GB/T 48325-2026 氢气管道焊接接头氢相容性试验方法

前言

本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由全国氢能标准化技术委员会(SAC/TC 309)提出并归口。

本文件起草单位:浙江大学、中国标准化研究院、国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司、中国石油工程建设有限公司西南分公司、国家电投集团科学技术研究院有限公司、国家管网集团工程技术创新有限公司、合肥通用机械研究院有限公司、浙江工业大学、北京科技大学、中国石油天然气管道科学研究院有限公司、中石化石油工程设计有限公司、安科工程技术研究院(北京)有限公司、天津钢管制造有限公司、香港特别行政区政府机电工程署、浙江能源天然气集团有限公司、中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司、杭州钱江燃气有限公司、中国石油大学(华东)、石家庄安瑞科气体机械有限公司。

本文件主要起草人:花争立、杨燕梅、彭世垚、汤海、李天雷、施建峰、周道武、孙晨、汪凤、周煜、张林张雷、杨叠、王修云、王智、杨志文、李艳、朱华颖、周鲁立、赵国华、陈石义、管金鑫、任渊源、邵凌潇裴业斌、杜洋、王红霞、王中震、李科、光旭。

1 范围

本文件描述了金属和非金属氢气管道焊接接头氢相容性试验方法。

本文件适用于氢气管道及掺氢天然气管道焊接接头氢相容性的测定。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 228.1 金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法

GB/T 3075 金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法

GB/T 3634.2 氢气 第2部分:纯氢、高纯氢和超纯氢

GB/T 5832.1 气体分析 微量水分的测定 第1部分:电解法

GB/T 5832.2 气体分析 微量水分的测定 第2部分:露点法

GB/T 6285 气体中微量氧的测定 电化学法

GB/T 6398 金属材料 疲劳试验 疲劳裂纹扩展方法

GB/T 19806 塑料管材和管件 聚乙烯电熔组件的挤压剥离试验

GB/T 19808 塑料管材和管件 公称外径大于或等于90 mm 的聚乙烯电熔组件的拉伸剥离试验

GB/T 19810 聚乙烯(PE)管材和管件 热熔对接接头 拉伸强度和破坏形式的测定

GB/T 21143 金属材料 准静态断裂韧度的统一试验方法

GB/T 26077 金属材料 疲劳试验 轴向应变控制方法

GB/T 28726 气体分析 氦离子化气相色谱法

GB/T 28896 金属材料 焊接接头准静态断裂韧度测定的试验方法

GB/T 29729 氢系统安全的基本要求

GB/T 34542.2 氢气储存输送系统 第2部分:金属材料与氢环境相容性试验方法

GB 50058 爆炸危险环境电力装置设计规范

3 术语和定义

GB/T 34542.2、GB/T 28896和 GB/T 29729界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

氢气管道 gaseous hydrogen pipelines

输送氢气摩尔分数大于3%的含氢混合气的管道。

3.2

金属管道焊接接头 welding joints of metallic pipes

采用焊接方式将金属管材母材连接形成的接头

注:包括焊缝、熔合区、热影响区及邻近母材。

3.3 非金属管道焊接接头 welding joints of non-metallic pipes

采用焊接(熔接)的方式将非金属管材或管件的连接部位加热至熔融状态,冷却凝固后形成的接头组件。

注:分为热熔接头、电熔接头两类

4 金属氢气管道焊接接头氢相容性试验方法

4.1 通则

对于壁厚大于或等于5 mm 的管道,试验项目包括但不限于慢应变速率拉伸试验、焊接接头疲劳试验、疲劳裂纹扩展速率试验和断裂韧度试验;对于壁厚小于5 mm 的管道,试验项目包括但不限于整管氢气爆破试验和氢环境整管疲劳试验;当管道壁厚大于或等于5 mm,但因管径偏小难以加工标准断裂韧度试样时,可参照小壁厚管道要求进行整管试验。以上各项试验中平行试验数量均不应少于 3 个

4.2 取样

4.2.1.1 光滑拉伸试样应符合 GB/T 228.1中的相关要求,且试样标距段的粗糙度应小于或等于0.8 μm 。焊缝区试验宜采用跨焊缝试样,标距段应包含焊缝、热影响区和母材,且焊缝位置居中。
4.2.1.2 缺口拉伸试样应符合 GB/T 34542.2中的相关要求。焊缝试样缺口应位于焊缝中心,热影响区试样缺口宜位于熔合线加 1 mm 位置。
4.2.1.3 环向焊接接头取样位置示意图见图1 a):对于母材试样,取样位置应远离焊缝,且宜选择管道横向方向取样[见图1 a)中位置1];当管材无法满足横向取样时,可选择纵向取样[见图1 a)中位置2];对于焊缝和热影响区试样,宜选择管道纵向方向取样[见图1 a)中位置3~位置5]。
4.2.1.4 螺旋焊缝管取样位置示意图见图1 b):对于母材试样,取样位置与邻近焊缝的距离不应小于螺旋焊缝螺距的1/4,且宜选择管道横向方向取样[见图1 b)中位置1],当管材无法满足横向取样时,可选择纵向取样[见图 1 b)中位置 2];对于焊缝和热影响区试样,宜选择垂直于螺旋焊缝方向取样[见图1 b)中位置3~位置5]
4.2.1.5 直焊缝管取样位置示意图见图1 c):对于母材试样,取样位置与焊缝中心应至少间隔90,且试样宜选择管道横向方向取样[见图1 c)中位置1],当管材无法满足横向取样时,可选择纵向取样[见图1 c)中位置2];对于焊缝和热影响区试样,宜选择管道横向方向取样[见图1 c)中位置3~位置5]。

4.2.2.1 应采用跨焊缝光滑疲劳试样,试样标距段应包含焊缝、热影响区和母材,焊缝位置应居中且母材区域长度不应小于焊缝区域长度。
4.2.2.2 试样平行段直径宜在管道壁厚许可范围内选取最大加工尺寸,且标距段的粗糙度应小于或等于0.8 μm 。
4.2.2.3 环向焊接接头、螺旋焊缝管和直焊缝管取样示意图分别见图1 a)中位置5、图1 b)中位置5和图1 c)中位置5。

标引序号说明:

1———横向(T)取样;
2———纵向(L)取样;
3———纵向(L)取样,且试样缺口位于焊缝中心;
4———纵向(L)取样,且试样缺口位于热影响区;
5———纵向(L)取样,跨焊缝试样,且试样中心位于焊缝中心。

标引序号说明:

1———横向(T)取样,且取样位置与邻近焊缝的距离不应小于螺旋焊缝螺距的1/4;
2———纵向(L)取样,且取样位置与邻近焊缝的距离不应小于螺旋焊缝螺距的1/4;
3———垂直于螺旋焊缝方向取样,且试样缺口位于焊缝中心;
4———垂直于螺旋焊缝方向取样,且试样缺口位于热影响区;
5———垂直于螺旋焊缝方向取样,跨焊缝试样,且试样中心位于焊缝中心。

b) 螺旋焊缝管取样位置示意图

图1 慢应变速率拉伸和焊接接头疲劳试验取样位置示意图

标引序号说明:

1———横向(T)取样;

2———纵向(L)取样;

3———横向(T)取样,且试样缺口位于焊缝中心;

4———横向(T)取样,且试样缺口位于热影响区;

5———横向(T)取样,跨焊缝试样,且试样中心位于焊缝中心。

c) 直焊缝管取样位置示意图

图1 慢应变速率拉伸和焊接接头疲劳试验取样位置示意图 (续)

4.2.3.1 疲劳裂纹扩展速率和断裂韧度试样应分别符合 GB/T 6398和 GB/T 21143的要求。
4.2.3.2 试样的厚度宜大于或等于管道壁厚的85%。
4.2.3.3 断裂韧度试样宜采用开侧槽的紧凑拉伸试样。
4.2.3.4 焊缝试样预制裂纹面应位于焊缝中心,热影响区试样预制裂纹面宜位于熔合线加1 mm 位置。
4.2.3.5 环向焊接接头取样位置示意图见图2 a):对于母材试样,取样位置应远离焊缝,且宜选择 TL方向取样[见图2 a)中位置1];对于焊缝和热影响区试样,宜选择 LT 方向取样[见图2 a)中位置2和3]。
4.2.3.6 螺旋焊缝管取样位置示意图见图2 b):对于母材试样,取样位置与邻近焊缝的距离不应小于螺旋焊缝螺距的1/4,且宜选择 TL方向取样[见图2 b)中位置1];对于焊缝和热影响区试样,宜选择裂纹面平行于螺旋焊缝方向取样[见图2 b)中位置2和3]
4.2.3.7 直焊缝管取样位置示意图见图2 c):对于母材试样,取样位置与焊缝中心应至少间隔90,且宜选择 TL方向取样[见图2 c)中位置1];对于焊缝和热影响区试样,宜选择 TL方向取样[见图2 c)中位置2和3]。

标引序号说明:

1———TL方向取样;

2———LT方向取样,且裂纹面位于焊缝中心;

3———LT方向取样,且裂纹面位于热影响区。

注:第一个字母表示裂纹面的垂直方向,第二个字母代表预期的裂纹扩展方向;

TL方向取样,裂纹面的法线平行于管道横向方向,预期的裂纹扩展方向为管道的纵向方向;

LT方向取样,裂纹面的法线平行于管道纵向方向,预期的裂纹扩展方向为管道的横向方向

标引序号说明:

1———TL方向取样,且试样中心与邻近焊缝的距离不应小于螺旋焊缝螺距的1/4;

2———裂纹面平行于螺旋焊缝方向取样,且裂纹面位于焊缝中心;

3———裂纹面平行于螺旋焊缝方向取样,且裂纹面位于热影响区。

b) 螺旋焊缝管取样位置示意图

图2 疲劳裂纹扩展速率和断裂韧度试验取样位置示意图

标引序号说明:

1———TL方向取样;
2———TL方向取样,且裂纹面位于焊缝中心;
3———TL方向取样,且裂纹面位于热影响区。

c) 直焊缝管取样位置示意图

图2 疲劳裂纹扩展速率和断裂韧度试验取样位置示意图 (续)

整管氢气爆破和氢环境整管疲劳试验试样要求如下:

a) 试验管段应包含焊接接头,焊接接头应位于试验管段中间位置,如图3所示;
b) 应保证试样非夹持段的总长度不小于管道公称直径的10倍。

标引序号说明:

1———焊接接头。

图3 整管氢气爆破和氢环境整管疲劳试验试样示意图

4.3 测试装置及测试环境

测试装置规则如下:

a) 除整管氢气爆破试验外,4.1规定的其他试验所用测试装置应满足 GB/T 34542.2的要求;
b) 宜采用内部载荷测量装置进行力的测量;应保证内部载荷传感器和引伸计等测量装置在高压氢气环境中的稳定性;当采用外部载荷测量装置时,应根据 GB/T 34542.2的要求对测量值进行修正;

c) 测试装置中所用测量仪器的安全和防爆性能应符合 GB/T 29729和 GB 50058的规定;

d) 装置的进气通道布置应评估混合气体环境试验中对多路进气入口的需求,且通道和环境箱设计应评估后续加热脱气的便利性;
e) 试验环境箱的温度传感器宜靠近试样布置;若无法贴近试样表面,可通过充分保温、恒温确保试样本体温度达到并稳定在预设温度;
f) 整管氢气爆破试验宜在室外露天环境开展,管道周围应设置防爆墙或其他阻隔装置,且试验前应计算爆破能量,设置足够的安全距离;
g) 整管氢气爆破试验场地应设置氢气浓度监测报警装置,配备惰性气体吹扫系统;
h) 整管氢气爆破试验中,管道内部可填充高密度聚乙烯等轻质、化学性质稳定且不与氢气发生反应的材料;
i) 氢环境整管疲劳试验中宜采用自紧式夹具,结构可参考附录 A。

4.3.2.1 试验气体

4.3.2.1.1 试验用氢气应满足 GB/T 3634.2中高纯氢的技术要求。
4.3.2.1.2 对于掺氢天然气管道,试验气体的具体组分应根据管道实际服役气体环境确定。其中二氧化碳与实际服役气体环境中的摩尔分数差值不宜超过10%,硫化氢含量不宜低于实际气体中的含量,一氧化碳和氧气含量均不宜超过0.0001%。

4.3.2.2 气体置换

4.3.2.2.1 试验装置内部气体的置换应满足 GB/T 34542.2的要求。
4.3.2.2.2 气体置换结束后,一氧化碳和氧气摩尔分数均应小于或等于0.0001%,水的摩尔分数应小于或等于0.0005%。其中一氧化碳和氧气含量应按 GB/T 28726或 GB/T 6285的规定检测,水含量应按GB/T 5832.1或 GB/T 5832.2的规定检测。
4.3.2.2.3 试验系统内一氧化碳、氧气和水的含量在连续3次测试中均满足4.3.2.2.2的要求时,6个月内无需检测试验系统内的一氧化碳、氧气和水含量;若试验系统经过维修、更换部件或停用超过15 d重新启用,即使仍在6个月内,也应重新进行气体含量检测

4.3.2.3 试验温度

4.3.2.3.1 确定试验温度时应评估温度对材料氢相容性的影响,输氢用管线钢宜在室温下进行试验,但对于最低设计温度低于-10 ℃的管道,除在常温下开展试验外,还宜在最低设计温度下开展材料在氢环境下的断裂韧度试验。

4.3.2.3.2 试验过程中环境箱内温度波动宜控制在±2 ℃以内。
4.3.2.3.3 环境对比试验和相应高压氢环境相容性试验应取相同的试验温度

4.3.2.4 试验压力

4.3.2.4.1 除整管氢气爆破试验外,4.1规定的其他试验中氢气分压和气体总压均不应低于实际服役气体环境。
4.3.2.4.2 试验过程中,因温度变化或气体泄漏导致环境箱内压力降低超过试验压力的1%时,可对环境箱进行补压,补压后应保证环境箱内压力不超过试验压力的2%,且补压后氢气和硫化氢的含量不应低于服役气体环境中可能出现的最高值
4.3.2.4.3 当采用环境箱中直接配制混合气体的方式进行试验时,环境箱中压力达到设定压力后,在试验开始前至少应保压 1 h,压力和温度稳定后方可进行试验,且同组对比试验中该间隔时间应保持

一致。

4.3.2.4.4 环境对比试验和相应高压氢环境相容性试验应取相同的试验压力

4.4 试验过程及要求

4.4.1.1 试验应采用恒位移速率加载,宜采用引伸计测量试样的变形。

4.4.1.2 对于光滑圆棒试样的标距段应变速率不应超过 2 ×10^-5 s^-1 ;对于缺口圆棒试样,当采用GB/T 345422规定的标准试样尺寸时应变速率不应超过 2 ×10^-6 s^-1 采用非标准缺口尺寸时,应通过预试验确定合理的应变速率,确保试验处于应变速率不敏感区间。

4.4.1.3 试验过程应满足 GB/T 228.1的相关要求。

4.4.2.1 试验应采用应变控制,应变比宜根据管道服役过程中可能出现的最大压力波动比确定,但一般不超过 0.8;宜在不低于0.2%的最大塑性应变量下开展试验。

4.4.2.2 加载波形应采用三角波或正弦波。

4.4.2.3 加载频率不应大于1 Hz,宜取0.1 Hz~1 Hz。

4.4.2.4 试验过程应满足 GB/T 26077的相关要求。

4.4.3.1 应力比(R)宜根据管道服役过程中可能出现的最大压力波动比确定,但一般不超过0.8;当采用 R=0.1开展试验时,该试验数据不宜用于管道压力波动下限值和上限值的比值大于0.1的工况

4.4.3.2 疲劳裂纹扩展速率测试的应力强度因子范围(ΔK)宜依据管道服役疲劳载荷谱确定,相应试验数据用于疲劳寿命分析时,试验的 ΔK 区间宜能完整覆盖服役工况对应的 ΔK 变化区间

4.4.3.3 加载频率不应大于1 Hz,宜取0.1 Hz~1 Hz。

4.4.3.4 试验过程应满足 GB/T 6398的相关要求。

4.4.4.1 测试应采用恒位移速率加载,并以试样缺口张开位移或者试验机的横梁位移为控制量。

4.4.4.2 对于碳钢和低合金钢,试验的加载速率应保证试样裂纹尖端应力强度因子随时间变化速率小于1 MPa · √m / min 。

4.4.4.3 试验过程应满足 GB/T 28896中的相关要求。

4.4.5.1 测试系统和试样中抽真空和气体置换后,检查试样温度变化情况,当试样温度达到试验温度后,对试样内部采用试验气体进行增压。

4.4.5.2 试样宜按照线性增压的方式增压至爆破,压力超过管道公称工作压力后升压速率不宜高于1 MPa/h,含氢气体试验和环境对比试验中气体升压速率应保持一致。

4.4.5.3 试验过程中应记录升压曲线。

4.4.6.1 试验宜采用应力控制,应力比宜根据管道服役过程中可能出现的最大压力波动比确定,但一般不超过0.8。

4.4.6.2 加载波形应采用三角波或正弦波。
4.4.6.3 加载频率不应大于1 Hz,宜取0.1Hz~1 Hz。
4.4.6.4 试验过程应满足 GB/T 3075的相关要求。

4.5 试验报告

试验报告应至少包括以下内容。

a) 试验条件:

1) 材料牌号、规格、化学成分、热处理状态与焊接工艺信息(包含焊接方法、焊接工艺参数与焊材等);
2) 试样取样位置、取样方位、尺寸与表面状态;
3) 气体纯度、混合气体组分、试验温度与试验压力;
4) 试验箱温度-时间曲线与压力-时间曲线。

b) 试验参数:

1) 慢应变速率拉伸试验:应变速率;
2) 焊接接头疲劳试验:加载波形、频率与应变比;
3) 疲劳裂纹扩展速率试验:预制裂纹结束时的应力强度因子范围、裂纹长度及其测量方法,试验时的载荷幅值、应力比、波形与频率;
4) 断裂韧度试验:加载速率,位移控制方法;
5) 整管氢气爆破试验:升压速率;
6) 氢环境整管疲劳试验:加载波形、频率与应变比。

c) 试验结果:

1) 慢应变速率拉伸试验:应力-应变曲线、屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率;
2) 焊接接头疲劳试验:应力-应变曲线、疲劳裂纹启裂位置和扩展路径、疲劳寿命;
3) 疲劳裂纹扩展速率试验:裂纹扩展速率与应力强度因子范围的关系曲线、裂纹尖端是否位于目标区域的确认结果;
4) 断裂韧度试验:断裂韧度值、裂纹尖端是否位于目标区域的确认结果;
5) 整管氢气爆破试验:断口形貌和区域、断口与焊缝的相对位置、爆破压力;
6) 氢环境整管疲劳试验:疲劳寿命、疲劳裂纹启裂位置和扩展路径、断口形貌特征。

5 非金属氢气管道焊接接头氢相容性试验方法

5.1 通则

对于电熔接头且管道公称外径 d_n<90 mm 试验项目包括但不限于整管氢渗漏试验、整管氢气静压试验和挤压剥离试验;对于电熔接头且管道公称外径 d_n≥90 mm 试验项目包括但不限于整管氢渗漏试验、整管氢气静压试验和拉伸剥离试验;对于热熔接头,试验项目包括但不限于整管氢渗漏试验、整管氢气静压试验和拉伸强度试验。以上各项试验平行试验数量均不应少于3个

5.2 取样

5.2.1 用于挤压剥离试验 (d_n<90 mm) 的试样应满足 GB/T 19806中的相关要求。
5.2.2 用于拉伸剥离试验 (d_n≥90mm) 的试样应满足 GB/T19808中的相关要求。
5.2.3 用于拉伸强度试验的试样应满足 GB/T 19810 中的相关要求。
5.2.4 整管氢渗漏试验和整管氢气静压试验试样要求如下:

a) 试验管段应包含焊接接头,焊接接头应位于试验管段中间位置;
b) 应保证试样非夹持段的总长度不小于管道公称直径的5倍;
c) 试样试验前应经过无损检测与安全评定。

5.3 测试装置及测试环境

5.3.1.1 整管氢渗漏测试装置示意图见图4,测试装置规则如下:

a) 测试装置宜放置于开放环境,装置周围应设置防爆墙或其他阻隔装置;
b) 测试装置应具备温度控制功能,试验过程中温度传感器记录温度与设定试验温度偏差不宜超过1℃;
c) 应检查安装完端部密封件后的管道和真空腔的密封性能,宜采用便携式氢浓度传感器紧贴端部密封件检测氢气泄漏量,其测试值宜小于0.0001%;
d) 测试装置中压力传感器量程宜为试验达到平衡时真空腔内压力的1.5倍~2.5倍,传感器分辨率应小于0.01%;
e) 测试装置中压力传感器和氢浓度传感器的数据测量频率应不低于1 Hz;
f) 测试装置宜采用氟橡胶作为密封圈材料,密封圈漏率不宜高于 4.2×10^-8Pacdotm³/s

标引序号说明:

1———压力源;
2———减压阀;
3———压力传感器;
4———恒温水箱;
5———管道试样;
6———温度传感器;
7———加热装置。

图4 管道氢渗漏测试装置示意图

5.3.1.2 整管氢气静压测试装置示意图见图5,测试装置规则如下:

a) 测试装置宜放置于开放环境,装置周围应设置防爆墙或其他阻隔装置;
b) 试样两端应安装有密封接头,密封接头与加压装置相连,加压装置宜持续均匀地向试样施加所需的压力;
c) 试样密封后应放置于恒温水箱中保持恒定的温度,恒温水箱平均温差不超过±1 ℃;
d) 恒温水箱中多个试样之间以及试样与恒温水箱之间不宜直接接触;
e) 测试装置应能记录试验过程中的压力-时间曲线。

标引序号说明:

1———压力源;
2———减压阀;
3———压力传感器;
4———真空腔;
5———管道试样;
6———真空泵;
7———加热装置。

图5 管道氢气静压测试装置示意图

5.3.2.1 试验气体

5.3.2.1.1 试验用氢气应满足 GB/T 3634.2中纯氢的技术要求。
5.3.2.1.2 对于含氢混合气输送的管道,试验用气体环境应根据管道实际服役时的气体组成确定。

5.3.2.2 气体置换

非金属管道焊接接头的整管氢渗漏试验和整管氢气静压试验中气体置换要求如下:

a) 试验前,应用氮气或惰性气体对试验系统和供氢管路系统进行置换,置换用氮气或惰性气体的纯度应大于或等于99.99%;
b) 通入试验气体前,应检测试验装置内氧气体积分数,其值不应高于1%。

5.4 试验过程及要求

5.4.1.1 试验前,应将试样置于氢气环境中静置,静置时间不应小于 t₀ 。 t₀ 按下式计算:

t₀ =0.8e_n²(1)

式中:

t₀ 试样在氢气环境中的最短静置时间,单位为小时(h);

e_n 非金属管道公称壁厚的数值,单位为毫米(mm)。

当 e_n 小于3 mm 时, ,t₀ 取7.2 h。静置和试验期间的氢气压力均不应低于管道实际服役压力,静置结束后应在 1/4t₀ 内完成试验。

5.4.1.2 试验过程应满足 GB/T 19806的相关要求。

5.4.2.1 试验前,应将试样置于氢气环境中静置,静置时间不应小于 t₀[t₀ 按公式(1)计算]。静置和试验期间的氢气压力均不应低于管道实际服役压力,静置结束后应在 1/4t₀ 内完成试验。

5.4.2.2 试验过程应满足 GB/T 19808的相关要求。

5.4.3.1 试验前,应将试样置于氢气环境中静置,静置时间不应小于 t₀[t₀ 按公式(1)计算]。静置和试验期间的氢气压力均不应低于管道实际服役压力,静置结束后应在 1/4t₀ 内完成试验。

5.4.3.2 试验过程应满足 GB/T 19810的相关要求。

5.4.4.1 试验宜在试验温度 (23±1)℃ ,相对湿度(50±10)%环境下进行试验。当焊接接头设计温度为40 ℃以上时,还应开展设计温度下的焊接接头氢渗漏试验

5.4.4.2 试验中氢气分压和气体总压均不应低于实际服役工况。试验过程中不应对管道试样内部进行补压。

5.4.4.3 试验前应对待测试样进行放气预处理,先将非金属管道表面清理干净无油污后,放置于真空腔中,将真空腔内部抽气后静置,一段时间后观察真空腔内压力变化情况,若无明显压力升高则视为放气完成。

5.4.4.4 试样两端密封后放入真空腔中,试样一端的密封封头设置接口与设备管路相连接;启动真空泵对试样内部和真空腔内部进行抽气,抽气后试样和真空腔内压力应不高于 50 Pa

5.4.4.5 对装置整体进行气体置换后,向试样内部持续充入氢气直至试样内部压力达到试验压力,开始计时。

5.4.4.6 试验过程中检查真空腔内因氢气渗漏引起的压力变化情况或氢气浓度变化情况,记录真空腔内压力变化曲线或氢气浓度变化曲线。

5.4.4.7 绘制压力变化曲线或氢气浓度变化曲线,直至曲线呈线性后,管道氢渗漏达到平衡,结束试验。

5.4.4.8 如试验过程中曲线出现突然上升,则试验无效,应更换密封封头并检漏后重新开展试验

管道氢渗漏速率按公式(2)计算:

Q = (Deltap)/(Deltat) × V/RT × 1/pL(2)

式中:

Q 管道氢渗漏速率,单位为摩尔每米秒帕[ mol/(m⋯cdotPa) ;

(Deltap)/(Deltat) 试验过程中渗漏达到平衡时的真空腔内压力时间曲线斜率,单位为帕每秒 (Pa/s) ;

V 放入试样后的真空腔容积,单位为立方米 (m³) ;

R 摩尔气体常数,数值取8.314 J/(mol·K) ;

T 试验温度,单位为开尔文(K);

p 试验压力,单位为帕 (Pa)

L 试验试样的长度,单位为米(m)。

5.4.4.9 如试验装置中采用氢浓度传感器对氢渗漏进行监测,则绘制氢浓度-时间曲线,并按公式(3)计算得到管道的氢渗漏速率:

Q = (Deltan)/(Deltat) × 1/pL(3)

式中:

Q 管道氢渗漏速率,单位为摩尔每米秒帕 [mol/(m⋯cdotPa)]

Deltan 试验过程中渗漏达到平衡时的真空腔内氢浓度时间曲线斜率,单位为摩尔每秒 (mol/s) Deltat

p 试验压力,单位为帕(Pa);

L 试验试样的长度,单位为米(m)。

5.4.5.1 试验温度宜参照 GB/T 15558.3的要求确定。
5.4.5.2 试验压力宜参照 GB/T 15558.3中静液压强度试验的环应力要求,根据试样尺寸与环应力计算得到氢气静压试验压力。试验过程中,压力偏差应保持在试验压力的-1%~2%范围内
5.4.5.3 试验时间宜参照 GB/T 15558.3的要求,依据焊接接头材料、试验温度与试验压力确定。
5.4.5.4 试样应参照 GB/T 6111方法进行状态调节,状态调节后在试样两端安装密封接头,并放置于恒温水箱中。
5.4.5.5 对试验装置和试样进行气体置换,试样温度达到试验温度后,向试样内部均匀平稳地充入试验气体,使得试样内部压力增至试验压力,达到试验压力时开始计时。
5.4.5.6 维持试样内部压力与水箱温度,直至试验达到5.4.5.3规定的时间或试样发生破坏;如试样发生破坏,记录其破坏类型。
5.4.5.7 试验过程中因温度变化或气体泄漏导致管道试样内压力低于试验压力的99%时,应对管道试样内进行补压,补压后管道试样内压力不应高于试验压力的102%。
5.4.5.8 如果试样破坏位置距离两端密封接头内侧边缘长度小于管道试样长度的1/10,则试验结果无效,应另取试样重新试验。

5.5 试验报告

试验报告至少应包括以下内容:

a) 注明按本文件进行试验;
b) 原材料名称、规格型号、焊接工艺参数(必要时);
c) 试样编号、尺寸(如长度、外径、内径等)、焊接接头位置、外观质量及数量;
d) 试验参数:

1) 挤压剥离试验:氢气环境静置时间与氢气环境压力;
2) 拉伸剥离试验:氢气环境静置时间、氢气环境压力与试验机拉伸速度;
3) 拉伸强度试验:试样类型、卷边是否去除、氢气环境静置时间与氢气环境压力;
4) 整管氢渗漏试验:试验温度、相对湿度、试验压力与试验装置放入试样后的真空腔容积;
5) 整管氢气静压试验:试验温度与试验压力;

e) 试验结果:

1) 挤压剥离试验:脆性剥离的百分比与破坏形式;
2) 拉伸剥离试验:最大断裂力、脆性剥离的百分比与破坏形式;
3) 拉伸强度试验:试样破坏类型与试样拉伸强度;
4) 整管氢渗漏试验:压力-时间曲线或氢浓度-时间曲线、最大氢渗漏速率;
5) 整管氢气静压试验:压力-时间曲线、如有破坏则记录其破坏类型和其他特征,以及试验期间及试验后观察到的现象。

附录 A (资料性)

氢环境整管疲劳试验夹具

氢环境整管疲劳试验夹具见图 A.1。

标引序号说明:

1———加载杆螺纹连接装置;
2———夹头座;
3———碟形弹簧;
4———轴承钢球;
5———压板;
6 ———金属塞头;
7———压紧法兰;
8———螺栓;
9— —— 钢管试样。

图 A.1 氢环境整管疲劳试样夹具图

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