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我國二氧化碳管道斷裂控制研究的新進展
發布者:不銹鋼管廠(www.870701.tw) 發布時間:2020/2/20 閱讀:264

  碳捕集與封存(CCS)在減少全球溫室氣體排放量方面發揮了重要作用。為了實現聯合國政府間氣候變化專門委員會的建議,在2050年之前限制溫度上升不超過2℃的目標,CCS技術作為低碳技術組合的一部分,在全球范圍內得到廣泛應用。全球有17個大型CCS設施在運行,捕獲了超過3000萬t/a的二氧化碳,另有4個大型設施目前正在建設中,計劃在2018年投入使用,并能夠再捕獲600萬t/a的二氧化碳。大約有15個小型CCS設施在運行或正在建設中,其捕獲能力從每年約5萬t到近40萬t不等,共可以吸收超過200萬t/a的二氧化碳。二氧化碳被安全地注入到不同的地層中,沒有證據顯示有泄漏到大氣中的跡象。該項目已有超過6000 km的二氧化碳管道投入使用,安全記錄良好。截止到2017年,已投入使用和正在進行的大型CCS項目見表。

  CCS項目的研究促進了CO2輸送管道的斷裂控制研究。從20世紀80年代后期開始,已在美國、歐洲進行了9次全尺寸爆破試驗,其概況及結果見表。2018年的IPC大會上,發布了3篇關于二氧化碳管道安全止裂這一最新研究項目進展的論文(IPC 2018-78517、78525和78530)。這是一個行業聯合研究項目(JIP),旨在研究輸送CO2的高強度鋼管因人為造成的斷裂擴展和止裂特性,以及CO2釋放到大氣中后的擴散情況,參與者是DNV GL(挪威)和Energy Pipelines CRC(澳大利亞)。該項目由挪威的CLIMIT和澳大利亞聯邦政府資助,從2016年開始,并將持續到2019年。

  2017年至2018年,該項目在英國的斯帕第丹姆試驗場進行了2次Φ152.4 mm激波管試驗,并采用X65鋼級Φ610 mm鋼管進行了2次全尺寸斷裂擴展試驗,所有試驗均為密相CO2/N2混合物。全尺寸試驗段由8根鋼管組成,公稱壁厚分別為13.5 mm和14.5 mm。通過測試位置下的傳感器陣列測量了來自試驗段的二氧化碳的擴散情況。二氧化碳管道安全-止裂研究項目進行的二氧化碳爆破第一次試驗照片如圖所示。

   此前最近的7次全尺寸爆破試驗都是在二氧化碳濃度較高的情況下進行的,結果表明,為了阻止二氧化碳管道中的延性斷裂擴展,必須對預測結果進行修正,即實測韌性與預測韌性的比值需要大于或等于2.39,而止裂壓力與飽和壓力的比值需要大于或等于1.14。

   二氧化碳管道項目第一次爆破試驗的斷裂路徑如圖所示。根據本項目發布的第一次爆破試驗結果,在試驗段東側,斷裂從起裂管通過1E、2E,然后進入東端的3E管中1040 mm止裂。在西端,斷裂擴展通過管道1W和2W,進入3W管中4865mm止裂?偟膩碚f,試驗是成功的,斷裂均在3W和3E管中止裂,符合預測結果。第2次試驗將采取試驗段半埋地方式,研究回填方式和氣候、風速對二氧化碳擴散的影響。試驗結果分析得出如下結論:BTCM模型定性、合理地描述了鋼管在試驗中的相對行為;預測的流變應力和韌性的相對影響與觀測結果不符;模型對韌性的敏感性不高,與觀測結果不符;裂紋尖端壓力明顯低于二維等熵減壓模型理論預測的飽和壓力。

  這些結論進一步支持了此前幾次爆破試驗的結論,即BTCM雙曲線模型可以定性但不能定量地預測二氧化碳管道中的延性斷裂行為,需要開發一種新的二氧化碳管道止裂條件的預測模型。爆破試驗取得的這些成果將進一步推動CCS技術的發展和二氧化碳輸送管道的開發。我國的CCS項目也已提上日程,但關于二氧化碳管道的斷裂控制研究還是空白,急需加快進程。

 
 

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