气体氢对海上管道疲劳寿命的影响：Saipem对接焊的小规模疲劳测试

摘要：迄今为止，氢在脱碳全球能源供应方面可以发挥重要作用，以缓解气候变化，并且可以通过管道运输。因此，在许多公司的战略中，建立清洁能源业务的重要性日益增加，探索将氢作为天然气的气体替代品运输或作为添加物在现有管道网络中以混合配置运输，或新设计的完全适合氢气运输的管道。然而，对于钢管道来说，氢在管道系统设计中存在一些特殊之处需要考虑，因为这可能促进氢脆现象，从而对管道的完整性特性产生不利影响，如延展性、断裂韧性和疲劳性能。疲劳被认为是海上管道对接焊的主要失效模式，其中纵向应力可以达到管道的实际屈服强度（有时甚至更高），并且在使用寿命期间会遇到显著的波动。在如果干线作为氢气储存罐使用的情况下，接缝焊/基材中的纵向缺陷也可观察到相同的结论。在这种情况下，高应力循环会导致与天然气场景相比的一致疲劳裂纹增长，在天然气场景中，压力和温度波动会诱发低应力循环，对疲劳增长几乎没有影响。脆化与发生在海上管道上的严重载荷的结合呼吁我们在这种条件下全面了解材料性能。为此，第一步是根据安装条件的类型对失效模式进行分类，并选择所需的测试以表征其材料。因此，作为管道施工承包商的Saipem资助了一项测试活动以填补这一空白。测试活动的目的是评估基材、接缝焊和环焊在不同氢气环境下的行为，建立其抵抗H2脆化的限制标准，帮助减少ASME B31.12中的过于保守的措施，并为开发可实现和可负担的氢气管道网络提供解决方案。本文提供了在200巴压力下氢气环境中进行的测试的疲劳耐久性（S-N曲线）和疲劳裂纹生长（FCGR曲线）属性的实验结果。还在空气中进行了测试，以比较氢气对Saipem海上对接焊疲劳寿命的影响。此外，还进行了严重H2S环境下疲劳特性的比较。研究的结论和后续步骤将在论文中总结，旨在分享知识和经验，以加速和有效地过渡到可持续安全的海上氢气运输系统经济。