CN117129416A - 一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
本发明属于天然气管道结构完整性技术领域，涉及一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统及方法。
背景技术
在管道服役安全方面，延迟断裂越来越成为关注的重点。延迟断裂的机理主要有两种考虑，其一是氢侵入零部件中，主要是在伴随腐蚀的电化学反应中产生的。另一种机理是室温蠕变。蠕变是金属材料在高温条件下的一种变形方式，长期以来一直受到人们的广泛关注。研究发现，高强钢在受到恒定载荷时，材料也会发生缓慢且永久的塑形变形现象。但近年的研究发现即使在较低的同系温度(如室温)下，当某些金属材料(如不锈钢、管线钢、高强钢和钦合金等)承受恒定载荷时，变形仍会随着时间的延长而增加。尤其是对于存在应力集中的情况，即使在名义应力较低的条件下，在某些严重应力集中区域也可能会产生较大室温蠕变，从而导致管道的泄漏和爆炸，造成巨大的灾害和损失。
目前很多学者采用实验室的小尺寸蠕变试验，已经开展了X70管线钢和SUS304不锈钢的室温蠕变对疲劳裂纹扩展行为的影响等，对微观机制进行了分析、讨论。但是相关研究均是基于小尺寸试样的研究结果，缺乏管线实际运行过程中，缺陷的真实变化和失效行为。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中蠕变试验均是基于小尺寸试样的研究结果，缺乏管线实际运行过程中，缺陷的真实变化和失效行为的缺陷性技术问题，提供一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统及方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明提出的一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统，包括压力控制器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、第一水阀和第一泵，第二管道上依次安装有第二压力测量装置、第二水阀、排气阀和第二泵；所述第一压力测量装置和所述第二压力测量装置均靠近密封钢管的端面设置；
所述压力控制器的第一输入端口与所述第一压力测量装置连接，所述压力控制器的第二输入端口与所述第二压力测量装置连接，所述压力控制器的第一输出端口与所述第一水阀连接，所述压力控制器的第二输出端口与所述第一泵连接，所述压力控制器的第三输出端口与所述第二水阀连接，所述压力控制器的第四输出端口与所述第二泵连接，所述压力控制器的第五输出端口与所述排气阀连接，所述压力控制器的第三输入端口与所述测量装置连接。
优选地，在第一管道上设有进气阀，所述进气阀位于所述第一水阀和所述第一泵之间，所述压力控制器的第六输出端口与所述进气阀连接。
优选地，所述测量装置包括温度测量装置、应变测量装置和CMOD测量装置，所述温度测量装置、应变测量装置和CMOD测量装置均与所述压力控制器相连。
优选地，所述温度测量装置为贴片式温度传感器，所述温度测量装置的量程为-60℃～50℃，所述温度测量装置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。
优选地，所述应变测量装置为应变片，所述应变测量装置的量程不得小于20000με，所述应变测量装置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。
优选地，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；第一压力测量装置和第二压力测量装置均为压力传感器，压力传感器的量程为0MPa-40MPa。
本发明提出的一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统的方法，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；
通过压力控制器关闭第二泵和第二水阀，并打开第一泵和第一水阀对密封钢管注入液体，同时打开排气阀抽取完密封钢管内的气体，关闭排气阀；第一压力测量装置采集流过第一管道的液体压力并传至压力控制器，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；
通过压力控制器关闭第一泵和第一水阀，并打开第二泵和第二水阀抽取密封钢管内的液体，第二压力测量装置采集流过第二管道的液体压力并传至压力控制器。
优选地，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。
优选地，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。
优选地，采用管帽与试验钢管进行密封焊接形成密封钢管。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出了一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统，在高钢级管材蠕变断裂的失效分析试验中，现有技术均采用小尺寸的拉伸试验来获得材料对载荷和时间的敏感性和稳定性响应情况，但是对于油气长输管道而言，其管材的壁厚往往要大于小尺寸试样的壁厚，小尺寸试样并不能完全代表钢管的真实性能，尤其是对于含缺陷的钢管，因此采用含缺陷的全尺寸恒载荷试验是最有效；其次，本发明通过在第一管道上安装第一水阀和第一泵，目的是为了通过压力控制器打开第一水阀和第一泵的同时关闭第二泵和第二水阀，给密封钢管内注入液体，再对第一管道上密封钢管的入口处安装第一压力测量装置来监测流过第一管道的压力值；在第二管道上安装第二水阀和第二泵，目的是为了在密封钢管注满液体后，通过压力控制器控制第二水阀和第二泵打开的同时关闭第一水阀和第一泵，将密封钢管内的液体抽取掉，对第二管道上密封钢管的出口处安装第二压力测量装置监测流过第二管道的压力值；然后，对第二管道上安装排气阀能够在对密封注入液体时将密封钢管内的空气完全排空；最后，通过在密封钢管的裂纹缺陷处安装测量装置，并将测量的数据传至压力控制器，能够用来测量裂纹缺陷并实时掌握裂纹缺陷的变化情况。因此，本发明提出的试验系统通过第一压力测量装置、第二压力测量装置和测量装置来实时监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，能够准确预测钢管的真实变化情况及失效行为，为准确预测钢管的延迟失效压力和使用寿命提供技术支撑。
进一步地，通过在第一管道上设进气阀，能够根据试验需要对密封钢管内置注入气体。
进一步地，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，主要用于测量缺陷扩展时缺陷尖端、中部位置的应变变化，两侧的应变片可获得扩展时两侧的应变变化差异；每个应变片有三个通道，可用于测量密封钢管环向、45度方向及轴向的应变。
进一步地，采用裂纹CMOD测量装置可有效监测裂纹部位随时间、压力的变形情况，获得CMOD与时间的响应，从而判断试验过程中该压力下，管材是否达到稳定响应状态或者失效状态。
进一步地，采用量程为0-40MPa的第一压力测量装置和第二测量装置，应变片的量程不得小于20000με，能够确保压力和应变测量的准确性和有效性；温度测量装置的量程为-60℃～50℃，能够实现低温环境和室温环境的测量。
本发明提出了一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统的试验方法，该方法通过逐步增压至少5％的方法，不仅可以避免管材的直接失效，同时也可监测到不同压力下裂纹的变形情况，为准确预测钢管的延迟失效压力和使用寿命提供大量的试验数据基础。该方法可在一次全尺寸试验中观察不同尺寸的裂纹扩展情况，更加经济、简单。本发明不仅经济、简单、易于操作，可有效获得不同缺陷尺寸、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。
进一步的，对于高钢级管道而言，裂纹型缺陷是目前管道失效中最为严重的缺陷类型，由于真实的裂纹尖端非常狭窄，通常需要采用疲劳试验来预制裂纹。但是对于全尺寸的钢管而言，由于其几何结构较为特殊，目前的疲劳预制设备不能满足要求，而采用线切割法或直接切割法加工钢管缺陷，可有效替代疲劳预制裂纹，保证试验的效果。通过采用机械加工的方式在试验钢管表面上加工缺陷，对缺陷的与时间响应的蠕变断裂行为进行监测。采用线切割法中，先使用较大尺寸的工具加工6mm宽的缺口，然后再使用电火花加工引入0.15mm宽的狭窄缝，其不仅可以模拟真实的裂纹，同时在加工时也有效提高效率。直接采用加工圆盘工具，虽然加工的缺陷相对而言较大，但是其试验结果与电火花的加工方式相差较小，同时其更加提高了加工效率，节约成本。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明钢管分步阶梯恒载荷全尺寸试验系统结构图。
图2为本发明密封钢管缺陷加工图。
图3为本发明安装应变片和引伸计的位置结构图。
图4为本发明CMOD与时间相关稳态响应图。
图5为本发明CMOD与时间相关失稳响应图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明提出的一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统，如图1所示，包括压力控制器1、第一压力测量装置2、第一水阀3、第一泵4、进气阀12、第二压力测量装置5、第二水阀6、排气阀11、第二泵7和测量装置，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。
密封钢管两端面分别连接有的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、进气阀12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，第一压力测量装置2和第二压力测量装置5均靠近密封钢管的端面，第一泵4和第二泵7均远离密封钢管的端面。压力控制器1的第一输入端口与第一压力测量装置2连接，压力控制器1的第二输入端口与第二压力测量装置5连接，压力控制器1的第一输出端口与第一水阀3连接，压力控制器1的第二输出端口与第一泵4连接，压力控制器1的第三输出端口与第二水阀6连接，压力控制器1的第四输出端口与第二泵7连接，压力控制器1的第五输出端口与排气阀11连接，用于将密封钢管内部空气完全排出，压力控制器1的第六输出端口与进气阀12连接。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可确保压力测量的准确性和有效性。通过在第一管道上设进气阀12，能够根据试验需要对密封钢管内置注入气体。
测量装置安装在密封钢管表面的裂纹缺陷处，温度测量装置8、应变测量装置9和CMOD测量装置10均与压力控制器1的第三输入端口相连。具体的，温度测量装置8为贴片式温度传感器，温度测量装置8的量程为-60℃～50℃可用于低温环境和室温环境的测量，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。应变测量装置9为应变片，应变测量装置9的量程不得小于20000με可确保应变测量的准确性和有效性，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，主要用于测量缺陷扩展时缺陷尖端、中部位置的应变变化；两侧的应变片可获得扩展时两侧的应变变化差异，每个应变片有三个通道，可用于测量钢管环向、45度方向及轴向的应变。CMOD测量装置10位引伸计，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。
本发明提出的一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统的试验方法，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采集流过第一管路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，直到发生泄露失效；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采集流过第二管路的液体压力并传至压力控制器1；其中，增量至少为直接失效压力的5％。
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。
含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统的试验方法具体包括如下步骤：
S1、采用机械加工的方式，在试验钢管上按照试验需求加工一个或多个表面缺陷；在钢管中间预制裂纹，可在试验钢管加工一个或多个不同尺寸的缺陷，如图2所示，缺陷数量和尺寸根据试验方案确定；
缺陷加工采用机械加工方式，可采用以下两种方法。
1)、线切割法：首先，在钢管表面加工6mm宽的缺口，深度约为总深度的30％，其次，使用电火花加工引入0.15mm宽的狭缝。
2)、刀具切割法：通过使用直径为50.8mm(或其他)的圆盘，在钢管表面进行直接切割。在缺陷深度最后的0.75mm，采用0.15mm(或更薄)厚的方形轮廓刀具加工。
其中加工多个缺陷时，缺陷在钢管表面周围的名义距离相等，且距离足够远，因此它们之间或钢管端部不会相互作用。
S2、对试验钢管两端进行封闭：采用管帽或封头等部件与试验钢管进行焊接，将试验钢管两端进行完全封闭，并对焊接的管帽环焊缝进行无损检测，保证钢管无泄漏风险；
在第一管道上依次安装有第一压力测量装置2、第一水阀3、进气阀12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，第一管道和第二管道均采用硬质不锈钢或者高压挠性软管。第一压力测量装置2和第二压力测量装置5分别安装在密封钢管的进水口和出水口，以监测试验过程中密封钢管的压力变化。压力控制器1的第一输入端口与第一压力测量装置2连接，压力控制器1的第二输入端口与第二压力测量装置5连接，压力控制器1的第一输出端口与第一水阀3连接，压力控制器1的第二输出端口与第一泵4连接，压力控制器1的第三输出端口与第二水阀6连接，压力控制器1的第四输出端口与第二泵7连接，压力控制器1的第五输出端口与排气阀11连接，压力控制器1的第六输出端口与进气阀12连接；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，用于测量裂纹缺陷处的压力、裂纹扩展量和应变。
应变测量装置9为应变片，应变片用于测量试验钢管上一个或多个缺陷处0°、45°和90°三个方向的应变，应变测量装置9的量程不得小于20000με可确保应变测量的准确性和有效性，如图3所示，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，主要用于测量缺陷扩展时缺陷尖端、中部位置的应变变化；两侧的应变片可获得扩展时两侧的应变变化差异，每个应变片有三个通道，可用于测量钢管环向、45度方向及轴向的应变。温度测量装置8为贴片式温度传感器，温度测量装置8的量程为-60℃～50℃可用于低温环境和室温环境的测量，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。
在密封钢管预制缺陷开口处，采用两个夹式引伸计监测并记录每个缺陷的CMOD，第一个位于缺陷中心，第二个位于缺陷四分之一长度位置。通过螺纹接头将刃口的螺柱连接到管道表面，将刀刃固定到密封管道上。螺柱底座提供足够的高度，以在管道表面和量规臂尖端之间提供间隙。刀刃开口设置为2.5毫米，管道表面上方的刀刃高度应进行记录。
S3、通过增压设备，对密封钢管进行增压，并通过测量装置监测钢管缺陷的变形及与时间的响应状态。
通过增压设备，对密封管道进水口将液体注入密封钢管中，打开第二管道的排气阀11，直至将密封钢管内部的空气完全排除后，关闭排气阀11；
通过增压设备持续增压，直至密封钢管达到期望压力值，期望压力值为直接失效压力的80％，然后停止增压，根据试验要求保持试验压力至一定时间(至少48小时)，同时监测裂纹缺陷的CMOD与时间的响应情况，绘制CMOD与时间的响应曲线，判断缺陷的稳定状态；
如图4和图5所示，当CMOD达到稳定响应状态时，继续对密封钢管进行增压，直至压力增加5％，然后停止加压，并保持试验压力一定时间(至少48小时)，绘制CMOD与时间的响应曲线，判断缺陷的稳定状态；
根据监测的试验结果，反复进行增压、保压，并监测裂纹的CMOD与时间的响应状态，直至缺陷发生失稳或失效。
S4、关闭增压设备，通过压力控制器1控制排气阀11和第二泵7将密封钢管内的剩余气体和液体完全排空，并将试验后的钢管吊运至其他干燥区域，对钢管缺陷部位进行防锈处理；
S5、将失效后的钢管缺陷部位进行切除，并将裂纹缺陷沿轴向分开，采用测量仪器对原始裂纹缺陷尺寸、失效后裂纹缺陷尺寸(长度、深度)进行测量并记录；
S6、根据不同的缺陷尺寸、试验压力、保压时间等确定不同缺陷尺寸的延迟失效压力阀值。
本发明给出了一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统的试验系统及方法，可以准确获得一个或多个缺陷在低于直接失效压力水平下，结合钢管结构、尺寸、材料性能等影响因素，与时间相关的延迟失效压力和使用寿命，从而为输气管道的缺陷修复、更换等提供数据支撑，保证输气管道的运行安全。目前，关于管道延迟蠕变失效的试验方法均是小尺寸试验，不能真正体现管材的实际性能和运行状态。本方法通过全尺寸试验验证，可弥补现有术的上述空白和不足，为准确预测钢管的延迟失效压力和使用寿命提供一种可靠的试验方法。采用恒载荷全尺寸试验方法来预测含缺陷输气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是目前的最佳方法。通常在含缺陷管道爆破试验时，一般在钢管管体会加工一个缺陷，而在不同缺陷尺寸与失效压力的相关性试验中，则需要进行多个含不同缺陷尺寸的钢管全尺寸试验，而通过本试验方法，钢管上可同时加工多个缺陷，然后进行保压，观察不同缺陷在同一压力时的变化情况，采用本试验方法可大大节约试验研究的成本。若干个裂纹缺陷的尺寸均不同，可同时对不同尺寸的缺陷进行试验，获得缺陷的临界缺陷尺寸，其可大大缩减试验数量，降低试验成本。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
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。
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