CN112240866A - 一种模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置 - Google Patents

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王竹
向婉倩
张雷
贾轶
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Abstract

本发明涉及非金属材料性能评价的技术领域，提供了一种模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，包括液相循环系统、外接供气系统和加热保温系统；液相循环系统包括循环水泵、主体管路和若干嵌装于所述主体管路中的试验段管路；液相循环系统形成封闭环路；外接供气系统用于为液相循环系统输出试验气体，并为液相循环系统提供试验压力；加热保温系统用于对封闭管路内的液体进行加热保温。本发明可以对工业输水非金属管道在长期服役条件下的抗老化性能进行评定，预测非金属管道在服役工况下的使用寿命；可模拟非金属管道实际服役条件下的老化环境参数，最大程度模拟非金属管道的真实服役环境，为非金属管道的寿命预测提供可行性指导。

Description

一种模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置
技术领域
本发明涉及非金属材料性能评价的技术领域，特别涉及一种模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置。
背景技术
在加工、贮存和使用过程，塑料等非金属材料在光、热、氧等因素的综合作用下，由于聚合物的降解或交联导致非金属性能变差，外观变黄，最终丧失使用价值的这种现象称为“老化”。非金属材料常用作通信电缆、管道和包装材料等，已成为工业、农业和生活等国民经济各领域中不可缺少的主要材料之一。但非金属材料在使用过程中不可避免地会受到光、热、氧、工业有害气体、微生物等外界环境因素的作用而老化，其物理力学等性能逐渐变坏，以致最后丧失使用价值，造成输送介质外泄。因此，需要对非金属的老化行为进行评估，以确定非金属材料服役寿命。
非金属的老化的周期长，通常无法在短期内完成实验评价，现有技术通常采用两种方法对非金属老化行为进行评估：一是，直接对服役管道进行取样测试，其缺点在于不能在管道铺设前预先判断管道寿命；二是，在实验室进行老化评价实验，但目前的老化实验通常采用密封管段进行，仅考虑了温度、光照等参数，不能真实模拟实际服役环境下管道内部流动状态下的气、液及温度对非金属管道老化的共同作用，因此对于非金属管道热老化性能的评估并不够准确。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，可以真实模拟工业输水环境下非金属管道热老化行为。
本发明采用如下技术方案：
一种模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，所述试验装置包括液相循环系统、外接供气系统和加热保温系统；
所述液相循环系统包括循环水泵、主体管路和若干试验段管路；若干所述试验管路嵌装于所述主体管路中；所述液相循环系统形成封闭环路；
所述外接供气系统，用于为所述液相循环系统输出试验气体，并为所述液相循环系统提供试验压力；
所述加热保温系统，用于对所述封闭管路内的液体进行加热保温，模拟工业输水环境的温度。
进一步的，所述试验段管路与主体管路通过法兰盘连接；若干所述试验段管路之间为串联或并联；所述主体管路上设置流量计，用于监测循环液体流速。
进一步的，所述主体管路上设置取液口，用于试验过程中随时取液进行介质成分分析。
进一步的，所述试验段管路的材质为聚乙烯，所述主体管路的材质为耐腐蚀金属材料；
所述法兰盘与非金属试验段管路、金属主体管路分别通过热熔连接，两个法兰盘间添加氟胶垫片，使用螺栓螺母紧固。
进一步的，所述主体管路的材质为耐腐蚀的金属材料。
进一步的，所述外接供气系统包括高压气瓶、减压阀、缓冲罐；所述高压气瓶通过所述减压阀与所述缓冲罐连接，所述缓冲罐设置于所述封闭环路中；
所述高压气瓶的气体经所述减压阀控压后通过导气管进入所述缓冲罐，经过所述缓冲罐缓冲后的气体进入所述封闭环路中。
进一步的，所述缓冲罐上设置有压力变送器，用于对气体压力进行监测；
进一步的，所述缓冲罐的釜盖上设有3个电极接线柱，所述电极接线柱贯穿缓冲罐内外，以建立缓冲罐内外的电连接；位于缓冲罐内部的电极接线柱分别连接饱和汞参比电极、工作电极和辅助电极，位于缓冲罐外部的电极接线柱直接与电化学工作站连接；通过对缓冲罐内部电极的电化学数据分析，用以确定缓冲罐内部溶液体系对于实验材料的腐蚀性。
进一步的，所述缓冲罐釜盖上配有加料口，用于在试验过程中添加辅料(包括但不限于各种酸、碱、盐、缓蚀剂等化学药品)。
进一步的，所述加热保温系统包括加热装置和温度传感器；所述加热装置设置在所述缓冲罐的外周，对所述缓冲罐内的循环液体加热；所述温度传感器设置在所述主体管路内。
进一步的，通过控制器显示实时温度与压力，设定温度后，到达指定温度即停止加热。
进一步的，所述试验管路的数量为4-8段，采用串联或并联的方式，用于增加可用数据点，减小试验误差。
进一步的，所述主体管路上设置有针阀，所述针阀连接废液处理箱，循环液体能通过所述针阀排出到所述废液处理箱。
进一步的，由于非金属管道长周期失效试验失效时间与失效位置无法有效确定，对于试验人员在试验及记录过程中可能会产生危险，故在封闭环路外部加装聚氯乙烯软质透明卷帘，材质为聚氯乙烯塑料，透明，软质；一方面不影响观察环路试验，便于操作，另一方面确保人员安全。
本发明的有益效果为：
1、相较于其他普通的热老化实验装置而言，增加了液相循环系统、供气系统、电化学测试系统，能够真实模拟非金属管道在实际服役条件下的液相流态、流速、液相成分、气体组分、管道内压力、温度等几乎全部参数，可以实时监测管道内部电化学参数，整个实验装置有较高的稳定性和安全性。
2、可操作性强，使用寿命长，适应性强，切合实际，可以满足长期热老化试验所需的压力温度及流速条件。本发明装置可以通过参比电极及铂电极对试验液体的氧化还原电位进行实时监测；通过取液口可实现对容易随时取样，检测介质成分；通过加料口可随时添加辅料。
3、本设备可以真实的模拟工业输水管道内部介质真实的流态、流速、压力、温度等条件，最大限度的满足非金属管道热老化试验的要求，从而可以得出更为接近实际工况的实验数据，为非金属管道的寿命预测提供可行性指导。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置的结构示意图。
其中：1-高压气瓶；2-减压阀；3-针阀；4-压力变送器；5-加热装置；6-缓冲罐；7-取液阀；8-温度传感器；9-法兰；10-试验段管路A；11-试验段管路B；12-试验段管路C；13-试验段管路D；14-试验段管路E；15-流量计；16-排液阀；17-循环水泵；18-流量调节阀。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1所示，本发明实施例一种模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，包括液相循环系统、外接供气系统和加热保温系统；
优选的，其中外接供气系统包括高压气瓶1、减压阀2、压力变送器4、缓冲罐6；液相循环系统包括流量计15、循环水泵17、主体管路和若干试验段管路10-14；加热保温系统包括加热装置5、温度传感器8。
在本实施例中，试验段管路为5段(但不限于5段)，分别为试验段管路A-E，可采用串联或并联的方式，本实施例中为串联。
优选的，所述外接供气系统高压气瓶1和减压阀2进气口之间通过螺纹连接，外接供气系统输出的实验气体(包括但不限于氧气、氮气、二氧化碳、硫化氢等气体)，经减压阀2控压后通过导气管进入缓冲罐6，通过其缓冲后作用而进入系统内，并为整个封闭环路提供压力，缓冲罐6上装有压力变送器4，系统压力可通过压力变送器4进行监测。缓冲罐6釜盖上配有加料口，可在试验过程中添加辅料。
所述循环水泵17控制液体流速，其与流量计15相连，实时监测液相流速，并可通过流量调节阀18调节液体流速。所述加热装置5置于缓冲罐6外侧，缓冲罐6与循环水泵17相连，可通入循环水控制温度。
所述封闭环路的主体管路材质为耐腐蚀的金属材料，例如不锈钢；试验段管路10-14为聚乙烯材质。主体管路与试验段管路10-14间用法兰盘9连接，可设计多段实验段管路，用于平行实验，增加可用数据点，减小实验误差。
需要说明的是，试验段管道10-14的材质并不仅仅适用于聚乙烯，同样可为其他高分子材料。
优选的，所述主体管路设有取液口，可在试验过程中随时取液进行介质成分监测，以确保流体符合试验要求。试验段管路10-14内液相温度可通过温度传感器8进行监测，主体管路配有针阀3。液体可直接排出环路系统，不再循环，配有废液处理箱，避免液体污染环境，以达到环保的效果。
优选的，封闭环路外部设有透明软质PVC卷帘，一方面不影响观察环路试验，便于操作，另一方面确保人员安全。
本发明可以对工业输水聚乙烯管道在长期服役条件下的抗老化性能进行评定，以此来预测聚乙烯管道在服役工况下的使用寿命。此设备可以模拟聚乙烯管道实际使用条件下大部分的老化参数：流态、流速、压力、温度、氧浓度、氧化剂浓度等，最大程度地满足聚乙烯管道热老化试验的要求，从而可以得出更为接近实际工况的实验数据，为聚乙烯管道的寿命预测提供可行性指导。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，其特征在于，所述试验装置包括液相循环系统、外接供气系统和加热保温系统；
所述液相循环系统包括循环水泵、主体管路和若干试验段管路；若干所述试验管路嵌装于所述主体管路中；所述液相循环系统形成封闭环路；
所述外接供气系统，用于为所述液相循环系统输出试验气体，并为所述液相循环系统提供试验压力；
所述加热保温系统，用于对所述封闭管路内的液体进行加热保温，模拟工业输水环境的温度。
2.如权利要求1所述的模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，其特征在于，所述试验段管路与主体管路通过法兰盘连接；若干所述试验段管路之间为串联或并联；所述主体管路上设置流量计，用于监测循环液体流速。
3.如权利要求2所述的模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，其特征在于，所述主体管路上设置取液口，用于试验过程中随时取液进行介质成分分析。
4.如权利要求2所述的模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，其特征在于，所述试验段管路的材质为非金属，所述主体管路的材质为耐腐蚀金属材料；
所述法兰盘与非金属试验段管路、金属主体管路分别通过热熔连接，两个法兰盘间添加氟胶垫片，使用螺栓螺母紧固。
5.如权利要求1-4任一项所述的模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，其特征在于，所述外接供气系统包括高压气瓶、减压阀、缓冲罐；所述高压气瓶通过所述减压阀与所述缓冲罐连接；所述缓冲罐设置于所述封闭环路中；
所述高压气瓶的气体经所述减压阀控压后通过导气管进入所述缓冲罐，经过所述缓冲罐缓冲后的气体进入所述封闭环路。
6.如权利要求5所述的模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，其特征在于，所述缓冲罐上设置有压力变送器，用于对气体压力进行监测；
所述缓冲罐的釜盖上设有3个电极接线柱，所述电极接线柱贯穿缓冲罐内外，以建立缓冲罐内外的电连接；位于缓冲罐内部的电极接线柱分别连接饱和汞参比电极、工作电极和辅助电极，位于缓冲罐外部的电极接线柱直接与电化学工作站连接；通过对缓冲罐内部电极的电化学数据分析，用以确定缓冲罐内部溶液体系对于实验材料的腐蚀性。
7.如权利要求5所述的模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，其特征在于，所述缓冲罐釜盖上配有加料口，用于在试验过程中添加辅料。
8.如权利要求5所述的模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，其特征在于，所述加热保温系统包括加热装置和温度传感器；所述加热装置设置在所述缓冲罐的外周，对所述缓冲罐内的循环液体进行加热；所述温度传感器设置在所述主体管路内。
9.如权利要求2所述的模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，其特征在于，所述试验管路的数量为4-8段，采用串联或并联的方式，用于增加可用数据点，减小试验误差。
10.如权利要求5所述的模拟工业输水环境下非金属管道热老化试验装置，其特征在于，所述主体管路上设置有针阀，所述针阀连接废液处理箱，循环液体能通过所述针阀排出到所述废液处理箱。
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