸。需要说明的是，将拉伸机的拉伸端与标准拉伸棒的两端连接之后即可控制拉伸机对实验试样进行拉伸。进行慢拉伸试验时，应变速率优选为10-6
s-1
。
44.s55，获取慢拉伸之后的标准拉伸棒的断面收缩率，并将获取的断面收缩率输入至预置氢脆敏感性系数计算公式，得到对应的氢脆敏感性系数。需要说明的是，预置氢脆敏感性系数计算公式为：
45.氢脆敏感系数＝(断面收缩率
无损伤空拉试样-断面收缩率
土壤+阴保
)/断面收缩率
无损伤空拉试样
×
100％，其中，断面收缩率
无损伤空拉试样
为无损伤的标准拉伸棒在空气中的慢拉伸试验所测得的断面收缩率，断面收缩率
土壤+阴保
即为s54步骤下测得的断面收缩率。
46.进一步地，为了提高慢拉伸试验的可靠性，每种压力载荷制备两个试样。也即是，每种压力载荷条件下，制备两个重复的试样。
47.基于上述实施例二的方案，当已知实际第三方损伤对应的模拟压力载荷之后(以选取的第三方损伤处为两个，且分别对应模拟压力载荷为1000n以及2500n为例)，其实验过程如下：
48.1，将x80管材制备成标距段为φ5mm
×
25mm的标准拉伸棒。再通过楔形模具，分别在1000n以及2500n载荷作用下，在对应的标准拉伸棒表面标距段中心位置压制压痕，进行不同受力的损伤模拟，这一过程中，每种载荷条件下分别制备两个实验试样。也即是1000n载荷下的试样以及2500n载荷下的实验试样分别都有两个。
49.2，选取每种载荷下的一个实验试样，对其模拟损伤处(压痕)进行金相组织观察，测量模拟损伤处对应的凹坑深度和晶粒变形区范围，判断其测得的损伤物理特征参数是否与实际对应的第三方损伤所测得的损伤物理特征参数满足预设范围误差，保证所制备的实验试样是准确的。
50.3，选取每种载荷下的另一个实验试样以及对照试样进行慢拉伸实验。具体的，以实验试样为例，用硅胶对实验试样进行涂封，露出1cm2的暴露面积。实验试样的两端具有m10mm
×
16mm的螺纹结构，并通过该螺纹结构安装在拉伸机的上下夹头中间(通过上下夹头提供拉伸载荷)，同时将该实验试样穿过介质箱，介质箱中放置能够模拟土壤环境的土壤模拟溶液。
51.4，将实验的标准拉伸棒(工作电极)、辅助电极、参比电极组成三电极体系，连接到恒电位仪，并与介质箱内的介质物形成完整闭合回路。再调节恒电位仪控制面板电位参数，设置阴极保护电位-1.0v。
52.5，进行慢拉伸试验，并分别测得实验试样与对照试样的断面收缩率。
53.在上述实验过程中，还增加了一个对照试样在空拉状态下的拉伸试验，也即是介
质箱中为空气的拉伸实验。
54.基于上述实验得到的数据见下表：
[0055][0056]
从上表中可以看出，在该土壤模拟溶液和阴极保护电位条件下，无损伤条件下的氢脆敏感系数为20.1％，而1000n和2500n载荷的第三方损伤条件下的氢脆敏感系数分别为60.7％和82.5％，均远大于35％。说明1000n和2500n载荷对应第三方损伤管道，氢脆风险较高，慢拉伸试验试样断口为脆性断裂特征，管道安全等级较低，应及时维修或更换。同时，为了确保管道的安全运行，第三方损伤的影响总深度不应大于365μm。
[0057]
以上对本技术所提供的一种埋地管道第三方损伤模拟方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本技术实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。