超临界CO_2管道多级放空装置设计及实验研究

放空流程设计是高压管道设计的必要环节,基于Joule-Thomson效应原理,设计了用于放空过程研究的撬装实验装置,进行了超临界CO_2多级放空实验研究。综合考虑了管道强度、节流管末段稳压、瞬态喷射力及噪声安全防护等因素,确保实验安全可靠。实验研究了多级放空过程中管内流动参数的变化规律及管外气云喷射扩散规律,为超临界CO_2管道放空设计提供的新思路。

内压波动下的CO_2管道轴向表面裂纹疲劳扩展研究

超临界态CO2的管道运输是目前国际上控制大气中CO2等温室气体过度排放的碳捕捉与封存计划中的重要一环。因此,在内压波动作用下,研究CO2管道内表面裂纹的疲劳扩展路径问题具有重要意义,这是应用"破前漏"断裂准则判断压力管道安全性的关键。该文借助线弹性断裂力学的基本理论,基于ABAQUS平台建立了包含单一半椭圆型轴向内壁裂纹的三维有限元管段模型。该模型应用虚拟裂纹闭合法,可实现在管端轴力及弯矩、内压等载荷作用下的裂纹前沿断裂力学参数的提取。基于该断裂力学有限元模型,该文以两种薄壁CO2管道(厚径比:t/R=1/10和t/R=1/27.3)为研究对象,主要研究了在其各自特定工作内压作用下,不同初始裂纹深径比(?0≤1)的半椭圆型轴向内壁裂纹由于内压波动引起的疲劳扩展问题。详细分析了初始裂纹深径比?0分别为1、2/3、1/2、1/4、1/6和1/8等六种内表面裂纹的疲劳扩展路径;绘出了各种裂纹体的阶段性扩展轮廓并比较了其各自的疲劳扩展寿命。同时,亦讨论了管道厚径比对裂纹扩展趋势的影响。数值分析结果表明,裂纹体的初始几何形状与裂纹的疲劳扩展路径密切相关。各类裂纹的疲劳扩展存在一条"渐近路径",该"渐近路径"与管道厚径比有关。