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我国二氧化碳管道断裂控制研究的新进展
发布者:不锈钢管厂(www.zjhstg.com) 发布时间:2020/2/20 阅读:224

  碳捕集与封存(CCS)在减少全球温室气体排放量方面发挥了重要作用。为了实现联合国政府间气候变化专门委员会的建议,在2050年之前限制温度上升不超过2℃的目标,CCS技术作为低碳技术组合的一部分,在全球范围内得到广泛应用。全球有17个大型CCS设施在运行,捕获了超过3000万t/a的二氧化碳,另有4个大型设施目前正在建设中,计划在2018年投入使用,并能够再捕获600万t/a的二氧化碳。大约有15个小型CCS设施在运行或正在建设中,其捕获能力从每年约5万t到近40万t不等,共可以吸收超过200万t/a的二氧化碳。二氧化碳被安全地注入到不同的地层中,没有证据显示有泄漏到大气中的迹象。该项目已有超过6000 km的二氧化碳管道投入使用,安全记录良好。截止到2017年,已投入使用和正在进行的大型CCS项目见表。

  CCS项目的研究促进了CO2输送管道的断裂控制研究。从20世纪80年代后期开始,已在美国、欧洲进行了9次全尺寸爆破试验,其概况及结果见表。2018年的IPC大会上,发布了3篇关于二氧化碳管道安全止裂这一最新研究项目进展的论文(IPC 2018-78517、78525和78530)。这是一个行业联合研究项目(JIP),旨在研究输送CO2的高强度钢管因人为造成的断裂扩展和止裂特性,以及CO2释放到大气中后的扩散情况,参与者是DNV GL(挪威)和Energy Pipelines CRC(澳大利亚)。该项目由挪威的CLIMIT和澳大利亚联邦政府资助,从2016年开始,并将持续到2019年。

  2017年至2018年,该项目在英国的斯帕第丹姆试验场进行了2次Φ152.4 mm激波管试验,并采用X65钢级Φ610 mm钢管进行了2次全尺寸断裂扩展试验,所有试验均为密相CO2/N2混合物。全尺寸试验段由8根钢管组成,公称壁厚分别为13.5 mm和14.5 mm。通过测试位置下的传感器阵列测量了来自试验段的二氧化碳的扩散情况。二氧化碳管道安全-止裂研究项目进行的二氧化碳爆破第一次试验照片如图所示。

   此前最近的7次全尺寸爆破试验都是在二氧化碳浓度较高的情况下进行的,结果表明,为了阻止二氧化碳管道中的延性断裂扩展,必须对预测结果进行修正,即实测韧性与预测韧性的比值需要大于或等于2.39,而止裂压力与饱和压力的比值需要大于或等于1.14。

   二氧化碳管道项目第一次爆破试验的断裂路径如图所示。根据本项目发布的第一次爆破试验结果,在试验段东侧,断裂从起裂管通过1E、2E,然后进入东端的3E管中1040 mm止裂。在西端,断裂扩展通过管道1W和2W,进入3W管中4865mm止裂。总的来说,试验是成功的,断裂均在3W和3E管中止裂,符合预测结果。第2次试验将采取试验段半埋地方式,研究回填方式和气候、风速对二氧化碳扩散的影响。试验结果分析得出如下结论:BTCM模型定性、合理地描述了钢管在试验中的相对行为;预测的流变应力和韧性的相对影响与观测结果不符;模型对韧性的敏感性不高,与观测结果不符;裂纹尖端压力明显低于二维等熵减压模型理论预测的饱和压力。

  这些结论进一步支持了此前几次爆破试验的结论,即BTCM双曲线模型可以定性但不能定量地预测二氧化碳管道中的延性断裂行为,需要开发一种新的二氧化碳管道止裂条件的预测模型。爆破试验取得的这些成果将进一步推动CCS技术的发展和二氧化碳输送管道的开发。我国的CCS项目也已提上日程,但关于二氧化碳管道的断裂控制研究还是空白,急需加快进程。

 
 

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