杨明 尚臣

国家管网集团西部管道公司

摘要：西部管道公司利用自建的氢气管道试验测试平台对在役低钢级油气管道（X52钢级）和三种非金属管道开展6.3 MPa、60天输氢适应性评价，对充氢前后金属管道硬度、冲击、疲劳寿命、断裂韧性等力学性能开展评价测试，对非金属管道充氢前后密度、老化分层、纵向回缩率等指标开展评价测试。经测试评价，X52钢级管道管材基本力学性能影响不显著，对三种非金属管道增强层、外保护层的性能影响不显著，纵向回缩率无明显影响。

关键词：X52钢级；氢气管道；力学性能；非金属管道；充氢

1  研究背景

材料在临氢环境条件下的性能测试与表征，对输氢管道安全服役至关重要，开展输氢管道材料的临氢适应性评价是进行设计选材、检验检测及安全评价的基础。2023年初，西部管道科技信息服务中心联合国内多家科研单位和生产厂家，研制生产了输氢用高阻隔柔性复合管和塑料合金复合管，并依托氢气管道试验平台，对所研制的非金属管道及公司在役低钢级油气管道（X52钢级）进行了纯氢输送适应性试验，将试验管材放置在6.3 MPa压力纯氢环境下，经过60天保压试验后，研究材料经氢服役后的力学性能（图 1）。

图 1 氢气管道试验平台现场试验

2  试验评价内容

该研究以公司在役低钢级油气管道（X52钢级）及非金属管道为研究对象，开展材料高压充氢保压前后的物理化学性能、力学性能测试表征研究（表 1），通过对比分析给出评价结果。

表 1 金属管和非金属管试验内容

开展适应性试验的管材有X52钢级金属管、高阻隔柔性复合管、塑料合金复合管、热塑性复合管等（图 2）。

图 2 适应性试验管材

3  试验评价结果

（1）金属管。充氢、未充氢管道试验前后化学成分、金相组织、非金属夹杂物之间未见明显差异，化学成分均符合GB/T 9711―2017《石油天然气工业 管线输送系统用钢管》标准要求，金相组织形貌为条带状铁素体、珠光体。充氢、未充氢管道试验前后母材拉伸试验结果基本一致，拉伸性能指标无差异，满足GB/T 9711―2017标准要求。充氢、未充氢管道试验前后硬度、冲击、疲劳寿命、断裂韧性等力学性能指标均无显著性差异，断口在微观形貌上无显著性差异。6.3MPa、60天通氢条件对X52钢级管道管材基本力学性能影响不显著。

（2）非金属管。充氢前后对三种非金属管材宏观形貌及微观断裂机制的影响不显著。充氢前后高阻隔柔性复合管、热塑性复合管内衬材料各项性能指标未见明显异常，相关标准中规定的性能指标均可达到要求。充氢前后塑料合金复合管除氧化诱导期时间小于20min、结晶度较低外，其他性能指标均无异常。充氢前后对三种非金属管道纤维增强层、外保护层的性能影响不显著，对三种非金属管道纵向回缩率无明显影响。

4  结论

本次研究针对充氢（6.3 MPa，60天）、未充氢条件下的X52钢级金属管、高阻隔柔性复合管、塑料合金复合管、热塑性复合管开展了管材及整管性能分析试验研究，试验结果表明在目前的试验条件下，氢对试验管材的性能影响不显著。但由于该研究是先对管材进行通氢，然后进行试样加工及各项试验研究，测试状态并非材料在临氢环境中实施，存在通氢后、试验前材料内部氢逃逸等问题影响，因此对于材料在高压氢气实时作用下的性能仍需开展进一步研究论证。

作者简介：杨明，1985年生，高级工程师，就职于西部管道公司科技信息服务中心，主要从事油气、新能源储运技术、管道本质安全相关技术等研究。 联系方式：0991-7683080，yangming04@pipechina.com.cn。