管道适合长距离、大输量的运输,是碳捕集、封存与利用技术(Carbon Capture Utilization and Storage,CCUS)连接碳源和碳汇的关键环节。但由于CO2特殊的减压特性,CO2长输管道在运行过程中发生泄漏后极易发生管材持续性裂纹扩展。为此,从试验、理论研究及数值模拟三个方面综述了国内外对CO2泄漏减压特性和裂纹扩展方面的研究现状,归纳总结不同状态方程、杂质因素、理论模型对泄漏减压特性的适应性,以及不同规模、初始条件与相态、杂质含量、泄漏方式下泄漏减压的试验成果。进而分析了不同相态、初始条件、管材、杂质含量及种类等因素对裂纹扩展的影响,并对比分析不同的CO2管道裂纹扩展理论模型及其适用范围,以及裂纹扩展与流固耦合数值模拟方法。最后对未来亟需进一步开展研究的内容进行展望,以期为国内CO2管道泄漏与裂纹扩展研究提供借鉴,从而促进并提升CCUS安全保障技术水平。
近年来,CO2捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage,CCUS)因其直接降低碳排放而备受关注,作为CCUS的重要环节,CO2管道输送技术也备注关注。为此,系统分析国内外CO2输送管道规范的发展历史及现状,结合国内外相关CO2输送管道规范,重点分析了CO2输送管道设计中管道材料选择、CO2脱水、阀室设置、管道放空、管道干燥封存等方面的要点和需要注意的问题,并提出了相关应用建议:管道内腐蚀控制主要手段建议为对CO2气源进行充分脱水;管道路由选择应避免通过人口密集区的高地势侧,同时充分参考DNV-RP-F104-2021;管道泄漏研究急需开展相关试验,以获得更多数据支持,同时建议开展CFD数值分析,重点分析人口密集高后果区管道泄漏扩散影响并辅助确认管道阀室间距。研究成果可为中国CO2输送管道的设计、建设及规范编制提供借鉴。