《煤炭地下氣化可燃套管性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法》

ICSXX.XXX.XX

CCSXXXX

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTMLX580001128—2022

煤炭地下氣化可燃套管性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法

Testingmethodsofflammablecasingpropertyevaluationforundergroundcoal

gasification

（征求意見(jiàn)稿）

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實(shí)施

中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

T/CSTMLX580001128—2021

煤炭地下氣化可燃套管性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法

警示——使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指出所有可能的安全問(wèn)

題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧?，并保證符合國(guó)家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了針對(duì)煤炭地下氣化專用可燃套管綜合性評(píng)價(jià)試驗(yàn)的方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于煤炭地下氣化通道水平段工況下套管性能評(píng)價(jià)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T228.1金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分室溫試驗(yàn)方法

SY/T6128套管、油管螺紋接頭性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法

ASTMG111-97高溫,高壓或高溫高壓環(huán)境下進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)指南

APISpec5CT

ISO11960石油天然氣工業(yè)油井套管和油管用鋼管

ISOTR10400-2018石油和天然氣工業(yè)作為套管或油管的套管、油管、鉆桿和管線管性能

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

可燃套管flammablecasing

指具有一定強(qiáng)度和特定溫度下燃燒消耗特性的煤炭地下氣化專用套管。

3.2

燃燒速率burningrate

指單位時(shí)間內(nèi)可燃套管因燃燒損失的質(zhì)量，符號(hào)為RB，單位為g/min。

3.3

溫度梯度temperaturegradient

指可燃套管燃燒時(shí)距離燃燒位置單位長(zhǎng)度的溫度變化，符號(hào)為G，單位為℃/mm。

4原理

利用力學(xué)性能設(shè)備，物理性能、化學(xué)性質(zhì)分析測(cè)試設(shè)備，高溫高壓腐蝕試驗(yàn)設(shè)備及實(shí)物性能試驗(yàn)設(shè)

備，模擬煤炭地下氣化井下工況，通過(guò)拉伸試驗(yàn)、導(dǎo)熱性試驗(yàn)、熱膨脹試驗(yàn)、燃燒試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)以及

實(shí)物試驗(yàn)，檢測(cè)可燃套管材料的物理性能、化學(xué)特性以及實(shí)物管體的性能。

5儀器和設(shè)備

3

T/CSTMXXXXX—2021

5.1物理性能檢測(cè)設(shè)備

5.1.1萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)

本文件使用萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)可燃套管材料室溫、高溫下的拉伸性能。萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具備最

大試驗(yàn)力應(yīng)不小于500kN，且具備高溫試驗(yàn)?zāi)芰?，最高試?yàn)溫度應(yīng)不小于500℃。

5.1.2激光熱導(dǎo)儀

本標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)激光導(dǎo)熱率測(cè)試法評(píng)價(jià)可燃套管材料的導(dǎo)熱能力。可燃套管材料的導(dǎo)熱性能應(yīng)使用激

光脈沖法測(cè)試，所使用激光熱導(dǎo)儀的最高試驗(yàn)溫度應(yīng)不小于500℃。

5.1.3熱膨脹儀

本標(biāo)準(zhǔn)采用線性熱膨脹儀測(cè)量可燃套管材料的熱膨脹特性。測(cè)定可燃套管材料的熱膨脹性能所使

用的熱膨脹儀最高試驗(yàn)溫度應(yīng)不小于500℃，型號(hào)不限。

5.1.4測(cè)厚儀

可燃套管管體壁厚測(cè)量應(yīng)使用測(cè)厚儀。選用測(cè)厚儀的測(cè)量范圍應(yīng)大于待測(cè)可燃套管管體的壁厚，測(cè)

量精度應(yīng)不大于0.01mm。

5.1.5游標(biāo)卡尺

可燃套管管體外徑測(cè)量應(yīng)使用游標(biāo)卡尺。選用游標(biāo)卡尺的測(cè)量范圍應(yīng)大于待測(cè)可燃套管管體的外

徑，測(cè)量精度應(yīng)不大于0.01mm。

5.2化學(xué)特性檢測(cè)設(shè)備

5.2.1熒光光譜儀

本標(biāo)準(zhǔn)采用熒光光譜儀測(cè)定可燃套管材料的化學(xué)成分。測(cè)定可燃套管化學(xué)成分所使用的熒光光譜

儀應(yīng)能夠準(zhǔn)確測(cè)定元素周期表中第一至第五周期內(nèi)的金屬元素、Si元素及La系稀土元素的含量。

5.2.2點(diǎn)火設(shè)備

可燃套管材料燃燒試驗(yàn)需要通過(guò)點(diǎn)火設(shè)備啟動(dòng)，點(diǎn)火設(shè)備能應(yīng)達(dá)到不低于1000℃的點(diǎn)火溫度。

5.2.3測(cè)溫設(shè)備

燃燒試驗(yàn)過(guò)程中需要對(duì)特定的位置進(jìn)行溫度測(cè)量。測(cè)溫設(shè)備的溫度測(cè)量范圍應(yīng)不少于20-1000℃，

測(cè)量精度應(yīng)不大于1℃。

5.2.4高溫高壓釜

本標(biāo)準(zhǔn)使用高溫高壓釜評(píng)價(jià)可燃套管材料耐腐蝕性能。高溫高壓釜的額定壓力應(yīng)不小于5MPa，額

定溫度應(yīng)不小于300℃。

5.3實(shí)物試驗(yàn)設(shè)備

5.3.1上卸扣試驗(yàn)機(jī)

評(píng)價(jià)可燃套管螺紋上卸扣性能需要使用上卸扣試驗(yàn)機(jī)。上卸扣試驗(yàn)機(jī)的最大上、卸扣扭矩應(yīng)不小于

4000N·m。

4

T/CSTMLX580001128—2021

5.3.2全尺寸力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)

本標(biāo)準(zhǔn)使用全尺寸管體力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)可燃套管實(shí)物管體的整管拉伸性能、整管抗內(nèi)壓性能以及

整管抗外擠性能。

6試劑和材料

6.1化學(xué)試劑

碳酸鈉、氯化鈉、氧氣、氮?dú)狻Ⅻc(diǎn)火設(shè)備專用燃料。

6.2實(shí)驗(yàn)用品

游標(biāo)卡尺、砂紙、電子天平、鐵架臺(tái)、計(jì)時(shí)裝置。

7樣品

板狀拉伸試樣，尺寸見(jiàn)附錄A圖A.1。

導(dǎo)熱系數(shù)試樣，尺寸見(jiàn)附錄A圖A.2。

熱膨脹試樣，尺寸見(jiàn)附錄A圖A.3。

燃燒試樣，尺寸見(jiàn)附錄A圖A.4。

腐蝕試樣，尺寸見(jiàn)附錄A圖A.5。

8試驗(yàn)檢測(cè)方法

8.1試樣準(zhǔn)備

拉伸試驗(yàn)、導(dǎo)熱率試驗(yàn)、熱膨脹試驗(yàn)、高溫高壓腐蝕試驗(yàn)、燃燒試驗(yàn)所需試樣應(yīng)取自同一支待測(cè)可

燃套管管體。實(shí)物試驗(yàn)以兩端具有外螺紋的一根可燃套管管體作為實(shí)物試樣。

8.2拉伸性能測(cè)試

依照附錄A.1所示的試樣規(guī)格，從待測(cè)可燃套管管體上沿軸向取板狀拉伸試樣，取樣位置距離管體

兩端螺紋不得小于150mm。試驗(yàn)溫度分別為20℃、100℃、300℃、500℃。測(cè)試過(guò)程中依照GB/T228.1

中定義的方法記錄試樣的屈服強(qiáng)度Rp0.2，抗拉強(qiáng)度Rm，延伸率A。

8.3導(dǎo)熱率測(cè)試

依照附錄A.2所示的試樣規(guī)格，從待測(cè)可燃套管管體上取片狀導(dǎo)熱率試樣，使用激光導(dǎo)熱儀測(cè)定試

樣在100℃、200℃、300℃、400℃、500℃下的導(dǎo)熱系數(shù)，測(cè)量結(jié)果單位以W/m·K即可。

8.4熱膨脹系數(shù)測(cè)試

依照附錄A.3所示的試樣規(guī)格，在待測(cè)可燃套管管體上取條狀熱膨脹試樣，使用熱膨脹儀測(cè)定自20℃

至500℃的膨脹量，測(cè)量結(jié)果單位以線膨脹系數(shù)dL/Lo即可。

8.5燃燒性能測(cè)試

5

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按照附錄A中所給出的要求在待測(cè)可燃套管管體上取燃燒試樣，取樣完畢后使用電子天平對(duì)試樣進(jìn)

行稱重，稱重結(jié)果記為m1。稱重完畢后，將試樣一端夾持在鐵架臺(tái)上，夾持方式如圖1所示。夾持長(zhǎng)度

應(yīng)為10mm。

圖1燃燒試樣夾持方式及溫度梯度測(cè)量位置

夾持完畢后，使用點(diǎn)火裝置在試樣非夾持端加熱，至試樣燃燒。試樣開始燃燒后開始計(jì)時(shí)，燃燒開

始10s后，使用測(cè)溫設(shè)備測(cè)量燃燒焰溫度，記為著火點(diǎn)TB，測(cè)量試樣自?shī)A持端起50mm、100mm、150mm

處的溫度，測(cè)溫位置示意如圖1所示，記為T1、T2、T3。試樣燃燒結(jié)束時(shí)停止計(jì)時(shí)，去除與試樣性狀不同

的部分后再次對(duì)試樣進(jìn)行稱重，記為m2。使用公式（1）計(jì)算試樣的燃燒速率：

RB=(m2-m1)/T（1）

式中，

-1

RB——試樣燃燒速率/g·min；

m1——試樣燃燒前質(zhì)量/g；

m2——試樣燃燒后質(zhì)量/g；

T——試樣開始燃燒至燃燒結(jié)束所用時(shí)間/min。

試樣燃燒至測(cè)溫點(diǎn)3時(shí)，通過(guò)公式（2）計(jì)算試樣的溫度梯度G：

G=[(T3-T2)/50+(T2-T1)/50]/2（2）

式中，

G-溫度梯度/℃·mm-1。

試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)得的試樣燃燒速率應(yīng)不高于2.3g/min。

試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)得的試樣溫度梯度應(yīng)不低于0.6℃/mm。

8.6耐蝕性測(cè)試

使用高溫高壓腐蝕試驗(yàn)設(shè)備以及配套化學(xué)試劑，依照ASTMG111-97中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行腐蝕試驗(yàn)，

試驗(yàn)溫度、氣氛、溶液環(huán)境如表1所示。

表1腐蝕試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)溫度/℃50

試驗(yàn)時(shí)間/h100

6

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試驗(yàn)總壓/MPa15

O2分壓/MPa5

CO2分壓/MPa5

N2分壓/MPa5

H2分壓/MPa1

溶液環(huán)境5%wt.Cl-+5%wt.CO32-

8.7化學(xué)成分分析

對(duì)可燃套管材料的化學(xué)成分分析應(yīng)給出材料中所有含量大于0.1wt.%的元素的準(zhǔn)確含量。

8.8幾何尺寸測(cè)量

對(duì)可燃套管管體的幾何尺寸測(cè)量依照APISpec5CT中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

8.9上卸扣測(cè)試

一般放在實(shí)物試驗(yàn)的第一個(gè)順序?？扇继坠苌闲犊坌阅軠y(cè)試程序?yàn)樯峡?卸扣-上扣。其余要求依照

SY/T6128中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

用于上卸扣測(cè)試的套管單根長(zhǎng)度應(yīng)不低于700mm。

8.10整管拉伸試驗(yàn)

對(duì)帶有螺紋接頭的實(shí)物試樣施加軸向拉伸載荷，開始加載同時(shí)開始計(jì)時(shí)，至試樣斷裂時(shí)停止加載和

計(jì)時(shí)。記錄載荷-時(shí)間曲線或載荷-位移曲線，根據(jù)試樣橫截面積計(jì)算試樣抗拉強(qiáng)度（MPa）。

用于整管拉伸試驗(yàn)的試樣長(zhǎng)度應(yīng)不低于1700mm。

8.11整管內(nèi)壓試驗(yàn)

采用水壓方式對(duì)實(shí)物試樣施加內(nèi)壓，開始加載同時(shí)開始計(jì)時(shí)，加載至試樣發(fā)生泄漏時(shí)停止加載和計(jì)

時(shí)，記錄內(nèi)壓-時(shí)間曲線。

用于整管內(nèi)壓試驗(yàn)的試樣長(zhǎng)度應(yīng)不低于1000mm。

8.12整管外擠試驗(yàn)

采用水壓方式對(duì)實(shí)物試樣施加均勻徑向外擠載荷，開始加載同時(shí)開始計(jì)時(shí)并記錄實(shí)時(shí)載荷，載荷出

現(xiàn)突然下降時(shí)視為試樣發(fā)生泄漏，檢測(cè)到試樣泄漏3s后停止加載和計(jì)時(shí)，記錄全過(guò)程載荷-時(shí)間曲線。

用于整管外擠試驗(yàn)的試樣長(zhǎng)度應(yīng)不低于1100mm。

9試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

拉伸試驗(yàn)結(jié)果、燃燒試驗(yàn)腐蝕速率、溫度梯度試驗(yàn)結(jié)果、腐蝕速率試驗(yàn)結(jié)果依照?qǐng)D2所示的流程進(jìn)

行處理。其中，r為絕對(duì)誤差系數(shù)，針對(duì)不同的試驗(yàn)類型，r的取值有所不同，以不同的下角標(biāo)為區(qū)別。

對(duì)于拉伸試驗(yàn)結(jié)果，rT=30；對(duì)于燃燒速率試驗(yàn)結(jié)果，rR=50；對(duì)于著火點(diǎn)溫度試驗(yàn)結(jié)果，rB=20；對(duì)

于溫度梯度試驗(yàn)結(jié)果，rG=10；對(duì)于腐蝕速率試驗(yàn)結(jié)果，rC=0.7。

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圖2拉伸、燃燒、腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理流程

10試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)當(dāng)包括下列內(nèi)容：

a）識(shí)別樣品、實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)日期所需的全部資料；

b）引用標(biāo)準(zhǔn)；

c）結(jié)果及其表示；

d）使用的分析線；

e）測(cè)定中發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象；

f）對(duì)結(jié)果可能已產(chǎn)生影響的本文件中未作規(guī)定的各種操作或任選的操作。

8

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附錄A

（規(guī)范性）

XXXXX

A.1板狀拉伸試樣（單位：mm）

A.2導(dǎo)熱系數(shù)試樣（單位：mm）

A.3熱膨脹試樣（單位：mm）

9

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A.4燃燒試樣（單位：mm）

A.5腐蝕試樣（單位：mm）

10

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附錄B

（資料性）

起草單位和主要起草人

本文件起草單位：中國(guó)石油集團(tuán)工程材料研究院有限公司，中石油煤層氣有限責(zé)任公司，中國(guó)

石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司

本文件主要起草人：任相羿、王建軍、韓禮紅、方惠軍、徐小虎、喻岳鈺、劉奕杉、楊尚諭、潘

志勇、申昭熙、路彩虹、李方坡