CN108120827A - 燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置及寿命预测方法 - Google Patents

Abstract

一种燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置及寿命预测方法属于聚乙烯管道寿命检测技术领域。气泵、阀门、压力表、阀门、减压阀、压力表及聚乙烯管道通过密闭管路依次连接；聚乙烯管道通过密封夹具密封；聚乙烯管道置于承压土壤箱内；承压土壤箱通过支撑台置于老化箱内。通过对与在役燃气聚乙烯埋地管道同牌号和尺寸的聚乙烯管道进行加速老化试验，使其发生脆性破坏，记录试验温度、时间和性能参数，得到其预测寿命t_real：加速老化试验装置能够在聚乙烯埋地管道保持与实际工况相同的土壤环境、内压力和外压力条件下进行加速老化试验，装置简单，试验时间短；使用该试验装置对在役燃气聚乙烯管道进行寿命预测的方法，能够为工程使用提供理论参考。

Description

燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置及寿命预测方法

技术领域

本发明属于聚乙烯管道寿命检测技术领域，特别涉及一种燃气聚乙烯埋地管 道的加速老化试验装置及寿命预测方法。

背景技术

聚乙烯管道具有耐腐蚀性能、强柔韧性好、重量轻、低摩擦阻力等特点，使 其在燃气工程中使用量逐步增加。然而聚乙烯属于高分子材料，容易发生老化， 因此聚乙烯管道存在老化失效的问题。在一定压力作用下的聚乙烯管道，其使用 寿命是工程应用中十分最重要的一项指标，国家标准规定是在温度条件20℃下聚 乙烯燃气管道使用年限不低于50年。目前，对聚乙烯管的寿命预测公式是采用 美国塑料管道协会制定的ISO9080标准(用推断法测定热塑管型材料长期流动液 体静力强度)，如式1所示：

式中：t_f—失效寿命，h；T—静液压试验温度，℃；A、B、C、D—与具体材料 牌号有关的回归模型参数；σ_θ—打压时的环向应力。该与实际工况结合少，试验 时间长，低温静液压试验往往几个月，甚至数年，并且需要静液压试验仪器，对 仪器要求高。

然而，随着聚乙烯管道服役年限的增加，低属性的老化聚乙烯管道已经被使 用数十年。燃气聚乙烯管道多分布在人口密集区域，国内外曾发生多起聚乙烯燃 气管道爆炸和泄漏事故，造成了严重的经济损失，甚至危害人身安全。可见，要 保证聚乙烯燃气管道系统的安全运行，很有必要对聚乙烯压力管道的实际使用寿 命进行研究。

发明内容

本发明提供了一种燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置及寿命预测方 法，通过进行承压下燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验，预测在役聚乙烯管道 的失效寿命。

本发明所述的燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置采用的技术方案为：

气泵、阀门、压力表、阀门、减压阀、压力表及聚乙烯管道通过密闭管路依 次连接；通过密封家具封闭使聚乙烯管道内形成密闭腔体；聚乙烯管道置于承压 土壤箱内；承压土壤箱由支撑台支撑并置于老化箱内。

所述承压土壤箱顶部设置配重内嵌封盖，承压土壤箱与密闭管路之间设置密 封环，老化箱与密闭管路之间设置密封环，承压土壤箱内土壤可为任意土质。

本发明提供的燃气聚乙烯埋地管道的寿命预测方法，按以下步骤进行：

(1)在燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置中，于100℃和110℃的温 度条件以及与实际工况一致的土壤环境、管内压力和管外压力条件下，分别对在 役燃气聚乙烯埋地管道和同一牌号和尺寸的燃气聚乙烯管道进行承压加速老化 试验，直至聚乙烯管道发生脆性破坏，记录下两次试验温度、所经时间和性能参 数，分别记为T₁₀₀、T₁₁₀和t_a1、t_b1及P_a1、P_b1；

(2)在燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置中，于100℃和110℃的温 度条件以及与实际工况一致的土壤环境、管内压力和管外压力条件下，分别对在 役燃气聚乙烯埋地管道和同一牌号和尺寸的燃气聚乙烯管道进行承压加速老化 试验，实验时长为聚乙烯老化开始至发生脆性破坏之间的任意时间点，记录下两 次试验温度、所经时间和性能参数，分别记为T₁₀₀、T₁₁₀和t_a2、t_b2及P_a2、P_b2；

(3)根据同一种聚乙烯管材的性能变化指标的比例关系，得到下式：

其中：

t_real是在役燃气聚乙烯埋地管道在实际寿命；

T_real是在役燃气聚乙烯埋地管道的实际工况温度；

A、A₁、A₂是经验常数；

P是任意老化时间燃气聚乙烯管道性能参数；

P₀是老化前的燃气聚乙烯管道性能参数；

E是活化能；

R是气体常数；

(4)通过步骤(3)的换算，得到在役燃气聚乙烯埋地管道在实际工况下的 预测寿命t_real：

本发明的有益效果为：

所述燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置能够在聚乙烯管道保持与实 际工况相同的土壤环境、内压力和外压力条件下进行加速老化试验，装置简单， 试验时间短，每次老化试验均可在一周内完成；本发明提供了使用该试验装置对 在役聚乙烯埋地管道进行寿命预测的方法，能够为工程使用提供理论参考。

附图说明

图1为本发明所述装置的结构示意图。

图中标号：

1-气泵；2-阀门；3-压力表；4-阀门；5-减压阀；6-压力表；7-密封环；8-密 封环；9-密封夹具；10-聚乙烯管道；12-配重内嵌封盖；13-支撑台；14-老化箱； 15-承压土壤箱。

具体实施方式

本发明提供了一种燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置及寿命预测方 法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明提供的燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置如图1所示，由气体 供压装置、固体供压装置和加热装置组成：所述气体供压装置由气泵1、阀门2、 压力表3、阀门4、减压阀5、压力表6、密封环7、密封环8、密封夹具9和聚乙烯 管道10组合而成；气泵1提供气源，通过密闭管路与阀门2相连接，阀门2通过密 闭管路与压力表3相连接，压力表3通过密闭管路与阀门4相连接，阀门4通过密闭 管路与减压阀5相连接；减压阀5通过密闭管路与压力表6相连接，压力表6通过密 闭管路与聚乙烯管道10相连接，聚乙烯管道10两端通过密封夹具9和密封夹具11 进行端头密封处理。压力表3、阀门4和压力表6的组合设计可以防止冲压时过大 的内外压力差对试验的影响。减压阀5用于防止承压聚乙烯管道在老化箱加热过程中管内压力升高，一方面保证与实际工况压力一致，另一方面保障试验人员安 全。所述加热装置包括老化箱14和密封环7，气体供压装置和老化箱14之间通过 密封环7进行密封，避免老化箱14内热量流失，导致加热温度降低。所述承压土 壤箱装置包括配重内嵌封盖12、支撑台13和承压土壤箱15，承压土壤箱装置和气 体供压装置之间通过密封环8进行密封，避免承压土壤箱14内土壤流失，导致配 重内嵌封盖12对聚乙烯管道10造成损伤，重内嵌封盖12置于承压土壤箱15顶部， 通过给承压土壤箱15内土壤加压，从而提供外压力，承压土壤箱15通过支撑台13 置于老化箱14内，避免承压土壤箱15对气体供压装置的损坏。

使用该试验装置对在役燃气聚乙烯埋地管道进行寿命预测，按以下步骤进 行：

(1)在燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置中，于100℃和110℃的温 度条件以及与实际工况一致的土壤环境、管内压力和管外压力条件下，分别对在 役燃气聚乙烯埋地管道和同一牌号和尺寸的燃气聚乙烯管道进行承压加速老化 试验，直至聚乙烯管道发生脆性破坏，记录下两次试验温度、所经时间和性能参 数，分别记为T₁₀₀、T₁₁₀和t_a1、t_b1及P_a1、P_b1；

(2)在燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置中，于100℃和110℃的温 度条件以及与实际工况一致的土壤环境、管内压力和管外压力条件下，分别对在 役燃气聚乙烯埋地管道和同一牌号和尺寸的燃气聚乙烯管道进行承压加速老化 试验，实验时长为聚乙烯老化开始至发生脆性破坏之间的任意时间点，记录下两 次试验温度、所经时间和性能参数，分别记为T₁₀₀、T₁₁₀和t_a2、t_b2及P_a2、P_b2；

(3)根据同一种聚乙烯管材的性能变化指标的比例关系，得到下式：

其中：

t_real是在役燃气聚乙烯埋地管道在实际寿命；

T_real是在役燃气聚乙烯埋地管道的实际工况温度；

A、A₁、A₂是经验常数；

P是任意老化时间燃气聚乙烯管道性能参数；

P₀是老化前的燃气聚乙烯管道性能参数；

E是活化能；

R是气体常数；

(4)通过步骤(3)的换算，得到在役燃气聚乙烯埋地管道在实际工况下的 预测寿命t_real：

每次进行老化试验时，首先于承压土壤箱15内填充于实际工况匹配的土壤， 添加重内嵌封盖12，之后打开阀门2和阀门4，设置减压阀5的值，开启气泵1，对 气体供压装置进行充压，待压力表6的读数满足实际工况要求并稳定之后先关闭 阀门4，然后关闭阀门4，开启老化箱14，进行温度设定并开始实验。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻 易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置，其特征在于，气泵(1)、阀门(2)、压力表(3)、阀门(4)、减压阀(5)、压力表(6)、密封夹具(9)、聚乙烯管道(10)通过密闭管路依次连接；聚乙烯管道(10)通过密封夹具(9)和密封家具(11)封闭，使聚乙烯管道(10)内形成密闭腔体；聚乙烯管道(10)置于承压土壤箱(14)内，承压土壤箱(14)由支撑台(13)支撑并置于老化箱(15)内。

2.根据权利要求1所述的燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置，其特征在于，承压土壤箱(14)顶部设置配重内嵌封盖(12)。

3.根据权利要求1所述的燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置，其特征在于，承压土壤箱(14)与密闭管路之间设置密封环(8)。

4.根据权利要求1所述的燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置，其特征在于，老化箱(15)与密闭管路之间设置密封环(7)。

5.根据权利要求1所述的燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置，其特征在于，承压土壤箱内(14)土壤可为任意土质。

6.一种基于权利要求1所述装置的燃气聚乙烯埋地管道的寿命预测方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(1)在燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置中，于100℃和110℃的温度条件以及与实际工况一致的土壤环境、管内压力和管外压力条件下，分别对在役城气聚乙烯埋地管道和同一牌号和尺寸的燃气聚乙烯管道进行承压加速老化试验，直至聚乙烯管道发生脆性破坏，记录下两次试验温度、所经时间和性能参数，分别记为T₁₀₀、T₁₁₀和t_a1、t_b1及P_a1、P_b1；

(2)在燃气聚乙烯埋地管道的加速老化试验装置中，于100℃和110℃的温度条件以及与实际工况一致的土壤环境、管内压力和管外压力条件下，分别对在役燃气聚乙烯埋地管道和同一牌号和尺寸的燃气聚乙烯管道进行承压加速老化试验，实验时长为聚乙烯老化开始至发生脆性破坏之间的任意时间点，记录下两次试验温度、所经时间和性能参数，分别记为T₁₀₀、T₁₁₀和t_a2、t_b2及P_a2、P_b2；

(3)根据同一种聚乙烯管材的性能变化指标的比例关系，得到下式：

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其中：

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t_real是在役燃气聚乙烯埋地管道在实际寿命；

T_real是在役燃气聚乙烯埋地管道的实际工况温度；

A、A₁、A₂是经验常数；

P是任意老化时间燃气聚乙烯管道性能参数；

P₀是老化前的燃气聚乙烯管道性能参数；

E是活化能；

R是气体常数；

(4)通过步骤(3)的换算，得到在役燃气聚乙烯埋地管道在实际工况下的预测寿命t_real：

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