(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211143033.2 (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 中国石油大 学 （华东） 地址 266580 山东省青岛市黄岛区长江西 路66号 (72)发明人 甄莹　曹宇光　孙晓瑜　钮瑞艳　 刘媛媛　 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种超临界二氧化碳管道止裂韧性预测方 法 (57)摘要 本发明涉及一种超临界二氧化碳管道止裂 韧性预测方法， 属于二氧化碳捕集利用与封存领 域， 具体包括利用超临界二氧化碳减压波波速预 测软件计算超临界二氧化碳饱和压力， 基于管道 尺寸参数、 管材强度参数及计算所得超临界二氧 化碳饱和压力， 借助超临界二氧化碳止裂韧性预 测模型计算管道止裂韧性夏比冲击功初值， 之 后， 利用DNVGL ‑RP‑F104(2021)中CO2管道止裂设 计验收标准对计算所得夏比冲击功进行修正， 最 后， 借助有限元模拟对确定的夏比冲击功修正值 能否实现管材自身止裂进行验证与进一步修正， 得到超临界二氧化碳管道止裂韧性终值， 使 得预 测结果准确、 可靠。 本发明为超临界二氧化碳管 道工程建设设计提供了有利指导， 可有效降低建 设成本并保障管道安全运行。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115511167 A 2022.12.23 CN 115511167 A 1.一种超临界二氧化 碳管道止裂韧性预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)根据超临界二氧化碳输送需求， 确定超临界二氧化碳管道的规格参数、 管材基本力 学性能参数、 设计温度与设计压力P0； 2)利用超临界二氧化 碳减压波 波速预测软件计算超临界二氧化 碳饱和压力Pd； 3)采用超临界二氧化碳管道止裂韧性预测模型对超临界二氧化碳管道止裂韧性夏比 冲击功CV初值进行计算； 4)计算DNVGL ‑RP‑F104(2021)中CO2管道延性断裂止裂评估图中横坐标 X与纵坐标Y； 5)根据步骤4)获得的横坐标X与纵坐标Y 数值判断步骤3)确定的夏比冲击功 CV初值是否 满足DNVGL ‑RP‑F104(2021)止裂验收要求； 若不满足， 则以1J为梯度， 逐步提高夏比冲击功 CV数值， 同时重新计算横纵坐标X与纵坐标Y， 直至满足DNVGL ‑RP‑F104(2021)止裂验收要 求； 6)采用试算法基于夏比冲击试验有限元模拟确 定一组材料损伤参数， 使夏比冲击功CV 模拟值与步骤5)确定的超临界二氧化碳管道止裂韧性夏比冲击功CV修正值数值差别在1J 之内； 7)将步骤6)确定的材料损伤参数赋予超临界二氧化碳管道有限元模型， 根据设计压力 P0与步骤2)确定的饱和压力Pd为管道施加载荷， 模拟超临界二氧化 碳管道裂纹扩展情况； 8)根据步骤7)模拟结果判断管道裂纹能否自行止裂， 若裂纹自行止裂， 则证明步骤5) 确定的超临界二氧化碳管道止裂韧性夏比冲击功CV修正值满足管道止裂要求； 若无法止 裂， 则以步骤5)确定的超临界二氧化碳管道止裂韧性夏比冲击功CV修正值为基准， 以1J为 梯度， 逐步提高夏比冲 击功CV数值， 重复步骤6)与步骤7)， 直至模拟 所得超临界二氧化碳管 道裂纹自行止裂， 此时夏比冲击功CV为超临界二氧化 碳管道止裂韧性夏比冲击功CV终值。 2.权利要求1所述的超临界二氧化碳管道止裂韧性预测方法， 其特征在于， 超临界二氧 化碳管道止裂韧性预测模型为： 其中， CV为夏比冲击功， J； A为夏比冲击试样韧带面积， A＝80mm2； σf为流变应力， MPa， σf ＝σy+68.9MPa； σy为屈服强度， MPa； D为管道外径， mm； t为管道壁厚， mm； E为弹性模量， MPa； σd 为超临界二氧化 碳管道裂尖环向应力， MPa， σd＝PdD/2t； Pd为超临界二氧化 碳饱和压力。 3.权利要求1所述的超临界二氧化碳管道止裂韧性预测方法， 其特征在于， DNVGL ‑RP‑ F104(2021)中CO2管道延性断裂止裂评估图中横坐标 X与纵坐标Y， 按照如下公式计算： 4.权利要求1所述的超临界二氧化碳管道止裂韧性预测方法， 其特征在于， DNVGL ‑RP‑ F104(2021)止裂验收要求为： 当25≤X＜40时， Y≤0.23+0.00267(X ‑25)； 当X≥40时， Y≤ 0.27； 其余情况均认为 不满足DNVGL ‑RP‑F104(2021)止裂验收要求。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115511167 A 25.权利要求1所述的超临界二氧化碳管道止裂韧性预测方法， 其特征在于， 材料损伤参 数具体包括初始孔洞体积分数f0、 可形核二相粒子体积分数fN、 临界聚合孔洞体积分数fc、 断裂孔洞体积分数fF、 材料损伤参数q1、 q2、 q3、 平均等效塑性应 变 εN及其标准差SN。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115511167 A 3