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管道起裂后会产生两种裂纹失稳扩展,即脆性断裂失稳扩展和延性断裂失稳扩展。由于长输管道难以完全避免起裂,因此控制失稳扩展是非常重要的。
脆性断裂发生在延性- 脆性转变温度以下。起裂时,脆性断裂的扩展速度同破裂面中剪切面积所占百分比有关。剪切面积所占百分比越大,则扩展速度就越低。破裂时,管中介质减压波的速度超过钢管的断裂扩展速度,则裂纹 的应力由于压力降低而迅速减小,从而可达到止裂。对于这种断裂,一般采用在某一温度下,对管道进行落锤撕裂试验(DWTT)加以检验。控制试件破裂面中剪切面积不低于某一百分比,也可达到止裂。1960年美国的一条直径为30英寸的管道,在气压试验时发生脆性断裂,撕裂长度达13公里。中国是早用木竹管道输送天然气的 。木竹管作为特殊运输工具是沿用秦汉时期(公元前 200余年)输送卤水的竹木笕而发展起来的。
据史料记载,公元前61年中国就在鸿门(今陕西省临潼东北)、临邛(今四川省邛崃县)等地已有火井(天然气井)。西晋张华《博物志》有“盆盖井上,煮盐得盐”的记载;东晋常璩《华阳国志》有“以竹筒盛其光,藏之曳行,终日不灭”的记载。明宋应星《天工开物》(1637年)对于用竹管输气作为燃料有详细的描述:“长竹剖开,去节,合缝,漆布,一头插入井底,其上曲接,以口紧对釜脐。”清范声山《花笑庼杂记》(1844年)记载管道输气的情况说:“一井口接数十竹者,并每竹中间复横嵌竹以接之。”可见输气的竹管已发展到多管输送和纵横衔接的分输的程度。输送距离也从“周围砌灶”(《川盐记要》)的就地取材使用发展到“以竹筒引之百步千步”(《富顺县志》)的长度。公元1600年前后,四川省自流井气田不但在平地敷设管道,而且“高者登山,低者入地”,输卤水的“渡水之枧,则于河底掘沟置笕,凿石为槽覆其上,又用敞盐锅镇之,以防水涨冲激”,并有“凌空构木若长虹……纵横穿插,逾山渡水”等记载,说明当时管道地面建设的技术发展已达一定水平。由于木竹管道制作简单,又能耐腐蚀和便于就地取材,因而从古代直到中华人民共和国成立以前,在中国浅气层低压天然气集输中起过巨大作用。中国是早用木竹管输送天然气的 。1600年前后,四川省自流井气田不但在平地敷设管道,而且“高者登山,低者入地”,“于河底掘沟置笕,凿石为槽覆其上”。中国现代天然气运输管道,多集中在天然气主要产地四川省。1963年建成了 条巴渝输气管道,管径为426毫米,全长54.7千米。到1983年已建成从川东经重庆、泸州、威远至成都、德阳等地,沟通全省的输气管道网,管径426毫米~720毫米,全长2,200多千米,设有集配气站178座,年输量50亿~60亿立方米。
世界输气管道也经历了与中国相似的发展过程。18世纪以前,输气管道也使用木竹管。18世纪后期用铸铁管,19世纪90年代开始使用钢管。输气动力开始全靠天然气井口压力,1880年,美国采用蒸汽驱动的压气机。20世纪20~30年代采用了双燃料发动机驱动的压气机给管内天然气加压,输气压力从原来5883.6帕上升到27,440帕~41,160帕。输送距离也越来越长。后来又出现了规模巨大的管网系统。60年代开始,在天然气进出口国之间,相继建成了许多跨国管道,如由苏联经原捷克和斯洛伐克、奥地利、德国的1780千米的输气管道;由奥地利到意大利的长774千米的管道;由阿尔及利亚经突尼斯、地中海和突尼斯海峡到意大利的全长2,500千米的管道等。到1983年时,世界输气管道总长达到91.34万千米。长距离输气管道普遍采用压气机增压输送。输气管道在管材选用、提高输送效率、实现全线自动化等方面的技术也有了迅速的发展。管材广泛采用X—60低合金钢(度极限41,160帕),并开始采用X—65、X—70等更高强度的材料。为降低管道内的摩擦阻力,426毫米以上的新钢管已普遍采用内涂层。此外还开展了不同物性的气体在同一管道中顺序输送,以及-70℃低温、75,460帕高压的气态和液态天然气管道输送试验。
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