94 / 2025-04-15 13:04:00

聚脲涂覆高压管道抗爆防爆性能研究

聚脲涂覆技术；高压管道；抗爆；防爆

随着高压天然气管道在长距离输运中的广泛应用，其面临的外部爆炸冲击载荷和内部高压致裂风险已成为能源安全领域的核心挑战。外部爆炸冲击载荷作用易引发的管道弹塑性变形甚至断裂，而管体缺陷与内部高压的耦合作用则会诱发爆裂事故。传统防护技术通过增加管壁厚度或设置防护层虽能缓解问题，但存在成本高昂、施工复杂等局限性。为此，本研究聚焦新型聚脲弹性体涂层，探索其抗爆与防爆性能，为高压管道轻量化安全防护寻找新的技术方向。

研究采用模型试验与多物理场数值模拟相结合的方法对聚脲涂覆高压管道的抗爆防爆特性进行了探索。在无缝钢管表面喷涂1.0mm~3.0mm不等厚度的聚脲涂层，采用150gRDX作为爆源开展抗爆试验；在无缝钢管表面喷涂聚脲涂层并人工引入初始裂缝，在钢管中心引入52gTNT模拟高压气源开展防爆试验。并开展多物理场数值模拟仿真，分析了抗爆和防爆的物理过程。

试验证明聚脲涂覆在管道表面可以增强管道的抗爆能力，这种抗爆性能的增强随聚脲涂层厚度的增加先增强后降低，在厚度2.0mm时达到最强；聚脲涂层可以增强管道的防爆性能，断裂长度随聚脲涂层厚度增加而减小，但是随着聚脲涂层厚度增加，总防爆性能上升，单位厚度聚脲防爆性能却有所下降。数值模拟研究表明聚脲涂层通过变形和断裂吸收和耗散爆炸冲击和爆裂的能量，从而实现抗爆和防爆。当聚脲涂层为2.0mm厚时，作用于管道上的爆裂能量比无聚脲涂覆管道的下降了20.5%。