[发明专利]一种煤制气管道渗透氢含量的测定试验方法

说明书

本发明属于油气管材试验领域，尤其涉及一种煤制气管道渗透氢含量的测定实验方法，解决了现有技术中对管道输气过程中金属材料的氢脆现象检测困难的问题。本发明提供了一种测量实验室模拟工况环境下钢中氢含量的试验方法和设备，包括：密封罐、压力表、进气管和阀门。试验时，在密封罐中放入需要充氢的试样，然后充入氮气完成高纯氮气置换排空氧气，再充入氢气达到预定压力后封闭装置进行金属充氢试验。金属充氢完成后，立即取出金属试样进行测氢实验。本发明可考察不同氢分压、不同载荷、不同预制裂纹长度对管线钢中氢含量的影响，为煤制气管道输送含氢介质的安全性提供评价数据。

技术领域

本发明涉及油气管材试验领域，尤其涉及一种煤制气管道渗透氢含量的测定试验方法。

背景技术

处于建设之中的中石化新疆煤制气管道工程(新粤浙管道)、鄂安沧管道工程将是世界上第一条和第二条长距离煤制天然气输送管道。受土地、环保、建设、运营等因素制约，新疆煤制气管道工程(新粤浙管道)以及鄂安沧管道工程部分管段必须采用X80高钢级管线钢进行高压输送。常温输送含H₂天然气介质的管道应用已经比较成熟，但多为低强度钢级，比如20、B(L245)、X52(L360)等，从目前了解的情况来看输送含H₂介质的管道最高也没有超过X70。新粤浙管道工程气源主要是准东地区煤制气和伊宁地区煤制气，气体中CO₂和H₂的含量之和为3％(mol％)，其中H₂的含量在2％左右；管线设计压力为12MPa，氢分压达到了0.24MPa；介质输送温度为常温，约30～40℃。本项目所用管道为X80钢级，强度等级较高，但目前针对X80管线钢在H₂环境下的腐蚀破坏的相关研究非常少，X80管线钢在H₂环境下的腐蚀机理和形式都还不清楚，实际的工程应用更是罕见。

金属材料的氢脆是指氢进人金属后，局部氢浓度达到饱和时，引起金属塑性下降、诱发裂纹或产生滞后断裂的现象。根据氢的来源，氢脆可分为内部氢脆和环境氢脆，前者是指金属材料在冶炼和加工过程如酸洗、电镀等中吸收了过量氢而造成，后者是指金属在硫化氢、氢气、水汽等环境中，氢进人金属造成性能损失。在氢气环境下，氢气会在金属表面吸附、溶解在金属中扩散、富集于特定部位。首先，气相中的氢分子通过无规则的热运动与金属表面发生碰撞，碰撞时通过物理吸附留在金属表面。部分吸附的氢分子在激活能作用下解离成原子氢与金属表面产生化学吸附。解离后的氢原子因亲合力作用，从金属表面进人金属晶格的空位或金属原子间的间隙，形成置换式或间隙式固溶体。随着氢原子的不断进入，由于浓度梯度的作用，氢原子在金属原子间隙中作扩散运动，使金属基体中的氢达到一定浓度。

管线钢中因焊接缺陷等原因有可能造成一定长度的裂纹，裂纹尖端较多的位错、微裂纹和内部缺陷可促进钢中的可扩散氢总量。采用热解吸附能谱仪(TDS)测定钢中氢含量，可以使钢中氢的测量精度达到0.01ppm，从而使得钢铁材料的氢脆定量研究成为可能。

现有技术中的测定金属渗透氢的方式不能准确模拟煤制气管道所处的氢气环境。由于煤制气管道渗透氢现象是发生在输气过程中，对管线钢的渗透氢含量测定困难。对不同气压和管线钢的渗透氢含量测定工作量大，处于非实时工况环境的管线钢又会产生一定程度渗透氢泄露，造成检测结果不够准确的问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种测量实验室模拟工况环境下钢中氢含量的试验方法和设备，可考查不同氢分压、不同载荷、不同预制裂纹长度对管线钢中氢含量的影响，从而为煤制气管道输送含氢介质的安全性提供评价数据。

本发明提供一种煤制气管道渗透氢含量的测定试验装置，包括：密封罐、压力表、进气管和阀门；

密封罐用于放置试验金属试样，以及模拟氢压环境；

压力表用于检测密封罐内的气体压力；

进气管用于向密封罐内通入气体或者将密封罐内气体排出；

阀门用于控制进气管的开闭。