超临界CO2管道全尺寸断裂过程中压力温度演化与止裂器性能的突破性实验研究

本研究通过对比含/不含止裂器（crack arrestor）的超临界CO2管道全尺寸断裂实验，首次揭示止裂器可显著抑制管道延性扩展行为：含止裂器时管内压力反弹明显、温度降幅减小，CO2羽流液化效应增强，为CCUS产业链中管道安全设计提供关键数据支撑。

　　

Highlight

本研究开发了专门用于评估止裂器性能的全尺寸断裂测试设备，通过对比实验系统分析了含/不含止裂器时管道内压力温度响应、CO₂扩散云边界变化及止裂器在管道破裂场景中的表现。

Experimental main pipeline and circulation pipeline

如图1所示，全尺寸CO₂断裂实验平台包含六大模块：1. 主实验管道（304不锈钢，?114.3×8mm，耐压16MPa）；2. 循环管道；3. 预制缺陷爆破管；4. CO₂注入模块；5. 加热保温模块；6. 反冲力装置；7. 传感器与数据采集模块。

Pressure Response Analysis

爆破实验时，含预制缺陷的爆破管与主管道形成整体。当内部压力超过临界值导致爆破管失效时：

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  无止裂器实验（Test 1）持续0.3秒，压力曲线无显著反弹，泄漏点压力始终接近临界压力；

• •

  含止裂器实验（Test 2）压力下降速率降低40%，且出现明显压力平台期，证明止裂器有效延缓了减压波传播。

Conclusion

1. 1.

   无止裂器实验中管内压力骤降且无反弹，泄漏点温度达-80°C，形成高强度二次射流；

2. 2.

   含止裂器时CO₂羽流在空气中呈现更强液化效应；

3. 3.

   与管道同壁厚的止裂器可完全阻止超临界/液相CO₂管道的延性扩展行为。