ICS 75.200 ; 77.140.75 SY CCS E 16 , H 48 中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T 77882024 天然气钢质管道材料掺氢输送 适用性评价方法 Fitness for service assessiment imethod of pipeline steel for transportation of natural gas-hydrogen mixture 2024—09—24 发布 2025－03—24 实施 国家能源局 发布 SY/T 77882024 目 次 前言 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 符号和缩略语 4.1 符号 4.2 缩略语 5 总体原则和要求 6 评价需要的信息和数据 7 试验装置和试验条件 7.1 试验机 7.2 环境箱 7.3 传感器 7.4 气源 7.5 试验温度 7.6 试验压力 8 试验及评价方法 8.1 通则 8.2 慢应变速率拉伸试验 8.3 断裂韧度试验与评价 8.4 疲劳裂纹扩展试验与评价 8.5 掺氢管道实物试验 10 9 报告 10 风险识别与防控· 10.1 风险识别 10.2 风险防控措施 附录A (资料性) 试验数据记录表 参考文献 15 SY/T 77882024 前言 本文件按照GB/T 1.1一2020《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。 本文件由石油工业标准化技术委员会石油管材专业标准化技术委员会（CPSC/TC 5）提出并 归口。 本文件起草单位：中国石油集团工程材料研究院有限公司、中国石油天然气股份有限公司玉门油 田分公司、国家管网集团北京管道有限公司、陕西省天然气股份有限公司、中国石油天然气股份有限 公司长庆油田分公司、长庆工程设计有限公司、中国石油集团渤海石油装备制造有限公司、宝鸡石油 钢管有限责任公司、中石化安全工程研究院有限公词、中石化中原石油工程设计有限公司、西安三环 石油管材科技有限公司。 本文件主要起草人：封辉、李炎华、李鹤、池强、高雄雄、方伟、王俊、陈越峰、方晨、黄呈 帅、王为、王登海、陈小伟、韦奉、于安峰、高继峰、邱鹏、百 隔新鹏、唐诚杰、刘斌、王强、费凡、 周振华、何学良、吴倩。 II SY/T 77882024 天然气钢质管道材料掺氢输送适用性评价方法 1 范围 本文件确立了天然气钢质管道材料掺氢输送适用性评价的总体原则和要求，规定了试验装置和试 验条件相关要求，描述了相应试验及评价方法。 本文件适用于天然气钢质管道掺氢输送材料适用性评价，新建天然气掺氢钢质管道材料的评价参 照使用。 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 3634.2氢气第2部分：纯氢、高纯氢和超纯氢 GB/T 6398金属材料 疲劳试验疲劳裂纹扩展方法 GB/T 16825.1—2022金属材料 静力单轴试验机的检验与校准第1部分：拉力和（或）压力 试验机测力系统的检验与校准 GB/T 21143金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法 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 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 SY/T 6477含缺陷油气管道剩余强度评价方法 SY/T 7318.2油气输送管特殊性能试验方法第2部分：单边缺口拉伸试验 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 应力强度因子stress intensity factor 均匀线弹性体的弹性应力场的大小，是试样尺寸、几何形状、裂纹长度和施加载荷的函数。 3.2 失效评估图 failure assessment diagram 种用来评价含裂纹型缺陷结构适用性的方法。 注：纵坐标为韧性比，横坐标为载荷比，用于评价含裂纹型缺陷构件是否发生脆性断裂或塑性失稳，若评估点在 评估曲线内或恰好在评估曲线上，则认为裂纹型缺陷可接受；否则，认为不可接受。 [来源：SY/T 6477—2017，2.12，有修改] 1 SY/T 77882024 3.3 残余应力 residual stress 管道材料在制造、安装等过程中产生的可以自评衡但又不能完全消除的内应力。 3.4 疲劳裂纹扩展速率fatigue crack growth rate 单位循环对应的疲劳裂纹长度的扩展量。 4符号和缩略语 4.1 符号 下列符号适用于本文件。 a 裂纹深度，单位为毫米（mm）； a 初始裂纹深度，单位为毫米（mm）； ai 疲劳裂纹扩展试验裂纹深度，单位为毫米（mm）； ar 疲劳裂纹扩展试验临界裂纹深度，单位为毫米（mm）； B 疲劳预制裂纹试样厚度，单位为毫米（mm）； C 材料性能参数，由疲劳裂纹扩展数据拟合获得； 裂纹缺陷半长，单位为亳米（mm）； Co 裂纹缺陷初始半长，单位为毫米（mm）： J 裂纹尖端塑性变形条件下的断裂韧度，单位为千焦每平方米（kJ·m-）； K 应力强度因子，单位为兆帕二分之一 次方来（MPa·m"）； Ki I型裂纹应力强度因子，单位为兆帕二分之一次方米 (MPa-ml2) ; KH 应力强度因子门槛值，单位为兆帕 分之 一次方米 (MPa -ml2) : Kmat 材料断裂韧度，单位为兆帕二分之一 次方米 (MPa-ml2) ; K 韧性比，无量纲； AK 疲劳应力引起的应力强度因子范围； T 载荷比，无量纲； N 循环次数，无量纲； n 材料性能参数，由疲劳裂纹扩展数据拟合获得； R 材料抗拉强度，单位为兆帕（MPa）； W 疲劳预制裂纹试样宽度，单位为亳米（nm）; 参考应力，单位为兆帕（MPa）； 材料屈服强度，单位为兆帕（MPa)。 4.2缩略语 下列缩略语适用于本文件。 CMOD :裂纹口张开位移 (Crack Mouth Opening Displacement) CTOD :裂纹尖端张开位移 (Crack Tip Opening Displacement) 5总体原则和要求 天然气掺氢管道是指以天然气为主要输送介质、含一定比例氢气的管道。天然气钢质管道材料掺 2 SY/T7788—2024 氢输送适用性评价应在完成管道完整性评价基础上进行。针对天然气钢质管道材料应开展常规理化性 能试验和掺氢环境慢应变速率拉伸试验、 断裂韧度试验和疲劳裂纹扩展试验。基于上述试验数据对管 道材料进行掺氢适用性评价，评价流程如图1所示。 天然气管道完整性评价： 断裂韧度实验 ·管道介质、压力、温度等； 管道内检测数据等 恒载荷/恒位移断裂韧性： 管道材料理化性能试验： · K 拉伸、冲击、科学、金相等， 宜符合GB/T9711的要求 准静态断裂韧性： ·CTOD、J、K K，高于55MPa-m 不适用 钢管冲击功 不适用 单值高于70J 均值高于95J 是 是 失效评估图评定为安全 掺氢环境慢应变速率拉伸试验： ·强度、断面收缩率等 疲劳裂纹扩展实验 不适用 脆敏感性低于5 ·疲劳裂纹扩展速率； ·管道压力波动等参数； ·疲劳寿命预测 是 疲劳寿命满足要求 失效评估曲线 一： 天然气管道材料掺氢适用性评价报告 “终止评估。 经协商，降压或改变掺氢比例后评估。 图1天然气管道材料掺氢适用性评价流程图 6评价需要的信息和数据 适用性评价所需要的信息和数据包括管道服役环境工况、管道缺陷类型与尺寸，以及管道材料性 能等。这些信息和数据可通过以下途径获得： a）管道运行状态（介质、压力、温度等）； b）管道完整性评价报告； c）管道设计规范、制造工艺、性能试验等技术报告； d）维修资料与记录； e）其他资料文件。 7 试验装置和试验条件 7.1 试验机 7.1.1试验机的测力系统应按照GB/T16825.1一2022进行校准，并符合一级的要求。 3