新型自蔓延高溫合成（SHS）陶瓷內襯油管力學性能研究

趙 斌，李旭陽

1.寶雞職業技術學院機電信息學院，陜西 寶雞 721100

2.國家石油天然氣管材工程技術研究中心，陜西 寶雞 721100

1 自蔓延高溫合成技術概述

SHS 技術最先是由蘇聯人Merzhanov、Boroinskaya、和Skiro 提出的。這是一種新型的材料合成技術。這種材料是依靠化學物質之間高熱的化學反應，在極短時間內壓縮而制成的。由于這種技術能耗低、制作工藝簡單，自傳入我國后，即得到了極大的發展。尤其是分離技術和自蔓延技術兩者結合制出的陶瓷內襯復合管，已經廣泛應用于油氣開采、電力、礦采、海洋等領域。自蔓延高溫合成技術生產的陶瓷內襯復合管，具有活性高、純度高、結合性能高和分布均勻等特點[1]。

陶瓷內襯復合管應用于長距離輸煤時，其使用壽命是常規無縫鋼管的3 ～4 倍[2]。在輸送煤粉時，SHS 管的耐磨性強，顯著延長了管道的使用年限。在運輸水泥時，20 號無縫鋼管的壽命只有5 ～10d[3-4]。當使用陶瓷內襯復合管時，使用壽命長達1 年。

2 試驗法探究陶瓷復合管力學性能

2.1 試驗設備調試

復合加載和施加軸向載荷的試驗中，使用的試驗機架應當在壓縮和拉伸兩種受力狀態下調試。根據國家計量組織關于設備標定的規定，應當每年標定一次，因此在試驗前必須對設備進行調試。這種調試從小載荷到大載荷，在載荷要求的范圍內，分為10 個等級，載荷增量相等。大的標定載荷必須大于油管理論失效載荷。

式中：Fi為載荷示值；Ff為實際載荷。

根據API 5C5 規定試驗所用的機架的載荷相對誤差不超過±1.0%。

2.2 試驗原理

油管螺紋施加軸向屈服載荷：

式中：Sy為管子橫截面積；Ao為外徑；Ai為內徑。

當陶瓷內襯管螺紋連接強度為屈服載荷時，則有

式中：Ft為陶瓷管軸向載荷；St為陶瓷管橫截面積；Ap為陶瓷管厚度。

2.3 試驗用陶瓷內襯管管體的附加長度和有效長度

根據API 5C5 規定，陶瓷內襯管螺紋連接試樣，每根試樣管體的長度都應滿足下列要求：

（1） 試樣管體最小有效長度Lpj按式（5）計算：

式中：D為試樣名義外徑；t為試樣名義壁厚。

（2）應留夠用于夾持和端塞的附加長度；

（3） 在試樣上劃線，測量長度LA、LB、LC。

2.4 試驗結果

用復合加載試驗機做4 組試驗。試驗數據如表1、表2、表3、表4 所示。試驗結果如圖1、圖2、圖3、圖4 所示。

圖4 試樣4 拉伸試驗圖

表4 試樣4 原始數據表

圖3 試樣3 拉伸試驗圖

表3 試樣3 原始數據表

圖2 試樣2 拉伸試驗圖

表1 試樣1 原始數據表

表2 試樣2 原始數據表

圖1 試樣1 拉伸試驗圖

由圖1 可知，試樣1 在表的試驗條件下，拉伸至651kN螺紋斷裂失效。

由圖2 可知，試樣2 在表2 的試驗條件下，拉伸至591kN 螺紋連接處斷裂失效。

由圖3 可知，試樣3 在表3 的試驗條件下，拉伸至668kN螺紋連接處斷裂失效。

3 結論

（1）SHS 陶瓷內襯復合管耐磨性強、耐腐蝕性高，比其他無縫鋼管使用壽命長。

（2）通過1、4 試樣或2、3 試樣的拉伸試驗極限載荷的對比，得出陶瓷內襯管的拉伸性能優于普通油井用鋼管。

（3）通過3、4 試樣的拉伸試驗極限載荷對比，得出陶瓷內襯管壁厚越大，拉伸性能越好。