CN114878352B - 一种高温高压静液压强度试验设备及其试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温高压静液压强度试验设备及其试验方法，其设备的承压容器的中空筒体的内部固定待测工件，压力调节系统通过管道将外部液体源至少与承压容器内部连通，加热系统设置为至少对承压容器内部的液体进行加热，换热设备的高温侧与承压容器内部的液体连通，压力传感器和温度传感器至少检测承压容器的中空筒体内部的压力和温度，控制台使得所述承压容器内的压力大于承压容器内部液体在实时检测温度下的饱和蒸汽压，该试验设备可用于管材在高温高压环境下的寿命预测试验以及试样的老化试验。本发明的试验设备和方法突破了现有静液压强度试验温度局限在100℃以内，无法对耐热工程塑料管材进行高温静液压试验预测寿命的限制。

Description

一种高温高压静液压强度试验设备及其试验方法
技术领域
本发明涉及静液压强度试验技术领域，具体涉及一种高温高压静液压强度试验设备及其试验方法。
背景技术
非金属管道的设计使用寿命通常为50年，无法直接对管道进行试验得到其寿命，通常采用加速试验的方式对管道寿命进行预测。目前我国通常参考《GB/T 18252 塑料管道系统用外推法确定热塑性塑料材料以管材形式的长期静液压强度》采用静液压强度试验预测管材寿命，该标准中对静液压强度试验的试验温度选取、内压水平与时间范围均做出了要求。静液压强度试验的原理为热塑性材料具有粘弹性，会呈现出时温等效的现象，同一力学松弛现象既可以在较高温度、较短时间内观察到，也可以在较低温度较长时间内观察到。因此静液压强度试验通过提高试验温度，加快管材的破坏过程，缩短试验的时间，以预测管材在较低温度时的寿命。
现有的静液压强度的试验设备通常只能在100℃以下进行试验，100℃以上的水会发生沸腾，无法进行静压试验，且现有技术中对于静液压强度试验设备的设计与改进也主要针对设备结构进行优化设计，以满足不同尺寸管材测试需求，或方便试验过程中相关参数的获取，例如中国专利CN209432613U中通过对静液压设备增加支撑与连接装置使其能对大口径管材进行静液压试验，CN112025576B中通过对阀门的设计保障静液压试验过程中的密封紧固效果。
随着材料领域相关研究不断深入，材料的耐温性能不断提升、寿命不断延长，相应的材料静液压强度试验的时间也不断延长。标准中要求在选定的试验条件下，应至少有4个观察值的破坏时间超过7000小时，至少1个观察值的破坏时间超过9000小时，而现状可能是管材静液压强度试验的时间超过7000小时仍没有破坏点。同时塑料管道的应用场景也逐渐的多元化，例如热力管道系统、核电冷却水管道系统等，这些新的应用场景下管道的工作温度会超过100℃，其采用性能更高的工程塑料，相应的需要在更高温度下进行静液压强度试验以预测塑料管材寿命，而目前的静液压强度试验设备，无法满足对塑料管材进行100℃以上高温高压静液压强度试验的要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种可进行高温高压静液压强度试验的设备以及试验方法，可以对管材进行沸点以上的高温高压静液压强度试验，以满足耐热管材进行静液压强度试验预测寿命时的需求，保障设备安全的前提下提高了静液压强度试验设备的温度上限与压力上限，同时该设备还可以用于试样在高温高压环境下的老化试验。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种高温高压静液压强度试验设备，包括：承压容器、压力调节系统、加热系统、换热设备、传感器系统和控制台；
所述承压容器形成有中空筒体，所述中空筒体的内部设有用于固定待测工件的固定装置，整个承压容器的设计要求需满足标准《GB150 压力容器》，在试验的过程中形成一个密封的试验空间；
所述压力调节系统通过管道将外部液体源至少与所述承压容器的中空筒体内部连通，向所述中空筒体中注入或排出液体形成加压或卸压，注入液体使承压容器中形成高压的环境，而排出液体使承压容器内实现卸压，便于在试验过程中保持承压容器内部压力基本不变，而在试验结束后卸压至大气压；
所述加热系统设置为至少对承压容器中空筒体内部的液体进行加热，使试验处于高温环境下，其加热的范围在常压下液体的沸腾温度与临界温度之间；
所述换热设备包括高温侧和低温侧，所述高温侧与所述承压容器内部的液体连通，所述低温侧与外部冷却水连通，换热设备可以实现承压容器内部的液体快速降温冷却，试验结束后先利用换热设备使承压容器内部的液体温度快速下降，防止直接卸压会造成压力骤降使液体迅速变为气体而产生爆炸的危险；
所述传感器系统包括压力传感器和温度传感器，至少检测所述承压容器的中空筒体内部的压力和温度；
所述控制台接收所述传感器系统的信号，并控制所述压力调节系统、加热系统和换热设备的工作，使得所述承压容器内的压力大于所述承压容器内部液体在实时检测温度下的饱和蒸汽压，使整个试验过程中承压容器内部的液体不会发生沸腾，始终处于液态。
进一步地，上述试验设备还包括安全泄放装置，所述安全泄放装置包括可开闭的安全孔，所述安全孔位于所述承压容器的底部将所述承压容器的内部与外界连通，当在试验过程中出现异常，压力或温度出现异常变化时，例如管材发生破坏时，承压容器内部的压力会迅速降低，此时会立即启动换热设备，打开安全泄放装置的安全孔，对承压容器内进行快速冷却和高温液体的安全泄放，防止液体急速变为气体而发生爆炸，保证试验的安全性。
进一步地，所述承压容器由在轴向上的至少一侧具有开口的中空筒体以及至少一个封头组成，所述封头用于在所述待测工件被放置入承压容器的中空筒体后密封所述承压容器的开口，保证试验过程中的密封环境。
进一步地，所述承压容器上设有第一开孔、第二开孔和第三开孔，所述控制台位于所述承压容器的外部，所述传感器系统和所述加热系统的线路通过所述第一开孔与控制台连接，所述压力调节系统的管路通过所述第二开孔与外部液体源连接，所述安全孔与所述第三开孔连通，上述三个开孔用于设备穿过承压容器，同时在开口处采用密封手段，例如密封垫片、密封胶等，以保障承压容器的密封性。
进一步地，所述承压容器为卧式或者立式，其中立式的承压容器高度较高，一次试验结束后无需将液体全部排空，只需排出液体卸压至与大气压一致且待测工件露出即可，剩余的液体可用于下次试验。
当所述待测工件为非金属管材时，试验中所述管材的两端通过密封件进行密封，以便于在试验过程中使非金属管材内外之间形成压力差，满足试验的压力要求。
进一步地，所述压力调节系统包括三通阀，所述三通阀包括第一连接口、第二连接口和第三连接口，所述第一连接口与外部液体源连通，所述第二连接口与所述承压容器的中空筒体连通，所述第三连接口与所述管材的内部连通用于向管材内部注入或排出液体。在进行加压时，第一连接口为进口，第二连接口和第三连接口为出口，外部液体源的液体通过管道经过第一连接口后向第二连接口和第三连接口流动，从而将液体注入到中空筒体和管材中，其中第二连接口和第三连接口是相对独立的，可以同时注入液体或者其中一个注入液体；相反地，在进行卸压时，第二连接口和第三连接口为入口，第一连接口为出口，液体由中空筒体或者管材内部流出至外部。
进一步地，所述加热系统还对所述管材内部的液体进行加热，所述加热系统包括电阻加热器，所述电阻加热器设置在所述中空筒体和所述管材的内部，即对管材进行试验时，加热系统既要对承压容器中空筒体中的液体加热，也要对管材内部的液体进行加热。
进一步地，所述压力传感器分别检测所述承压容器的中空筒体内部和所述管材内部的压力，所述温度传感器分别检测所述承压容器的中空筒体和所述管材的内部的温度，在试验中实时监控承压容器中空筒体和管材内部的压力和温度情况，使其维持在预设的试验压力和试验温度，同时可以监测是否出现了异常。
另外地，本发明提出了一种非金属管材的高温高压静液压强度试验方法，其采用上文所述的高温高压静液压强度试验设备，并包括以下步骤：
S1、将压力调节系统通过管道与所述非金属管材的内部连通，将压力传感器、温度传感器设置为同时测量非金属管材内部和中空筒体内部的压力和温度，将加热系统设置为可对非金属管材内部和中空筒体内部的液体加热；
S2、将所述非金属管材的两端通过密封件进行密封，并将密封后的非金属管材放置于所述承压容器的中空筒体内，并由固定装置固定，之后将所述承压容器密封；
S3、通过控制台设置静液压强度试验的试验温度、试验压力和最大试验时间；
S4、启动压力调节系统分别向承压容器和非金属管材的内部注满液体；
S5、启动加热系统开始对承压容器和非金属管材内部的液体进行加热，同时压力调节系统继续向承压容器和非金属管材内部进行加压，直至达到预设的试验温度后保持不变；
S6、压力调节系统保持承压容器内的压力不变，继续向非金属管材内部加压，使非金属管材内部与承压容器内部的压力差达到预设的试验压力；
S7、开始静液压强度试验，实时监测承压容器和非金属管材内部的压力和温度，并由控制台控制压力调节系统和加热系统使其稳定保持在预设的试验压力和试验温度；
S8、管材发生破坏或者达到预设的最大试验时间，静液压强度试验结束，获得相应的试验时间与管材状态；
S9、启动换热设备，使承压容器内部的高温液体与外部冷却水换热降温后，启动压力调节系统使承压容器与管材内的液体排出外部；
S10、温度降至室温后，打开承压容器并将待测的管材取出，观察管材的破坏程度。
进一步地，在整个试验进程中进行安全监测，当温度传感器或压力传感器监测到承压容器或管材内部的温度或压力出现异常变化时，启动换热设备，且安全泄放装置打开安全孔，对承压容器内进行快速冷却和高温液体的安全泄放。
进一步地，在上述步骤S5中，控制台对加压速率、加热功率进行控制，确保承压容器和待测的非金属管材内部的温度和压力均保持一致，确保待测的非金属管材在静液压试验开始前内外压力始终一致，此时管材不承受压力，减少升温加压过程对试验结果的影响，并且压力高于液体在对应温度状态下的饱和蒸汽压，保证承压容器和非金属管材内部的液体不会发生沸腾。
另外地，本发明提出了一种非管材试样的老化试验方法，其采用本发明的高温高压静液压强度试验设备，并包括以下步骤：
S1、将所述非管材试样放置于所述承压容器的中空筒体内，并由固定装置固定，之后将所述承压容器密封；
S2、通过控制台设置老化试验的试验温度、试验压力和老化试验时间；
S3、启动压力调节系统向承压容器的内部注满液体；
S4、启动加热系统开始对承压容器内部的液体进行加热，同时压力调节系统继续向承压容器内部进行加压，直至达到预设的试验压力和试验温度；
S5、开始老化试验，实时监测承压容器内部的压力和温度，并由控制台控制压力调节系统和加热系统使承压容器内部稳定保持在预设的试验压力和试验温度，直至达到预设老化试验时间；
S6、启动换热设备，使承压容器内部的高温液体与外部冷却水换热降温后，启动压力调节系统使承压容器内的液体排出外部；
S7、温度降至室温后，打开承压容器并将待测的非管材试样取出。
进一步地，在整个老化试验进程中进行安全监测，当温度传感器或压力传感器监测到承压容器内部的温度或压力出现异常时，启动换热设备，且安全泄放装置打开安全孔，对承压容器内进行快速冷却和高温液体的安全泄放。
进一步地，在上述老化试验的步骤S4中，控制台对加压速率、加热功率进行控制，确保承压容器内部的压力高于液体在对应温度状态下的饱和蒸汽压。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明的试验设备突破了现有技术中静液压强度试验的温度上限，试验温度在液体常压下的沸腾温度与液体的临界压力之间的范围内，均可以用本发明的试验设备进行，以液体为水为例，该试验设备可用于超过100℃小于374.15℃的试验温度；
（2）突破现有技术中静液压强度试验的压力上限，承压容器内的压力大于承压容器内部液体在实时检测温度下的饱和蒸汽压，承压容器内的液体不会发生沸腾，有效的保障试验设备的安全；
（3）既可用于管道的寿命预测试验，也可以用于试样在高温高压环境下的老化试验，大大的减小其试验时间。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
图1是本发明一实施例具有卧式承压容器的高温高压静液压强度试验设备的结构示意图；
图2是本发明另一实施例具有立式承压容器的高温高压静液压强度试验设备的结构示意图；
图3是水的三相状态曲线示意图。
图中附图标记如下：承压容器1、压力调节系统2、加热系统3、换热设备4、控制台5、待测管材6、管材支架7、三通阀8、密封件9、冷却水10、安全泄放装置11、容器支架12。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本使用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前8提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1：
在本实施例中，提出一种用于塑料管材的使用寿命预测的试验设备，该试验设备是高温高压静液压强度试验设备，如图1所示，包括承压容器1、压力调节系统2、加热系统3、换热设备4、传感器系统（图中未示出）和控制台5，试验中待测管材6的两端通过密封件9进行密封，密封件9可采用法兰结构或快开结构，以便于在试验过程中使待测管材9内外之间形成压力差，满足试验的压力要求。
承压容器1为卧式压力容器，其形成有中空筒体，所述中空筒体的内部设有用于固定待测管材6的固定装置，在本实施例中，该固定装置为管材支架7，用于将待测管材6支撑并固定在承压容器1的内部，承压容器1包括中间圆柱形筒体构成的中空筒体和两端的两个封头，两个封头用于在待测管件被放入承压容器1后密封所述承压容器1两端的开口，以使承压容器1在试验时形成密封的试验空间，承压容器1的材料为不锈钢，承压容器1的尺寸足够放入常见塑料管材进行试验，其承压的能力需高于试验过程中的预设压力，具体设计需满足标准《GB150 压力容器》的要求。显然，承压容器1也可以在其轴向的任意一端设置开口，并由一个封头在待测管材6放入后将承压容器1的开口密封。
压力调节系统2通过管道将外部液体源与承压容器1的内部连通，在本实施例中，压力调节系统2包括三通阀8，所述三通阀8包括第一连接口、第二连接口和第三连接口，第一连接口与外部液体源连通，第二连接口与承压容器1的中空筒体连通用于向承压容器1注入或排出液体，第三连接口与待测管材6的内部连通用于向管材内部注入或排出液体，可将第三连接口通过管路穿过待测管材6一端的密封件与待测管材6内部连通。在进行加压时，第一连接口为进口，第二连接口和第三连接口为出口，外部液体源的液体通过管道经过第一连接口后向第二连接口和第三连接口流动，从而将液体注入到中空筒体和管材中，其中第二连接口和第三连接口是相对独立的，可以同时注入液体或者其中一个注入液体，即可以根据需要分别对承压容器1内部和待测管材6内部的压力进行调节；相反地，在进行卸压时，第二连接口和第三连接口为入口，第一连接口为出口，液体由中空筒体或者待测管材6内部流出至承压容器1外部，通过压力调节系统2可对承压容器1和待测管材6内的压力进行调节，实现加压、卸压以及压力保持。
加热系统3设置为既可以对承压容器1内部的液体进行加热，也可以对对待测管材6内部的液体进行加热，使承压容器1和待测管材6中的液体在试验过程中保持在高温状态；加热系统3可采用液体常用的各种加热方式，例如加热棒、电阻丝加热器等，加热系统3的加热端可以设置在承压容器1和待测管材6的内部，也可以设置在承压容器1或待测管材6的外部。
换热设备4包括高温侧和低温侧，高温侧与承压容器1内部的液体连通，低温侧与外部冷却水10连通，换热设备4可以实现承压容器1内部的液体快速降温冷却，试验结束后先利用换热设备4使承压容器1内部的液体温度快速下降，防止直接将液体排出卸压会造成液体压力骤降使液体迅速变为气体而产生爆炸的危险，换热设备4可安装固定于承压容器1的内部（如图1所示），其高温侧与承压容器1直接连通，换热设备4也可以设置在承压容器1的外部（如图2所示），其高温侧通过管路与承压容器1内部连通，在本实施例中，换热设备4为冷却盘管。
所述传感器系统包括压力传感器和温度传感器，其中压力传感器分别检测承压容器1中空筒体内部和待测管材6内部的压力，温度传感器分别检测承压容器1中空筒体和待测管材6的内部的温度，在试验中实时监控承压容器1中空筒体和待测管材6内部的压力和温度情况，以保证其维持在预设的试验压力和试验温度，同时可以监测温度和压力是否出现了异常变化来判断试验是否出现异常。
控制台5接收传感器系统的信号，并根据信号和预设的试验压力和试验温度，使得承压容器内1的压力大于承压容器1内部液体在实时检测温度下的饱和蒸汽压，发出指令控制压力调节系统2、加热系统3、换热设备4的工作，包括启动与停止、加压与卸压，换热开始等。
此外，承压容器1的试验温度大于液体常压下的沸点，并且低于液体介质的临界温度，突破温度上限，实现高温环境下的试验，同时若高于临界温度，则介质不存在液态，也无法进行静液压强度试验。
为了保证试验的安全性，本实施例的试验设备还包括安全泄放装置11，安全泄放装置11包括可开闭的安全孔，安全孔位于承压容器1的底部将承压容器1的内部与外界连通，当在试验过程中出现异常，压力或温度出现异常变化时，例如管材发生破坏时，承压容器1内部的压力会迅速变化，此时控制台5接收到传感器系统的压力信号会立即启动换热设备4，同时控制打开安全泄放装置11的安全孔，对承压容器1内进行快速冷却和高温液体的安全泄放，防止液体急速变为气体而发生爆炸，保证试验的安全性。
此外，安全泄放装置11也可以独立包含压力传感器和温度传感器，用于监测承压容器1内部的温度和压力变化，当监测到压力、温度出现异常变化时，安全泄放装置11控制启动换热设备并打开安全孔，对承压容器1进行快速的冷却和卸压。
承压容器1上设有第一开孔、第二开孔和第三开孔，控制台5位于承压容器1的外部，传感器系统和加热系统3的线路通过第一开孔与控制台5连接，压力调节系统2的管路通过第二开孔与外部液体源连接，安全孔与第三开孔连通，上述三个开孔用于不同的设备穿过承压容器1，同时在上述开孔处会采用一定的密封手段，例如密封垫片、密封胶等，以保障承压容器1的密封性。
承压容器1的下方设有容器支架12，承压容器1安装在容器支架12上，通过容器支架12稳定安装在地面上。
在本实施例中，设备的具体设计参数如下：
设备工作参数：
Figure 522144DEST_PATH_IMAGE001
承压容器设计：
承压容器1为卧式压力容器，中间筒体采用圆柱筒形，一端封头采用标准椭圆封头，另一端采用容器法兰进行密封。
筒体基本参数采用公称直径DN=600mm，筒体长度L=1800mm，椭圆封头可查阅文献采用标准封头参数。
容器法兰采用乙型平焊法兰，公称直径DN=600mm，公称压力取PN=2.5MPa，具体法兰参数可查阅标准《JB/T 4702 压力容器法兰 乙型平焊法兰》。
材料选择304不锈钢制造筒体和封头，304不锈钢的屈服强度为
Figure 584778DEST_PATH_IMAGE002
。
取焊接接头系数
Figure 521510DEST_PATH_IMAGE003
，安全系数
Figure 510982DEST_PATH_IMAGE004
，许用应力为
Figure 787242DEST_PATH_IMAGE005
。
承压容器的计算厚度为
Figure 286357DEST_PATH_IMAGE006
钢板后附负偏差
Figure 461117DEST_PATH_IMAGE007
，腐蚀裕量
Figure 703880DEST_PATH_IMAGE008
。
筒体的名义厚度为
Figure 913275DEST_PATH_IMAGE009
向上整取名义厚度
Figure 317712DEST_PATH_IMAGE010
，用厚度为8mm的304不锈钢钢板制作筒体。
冷却盘管设计：
冷却水流速取1.5kg/s，冷却水进口温度为20℃，取冷却盘管尺寸为
Figure 979768DEST_PATH_IMAGE011
。 目前对冷却时间无准确要求，初步设计盘管间距100mm，盘管缠绕15圈。
开孔设计：
在本实施例中，第一开孔位于承压容器1的周面上，且数量至少为三个，用于放置温度传感器，第二开孔位于容器法兰上。
同时容器法兰设有用于冷却盘管的冷却水进口，直径20mm、冷却水出口直径20mm。
以待测管材6为塑料管材，试验温度为150℃，液体介质采用水为例，进行10MPa静水压强度试验，说明本实施例中高温高压静液压强度试验设备的试验方法。
其中试验温度和试验压力的设置参考《GB/T 18252 塑料管道系统用外推法确定热塑性塑料材料以管材形式的长期静液压强度》，在静液压强度试验前确认试验温度T是否低于试验介质的临界温度，本实施例中试验介质为水，水的临界温度为374.15℃（647.29K），试验温度T=150℃，小于水的临界温度，说明能够用实施例的试验设备进行静液压强度试验。
具体的试验步骤如下：
S1、将压力调节系统2通过管道与塑料管材6的内部连通，将压力传感器、温度传感器设置为同时测量塑料管材6内部和中空筒体内部的压力和温度，将加热系统3设置为可对塑料管材6内部和承压容器1内部的液体加热；
S2、将塑料管材6的两端通过密封件9进行密封，并将密封后的塑料管材放置于承压容器1的中空筒体内，并由管材支架7固定，之后利用封头将承压容器1密封；
S3、通过控制台5设置静液压强度试验的试验温度150℃、试验压力10MPa和最大试验时间1000小时；
S4、启动压力调节系统2分别向承压容器1和塑料管材6的内部注满水；
S5、启动加热系统3开始对承压容器1和塑料管材6内部的水进行加热，同时压力调节系统2继续向承压容器1和塑料管材6内部进行加压，直至达到预设的试验温度150℃后保持不变；
在该步骤中，升温和加压同时进行，并确保在该过程中承压容器1和塑料管材6的温度和压力始终一致，确保待测的塑料管材6在静液压试验开始前（即未稳定达到试验压力和试验温度时）内外压力始终一致，此时管材不承受压力，减少升温加压过程对试验结果的影响。
同时在升温加压过程中需确保承压容器1和塑料管材6内部压力
Figure 760643DEST_PATH_IMAGE012
和温度
Figure 277075DEST_PATH_IMAGE013
始 终满足压力
Figure 117992DEST_PATH_IMAGE014
大于温度
Figure 998835DEST_PATH_IMAGE015
时的饱和蒸汽压
Figure 317821DEST_PATH_IMAGE016
，即
Figure 767388DEST_PATH_IMAGE017
。
如图3水的三相状态曲线示意图中，容器内压力
Figure 513627DEST_PATH_IMAGE018
和温度
Figure 337227DEST_PATH_IMAGE019
对应的点始终在水三 相状态中的液态区。当水的温度在10～168℃范围内，水的饱和蒸汽压满足安托尼公式：
Figure 476215DEST_PATH_IMAGE020
式中：
Figure 108185DEST_PATH_IMAGE021
为水在温度T时的饱和蒸汽压，单位为kPa；T为水的温度，单位为℃。
在本实施例中，水的温度升高范围为室温～150℃，因此需要控制在升温加压过程中满足如下关系式：
Figure 587444DEST_PATH_IMAGE022
S6、当温度达到试验温度后稳定保持在150℃，压力调节系统保持承压容器内的压力不变，继续向非金属管材内部加压，使非金属管材内部与承压容器内部的压力差达到预设的10MPa；
S7、开始静液压强度试验，实时监测承压容器1和塑料管材6内部的压力和温度，并由控制台5控制压力调节系统2和加热系统3使其稳定保持在预设的10MPa和150℃，其中温度波动的范围为±1℃，压力波动范围为-1%～2%；
S8、塑料管材6发生破坏或者试验时间达到1000小时，静液压强度试验结束，获得相应的试验时间与管材状态；
S9、启动换热设备4，使承压容器1内部的高温液体与外部冷却水换热降温后，降至100℃以下后，启动压力调节系统2使承压容器1与塑料管材6内的液体排出外部安全处；
S10、温度降至室温后，打开承压容器1并将待测的塑料管材6取出，观察塑料管材6的破坏程度，准备下一次试验或关闭仪器设备。
在整个试验进程中进行安全监测，当传感器监测到承压容器1或管材内部的温度或压力出现异常变化时，启动换热设备4，且安全泄放装置11打开安全孔，对承压容器1内进行快速冷却和高温液体的安全泄放。
实施例2：
在本实施例中，提出一种用于非管材试样的老化试验的试验设备，该试验设备与实施例1中的区别在于，压力调节系统2仅需将外部液体源与承压容器1的中空筒体内部连通，向中空筒体中注入或排出液体形成加压或卸压，加热系统3设置为仅需对承压容器1中空筒体内部的液体进行加热，压力传感器仅需检测承压容器1中空筒体内部的压力，温度传感器仅需监测承压容器内部的温度，其余部分与实施例1中相同。
采用本实施例的试验设备对非管材试样进行老化试验时，其具备如下步骤：
S1、将试样放置于承压容器1的中空筒体内，并由固定装置固定，之后利用封头将承压容器1密封；
S2、通过控制台5设置老化试验的试验温度、试验压力和老化试验时间；
S3、启动压力调节系统2向承压容器1的内部注满液体；
S4、启动加热系统3开始对承压容器1内部的液体进行加热，同时压力调节系统2继续向承压容器1内部进行加压，直至达到预设的试验压力和试验温度；
控制台5对加压速率、加热功率进行控制，确保承压容器1内部的压力高于液体在对应温度状态下的饱和蒸汽压。
S5、开始老化试验，实时监测承压容器内部1的压力和温度，并由控制台5控制压力调节系统2和加热系统3使承压容器1内部稳定保持在预设的试验压力和试验温度，直至达到预设老化试验时间；
S6、启动换热设备4，使承压容器1内部的高温液体与外部冷却水换热降温后，启动压力调节系统2使承压容器1内的液体排出外部；
S7、温度降至室温后，打开承压容器1并将待测的试样取出。
在整个老化试验进程中进行安全监测，当温度传感器或压力传感器监测到承压容器1内部的温度或压力出现异常时，启动换热设备4，且安全泄放装置11打开安全孔，对承压容器1内进行快速冷却和高温液体的安全泄放。
在其他实施例中，承压容器1可设置为立式压力容器，如图2中所示，其中立式的承压容器1高度较高，一次试验结束后无需将液体全部排空，只需排出液体卸压至与大气压一致且待测工件露出即可，剩余的液体可用于下次试验。
在其他实施例中，高温高压静液压强度试验过程中的液体可依据试验环境要求选择普通自来水或盐水以分别模拟市政用水、海水的待测工件的工作环境。
在其他实施例中，承压容器1上的容器法兰上可设置五个开孔，分别用于对承压容器1进行输水加压的管路（直径80mm），对承压容器1进行卸压的管路（直径80mm），和对待测管材6进行加压卸压的管路（直径50mm）。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (11)

1.一种高温高压静液压强度试验设备，用于非金属管材的内压试验，其特征在于，包括：承压容器、压力调节系统、加热系统、换热设备、传感器系统和控制台；
所述承压容器形成有中空筒体，所述中空筒体的内部设有用于固定待测工件的固定装置；
所述压力调节系统通过管道将外部液体源至少与所述承压容器的中空筒体内部连通，向所述中空筒体中注入或排出液体形成加压或卸压；
非金属管材的两端通过密封件进行密封并放置于所述中空筒体中，所述压力调节系统与所述非金属管材的内部连通，以使试验过程中非金属管材的内外之间形成压力差；
所述加热系统设置为对承压容器中空筒体内部和管材内部的液体进行加热，其加热的范围在常压下液体的沸腾温度与临界温度之间；
所述换热设备包括高温侧和低温侧，所述高温侧与所述承压容器内部的液体连通，所述低温侧与外部冷却水连通；
所述传感器系统包括压力传感器和温度传感器，至少检测所述承压容器的中空筒体内部的压力和温度；
所述控制台接收所述传感器系统的信号，并控制所述压力调节系统、加热系统和换热设备的工作；
在静液压试验开始前，所述压力调节系统的加压和所述加热系统的升温同时进行，确保该过程中承压容器和非金属管材的温度和压力始终保持一致，同时在升温加压过程中确保承压容器和非金属管材内部的压力大于此时温度下内部液体的饱和蒸汽压；
在静液压试验阶段，压力调节系统保持承压容器内的压力不变，继续向非金属管材内部加压，使非金属管材内部与承压容器内部的压力差达到预设值。
2.根据权利要求1所述的高温高压静液压强度试验设备，其特征在于：还包括安全泄放装置，所述安全泄放装置包括可开闭的安全孔，所述安全孔位于所述承压容器的底部将所述承压容器的内部与外界连通。
3.根据权利要求2所述的高温高压静液压强度试验设备，其特征在于：所述压力调节系统包括三通阀，所述三通阀包括第一连接口、第二连接口和第三连接口，所述第一连接口与外部液体源连通，所述第二连接口与所述承压容器的中空筒体连通，所述第三连接口与所述管材的内部连通用于向管材内部注入或排出液体。
4.根据权利要求3所述的高温高压静液压强度试验设备，其特征在于：所述加热系统包括电阻加热器，所述电阻加热器设置在所述中空筒体和所述管材的内部。
5.根据权利要求4所述的高温高压静液压强度试验设备，其特征在于：所述压力传感器分别检测所述承压容器中空筒体内部和所述管材内部的压力，所述温度传感器分别检测所述承压容器中空筒体内部和所述管材内部的温度。
6.根据权利要求2所述的高温高压静液压强度试验设备，其特征在于：所述承压容器由在轴向上的至少一侧具有开口的中空筒体以及至少一个封头组成，所述封头用于在所述待测工件被放置入承压容器的中空筒体后密封所述承压容器的开口。
7.根据权利要求6所述的高温高压静液压强度试验设备，其特征在于：所述承压容器上设有第一开孔、第二开孔和第三开孔，所述控制台位于所述承压容器的外部，所述传感器系统和所述加热系统的线路通过所述第一开孔与控制台连接，所述压力调节系统的管路通过所述第二开孔与外部液体源连接，所述安全孔与所述第三开孔连通。
8.根据权利要求7所述的高温高压静液压强度试验设备，其特征在于：所述承压容器为卧式或者立式。
9.一种非金属管材的高温高压静液压强度试验方法，其特征在于：采用如权利要求1-8中任一项所述的试验设备，包括以下步骤：
S1、将压力调节系统通过管道与所述非金属管材的内部连通，将压力传感器、温度传感器设置为同时测量非金属管材内部和中空筒体内部的压力和温度，将加热系统设置为可对非金属管材内部和承压容器内部的液体加热；
S2、将所述非金属管材的两端通过密封件进行密封，并将密封后的非金属管材放置于所述承压容器的中空筒体内，并由固定装置固定，之后将所述承压容器密封；
S3、通过控制台设置静液压强度试验的试验温度、试验压力和最大试验时间；
S4、启动压力调节系统分别向承压容器和非金属管材的内部注满液体；
S5、启动加热系统开始对承压容器和非金属管材内部的液体进行加热，同时压力调节系统继续向承压容器和非金属管材内部进行加压，直至达到预设的试验温度后保持不变；
S6、压力调节系统保持承压容器内的压力不变，继续向非金属管材内部加压，使非金属管材内部与承压容器内部的压力差达到预设的试验压力；
S7、开始静液压强度试验，实时监测承压容器和非金属管材内部的压力和温度，并由控制台控制压力调节系统和加热系统使其稳定保持在预设的试验压力和试验温度；
S8、管材发生破坏或者达到预设的最大试验时间，静液压强度试验结束，获得相应的试验时间与管材状态；
S9、启动换热设备，使承压容器内部的高温液体与外部冷却水换热降温后，启动压力调节系统使承压容器与管材内的液体排出外部；
S10、温度降至室温后，打开承压容器并将待测的管材取出，观察管材的破坏程度。
10.根据权利要求9所述的非金属管材的高温高压静液压强度试验方法，其特征在于：在整个试验进程中进行安全监测，当温度传感器或压力传感器监测到承压容器或管材内部的温度或压力出现异常变化时，启动换热设备，且安全泄放装置打开安全孔，对承压容器内进行快速冷却和高温液体的安全泄放。
11.根据权利要求9或10所述的非金属管材的高温高压静液压强度试验方法，其特征在于：在步骤S5中，控制台对加压速率、加热功率进行控制，确保承压容器和待测的非金属管材内部的温度和压力均保持一致，并且压力高于液体在对应温度状态下的饱和蒸汽压。
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