CO2的管道运输是碳捕捉与封存技术(CCS)能够实施的关键环节。运输超临界态CO2的金属管道,会形成循环应力和腐蚀双重作用的腐蚀疲劳破坏形式。精确估算和预测管道腐蚀疲劳寿命,是保证管道安全运行的前提,也是判断管道是否需要维护或更换的重要依据。一般地,超临界态C02的高内压输送条件为9至15MPa(一般要求大于7.38MPa),并且CO2管道在发生破裂时,由于低温的二氧化碳泄露,会发生泄露的二氧化碳失压相变吸热现象,使管道局部的温度迅速降低,从而使管道钢材在破裂的局部强度和韧性降低,这致使在研究CO2管道时,需要同时考虑脆性破坏和延性破坏。同时,管道内部存在的内压波动和管道外部存在的复杂荷载等引起的循环应力效应的交互影响下,会使CO2管道的腐蚀疲劳问题更加突出严重。而二氧化碳气体是属于经联合国和我国共同认定的危险品,在九类危险品中被列为第二类中的第二项非依然的有毒气体,一旦发生泄露,将造成严重的后果,威胁到人们的健康。因此,本文针对关键问题-含有单点腐蚀及双腐蚀的CO2管道在内压波动作用下的管道表面裂纹扩展过程开展研究。通过采用理论分析、管材试件疲劳试验和有限元数值模拟相结合的方法,揭示CO2管道的腐蚀疲劳破坏机理。通过管材试件在循环荷载下的疲劳试验,得到管材试验表面裂纹在每一时刻的裂纹长度及其所对应的寿命次数,建立试验管材的有限元模型,采用虚拟裂纹闭合法和有限元数值分析相结合的方法得到裂纹尖端的应力强度因子K值,从而绘制出管道钢材试件的裂纹扩展曲线,即da/dN-△K曲线;将曲线采用最小二乘法拟合的方式,得到管道疲劳寿命的预测公式-Paris公式;最后,构建三维CO2管段模型并提取裂纹尖端的应力强度因子K,将所得到K值带入到Paris公式用中,即可以得到CO2管道的疲劳寿命次数,在此基础上,分别探究了在实际的陆地和海洋管线中,受内压波动影响下管道使用阶段的寿命。本文采用三维含裂裂纹管段的有限元建模方法,可以估算CO2管道在正常使用、维护保养、检查维修等各个阶段的疲劳寿命,在同行们研究管道安全性的基础上做了有益的补充,为他们的研究提供了技术储备和借鉴作用。