0 前言

氫能作為能源載體之一，可有效緩解溫室效應(yīng)，并確保能源供應(yīng)。經(jīng)過多項論證性研究，到2050年，全球輸氫管線長度預(yù)計達到15 000～35 000 km。目前，全球約有3 000 km輸氫管線，最大服役壓力為10 MPa，主要為化學或石油工業(yè)提供氫氣，這些輸氫管道的管體鋼級通常不超過X52。由于氫的能量密度較低，管道能承受15～20 MPa的壓力，結(jié)合管線建設(shè)的經(jīng)濟性，可使用高強度管線鋼管，以減少管道壁厚，從而降低成本。

本研究介紹了X80鋼在空氣介質(zhì)中的特性，并對氫氣環(huán)境下X80鋼的力學性能進行了試驗，包括拉伸試驗、圓片試驗、斷裂韌性試驗以及疲勞裂紋擴展試驗，試驗結(jié)果能夠為X80輸氫管道設(shè)計提供參考。

1 X80管材在空氣環(huán)境中的性能

試驗用Φ914.4 mm×13 mm規(guī)格X80鋼管由歐洲管網(wǎng)提供，其化學成分見表1，顯微組織如圖1所示，微觀組織主要由帶狀分布的鐵素體-珠光體（F-P）組成。

對各因素的K值及極差R值進行比較，由R值得出4個因素對黃精酸奶影響程度的大小為發(fā)酵時間＞發(fā)酵溫度＞黃精浸提液添加量＞蔗糖添加量。正交試驗結(jié)果表明，黃精酸奶的最優(yōu)組合為A2B3C2D3，即蔗糖添加量6%，黃精浸提液添加量0.6%，發(fā)酵溫度42℃，發(fā)酵時間7.5 h。根據(jù)此組合進行驗證試驗，在該條件制作出的黃精酸奶，感官評分達到了92分，即在此工藝條件下，制作出的黃精發(fā)酵酸奶口感較好，因此黃精發(fā)酵酸奶的最佳工藝條件為蔗糖添加量6%，黃精浸提液添加量0.6%，發(fā)酵溫度42℃，發(fā)酵時間7.5 h。

在鋼管周向45°、90°、135°和180°位置取樣并進行力學性能試驗。結(jié)果顯示，四處位置的拉伸性能、夏比沖擊韌性和硬度沒有明顯的差異，鋼管縱向試樣的屈服強度和抗拉強度平均值分別為510 MPa和689 MPa，環(huán)向試樣的屈服強度和抗拉強度平均值分別為596 MPa和707 MPa，夏比沖擊值在127～134 J/cm

范圍。此外，測定了鋼管TL方向上的J曲線，韌性J

=210 kJ/m

。試驗結(jié)果表明，該X80鋼管性能滿足天然氣輸送的要求。

2 X80管材在高壓氫氣中的力學性能

2.1 圓片試驗

COMAND控制單元(圖6)位于中央控制臺中，是駕駛室娛樂和通信系統(tǒng)的主控單元和網(wǎng)關(guān)，通過CAN總線和MOST總線進行數(shù)據(jù)傳輸和接收。

2.2 拉伸試驗

管道在壓力為12 MPa的天然氣環(huán)境下會產(chǎn)生缺陷，為了保證管道能承受住氫環(huán)境中類似這樣缺陷而不發(fā)生斷裂，須計算輸氫管道的厚度。大直徑管道12 MPa壓力下輸氫/輸氣的厚度比以及載荷系數(shù)如圖12所示，圖12表明，對于大直徑管道，輸氫管道的壁厚必須增加到天然氣管道的1.6～1.9倍，壁厚取決于缺陷的長度，載荷系數(shù)介于0.38～0.45之間，而天然氣管道的載荷系數(shù)為0.73，低鋼級的輸氫管道的載荷系數(shù)為0.4。

為了量化材料的氫脆程度，測量拉伸試樣在氫氣中與空氣中相應(yīng)面積的減少量來定義氫脆系數(shù)F，即

在言語表達過程中，人們都會發(fā)現(xiàn)自己的言語是表達個性、反映性格的有效途徑。在意識到自己的語言具有一套獨特的語言特征時，這就是“個人語型”的使用。同樣，作為語言次類的每種英語方言也都由大量的“個人語型”組成，沒有一種方言是清一色的。

假定管道存在縱向缺陷，可預(yù)估管道破裂壓力，分別在天然氣和氫氣環(huán)境中估算其破裂壓力并進行比較。根據(jù)給定的最大壓力和相同的缺陷幾何形狀確定鋼管的尺寸，具體可參照兩種管道直徑：小直徑323.9 mm和大直徑914.4 mm。

S

——拉伸試驗斷裂后試樣的截面積；

(3)僅軸力作用和純彎矩作用下，存在剪力滯的過渡段長度大致相同，均為距支點約兩倍腹板凈距，同時剪力沿跨徑在剪力滯影響區(qū)域的縱向變化趨勢兩者剛好相反。

S

——試樣的初始截面積。

根據(jù)該定義，F(xiàn)=0表示無氫脆，而F=100%表示脆性最大，即完全失去塑性。在30 MPa氫氣環(huán)境下試驗的X80材料脆性系數(shù)F接近70%。

圓片試驗 （disc test）根據(jù)ISO 11114-4《可運輸氣瓶 氣瓶和瓶閥材料與盛裝氣體的相容性 第4部分：選擇抗氫脆鋼的試驗方法》中方法A進行，用來評價材料對輸送氣體的適用性。通過比較圓片試樣在氦氣環(huán)境中和在其他氣體環(huán)境中爆破壓力的差異，確定材料的脆化指數(shù)。本研究脆化指數(shù)在加壓速率0.01～100 MPa/min范圍內(nèi)，氦氣爆破壓力與氫氣爆破壓力的比率，如果該指數(shù)值小于2，則這種材料符合氫氣的輸送要求。將圓片試樣在氦氣和氫氣環(huán)境下加壓破裂，試驗結(jié)果如圖2所示，同時試驗結(jié)果存在顯著差異，脆化指數(shù)在1.2～2.5之間變化，因此，很難斷定這種X80材料對氫氣的敏感性。此外，一些圓片試樣是開裂而非爆裂，尤其是在較低的加壓速率下，如圖3所示。

采用含缺口軸對稱試樣在30 MPa壓力的氮氣和氫氣下進行試驗，研究了應(yīng)力三軸度對脆性的影響。試樣缺口半徑r有兩種尺寸：0.1 mm和0.8 mm（如圖5所示），對應(yīng)于試驗開始時1.6和1.4的局部三軸度。氫的影響仍然是降低整體塑性，此外，在高的三軸度條件下，可觀察到最大載荷的降低（如圖6所示）。不同試樣缺口幾何形狀的氫脆系數(shù)F隨著應(yīng)力三軸度的增加而增加，這證實了應(yīng)力三軸度和氫脆之間的交互作用。

2.3 斷裂韌性試樣

鋼管上的缺陷是影響氫氣輸送安全裕度的關(guān)鍵問題。采用多試樣法CT拉伸試樣（W=40 mm、B=10 mm、B

=8 mm）在空氣和30 MPa氫氣環(huán)境中進行了材料韌性測試，預(yù)制裂紋參數(shù)見表2，拉伸試驗結(jié)果見表3。試驗前，試樣（a/W=0.55）在空氣中進行裂紋預(yù)制，深度約22 mm，然后開側(cè)槽。試驗過程中，載荷與裂紋張開位移（COD）關(guān)系曲線如圖7所示，由圖7可知，在等效COD下，試樣在氫氣中的載荷大幅降低，與圖8中顯示的在空氣和氫氣中等效COD裂紋的擴展形貌吻合。根據(jù)試驗得出的J-R曲線如圖9所示，由圖9可知，氫對材料韌性的影響顯著，特別是當裂紋擴展量為0.2 mm時，材料在空氣中的韌性為210～250 kJ/m

，而在30 MPa氫氣中的韌性僅為15 kJ/m

，這與文獻中PRAXAIR的試驗結(jié)果相似。本試驗發(fā)現(xiàn)，化學成分、管體和試樣幾何形狀、氣體純度方面的差異導致氫對材料韌性的影響更加明顯。

2.4 疲勞裂紋擴展

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，材料在氫氣環(huán)境中疲勞行為的研究目前還有待加強?？紤]到要制定氫氣管道設(shè)計安全指南的目標，本項目采用緊湊拉伸（CT）試樣（W=40 mm，B=10 mm）進行疲勞裂紋擴展試驗，試驗數(shù)據(jù)見表4。由表4可知，空氣中的加載頻率為10 Hz，氫氣中的加載頻率為0.1 Hz。

將試驗結(jié)果與文獻中PRAXAIR給出的建議進行對比，結(jié)果如圖10所示。根據(jù)圖10可知，當在壓力為30 MPa的氫氣環(huán)境中進行循環(huán)應(yīng)力加載時，裂紋增長速率明顯增大。為了模擬實際服役環(huán)境，通過降低加載頻率提高氫對材料疲勞裂紋擴展的影響，由此得到Paris定律見式（3），式中d a/d n以（mm/cycles）表示，ΔK以（MPa·m

）表示。

為了估算缺陷的臨界尺寸，試樣分別采用Φ914.4 mm×12.7 mm和Φ323.9 mm×4.5 mm兩種規(guī)格的鋼管，試驗環(huán)境參數(shù)見表5。

3 X80管道設(shè)計建議

3.1 改進方法

式中：RA——在空氣與在氫氣條件下試驗后試樣面積的平均減少量；

以管道內(nèi)外表面產(chǎn)生的縱向缺陷為例，缺陷長度為2c，相對深度為a/t，a為裂紋深度，t為鋼管壁厚，缺陷長度與深度的關(guān)系如圖11所示。由于外表面缺陷和內(nèi)表面缺陷都會受到氫的影響，而外表面缺陷通常會被“低估”，事實上，外表面缺陷并未與氫氣直接接觸，而僅與滲透管道管壁處的氫接觸。當外表面的氫濃度邊界條件為0時，氫是如何影響該側(cè)缺陷的性能尚不清楚。缺陷的臨界尺寸根據(jù)API 579標準進行計算。

3.2 缺陷臨界尺寸

根據(jù)2006年8月4日發(fā)布的法國法令，并考慮到大型管道的尺寸，通過式（4）獲得最高工作壓力，即

式中：α——載荷系數(shù)；

C

——輸送天然氣的管道成本；

t——鋼管的壁厚，mm；

Φ——鋼管的外徑，mm。

看到這里，泥巴先洗澡了，左小龍在窗邊看局勢，然后左小龍再去洗澡，出來的時候看見泥巴躺在床上，警燈閃耀的光芒隔著窗簾映在天花板和墻壁上。很快，救護車的頂燈也來幫助柔和警車燈光的銳利，房間里一片光輝。左小龍去拉緊了窗簾，發(fā)現(xiàn)遠處已經(jīng)起霧了，樓下的人漸漸被降下的水汽包圍。

二是推動中部工業(yè)集中區(qū)“二次創(chuàng)業(yè)”。該區(qū)域縱貫東西、連接上下河，包括毗鄰的省級經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、姜堰高新區(qū)、裝備園區(qū)三個園區(qū)，貢獻了全區(qū)60%的工業(yè)開票銷售。我們以“二次創(chuàng)業(yè)”為動力，大力推進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，著力集聚高端創(chuàng)新要素，積極引入優(yōu)質(zhì)工業(yè)增量，做優(yōu)做強實體經(jīng)濟，持續(xù)推動質(zhì)量變革、效率變革、動力變革，力爭到2020年該區(qū)域工業(yè)開票銷售超700億元，占全區(qū)比重80%以上。

為了比較天然氣與氫氣管道的設(shè)計建議，這兩種氣體選擇了相同的安全系數(shù)（等于1）。缺陷臨界深度與長度的關(guān)系如圖11所示，由圖11可知，對于大管道，在天然氣中的相對深度比在H

中的相對深度高2.3～3.3倍，對應(yīng)小管道則高1.7～2.2倍，相對深度具體取決于缺陷長度。

3.3 管道設(shè)計

在MTS伺服液壓試驗機上對軸對稱光滑和缺口試樣進行拉伸試驗，試驗在充滿氫氣或氮氣的壓力容器中進行，氣體壓力為35 MPa，兩種氣體的純度均為6.0。在氫氣環(huán)境下進行所有力學性能試驗之前，試樣在30 MPa氫氣環(huán)境下保持30 min。圖4顯示了不同應(yīng)變速率和氣體環(huán)境下光滑試樣的拉伸試驗結(jié)果，由圖4可以看出，材料的力學行為不受氫氣的影響，但觀察到總伸長率降低，且應(yīng)變速率越低，這種效應(yīng)越明顯。然而，有相關(guān)研究表明，X80鋼通過陰極電解引入氫后，屈服強度隨著氫濃度的增加而降低。本研究的試驗情況，考慮到30 MPa壓力的氫氣環(huán)境，氫氣的溶解度較低，約為4.5×10

，不足以影響材料的屈服強度；另一方面，在氫氣中進行試驗后，塑性損失是明顯的，拉伸試樣整個標距的表面可以看見裂紋。此外，氫氣壓力從10～30 MPa的變化不會引起塑性的顯著變化。事實上，氫氣壓力從0.1 MPa到約5 MPa，其影響是增加的，然后趨于穩(wěn)定。

徐藝真急了，急切地說：“姨父，你和姨媽從小把我拉扯大……得了得了，一大早的，用不著這么煽情吧？我上去了?！?/p>

按照相同方法，小直徑管道的載荷系數(shù)在0.46～0.54之間，這些值可與ASME B31.12規(guī)范推薦的等效材料在20 MPa氣壓下的載荷系數(shù)進行比較。在該規(guī)范中，載荷系數(shù)包括設(shè)計系數(shù)和材料性能系數(shù)，取值范圍為0.21～0.27，具體取決于管道地區(qū)等級。

綜上所述，對于X80鋼，假設(shè)焊縫與母材在氫氣環(huán)境中的性能相似，建議在氫氣壓力＜30 MPa的環(huán)境條件下服役時的載荷系數(shù)為0.35，這在近期進行的ANR CESTAR項目中得到部分解決。而根據(jù)譯者的試驗數(shù)據(jù)和觀點認為，焊縫的成分、組織和力學性能與母材差異很大，存在缺陷的幾率更高，尺寸更大，尤其是氫環(huán)境下的塑性和韌性的下降比母材更大，這種假設(shè)偏于危險，應(yīng)引起設(shè)計者和研究者的關(guān)注。

3.4 成本估算

通過輸送相同能量的天然氣與氫氣，計算管道的運行成本。在ANR項目準備中，據(jù)估計，對于確定的直徑，壓力必須增加2.5個系數(shù)，以便氫氣管道輸送與天然氣管道相同的能量。對于直徑為914.4 mm、厚度為12.7 mm的X80天然氣管道，其載荷系數(shù)為0.73，可在11.2 MPa的氣體壓力下服役，當氫氣管道輸送相同能量時，相同直徑下的輸送壓力應(yīng)為28 MPa。根據(jù)上一章節(jié)所提到的載荷系數(shù)，當氫氣壓力為28 MPa時，管道的厚度應(yīng)為65.9 mm。對于特定的鋼材，成本與其質(zhì)量成反比，可以按照式（5）估算輸氫管道與輸氣管道的成本。

式中：C

——輸送氫氣的管道成本；

R

——0.5%的總應(yīng)變時的材料屈服應(yīng)力；

Φ——管道直徑，mm；

現(xiàn)代社區(qū)作為“單位制”的替代存在于國家和個人之間的空間，面臨著政府權(quán)力的讓渡、基層群眾和社會組織參與的高漲雙重“擠壓”，社區(qū)組織自身也面臨著自身定位重塑以及多元治理伙伴的結(jié)構(gòu)式關(guān)系的建立等一系列問題，而這些問題也是基層社區(qū)治理格局架構(gòu)中無法回避的現(xiàn)實。面對這些問題，我們不禁思考：社區(qū)自治組織的“行政性”與“自治性”選擇一定是二選一的選擇嗎？社區(qū)自治組織與其它社會治理主體相比，在政治和社會領(lǐng)域中凸顯的優(yōu)勢能否成為其功能定位的現(xiàn)實依據(jù)？

t

——氫氣管道的壁厚，mm；

t

——天然氣管道的壁厚，mm。

HOG(梯度方向直方圖)+SVM(支持向量機)的目標識別由法國研究人員Dalal提出,主要思想是使用HOG對目標進行特征提取,利用線性SVM分類器對目標進行分類從而實現(xiàn)目標檢測[7]。本文使用OpenCV2.4.9庫中現(xiàn)成的HOG+SVM行人檢測函數(shù)對目標進行檢測,目標檢測方法的步驟為:對輸入圖像進行顏色空間標準化;計算像素梯度,計算得到的梯度結(jié)果統(tǒng)計在梯度方向直方圖上;對重疊塊中的對比度進行歸一化,生成特征向量;使用SVM分類器對生成的特征向量進行訓練,其流程圖如圖2所示。

同樣的方法也適用于在0.8 MPa氣體壓力下服役的小直徑（Φ=314.4 mm）管道。此外，氫氣管道成本與天然氣管道成本比值約為5。

另一方面，對比高鋼級（X80）與典型低鋼級（A42）的輸氫管道成本。A42鋼級管道的載荷系數(shù)為0.4，屈服強度為596 MPa；而X80鋼級管道的載荷系數(shù)為0.35，屈服強度為250 MPa，可以根據(jù)外徑與壓力之間的函數(shù)關(guān)系估算在相同外徑下的相對成本?？紤]到X80鋼管比A42鋼管的成本高約1.25倍，兩種鋼級管道的成本比按公式（6）計算，結(jié)果見圖13。

對照組和觀察組病患的TG，2 hPBG，TC和葡萄糖耐量等指標都高于正常值，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）對照組和觀察組病患的TG，2 hPBG，TC和葡萄糖耐量等指標相對比，其數(shù)據(jù)差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表1。

根據(jù)圖13，對于運行壓力0.1 MPa～1.5 MPa的輸氫管道，X80鋼級管道的建造成本比A42鋼級節(jié)約費用約40%，特別對于中長距離的氫氣輸送，成本差異顯著。

4 結(jié)論

（1）采用ISO 11114-4標準方法A對X80高鋼級管線鋼在高壓氫氣環(huán)境下的力學性能進行表征，結(jié)果表明，在氫環(huán)境下X80高鋼級管線鋼的屈服強度和拉伸性能不變，而斷裂伸長率和塑性發(fā)生變化，相比之下，其韌性大幅下降，疲勞裂紋擴展速率增大。這也表明很難明確定義適用于氣態(tài)氫管道或儲存裝置的“通用”脆化指數(shù)，需要一個適用于此類承壓結(jié)構(gòu)的標準。

我在大學里教了三十多年書，不敢說教得如何好，當年以大學本科畢業(yè)生的身份走上?？浦v臺，本身就有點先天不足，好在我喜歡學習，算是彌補了一些缺陷。不過，有一點我很自豪：在三十多年的教育生涯中，我從未體罰、侮辱過學生，我對違紀學生的批評未必和風細雨，卻絕對就事論事，不人為擴大范圍，不傷及學生自尊。

（2）根據(jù)氫氣壓力環(huán)境下的試驗結(jié)果，估算了氫氣管道的成本。根據(jù)API 579標準，天然氣管道的臨界裂紋深度應(yīng)當比氫氣管道高2～3倍，因此，建議高鋼級管道的載荷系數(shù)為0.35，而低鋼級和中等鋼級管道的載荷系數(shù)為0.4。為了在相同時間內(nèi)輸送相同的能量，輸氫管道成本似乎比輸送天然氣的管道高約5倍；另一方面，使用高鋼級材料可產(chǎn)生超30%的成本收益，特別是在低壓條件下使用大直徑管道時，其成本效益更高。事實上，當壓力從10 MPa降至3 MPa時，高鋼級材料的氫脆敏感性降低。

（3）研究表明，在氫氣環(huán)境中，焊縫和母材的力學性能相似，但必須檢測焊縫在氫氣壓力環(huán)境中的性能。

譯自：BRIOTTET L，BATISSE R，DINECHIN D G，et al.Recommendations on X80 steel for the design of hydrogen gas transmission pipelines[J].International Journal of Hydrogen Energy，2012，37（11）：9423-9430.