基于CCUS 的CO2 管道延性断裂机理及止裂控制研究进展*

0 前 言

在碳中和目标下， CO

捕集利用与封存（CCUS） 技术扮演着越来越重要的角色， 它不仅可以实现减少CO

排放的目标， 而且有助于我国可持续发展战略的实现

。 依据达到碳中和目标所要实现的减排量和当前的技术发展潜力，CCUS 技术作为实现目标的一种战略选择， 需要在2050 年和2060 年分别实现7～15 亿t 和12～20 亿t 的CO

减排量

。 我国CCUS 技术起步较晚，目前整体仍处于工业示范阶段， 但是该技术发展被给予高度的重视， 相关研发与应用力度不断加大， 项目规模也在逐步扩大

。

出口导向主要指站内安装的出口导向牌、出口资讯牌以及三维街区图。主要用于告知地铁站周边500m范围内的各个出口信息。

CO

管道输送是实现CCUS 技术大力发展的关键环节， 对整个CCUS 的实施起着非常重要的作用

。 管道输送超临界/密相CO

是大规模运输CO

最经济、 可行的方法

。 但由于超临界/密相比气相、 液相具有更高的输送压力， 在泄漏等事故中容易造成较大的安全灾害

。 同时，由于CO

管道在运行或安装时可能存在第三方损伤、 管道缺陷、 焊接质量、 违规操作、 疲劳以及腐蚀等工程问题， 会造成初始裂纹的产生

。在管道内压的作用影响下， 初始裂纹会发生起裂， 进而裂纹发生快速扩展， 使得CO

管道在高压下发生泄漏或延性断裂等严重事故

。

由于CO

具备较高的焦耳-汤姆逊系数

，管道泄漏处会产生较大的温降， 进而导致管道韧性的急剧下降

。 CO

和天然气等介质在管道输送过程中具备不同的减压波规律， 一方面，CO

的减压波平台在CO

相变产生的饱和蒸汽压影响下逐步升高， 促使裂纹继续扩展； 另一方面， 低温环境更容易造成管道裂纹的扩展及断裂

。 因此， 关于CO

管道发生延性断裂后的止裂控制方法备受关注。

目前， 对基于CCUS 技术的CO

管道延性断裂机理及控制研究方面， 综述性文献比较缺乏，本研究基于CCUS 技术， 结合国内外研究进展，对CO

管道泄漏和减压过程中延性断裂机理以及止裂控制进行总结， 并提出了该领域亟待解决的问题， 助力CCUS 技术大力发展， 确保CO

管道安全。

1 管道延性断裂机理

法规和行业标准

要求CO

管道材料应具备预防脆性断裂、 抗起裂和限制裂纹延性扩展的能力。 其中预防脆性断裂是所有控制断裂方案的基础， 管道脆性断裂的裂纹驱动力仅来源于管壁的弹性应变能， 断裂过程中管道无明显塑性形变， 当裂纹超过一定尺寸将快速扩展造成断裂，只有在运行应力及材料特性不连续时断裂才会停止

。 随着冶金工艺的进步， CO

管道常用的碳钢材料的韧脆转变温度已得到明显降低， 有效抑制了裂纹脆性断裂事故的发生， CO

管道事故多源于裂纹的延性扩展

。

目前， 经过众多试验研究和数值模拟， 形成了以下两个通用判据来研究管道的延性断裂机理。

（1） 能量判据。 Griffith

首先提出能量平衡理论， 该理论认为管道内能提供了裂纹延性扩展的驱动力， 该驱动力是作用在管壁裂纹单位尺寸上的力， 且管壁本身同时也具备可以抑制裂纹扩展的阻力。 当裂纹驱动力与该阻力相等时， 裂纹保持稳定扩展； 而当该阻力大于裂纹驱动力时， 裂纹扩展就会受到抑制， 管道就可以自行止裂。

（2） 速度判据。 基于Rudinger 等

的研究，在1960—1970 年期间， 美国天然气协会的Battelle 实验室以天然气、 空气和水作为介质对各种泄漏条件下的试验进行了更详细的研究。 通过对大量的试验数据进行拟合， 得到更加高效可靠的减压波速度计算模型。 Maxey

在Battelle 实验室取得的管道延性断裂试验数据基础上， 拟合出了断裂扩展速度计算公式， 与减压波速度计算公式构成Battelle 双曲线法。 由于Battelle 双曲线法忽视了管道泄漏时流体与管道之间的传热和流动摩擦因素， 只能定性地确定管道是否可以止裂，无法计算裂纹萌生到最终自行止裂所需时间和裂纹长度变化， 因此该判据存在一定的局限性

，但是它在目前的工程应用上仍然具有不可忽视的指导作用， 可以对管道设计进行有效评估， 保障管道的安全运行

。

针对管道延性断裂机理可以通过不同的方法对其进行研究， 以往更多采用的是理论与试验相结合的手段。 但是随着近年来计算技术的快速崛起， 越来越多的研究人员开始采用数值模拟手段研究管道延性断裂机理。 本节从理论及试验、 数值模拟两个研究方法出发， 对CO

管道延性断裂机理研究进展进行综述。

1.1 理论及试验研究

Ahmad 等

在英国Spadeadam 实验基地开展了一项关于CO

和富含CO

混合物的激波管试验， 发现在管道断裂泄漏时， CO

与天然气等介质减压规律不同， CO

相态和组分的不同对其在泄漏过程中的减压波压力平台影响较大， 所以CO

输送管道的建设不能完全采用天然气管道的建设经验。 越来越多的研究表明， 超临界/密相CO

在减压过程中表现出更高的延性断裂倾向。

Davis 等

对DWTT 和全断裂扩展试验断口的分离程度进行了测量和对比， 并用含有CO

/N

混合气体的管道进行了两次全尺寸爆破试验。 结果表明， 在某些情况下， 落锤冲击试验与全尺寸试验可以实现相同的试验效果。 但由于两者在试验过程中采用的管材标准与当前标准存在差异，可能导致CO

输送管道断裂时管内减压行为不完全一致。

Drescher 等

进行了基于均相流模型下的含N

的CO

管道减压波测试试验， 结果发现N

含量与温降成正比关系， 温降幅度随着N

含量的增加越来越大， 极有可能使CO

管道产生延性断裂。

Andrew 等

通过三次全尺寸断裂试验， 并将裂纹长度、 CO

浓度和初始状态设为变量， 试验表明， 初始裂纹长度是导致管道断裂速度不同的主要因素， 同时也表明， 目前的双曲线模型不适用于输送液态或密相CO

或富含CO

混合物的管道， 测得的韧性与预测韧性的比率以及预测的止裂压力与饱和压力的比率为模型所需的额外经验修正提供了充分的依据。

Jie 等

基 于ALE 方 法 和HEM 理 论， 通 过Fluent 软件建立CFD 模型， 用于预测输送含杂质密相CO

的管道破裂后的瞬态流动和管内介质的热力学行为。 结果表明， 管壁摩擦、 传热、 不同的杂质以及状态方程的选取对CO

减压行为有着直接的影响。

Munkejord 等

基于HEM、 HRM 理论模型，分别对纯CO

和含杂质CO

管道进行试验分析，并将流体摩擦和传热考虑在内， 结果发现HRM模型测得的减压波速度与预测值更加契合， 因此在建立理论模型时应当将影响因素综合考虑在内， 以此来保证试验结果的准确性。

2.2.2 管道中间插入壁厚增加管段

郭晓璐等

进行了CO

管道在不同输送相态下的试验， 以最大应力起裂标准为基础， 采用不同等级管线钢， 设置不同的安全系数， 利用速度判据对CO

管道延性断裂过程中的减压波速度和断裂速度进行研究， 结果发现， 超临界CO

的初始减压波速度在三种相态中最小， 而对管道安全系数的要求最高。 当前国内外开展的全尺寸试验以埋地管道为主， 然而管道断裂速度及形态在不同的埋地条件下的系统研究较少， 埋地覆盖物的不同及施工碰撞等因素对管壁产生的力都会对管道断裂形态造成影响。

本调查共抓取到高职高专院校图书馆招聘信息66条，占抓取到的招聘信息总量的13．1%。高职高专院校图书馆招聘的自由度不如本科院校，以事业单位招聘为主。

结合目前开展的CO

管道的全尺寸试验， 发现传统适用于天然气管道的Battelle 双曲线法并不能完全适用于CO

管道的安全设计， 且针对相态、 掩埋条件等因素对管道裂纹形态和扩展规律等的影响研究仍处于起步阶段， 因此仍需要通过不同规模的试验对CO

管道的断裂机理展开更加深入的研究。

1.2 数值模拟研究

由于全尺寸试验准备周期较长、 成本高、 可重复性较低以及危险系数较高， 且全尺寸管道断裂控制试验场非常有限， 随着数值计算技术的不断进步， 越来越多的国内外学者开始通过数值模拟方式去研究CO

输送管道的各种机理， 利用ANSYS、 ABAQUS 等分析软件去解决相关问题，这种方式相比于试验研究同样具备一定的科学性和准确性。

任科

采用ANSYS 模拟软件， 建立含裂纹超临界CO

管道模型， 研究裂纹在温度和管道内压因素影响下的扩展规律。 模拟结果表明， 随着温度的降低和管道内压的上升， 管道所受应力较为集中， 管道等效应变和总变形明显增大， 管道裂纹在该工况下更易发生扩展甚至断裂。

宝宝总是率性而为，想怎么做就怎么做。那么，面对一些生活常规的事，宝宝不愿意去做时，你该怎么办？例如：该吃饭的时候不好好吃饭、不愿意洗澡或不让父母洗头发、睡觉时间到了却坚持要玩这个玩那个。

White 等

采用ANSYS 有限元软件建立含穿透型裂纹的管道模型， 并基于断裂力学理论， 在模型的基础上研究了穿透性裂纹的动态裂纹扩展形貌及过程， 最终通过数学公式拟合的方法得到了裂纹扩展尺寸与扩展时间的关系。

李哲

对含表面半椭圆形裂纹的CO

管道进行了管材试验以及有限元分析， 通过采用X80管线钢疲劳试验的方式得到了不同裂纹尺寸与工况下的裂纹扩展形貌， 并总结出了裂纹疲劳扩展机理以及扩展规律。 通过有限元分析的方法得到了裂纹疲劳扩展时的应力强度因子， 进一步得到了CO

管道的疲劳寿命计算方法。

Park 等

将Fluent 软件和PR-EOS 状态方程结合起来建立模型， 对含杂质CO

管道减压波变化规律进行模拟分析， 并考虑内部流体与管壁之间的对流换热问题。 减压过程中压降的快速变化规律在该模型中可以很好地体现出来， 不改变初始压力的情况下， 减压波速度随着初始温度的提高而下降， 减压波平台在不同的杂质影响下也呈现不同的趋势。

Keim

等利用ABAQUS 模拟软件建立了MBW模型， 用于管段延性断裂的预测， 分析了延性断裂期间不同应力状态变量的复杂加载条件。 研究表明， 裂纹扩展受管输介质类型的影响较大， 通过对比模拟结果和全尺寸试验结果， 有效地证明了该模型可以对影响管道损伤起始和传播行为的不同延性水平进行可靠预测。

Hu 等

对BTCM 模型进行修正改进， 结合CO

管道泄漏过程的减压波计算模型， 建立超临界CO

管道的止裂韧性模型， 采用速度判据对其止裂所需的最小壁厚和最小夏比能量进行预测。当超临界CO

管道的强度和设计压力较高时， 根据强度设计准则得到的最小壁厚可以满足延性止裂的要求。 同时通过MATLAB 程序语言进行模拟计算， 并没有提供可视化界面和可以进行参数输入输出的窗口， 如果能够根据速度判据开发成软件， 将对工程应用的止裂设计具有非常重要的意义。

Martynov 等

基于ANSYS 软件建立管道断裂扩展的瞬态动态耦合FSI 模型和描述裂纹附近管壁温度变化的传热模型。 结果表明， CO

流体杂质对延性断裂止裂距离有很大影响； 在高于特定的温度和压力下， 流体中的减压波速度可能会低于管线钢中裂纹扩展的速度， 从而增加延性断裂的风险。

Okodi 等

研究了扩展有限元法（XFEM） 在ABAQUS 软件中的应用潜力， 将最大主应变和断裂能作为损伤参数， 用于分析管道裂纹扩展和断裂预测。 所建立的模型可以有效地分析管道的裂纹扩展和断裂预测， 通过校准和试验验证， 得到管道的损伤参数随裂纹尺寸和管道结构而变化，然而并没有针对不同的裂纹类别和管道尺寸展开全面的模拟分析， 得到更加可靠的结论。

Valerie 等

、 Michal 等

对CO

SAFE-ARREST 项目中的全尺寸试验进行系统分析， 该试验选用的是一条由10 种不同等级强度管材构成的长度为90 m 的管道， 将其铺设在深度1 m 的地下， 输送介质为含杂质密相CO

， 着重分析管材和CO

混合物性质对断裂速度和减压波速度的影响， 结果表明， 传统的BTCM 模型不能够满足CO

输送管道的止裂设计需求。

Zhen 等

采用ANSYS 有限元软件去模拟分析气相CO

管道的断裂过程， 针对管道裂纹扩展模拟中传统加载方法不能准确预测实时裂纹尖端位置、 导致模拟结果不准确的问题， 建立一种CTPI 模型， 该模型可以有效地实现动态裂纹扩展和止裂的模拟， 得到的裂纹扩展长度和速度与实际管道爆破试验结果接近。

由此可见， 随着数值模拟技术的不断进步，管道断裂建模方面取得了进展， 但是CO

输送管道延性裂纹扩展的现象和机理， 是一个涉及到流体力学、 材料力学、 断裂力学等多知识交叉的领域。 目前已有初步的研究成果可对管道的断裂扩展提供借鉴， 但是关于CO

管道断裂机理的研究仍然较少， 能够进行工程应用的CO

输送管道裂纹延性止裂预测模型仍为空白。

2 管道止裂控制研究

美国Trans-Western 管线在20 世纪60 年代进行试验时， 管道断裂距离长达12 km

。 管道在裂纹源断裂并延伸至两端， 裂纹两端分别在扩展到高韧性管段和加厚管段时自动停止， 由此可以发现， 加厚管壁和高韧性管段都可以实现止裂控制

。 在实际工程中， 非常重视止裂控制， 可以通过不同的方法对输气管道进行止裂控制： ①提高管道自身韧性实现止裂； ②提高管道局部截面的材料断裂韧性实现止裂； ③依靠外力减小管道开裂后的张开变形实现止裂。 下面对以上三种止裂控制方法的止裂原理及结构进行评述。

将与CO

主体管道轧制方向不同的管段间隔插入管道截面中间， 由于不同轧制方向的管材具备不同的冲击韧性值， 裂纹扩展到不同轧制方向管段时会发生路径改变， 裂纹扩展能量可以被同轴止裂结构所消耗， 同样可以起到较好的止裂效果

。

2.1 提高管道自身韧性实现止裂

CO

管道和裂纹之间的相互作用导致管道发生延性断裂， 裂纹首先会发生起裂， 然后以一定的速度扩展， 然而这种裂纹扩展导致的管道起裂和扩展长度无法完全预测， 造成的事故后果也非常严重

。 因此， 提高管道自身的韧性被认为是控制这种现象发生的第一道防线， 降低裂纹驱动力， 从而实现止裂。

徐源

基于延长油田一期36 万t/a 超临界CO

输送项目， 采用Battelle 双曲线速度判据对X80管线L11 进行增加壁厚试算， 将壁厚从初始的6 mm 增加到7 mm， 得到的止裂压力值在夏比能量为124 J 时与平台压力值相等， 此时断裂速度曲线与减压波速度曲线相切， 达到止裂韧性要求， 可以止裂。

文献[61]列出通过适当增加壁厚来实现管体止裂的案例， 采用Battelle 双曲线速度判据对X70 钢管增加壁厚进行试算， 壁厚从初始的8 mm 增加到10.8 mm， 夏比能量为80 J 对应断裂速度曲线与减压波速度曲线相离， 可以实现止裂； 同时还将壁厚为9.4 mm 的X60 钢管壁厚增加到12.5 mm， 对应60 J 夏比能量的断裂速度曲线与减压波速度曲线不相交， 管体可以实现自行止裂。 因此， 通过适当增加管道壁厚， 在合适的夏比能量下， 可以实现止裂， 该方法也是经济可行的。

将与CO

主体管道壁厚相同但韧性更高的管段间隔插入管道截面中间， 裂纹进入该管段时会受到更大阻力而实现止裂

。 该方法可以把裂纹扩展距离控制在两个高韧性管段的距离， 同时可以满足经济性要求。

2.2 提高管道局部韧性实现止裂

在某些工况下， 需要增加整体管道的壁厚才可以满足管道自身止裂韧性要求， 但显然这种方式从经济角度出发是不可行的。 因此， 依靠同轴止裂结构同样可以实现很好的止裂效果。

从中国特色社会主义建设的总布局来看，生态文明建设无疑是中国社会主义现代化建设的重要组成部分。仅有经济建设、政治建设、文化建设和社会建设的现代化建设肯定是不完善的，也是不可持续的。从战略全局来看，这四个建设再加上生态文明建设才是我国社会主义现代化建设的完整布局。生态文明建设和绿色发展既是推进我国社会主义现代化建设可持续发展的伟大实践，也是对地球上人类可持续发展新道路的重大探索。其战略意义是深刻、长远和根本性的。

2.2.1 管道中间插入高韧性管段

这里采用结构稳定性原则占主导的复合货位优先级，存储效率优先原则占主导的复合货位优先级设定方法与其类似，故不再详述。

英国国家电网公司

开展了一项关于CO

和富含CO

混合物的管道全尺寸裂缝扩展试验，以了解气态和密相CO

在全尺寸爆破管道中的减压行为。 测试方案包括14 次气态CO

和富含CO

混合物测试以及14 次密相CO

和富含CO

混合物测试， 试验用管为Φ914 mm×25.4 mm 的X65 级管线管， 并将观测到的减压行为与使用简单（等熵） 减压模型预测的行为进行比较， 结果发现CO

在管道断裂泄漏时的减压特性与其他介质不同， 而且发现初始裂纹的长度和管道韧性与抑制断裂所需韧性之间的比率是造成不同断裂现象的两个主要因素。

要积极地探索企业的档案信息收集机制，通过信息化的手段，让企业的各种分享信息能够及时地汇总。由于园林绿化企业施工周期长，以及施工站点分散，在进行档案管理中，要有效地运用电子计算机技术，将有关的信息汇总到一处，更好地让园林绿化企业在档案管理与利用过程当中体现出效率性。在未来，园林绿化企业的档案管理利用，必然要采取更多元化的机制，将信息进行处理，必要的时候采取大数据分析的方式，让园林绿化企业的档案管理更呈现出高效与便捷的特点。如果园林绿化企业没有从制度上以及技术上给予保障，档案的管理与利用将无从谈起，只有将档案管理与利用放置到企业管理的核心位置，才能够让企业的档案管理更进一步的制度化和有效化。

将与CO

主体管道韧性相同但壁厚增加的管段间隔插入管道截面中间， 增大管道局部截面面积， 增强材料断裂韧性， 使裂纹尖端扩展到该管段时遇到阻力， 将裂纹驱动力转移到同轴厚壁管段上， 从而实现止裂

。

【结论及解释】烧杯内壁有水珠出现，说明固体酒精中含有氢元素；澄清石灰水变浑浊，说明固体酒精中含有碳元素。因为含碳元素的物质完全燃烧生成CO2，含氢元素的物质完全燃烧生成H2O。

2.2.3 管道中间插入不同轧制方向管段

(2)受有较大冲击载荷、磨损严重、过煤量大或受腐蚀的溜槽和管道应加衬板。《DTII(A)型固定式胶带输送机设计选用手册》推荐，物流速度大于2.5 m/s时应加衬板；物流速度为1.6～5 m/s时推荐采用带调节挡板。溜槽转角处，常受物料冲砸，其斜底和侧板都应加衬板。漏斗受物流冲击面和溜槽受砸斜底板铺设的衬板要能拆卸更换，必要时受砸母板外侧应加筋板。

音乐产业存在的意义重点在于其表达的核心理念，是持续不断地为整个音乐市场提供优秀的作品。若没有创作者写出音乐作品，相关的音乐产品如网易、QQ、等音乐软件也将不复存在。因此，音乐产业的发展，始终离不开音乐人才的支持，特别是赋有创意的音乐人才。不仅了解音乐的本体，还具有前瞻性的目光。优秀的音乐人和作品，是支撑音乐产业发展强大的精神支柱。

Fonzo

利用模拟软件PICPRO 在X120 管线钢上建立不同类型的止裂结构， 并对其尺寸进行优化， 将PICPRO 的一个运算法则编入软件， 从而可以预测止裂结构对裂纹扩展所产生的约束影响， 使该方法可以精确描述和可靠预测止裂结构的止裂效果。

王宝昌

建议在海底管道间隔7～8 节管子安装同轴止裂结构， 以此增加管道局部韧性， 以便减少外部压力对管道缺陷处的影响， 防止管道发生截面变形和延性断裂等危险事故。 李秀锋

使用韧性更高、 壁厚更大的管材对海底管道缺陷处进行修复， 并用AutoPIPE 模拟软件建立同轴止裂结构段及原海管模型， 并进行同轴止裂结构段的应力分析， 结果表明， 该段可以提高抗外载荷的能力， 降低裂纹进入该区域的驱动力。

2.3 依靠外力实现止裂

相比较于同轴止裂结构， 外部止裂结构更加便于设计及安装， 提高管道的局部断裂韧性， 防止管道延性断裂的发生， 实现管道的安全运行

。 目前， 各种外部止裂结构已经被建议在高压输气管道上使用。 对于高钢级材料， 裂纹驱动力主要来自泄漏气体在裂纹前端“折边” 处的压力。 这种开口可以被外部止裂结构阻止， 从而有效地控制裂纹张角

。 外部止裂结构一般为传统钢套止裂结构， 或是由碳纤维、 玻璃纤维等复合材料构成的止裂结构， 将其沿管道轴向并以适当的间隔安装在管道外侧， 从而迫使裂纹驱动力降低， 防止裂纹扩展， 进行有效的止裂。

2.3.1 传统钢套止裂结构

Wilkowski 等

提出了一个基于经验的准则，用于优化钢套止裂结构的设计， 并通过相关止裂结构试验表明， 止裂结构尺寸与韧性断裂进入止裂结构时的速度有关， 并根据有限数量的全尺寸试验结果， 提出了实证标准， 可以用来根据不同的最大断裂速度确定适当的灌浆或不灌浆套筒长度。 但在止裂结构的实际设计中， 应考虑一些额外的裕度， 而不是设计为绝对最小尺寸， 为了考虑管道和止裂结构材料实际强度的变化， 需要适当增加止裂结构的尺寸。

Aursand 等

设计的钢丝网布止裂结构， 在管道断裂扩展试验中也体现出了较好的止裂效果。 并指出未来的研究应该包括管道中裂纹扩展和CO

相变之间的相互作用， 更好地了解动态延性裂纹扩展和决定断裂速度的主要因素， 进而对止裂结构的性能进行更详细的研究。

喻建良等

利用ANSYS 软件对含轴向裂纹管道裂纹区域建立套管模型， 对该止裂方法进行分析， 通过止裂系数衡量套管的止裂效果， 并针对管道壁厚、 裂纹长度、 套管位置、 套管厚度等因素对止裂结构的影响效果进行了模拟研究。

任科

将钢套止裂结构和复合材料止裂结构结合起来， 并通过ANSYS Workbench 有限元软件分别对钢套止裂器和碳纤维止裂器的性能进行模拟， 分析厚度、 宽度、 碳纤维层数等因素对止裂结构的性能影响， 最后设计出一种适用于超临界CO

输送管道的新型止裂器。

PE O'Donoghue 等

基于流体、 结构、 裂纹建立PFRAC 耦合模型， 用于研究钢环止裂结构的适用性， 该模型实现了一个曲梁单元去模拟止裂结构的行为， 结果表明， 安装止裂结构后， 止裂结构可以成功地将裂纹驱动力降低到管材的断裂韧性以下。 该方法可以为止裂结构的前期设计提供指导， 但没有详细探讨结构与管壁之间的间距、 止裂结构的尺寸、 止裂结构的材料对止裂效果的影响， 应进一步展开更加深入的研究。

2.3.2 复合材料止裂结构

Clock Spring R 止裂结构 （螺旋缠绕的多层玻璃纤维增强聚酯复合材料） 已在涉及高断裂驱动力的全尺寸试验中得到评估并证明是有效的。它们已经被应用于CO

和天然气管道上， 其优势在于可以很容易地改装到现有的管道上

。 对于需要大量止裂结构的长距离新管道， 除了安装Clock Springs 之外， 一种更合适的选择是在施工之前， 将类似于CRLPTM 的长纤维缠绕复合材料止裂结构直接安装到单个管道上。 CRLPTM 止裂结构已被证明在止裂方面是有效的， 且可以抵抗外部破坏和变质

。

Wilkowski 等

为了给管道行业提供一个技术可靠且经济高效的解决方案， 以防止管道因不稳定的轴向裂纹延性扩展而失效， 设计了一种 “软裂纹止裂结构”， 利用复合止裂结构材料的强度和延展性来阻止裂纹延性扩展， 通过在莫哈韦现场进行的第一次全尺寸爆破试验， 验证了 “软裂纹止裂结构” 可以成功地限制裂纹的扩展。

Biagio 等

通过全尺寸爆破试验， 通过在管道上安装设计得当的复合止裂结构， 延性断裂在经过止裂结构时很快就停止下来， 成功验证了止裂结构可以在管道固有韧性不能满足要求的情况下阻止延性断裂的发生， 但由于试验次数较少，且结果分散性不可忽略， 仍需要通过相关试验设计出适用于CO

管道的复合止裂结构。

（2）经济高速发展的同时，同步提升人民道德素质。伴随着我国经济高速发展，国民素质提升与之不匹配、不同步，在某些群体中甚至严重不匹配的问题已经成为人们的共识。西藏地区人们整体文化水平相对落后，但是网络化进程丝毫不落后与全国平均水平。2017年，西藏互联网用户总数甚至高出全国平均水平[8]。当互联网经济为藏区人民带来巨大实惠的时候，遵守法律法规的约束感、遵守经济秩序的道德感同金钱利益之间的矛盾冲突产生，网络版权保护问题凸显。对假冒、以次充好和恶意篡改等侵权行为在法律制裁、加强监管的同时，应该从根本上提升民众道德素质。

Abeele 等

对复合材料止裂结构进行了数值设计。 首先， 对单向玻璃纤维增强环氧树脂的性能进行测试， 并对复合材料的微观力学模型进行了研究； 然后， 对带有复合止裂结构的管道接头的使用性能进行分析， 而且进行了大型拉伸试验和四点弯曲试验， 并与有限元模拟结果进行了比较； 最后， 对复合止裂结构在高压输气管道中阻止延性断裂的能力进行评估分析。

Lukasz Mazurkiewicz 等

通过试验和数值分析相结合的方式， 对复合止裂结构包裹管道的韧性进行评估， 并对所选套管的厚度进行验证。 作者使用非线性有限元程序和本构模型， 且数值模拟得出的管道断裂特征与实际管道中出现的断裂现象十分吻合， 从而证明开发的数值模型足够精确， 足以研究复合材料止裂结构的修复效果。 但考虑到数值模型中的简化以及试验中钢管厚度不均匀和材料质量等问题， 数值分析和试验测试结果之间会存在一定的误差。

“管理芒果，我们人人都是讲究的‘技术挂’！”农场生产部负责人如是说。据他介绍，芒果从结果到果实成熟虽然仅几个月，却要耗费果农们的诸多智慧和精力。

张晓燕

针对含表面裂纹的X100 钢级输气管线， 利用ANSYS Workbench 有限元软件对管道及止裂结构进行建模分析， 通过弹塑性断裂力学参量J 积分和止裂系数去评估玻璃纤维复合止裂结构的止裂效果， 研究玻璃纤维止裂结构铺层角度、 铺层厚度及裂纹尺寸等因素对止裂结构性能的影响规律。

(3)各模型对垦利油田A稠油与3种稀油掺混后的黏度预测效果普遍随温度的降低而恶化，在较高温度下预测精度相对较高。

Jozavi 等

认为应该使用纤维缠绕的E-玻璃纤维/聚酯止裂结构来代替钢套止裂结构。 与钢相比， 复合材料套管除了具有高强度和低成本外， 由于纤维缠绕效应， 复合材料止裂结构还具有更好的止裂能力。 并且使用ASTM 标准对止裂结构的拉伸应力应变和断裂行为进行了现场评估， 验证了复合止裂结构确实是一种止裂效果好且很有潜力的高压输气管道的止裂结构。 但由于没有考虑到纤维断裂和管体脱粘现象， 试验冲击引起的裂纹会沿周向扩展， 消耗能量， 从而会影响到止裂结构的效果。

综上所述， 目前设计的止裂结构在全尺寸管道断裂扩展试验和模拟计算中均表现出较好的止裂性能， 但并没有广泛应用到实际工程中， 止裂结构的设计标准并未建立起来。 应加大试验测试和模拟计算的研究力度， 设计研发出安全、 有效、 便于安装的止裂结构， 设置可靠的止裂准则并防止管道延性断裂。

3 结 论

（1） 针对CO

输送管道延性断裂机理， 从试验和数值模拟研究两个方面出发对其进行综述， 发现传统的Battelle 双曲线等研究方法不能完全适用于CO

管道， CO

相变规律及热力学特性对断裂扩展所产生的影响研究尤显不足；管内介质随管道断裂扩展变化动态过程相关研究仍处于空白。

（2） 新研发的高强度大直径CO

管道在低温、 高压、 富气等恶劣条件下运行时， 管道自身材料韧性可能无法抑制裂纹延性扩展。 因此， 在设计安全可靠的管道系统时， 需要使用止裂结构， 相比较于传统的钢套止裂结构， 复合型止裂结构作为一种止裂控制的高效方法， 越来越受到业界的关注。

（3） 目前针对管道断裂过程在不同相态和工况下的变化规律仍处于起步阶段， 因此有必要采取试验和数值模拟研究相结合的方法， 对CO

输送管道延性断裂机理进行更加深入的研究， 建立有效的止裂准则， 避免管道延性断裂的发生， 确保管道输送的安全运行。

浅谈钢纤维环氧树脂混凝土在维修桥梁伸缩缝中的应用……………………………………………………… 陈联川（9-89）

（4） 尽管止裂结构在管道全尺寸试验和数值模拟中都体现了良好的止裂性能， 但止裂结构的设计标准和应用范围仍没有形成统一的体系， 因此对于开发CO

管道专用止裂结构的研究极为迫切， 需要利用数值模拟的方法对止裂结构的设计优化、 受力分析、 材料选型等方面展开更加深入的研究。

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