CN115112732A - 一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法，涉及管道测试技术领域，具体先通过楔形模具施加预置压力载荷至待测试样表面中心位置，得到具有模拟第三方损伤的压痕的实验试样；再将实验试样与对照试样在相同条件下进行充氢实验，充氢结束后分别测试得到实验试样的氢含量以及对照试样的氢含量；之后将将实验试样的氢含量与对照试样的氢含量进行对比，得到第三方损伤对管材氢脆性能的影响结果，再将实验试样的氢含量与氢至开裂对应的临界氢含量进行对比，得到损伤安全风险等级评价结果。本申请这一方法简单方便，容易实现，可以明确第三方损伤对管材氢脆性能的影响并给出损伤安全风险等级评价。

Description

一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法

技术领域

本申请涉及管道测试技术领域，尤其涉及一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法。

背景技术

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从而影响氢脆性能，但是目前第三方损伤对管道氢渗透行为的影响规律尚不清楚，无法准确获得第三方损伤条件下管材的氢脆性能，这给油气管道的安全运行造成了严重威胁。

为此，亟需提供一种评价方法，能够有效地对第三方损伤条件下的油气管道进行氢脆风险评价。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是提供一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法，能够确定第三方损伤导致的氢脆风险并给出损伤安全风险等级评价。

为达到上述技术目的，本申请提供了一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法，包括步骤：

S1，将预置压力载荷施加至待测试样表面中心位置，得到具有模拟第三方损伤的压痕的实验试样；

S2，将所述实验试样与对照试样在相同条件下进行充氢实验，分别得到所述实验试样的氢含量以及所述对照试样的氢含量，其中对照试样为不具有压痕的待测试样；

S3，将所述实验试样的氢含量与所述对照试样的氢含量进行对比，得到第三方损伤对管材氢脆性能的影响结果；

S4，将所述实验试样的氢含量与氢至开裂对应的临界氢含量进行对比，得到损伤安全风险等级评价结果。

进一步地，所述待测试样为由待评价的管道材料制备的长方体薄片状试样。

进一步地，所述压痕由楔形模具压制形成，压力载荷在10N～10000N。

进一步地，S2中所述实验试样与所述对照试样的充氢实验均具体包括：

S21，将待实验的所述待测试样置入介质箱中，其中介质箱中填设有土壤模拟溶液；

S22，将置入所述介质箱中的所述待测试样与辅助电极以及参比电极组成三电极体系并连接到恒电位仪，使得与所述介质箱中的所述土壤模拟溶液形成完整闭合回路；

S23，在所述土壤模拟溶液中对所述待测试样进行充氢，充氢电位-0.85V～-5V相对于铜-硫酸铜电极，充氢时间5h～48h；

S24，将所述介质箱中的所述待测试样取出并测得氢含量。

进一步地，所述介质物的制备具体为：

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。

进一步地，S24具体为：

将所述介质箱中的所述待测试样取出并通过扩散氢分析仪或升温脱氢分析设备测得氢含量。

从以上技术方案可以看出，本申请所设计的油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法，具体先将预置压力载荷施加至待测试样表面中心位置，得到具有模拟第三方损伤的压痕的实验试样；再将实验试样与对照试样进行充氢实验，充氢结束后分别测试得到实验试样的氢含量以及对照试样的氢含量；之后将实验试样的氢含量与对照试样的氢含量进行对比，得到第三方损伤对管材氢脆性能的影响结果，再将实验试样的氢含量与氢至开裂对应的临界氢含量进行对比，得到损伤安全风险等级评价结果，容易实现，可以明确第三方损伤对氢脆性能的影响并给出损伤安全风险等级评价。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。

图1为本申请中提供的一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法实施例一的流程图；

图2为本申请中提供的一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法的步骤S2的进一步流程示意图；

图3为实验试样与对照试样的氢气释放对比图；

图4为实验试样与对照试样的氢含量示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请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申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，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，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，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申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。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。

在本申请实施例的描述中，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申请实施例中的具体含义。

本申请实施例公开了一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法。

请参阅图1，本申请实施例中提供的一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法的一个实施例包括：

步骤：

S1，将预置载荷施加至待测试样表面中心位置，得到具有模拟第三方损伤的压痕的实验试样。需要说明的是，该预置压力载荷基于待测试样实际第三方损伤情况而得到。首先，在待测管材实际第三方损伤处进行现场取样，并测量待测管材实际第三方损伤的特征参数；然后，将该实际第三方损伤特征参数输入至预置映射关系模型以得到对应的预置压力载荷。预置映射关系模型也即为模拟载荷和损伤参数的映射关系模型，可由实验总结得到。具体的，先在多个待测试样表面中心位置分别施加不同的模拟载荷，得到具有不同压痕的多个模拟试样；再获取各个模拟试样上压痕的损伤参数；根据损伤参数与模拟载荷的对应关系，建立模拟载荷和损伤参数的映射关系模型。

S2，将实验试样与对照试样在相同条件下进行充氢实验，分别得到实验试样的氢含量以及对照试样的氢含量，其中对照试样为不具有压痕的待测试样。需要说明的是，对照试样也即是模拟无损伤的待测管材。

S3，将实验试样的氢含量与对照试样的氢含量进行对比，得到第三方损伤对管材氢脆性能的影响结果。需要说明的是，通过对比分析实验试样的氢含量与对照试样的氢含量，可以知道第三损伤下的管材氢含量相比无损伤下的管材的变化情况，进而基于变化情况明确第三方损伤对管材材氢脆性能的影响。

S4，将实验试样的氢含量与氢至开裂对应的临界氢含量进行对比，得到损伤安全风险等级评价结果。需要说明的是，通过对比分析实验试样的氢含量与氢致开裂对应的临界氢含量，即可准确给出第三方损伤管道的安全风险等级评价。

本申请这一方法简单方便，容易实现，可以明确第三方损伤对氢脆性能的影响并给出损伤安全风险等级评价，方便对埋地管道实施更加合理的维修与维护措施。

以上为本申请实施例提供的一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法的实施例二，具体请参阅图1至图4。

基于上述实施例一的方案：

进一步地，待测试样可以为由待评价的管道材料制备的长方体薄片状试样。

进一步地，就压痕的制备来说，可以由楔形模具压制形成，压力载荷为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。以楔形模具制备为例，S1具体为：通过楔形模具施加预置压力载荷至待测试样表面中心位置，得到具有模拟第三方损伤的压痕的实验试样。

进一步地，就S2步骤来说，S2中实验试样与对照试样的充氢实验均具体包括：

S21，将待实验的待测试样置入介质箱中，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，以形成模拟管道现场土壤的土壤模拟溶液；该土壤与水的比例可以根据需要进行选择，优选1:1。

S22，将置入介质箱中的待测试样与辅助电极以及参比电极组成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。

S23，在土壤模拟溶液中对待测试样进行充氢，充氢电位-0.85V～-5V相对于铜-硫酸铜电极，充氢时间5h～48h。需要说明的是，充氢电位也即是充氢过程中的试样电位，对于试样电位的设置可以通过调节恒电位仪控制面板电位参数进行设置。铜-硫酸铜电极为参比电极，该充氢电位可以是-0.85V～-5V，具体可以是-1.0V。充氢装置往介质箱内充氢的具体时间可以是12h。

S24，将介质箱中的待测试样取出并测得氢含量。需要说明的是，试样内部氢含量的测试采用扩散氢分析仪或者升温脱氢分析设备。充氢结束后，如果不能立即测试试样内部的氢含量，需要及时将试样放置在液氮中进行保存，以便后续准确测试，防止氢气大量扩散出试样，造成试验结果失真。

基于上述实施例二的方案(以预置压力载荷为3000N为例)，实验过程如下：

1，将X80管材制备成20mm×10mm×3mm的长方体薄片以形成待测试样。并通过楔形模具，分别在3000N载荷作用下，在待测试样的20mm×10mm表面中心位置压制压痕损伤。

2，取现场土壤，烘干，磨成细粉，按照水与土壤1:1配制成模拟溶液，形成土壤模拟溶液。将待测试样(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，并与介质箱内的土壤模拟溶液形成完整闭合回路。

3，先使用无损伤的待测试样(对照试样)进行充氢的实验，作为对照组；然后，使用损伤的待测试样(实验试样)进行充氢的实验，作为实验组。

4，充氢结束后将待测试样取出放入液氮中保存，采用升温脱氢分析设备方法(Thermal Desorption Spectroscopy，TDS)测量待测试样的氢含量。具体的，将样品放入升温脱氢分析设备的测试舱中以一定的升温速率缓慢的将温度增加到800℃，测量从待测试样中溢出的氢含量。

图3为实验试样与对照试样的氢气释放对比图，从图3可以看出，氢气释放曲线存在两个峰值，第一个出现在100℃附近，第二个峰值出现在400℃左右，分别对应材料内部两种类型的氢。在金属中，氢大部分是以H，H+或H-形式存在的，它们与金属形成间隙固溶体。由于氢半径小，一部分氢在金属的晶格中自由扩散，而成为扩散氢，其在较低的温度即可散逸出；另一部分扩散聚集到晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙中，结合为分子，体积变大而不能自由扩散，称之为残余氢，其在较高温度后才能摆脱束缚散逸出来。金属中的氢含量是导致材料氢脆的决定因素，氢含量增加，材料脆性增加，当氢含量达到临界浓度，会导致材料开裂。

图4为实验试样与对照试样的氢含量示意图，从图4可以看出，与无损伤的对照试样相比，3000N载荷模拟损伤下的实验试样的总氢含量提高了43％，可扩散氢含量提高了60％，残余氢含量提高了18％，这一分析对比结果即可作为第三方损伤对管材氢脆性能的影响结果。假定氢致开裂对应的临界氢含量已知为1ppm，而该实验试样的氢含量为0.13ppm，则可判定该损伤程度较小，管材仍处于安全状态，不会发生氢脆导致开裂，这一判定结果即可作为损伤安全风险等级评价结果。

以上对本申请所提供的一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本申请实施例的思想，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申请的限制。

Claims (6)

1.一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法，其特征在于，包括步骤：

S1，将预置压力载荷施加至待测试样表面中心位置，得到具有模拟第三方损伤的压痕的实验试样；

S2，将所述实验试样与对照试样在相同条件下进行充氢实验，分别得到所述实验试样的氢含量以及所述对照试样的氢含量，其中对照试样为不具有压痕的待测试样；

S3，将所述实验试样的氢含量与所述对照试样的氢含量进行对比，得到第三方损伤对管材氢脆性能的影响结果；

S4，将所述实验试样的氢含量与氢至开裂对应的临界氢含量进行对比，得到损伤安全风险等级评价结果。

2.根据权利要求1所述的一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法，其特征在于，所述待测试样为由待评价的管道材料制备的长方体薄片状试样。

3.根据权利要求1所述的一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法，其特征在于，所述压痕由楔形模具压制形成，压力载荷在10N～10000N。

4.根据权利要求1所述的一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法，其特征在于，S2中所述实验试样与所述对照试样的充氢实验均具体包括：

S21，将待实验的所述待测试样置入介质箱中，其中介质箱中填设有土壤模拟溶液；

S22，将置入所述介质箱中的所述待测试样与辅助电极以及参比电极组成三电极体系并连接到恒电位仪，使得与所述介质箱中的所述土壤模拟溶液形成完整闭合回路；

S23，在所述土壤模拟溶液中对所述待测试样进行充氢，充氢电位-0.85V～-5V相对于铜-硫酸铜电极，充氢时间5h～48h；

S24，将所述介质箱中的所述待测试样取出并测得氢含量。

5.根据权利要求4所述的一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法，其特征在于，所述介质物的制备具体为：

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。

6.根据权利要求4所述的一种油气管道第三方损伤条件下氢脆评价方法，其特征在于，S24具体为：

将所述介质箱中的所述待测试样取出并通过扩散氢分析仪或升温脱氢分析设备测得氢含量。

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