CN115325316A - 基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统及方法，包括主管段、固定接头、固定密封端盖、移动密封连接端盖、冷凝盘管、冷凝给水泵、给水泵、压力传感器、安全阀、温度传感器、内衬修复管道、若干垫片组合、电加热棒、电加热丝、保温层、牵引螺杆、牵引基座、激光测距装置、固定基座、胀管密封端盖、胀管充气泵及连接管路和附属阀门。本发明通过采用与实际工艺匹配的预拉伸方法，实现了工作压力、温度对内衬修复管道老化性能的独立评价，通过若干垫片形成的不同尺寸缝隙来模拟管道的破损情况；采用水组加热方式，实现了加速启动过程与精准控温控压的双重目的。

Description

基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统及方法

技术领域

本发明涉及内衬修复管道的加速老化及寿命测试技术，尤其涉及一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统及方法。

背景技术

近年来，管道内衬修复材料在抵抗韧性破坏、慢速裂纹增长等方面发展迅速，但在实际工作过程中，材料会受到周围环境因素的影响而加速老化降解，很大程度上降低了内衬修复管道的服役寿命。非金属内衬修复材料的服役寿命一般取决于环境介质、温度、压力及管材性能四个方面。以聚乙烯为例，常见的老化方式主要包括热氧老化、光氧老化、应力开裂和其他老化。由于通过实际使用环境获得内衬修复材料的周期过长(短则几年，长则数十年)，在实验室条件下，通常采用加速老化的方式来研究内衬修复材料的老化行为。目前，烘箱老化是加速内衬修复材料老化最简单、最常用的方式。

针对内衬修复材料加速老化的研究，通常采用与服役环境相似的加速老化环境来获得和实际使用情况接近的老化管材。因此，为模拟内衬修复材料的实际工作环境，设计与实际环境相符的老化实验也是非常重要和必需的。中国专利CN104266961B提出一种在役聚乙烯管道的热氧加速老化试验装置及寿命预测方法，通过在与在役聚乙烯管道相同的工作环境下，对新聚乙烯管道进行热氧加速老化试验并进行寿命预测，可以在短时间内得到老化管道，有效缩短试验时间。但该专利并没有考虑到在高温高压的加速老化试验环境下，内衬修复管道由于高温产生热应力，从而引起修复管道接头连接处发生弯曲变形的问题，无法保障内衬修复管道加速老化时的稳定性及寿命检测时的准确性。

快速热老化技术具有试验周期短、操作方便等优点，从理论上通过建立快速热老化技术与传统老化试验之间的联系，可以缩短热老化所需要的时间，实现对材料老化寿命的快速预测。因此，在内衬修复管道加速老化前对其进行预拉伸，可以有效消除高温热应力的影响，防止内衬修复管道接头处发生弯曲变形。对于提升内衬修复管道加速老化时的稳定性及寿命检测时的准确性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题，提供一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统，其包括主管段、固定接头、固定密封端盖、移动密封连接端盖和固定基座；

主管段以轴向垂直的方式架设于固定基座上，主管段外侧缠绕有电加热丝并套有保温层；主管段的两个端口均为法兰端口，内衬修复管道能穿入主管段内且贴合主管段内壁；内衬修复管道的顶端反转折边后贴合主管段的顶部法兰端口，并由环形的固定接头压合密封固定；内衬修复管道的底端反转折边后被压合在移动密封连接端盖上实现密封固定；固定接头的中心开孔由固定密封端盖或胀管密封端盖择一密封；在内衬修复管道两端均被端盖密封的状态下，内衬修复管道的内腔保持密闭；

固定密封端盖上分别安装有贯通盖体的排气补液管以及朝向内衬修复管道内腔一侧的冷凝盘管、温度传感器和若干电加热棒；冷凝盘管的进出口分别与冷凝入口管和冷凝出口管相连，冷凝入口管上设有冷凝入口阀和冷凝给水泵，冷凝出口管上设有冷凝出口阀；给水管与排气管并联后与排气补液管相连；排气补液管上设有安全阀，给水管上设有给水阀和给水泵，排气管上分别设有排气阀和压力传感器；

胀管密封端盖上设有贯通盖体的进气口，进气口通过进气管与胀管充气泵相连，进气管上设有进气阀。

移动密封连接端盖上设有贯通盖体的排液管，排液管上安装有排液阀；移动密封连接端盖的底面中心处垂直固定有一条牵引螺杆，牵引螺杆末端与牵引基座连接，牵引基座上安装有激光测距装置，牵引基座能够在激光测距装置的距离监测下通过牵引螺杆控制移动密封连接端盖与主管段底部法兰端口之间的间隙；移动密封连接端盖与主管段之间的间隙处安装有垫片组合，垫片组合在管道径向横截面上为带有缝隙的不完整圆环，用于模拟内衬修复管道外部的管道破损。

作为优选，所述的顶部法兰端口上设有若干第一固定螺栓；所述的固定接头为上凸法兰圆盘结构，圆盘上设有若干第一固定螺栓孔，凸起端设有若干第二固定螺栓；固定接头能够通过第一固定螺栓孔与第一固定螺栓的配合固定在所述主管段的顶部法兰端口上。

作为优选，所述底部法兰端口上设有若干紧固螺栓安装孔，移动密封端盖上设有若干对应配合的紧固螺栓安装孔，移动密封端盖能够通过在紧固螺栓安装孔和紧固螺栓安装孔中穿入对拉螺栓从而配合固定在所述主管段的底部法兰端口上。

作为优选，所述的固定密封端盖或胀管密封端盖上均设有与第二固定螺栓对应配合从而实现端盖固定的若干第二固定螺栓孔。

作为优选，所述的移动密封连接端盖包括移动密封端盖和密封连接卡环；所述牵引螺杆连接于移动密封端盖上；移动密封端盖上设有若干第三固定螺栓孔，密封连接卡环上设有若干对应配合的第三固定螺栓，所述内衬修复管道的底部折边被密封连接卡环压合在移动密封端盖上，并通过第三固定螺栓孔和第三固定螺栓的配合实现压紧密封。

作为优选，所述的垫片组合包括若干组半圆环垫片；每一组两个半圆环垫片对向拼接构成带有缝隙的不完整圆环；多组半圆环垫片能够沿管道轴向叠加以形成不同尺寸的缝隙；每一组半圆环垫片上均设有若干与所述对拉螺栓配合的紧固螺栓安装孔。

作为优选，所述的内衬修复管道预先缩管后穿入主管段中，然后再通过胀管处理恢复原管径，使得内衬修复管道外管壁与主管段内壁之间呈过盈配合。

作为优选，所述的主管段的内壁与胀管后的内衬修复管道之间的摩擦阻力应大于内衬管道的弹性回缩力。

第二方面，本发明提供了一种根据第一方面任一方案所述内衬修复管道加速老化系统的内衬修复管道加速老化测试方法，其包括内衬修复管道的固定安装和加速老化两个阶段；

内衬修复管道的固定安装阶段包括缩径穿插、充气密封、预拉伸、充气胀管、模拟漏缝、测试密封六个过程，具体如下：

对内衬修复管道进行缩径处理后放入主管段中，从而完成缩径穿插过程；

完成缩径穿插过程后，将内衬修复管道的顶端翻转折边，并通过固定接头压合密封固定于主管段顶部法兰端口上；内衬修复管道的底端伸出主管段，并与底部移动密封连接端盖密封连接，从而完成充气密封过程；

完成充气密封过程后，保持内衬修复管道顶部固定，由牵引基座通过牵引螺杆对内衬修复管道的底部进行轴向的牵引拉伸，并通过激光测距装置控制预拉伸量为内衬修复管道的工作温度与环境温度之间的温差所引起的应变量，从而完成预拉伸过程；

预拉伸过程完成后，将胀管密封端盖与固定接头连接固定，保持内衬修复管道内腔处于密闭状态，打开进气阀，通过胀管充气泵将气体经进气管泵入主管段中，对预拉伸后的内衬修复管道进行充气胀管，胀管复原后的内衬修复管道外表面与主管段内壁紧密贴合，实现内衬管道与主管段的过盈配合，防止内腔气压恢复后内衬修复管道收缩回弹，从而完成充气胀管过程；

完成充气胀管过程后，将顶部胀管密封端盖更换为固定密封端盖，并在移动密封连接端盖与主管段的间隙处填充垫片组合，形成指定尺寸的缝隙来模拟管道的破损，从而完成模拟漏缝过程；

完成管道漏缝过程后，将移动密封连接端盖、垫片组合与主管段底部法兰端口固定连接以限制相对运动，完成测试密封过程，再进入加速老化阶段；

内衬修复管道的加速老化阶段包括排气注水、快速加热、升温升压、控温加热老化、冷凝取样五个过程，具体如下：

打开给水阀，通过给水泵将试验用水经给水管注入内衬修复管道的内腔内，在注水过程中，间歇性打开排气阀，经排气管将腔体内的气体排出，直至内衬修复管道的内腔中充满水后关闭给水阀和排气阀，从而完成排气注水过程；

完成排气注水过程后，先通过电加热棒和电加热丝共同加热内衬修复管道内腔中的水，并在加热过程中通过压力传感器和温度传感器测量内腔中的压力和水温，测量数据实时传输至数据采集系统；试验用水中含有的气体在加热过程中会随着温度升高而不断逸出，需要定期进行排气补液，在进行排气补液时，先打开排气阀排出内部气体，然后关闭排气阀并打开给水阀补入损失的试验用水；当内腔中的水温达到接近设定温度的第一温度阈值时，控制电加热丝停止加热，从而完成快速加热过程；

完成快速加热过程后，单独由电加热棒继续对内腔中的试验用水进行加热，同时通过压力传感器和温度传感器测量内腔中的压力和水温，当内衬修复管道内腔中的压力和水温均达到设定值时，控制电加热棒停止加热，完成升温升压过程；

完成升温升压过程后，在设定的试验周期内，保持内衬修复管道内腔中处于恒定的温度和压力状态，使得内衬修复管道在对应的高温高压环境下进行加速老化过程，直至达到指定的热老化时间，从而完成控温加热老化过程；

完成控温加热老化过程后，打开冷凝入口阀和冷凝出口阀，将冷凝水经冷凝入口管由冷凝给水泵泵入冷凝盘管中，对内衬修复管道内腔中的蒸汽进行冷凝，冷凝水经冷凝出口管排出；当内衬修复管道内腔中温度降至室温后，打开排气阀和排液阀，此时由于腔体内压力的存在，冷凝后会出现闪蒸现象，产生的蒸汽由排气管排出，而内腔底部的冷凝液体则经排液管流出；排出内腔中的水汽后，拆除主管段顶部的固定接头和固定密封端盖以及底部的移动密封连接端盖和若干垫片组合，取出老化后的内衬修复管道，从而完成冷凝取样过程，最终得到用于进行后续性能测试的内衬修复管道老化样品。

作为优选，所述的预拉伸过程中，内衬修复管道的预拉伸量为Δl＝ΔTLσ，式中ΔT为内衬修复管道实际工作温度与环境温度之间的温差，L为拉伸前的内衬修复管道的长度，σ为内衬修复管道的热膨胀系数。

与现有技术相比，本发明的特色与创新在于：

(1)本发明通过采用与实际工艺匹配的预拉伸方法，消除了热胀冷缩效应对内衬修复管道局部性能影响对管道老化性能评价的影响，实现了工作压力、温度对内衬修复管道老化性能的独立评价。

(2)本发明针对内衬管道预拉伸量形成的空间，采用组合垫片模拟实际管道的漏缝现象，增加了管道受漏缝影响部分的老化测试。

(3)本发明采用外覆电加热丝和内设电加热棒两种加热方式，一方面实现了快速升温，加速测试的启动过程，另一方面实现对加速老化测试时压力、温度的控制。

附图说明

图1是一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统及测试方法示意图；

图2是工作管段顶部法兰端口安装结构示意图；

图3是工作管段底部法兰端口安装结构示意图；

图4是内衬修复管道预拉伸前后对比示意图；

图5是内衬修复管道加速老化测试方法的工作流程图。

图中：主管段1、固定接头2、固定密封端盖3、移动密封连接端盖4、冷凝出口管5、冷凝出口阀6、冷凝盘管7、冷凝入口阀8、冷凝给水泵9、冷凝入口管10、排气补液管11、给水阀12、给水泵13、给水管14、排气阀15、排气管16、压力传感器17、安全阀18、温度传感器19、内衬修复管道20、垫片组合21、电加热棒22、电加热丝23、保温层24、加热丝侧断路器25、加热棒侧断路器26、排液阀27、排液管28、牵引螺杆29、牵引基座30、激光测距装置31、紧固螺栓32、固定基座33、胀管密封端盖34、进气口35、进气管36、进气阀37、胀管充气泵38、第一固定螺栓101、紧固螺栓安装孔102、第一固定螺栓孔201、第二固定螺栓202、第二固定螺栓孔301、移动密封端盖401、密封连接卡环402、第三固定螺栓403、第三固定螺栓孔404、紧固螺栓安装孔405、半圆环垫片211、紧固螺栓安装孔212、缝隙213。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1～图4所示，本发明提供了一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统，其主要组件包括主管段1、固定接头2、固定密封端盖3、移动密封连接端盖4、冷凝出口管5、冷凝出口阀6、冷凝盘管7、冷凝入口阀8、冷凝给水泵9、冷凝入口管10、排气补液管11、给水阀12、给水泵13、给水管14、排气阀15、排气管16、压力传感器17、安全阀18、温度传感器19、内衬修复管道20、若干垫片组合21、电加热棒22、电加热丝23、保温层24、加热丝侧断路器25、加热棒侧断路器26、排液阀27、排液管28、牵引螺杆29、牵引基座30、激光测距装置31、若干紧固螺栓32、固定基座33、胀管密封端盖34、进气口35、进气管36、进气阀37、胀管充气泵38。该基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统主要用于在内衬修复材料加速老化的研究中，模拟与服役环境相似的加速老化环境来获得和实际使用情况接近的老化管材样品。下面对上述系统中各组件的具体连接方式和配合工作过程进行详细描述。

主管段1是热力管道的主体管道，其内部需要套接内衬修复管道20。为了保证模拟的准确性，主管段的内壁粗糙度和摩擦阻力特征与实际工程应用中待修复的管道一致。该主管段1以轴向垂直的方式架设于固定基座33上，其底部悬空。主管段1外侧均匀缠绕有电加热丝23并套有保温层24。电加热丝23通过供电电路接入电源中，且设置加热丝侧断路器25对供电电路通断进行控制。主管段1顶部和底部的两个端口均为法兰端口，内衬修复管道20能穿入主管段1内且贴合主管段1内壁。内衬修复管道20需要与主管段1内壁形成过盈配合，因此其外径需要大于主管段1内径。由此，内衬修复管道20在穿入主管段1之前需要进行缩管，穿入主管段1后需要进行胀管，具体做法后续将详细说明，此处不再赘述。

为了保证内衬修复管道20在主管段1内进行加速老化试验时的密闭性，内衬修复管道20的顶端和底端均需要分别伸出主管段1的顶端和底端。内衬修复管道20顶端进行反转折边处理，即将一段管道向外翻折后贴合主管段1的顶部法兰端口，然后上方由一个环形的固定接头2压合密封固定。内衬修复管道20的底端也通过反转折边后被压合在移动密封连接端盖4上实现密封固定。固定接头2的中心开孔由固定密封端盖3或胀管密封端盖34密封，而且固定密封端盖3和胀管密封端盖34是择一使用的，即在不同的实验阶段采用其中一个安装在固定接头2上，而不是同时使用。但不论选择固定密封端盖3还是胀管密封端盖34，在内衬修复管道20两端均被端盖密封的状态下，内衬修复管道20的内腔均需要保持密闭。但需要说明的是，此处的内腔密闭并非指与外部完全隔绝，而是仅保留了可控开闭的通道。

下面对上述三种密封端盖即固定密封端盖3、胀管密封端盖34和移动密封连接端盖4的具体结构和附属组件进行详细描述。

固定密封端盖3用于在进行加速老化试验的过程中对管内进行各种控制。固定密封端盖3上设置有贯通盖体的排气补液管11，同时还在朝向内衬修复管道20内腔一侧安装有冷凝盘管7、温度传感器19和若干电加热棒22。电加热棒22的具体数量不限，根据内腔中的加热均匀性和加热功率需求优化即可。每一条电加热棒22需要通过供电电路接入电源中，且设置加热棒侧断路器26对供电电路通断进行控制。冷凝盘管7的进出口分别与位于固定密封端盖3外部的冷凝入口管10和冷凝出口管5相连。冷凝入口管10上设有冷凝入口阀8和冷凝给水泵9，冷凝入口阀8控制冷凝入口管10开闭，而冷凝给水泵9提供冷凝水的输送动力。冷凝出口管5上设有冷凝出口阀6，冷凝出口阀6控制冷凝出口管5的开闭。给水管14与排气管16并联后与排气补液管11相连。排气补液管11上设有安全阀18，当排气补液管11以及内衬修复管道20内腔中的气压过大时可以从安全阀18进行泄压，防止出现风险。给水管14上设有给水阀12和给水泵13，给水阀12用于控制给水管14的开闭，而给水泵13用于为试验用水提供输送动力。排气管16上分别设有排气阀15和压力传感器17，排气阀15用于控制排气管16的开闭，而压力传感器17用于检测排气管16和内衬修复管道20内腔中的气压。

胀管密封端盖34用于在实际进行加速老化试验之前，对缩管后的内衬修复管道20进行胀管处理，而胀管处理完毕即可更换为前述的固定密封端盖3、胀管密封端盖34上设有贯通盖体的进气口35，进气口35通过进气管36与胀管充气泵38相连，进气管36上设有进气阀37。

移动密封连接端盖4用于对管道底部进行密封，特别的是内衬修复管道20底部在模拟过程中需要进行预拉伸，如图4所示。因此，此处的移动密封连接端盖4并非直接固定在主管段1的底部法兰端口上，而是与主管段1的底部法兰端口保持一定的间距。而且在不同的试验方案中，这个间距可能是需要调整的，因此移动密封连接端盖4是一种可轴向移动的密封。移动密封连接端盖4上设有贯通盖体的排液管28，排液管28上安装有排液阀27。移动密封连接端盖4的底面中心处垂直固定有一条牵引螺杆29，牵引螺杆29末端与牵引基座30连接，牵引基座30上安装有激光测距装置31。激光测距装置31能够实时测量移动密封连接端盖4距离自身的距离，从而间接控制移动密封连接端盖4与主管段1底部法兰端口之间的间隙大小。牵引基座30的具体形式不限，能够控制牵引螺杆29的上下移动即可。在该结构中，牵引基座30能够在激光测距装置31的距离监测下通过牵引螺杆29控制移动密封连接端盖4与主管段1底部法兰端口之间的间隙。移动密封连接端盖4与主管段1之间的间隙处安装有垫片组合21。需要注意的是，垫片组合21在管道径向横截面上为带有缝隙213的不完整圆环，用于模拟内衬修复管道20外部的管道破损。

作为本发明实施例的一种实现方式，上述各端盖的具体结构形式可参见图2和图3所示。

其中，顶部法兰端口上设有若干第一固定螺栓101。而固定接头2为上凸法兰圆盘结构，圆盘上设有若干第一固定螺栓孔201，凸起端设有若干第二固定螺栓202。第一固定螺栓孔201和第一固定螺栓101是一一对应的，固定接头2能够通过第一固定螺栓孔201与第一固定螺栓101的配合固定在主管段1的顶部法兰端口上。

另外，底部法兰端口上设有若干紧固螺栓安装孔102，移动密封端盖401上设有若干对应配合的紧固螺栓安装孔405，紧固螺栓安装孔102和紧固螺栓安装孔405也是一一对应的。移动密封端盖401能够通过在紧固螺栓安装孔102和紧固螺栓安装孔405中穿入对拉螺栓从而配合固定在主管段1的底部法兰端口上。每一对紧固螺栓安装孔102和紧固螺栓安装孔405中都可以穿入一条对拉螺栓并通过拧紧螺母进行紧固。

另外，固定密封端盖3或胀管密封端盖34上均设有若干第二固定螺栓孔301。第二固定螺栓孔301与第二固定螺栓202是一一对应的，两者可配合紧固，从而实现固定密封端盖3或胀管密封端盖34的固定。

另外，移动密封连接端盖4包括移动密封端盖401和密封连接卡环402。其中，前述的牵引螺杆29顶端可连接于移动密封端盖401上。移动密封端盖401上设有若干第三固定螺栓孔404，密封连接卡环402上设有若干对应配合的第三固定螺栓403，第三固定螺栓孔404和第三固定螺栓403是一一对应的，内衬修复管道20的底部折边被密封连接卡环402压合在移动密封端盖401上，并通过第三固定螺栓孔404和第三固定螺栓403的配合实现压紧密封。

如前所述，垫片组合21的作用是通过缝隙213来模拟内衬修复管道20外部的管道破损。而在实际的老化模拟研究中，存在需要探究不同尺寸的管道破损对于内衬修复管道20老化情况影响的需求。因此，垫片组合21需要满足能够调节缝隙213大小的需求。作为本发明实施例的一种实现方式，垫片组合21可以包括若干组半圆环垫片211；每一组有两个半圆环垫片211，每一组两个半圆环垫片211对向拼接构成带有缝隙213的不完整圆环。多组半圆环垫片211能够沿管道轴向叠加，由此不同组半圆环垫片211的缝隙213可以沿管道轴向连接延伸，以形成不同尺寸的缝隙213。当然，这个尺寸实际模拟了缝隙213的长度，但本发明中还可以设置不同组的半圆环垫片211使其带有不同宽度的缝隙213。因此，具体的垫片组合21形式可以是多样的，对此不做限定。但需要注意的是，为了保证半圆环垫片211在试验过程中能够被可靠固定，每一组半圆环垫片211上均设有若干与所述对拉螺栓配合的紧固螺栓安装孔212。对拉螺栓在穿入紧固螺栓安装孔102和紧固螺栓安装孔405的过程中，需要同步穿过半圆环垫片211上的紧固螺栓安装孔212

如前所述，本发明中的内衬修复管道20需要预先缩管后穿入主管段1中，然后再通过胀管处理恢复原管径，使得内衬修复管道20外管壁与主管段1内壁之间呈过盈配合。而且内衬修复管道20后续需要进行预拉伸，因此为了避免内衬修复管道20拉伸之后又回缩，内衬修复管道20的原直径需要进行合理选择，使得主管段1的内壁与胀管后的内衬修复管道20之间的摩擦阻力应大于内衬管道的弹性回缩力。上述预拉伸量需要根据实际的理论计算进行确定。由于热力管道使用时往往处于远高于环境温度的高温状态，因此原本在环境温度下平整的内衬管道会因为热胀冷缩出现伸长现象，从而导致出现鼓包和起边。因此，对内衬修复管道20预先进行拉伸，可以提前消除内衬修复管道20的工作温度与环境温度之间的温差所引起的应变量，保证模拟的准确性。

由此，基于上述图1～图4所示的内衬修复管道加速老化系统，本发明的另一实施例中还提出了一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化测试方法，如图5所示，其包括内衬修复管道的固定安装和加速老化两个阶段。

内衬修复管道的固定安装阶段包括缩径穿插、充气密封、预拉伸、充气胀管、模拟漏缝、测试密封六个过程，具体如下：

对内衬修复管道20进行缩径处理后放入主管段1中，从而完成缩径穿插过程。

需要说明的是，此处内衬修复管道20既可以采用O型缩径，也可以采用U型折边缩径，对此不做限制。本实施例中，可采用O型缩径使直径减小5％～10％后放入主管段1中。

完成缩径穿插过程后，将内衬修复管道20的顶端翻转折边，并通过固定接头2压合密封固定于主管段1顶部法兰端口上；内衬修复管道20的底端伸出主管段1，并与底部移动密封连接端盖4密封连接，从而完成充气密封过程。

完成充气密封过程后，保持内衬修复管道20顶部固定，由牵引基座30通过牵引螺杆29对内衬修复管道20的底部进行轴向的牵引拉伸，并通过激光测距装置31控制预拉伸量为内衬修复管道20的工作温度与环境温度之间的温差所引起的应变量，从而完成预拉伸过程。

为了保证预拉伸量满足要求，作为本发明实施例的一种实现方式，在上述预拉伸过程中，内衬修复管道20的预拉伸量Δl可按照下式进行计算：Δl＝ΔTLσ，式中ΔT为内衬修复管道20实际工作温度与环境温度之间的温差，L为拉伸前的内衬修复管道20的长度，σ为内衬修复管道20的热膨胀系数。

预拉伸过程完成后，将胀管密封端盖34与固定接头2连接固定，保持内衬修复管道20内腔处于密闭状态，打开进气阀37，通过胀管充气泵38将气体经进气管36泵入主管段1中，对预拉伸后的内衬修复管道20进行充气胀管，使其管径基本恢复到缩管之前的原始管径，胀管复原后的内衬修复管道20外表面与主管段1内壁紧密贴合，实现内衬管道与主管段的过盈配合，防止内腔气压恢复后内衬修复管道20收缩回弹，从而完成充气胀管过程。

需要说明的是，实际应用时，可通过选择内衬修复管道20的管径来控制其胀管复原之后与主管段1之间的摩擦力大小。

完成充气胀管过程后，将顶部胀管密封端盖34更换为固定密封端盖3，并在移动密封连接端盖4与主管段1的间隙处填充垫片组合21，形成指定尺寸的缝隙213来模拟管道的破损，从而完成模拟漏缝过程。

需要说明的是，此处具体模拟管道破损的缝隙213尺寸可根据实际的模拟需要进行调整，对此可不做限制。

完成管道漏缝过程后，将移动密封连接端盖4、垫片组合21与主管段1底部法兰端口通过穿入对拉螺栓进行固定连接并限制三者之间的相对运动，完成测试密封过程。由此最终完成了内衬修复管道的整个固定安装阶段，即可进入加速老化阶段。

内衬修复管道的加速老化阶段包括排气注水、快速加热、升温升压、控温加热老化、冷凝取样五个过程，具体如下：

打开给水阀12，通过给水泵13将试验用水经给水管14注入内衬修复管道20的内腔内，在注水过程中，间歇性打开排气阀15，经排气管16将腔体内的气体排出，直至内衬修复管道20的内腔中充满水后关闭给水阀12和排气阀15，从而完成排气注水过程。

需要注意的是，排气阀15是间歇性开启的，在排气过程中可通过阀门的开度控制使得排气补液管11依然能够保持进水，当然也可以先停止排气补液管11中的进水，待排气结束后再重新进水。具体可根据实际操作需要进行合理控制。

完成排气注水过程后，先采用大功率加热，即通过电加热棒22和电加热丝23共同加热内衬修复管道20内腔中的水，并在加热过程中通过压力传感器17和温度传感器19测量内腔中的压力和水温，测量数据实时传输至数据采集系统；由于试验用水中往往含有不凝性气体，这些试验用水中含有的气体在加热过程中会随着温度升高而不断逸出，因此需要定期进行排气补液；在进行排气补液时，先打开排气阀15排出内部气体，然后关闭排气阀15并打开给水阀12补入损失的试验用水。当内腔中的水温达到接近设定温度的第一温度阈值时，此时实验温度与设定温度的温差较小，仅采用电加热棒22进行小功率加热即可，因此断开加热丝侧断路器25，使电加热丝23停止加热，从而完成快速加热过程。

需要说明的是，此处的接近设定温度的第一温度阈值可根据实际进行调整，以选择一个略低于设定温度的温度值为宜。具体的设定温度可根据实际的老化试验要求进行选定。

完成快速加热过程后，单独由电加热棒22继续对内腔中的试验用水进行加热，同时通过压力传感器17和温度传感器19测量内腔中的压力和水温，当内衬修复管道20内腔中的压力和水温均达到设定值时，断开加热棒侧断路器26，完成升温升压过程。

需要说明的是，由于老化试验时，设定温度一般都要高于100℃，因此在升温升压过程中，试验用水会随着加热的进行不断变成高温蒸汽，从而引起内部压力大的上升。内衬修复管道20内腔中具体的压力和水温设定值可根据实际的老化试验要求进行选定。

完成升温升压过程后，在设定的试验周期内，保持内衬修复管道20内腔中处于恒定的温度和压力状态，使得内衬修复管道20在对应的高温高压环境下进行加速老化过程，直至达到指定的热老化时间，从而完成控温加热老化过程。

需要说明的是，试验周期中指定的热老化时间可根据实际的老化试验要求进行选定。

完成控温加热老化过程后，打开冷凝入口阀8和冷凝出口阀6，将冷凝水经冷凝入口管10由冷凝给水泵9泵入冷凝盘管7中，对内衬修复管道20内腔中的蒸汽进行冷凝，冷凝水经冷凝出口管5排出；当内衬修复管道20内腔中温度降至室温后，打开排气阀15和排液阀27，此时由于腔体内压力的存在，冷凝后会出现闪蒸现象，产生的蒸汽由排气管16排出，而内腔底部的冷凝液体则经排液管28流出；排出内腔中的水汽后，拆除主管段1顶部的固定接头2和固定密封端盖3以及底部的移动密封连接端盖4和若干垫片组合21，取出老化后的内衬修复管道20，从而完成冷凝取样过程，最终得到用于进行后续性能测试的内衬修复管道老化样品。

经过上述实验过程，可以得到正常管段、弯头以及漏缝处的老化样品，针对三种不同的老化样品，将分别进行后续的性能测试，即可分析不同位置内衬管道的老化情况。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统，其特征在于，包括主管段(1)、固定接头(2)、固定密封端盖(3)、移动密封连接端盖(4)和固定基座(33)；

主管段(1)以轴向垂直的方式架设于固定基座(33)上，主管段(1)外侧缠绕有电加热丝(23)并套有保温层(24)；主管段(1)的两个端口均为法兰端口，内衬修复管道(20)能穿入主管段(1)内且贴合主管段(1)内壁；内衬修复管道(20)的顶端反转折边后贴合主管段(1)的顶部法兰端口，并由环形的固定接头(2)压合密封固定；内衬修复管道(20)的底端反转折边后被压合在移动密封连接端盖(4)上实现密封固定；固定接头(2)的中心开孔由固定密封端盖(3)或胀管密封端盖(34)择一密封；在内衬修复管道(20)两端均被端盖密封的状态下，内衬修复管道(20)的内腔保持密闭；

固定密封端盖(3)上分别安装有贯通盖体的排气补液管(11)以及朝向内衬修复管道(20)内腔一侧的冷凝盘管(7)、温度传感器(19)和若干电加热棒(22)；冷凝盘管(7)的进出口分别与冷凝入口管(10)和冷凝出口管(5)相连，冷凝入口管(10)上设有冷凝入口阀(8)和冷凝给水泵(9)，冷凝出口管(5)上设有冷凝出口阀(6)；给水管(14)与排气管(16)并联后与排气补液管(11)相连；排气补液管(11)上设有安全阀(18)，给水管(14)上设有给水阀(12)和给水泵(13)，排气管(16)上分别设有排气阀(15)和压力传感器(17)；

胀管密封端盖(34)上设有贯通盖体的进气口(35)，进气口(35)通过进气管(36)与胀管充气泵(38)相连，进气管(36)上设有进气阀(37)。

移动密封连接端盖(4)上设有贯通盖体的排液管(28)，排液管(28)上安装有排液阀(27)；移动密封连接端盖(4)的底面中心处垂直固定有一条牵引螺杆(29)，牵引螺杆(29)末端与牵引基座(30)连接，牵引基座(30)上安装有激光测距装置(31)，牵引基座(30)能够在激光测距装置(31)的距离监测下通过牵引螺杆(29)控制移动密封连接端盖(4)与主管段(1)底部法兰端口之间的间隙；移动密封连接端盖(4)与主管段(1)之间的间隙处安装有垫片组合(21)，垫片组合(21)在管道径向横截面上为带有缝隙(213)的不完整圆环，用于模拟内衬修复管道(20)外部的管道破损。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统，其特征在于，所述的顶部法兰端口上设有若干第一固定螺栓(101)；所述的固定接头(2)为上凸法兰圆盘结构，圆盘上设有若干第一固定螺栓孔(201)，凸起端设有若干第二固定螺栓(202)；固定接头(2)能够通过第一固定螺栓孔(201)与第一固定螺栓(101)的配合固定在所述主管段(1)的顶部法兰端口上。

3.根据权利要求1所述的一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统，其特征在于，所述底部法兰端口上设有若干紧固螺栓安装孔(102)，移动密封端盖(401)上设有若干对应配合的紧固螺栓安装孔(405)，移动密封端盖(401)能够通过在紧固螺栓安装孔(102)和紧固螺栓安装孔(405)中穿入对拉螺栓从而配合固定在所述主管段(1)的底部法兰端口上。

4.根据权利要求1所述的一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统，其特征在于，所述的固定密封端盖(3)或胀管密封端盖(34)上均设有与第二固定螺栓(202)对应配合从而实现端盖固定的若干第二固定螺栓孔(301)。

5.根据权利要求1所述的一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统，其特征在于，所述的移动密封连接端盖(4)包括移动密封端盖(401)和密封连接卡环(402)；所述牵引螺杆(29)连接于移动密封端盖(401)上；移动密封端盖(401)上设有若干第三固定螺栓孔(404)，密封连接卡环(402)上设有若干对应配合的第三固定螺栓(403)，所述内衬修复管道(20)的底部折边被密封连接卡环(402)压合在移动密封端盖(401)上，并通过第三固定螺栓孔(404)和第三固定螺栓(403)的配合实现压紧密封。

6.根据权利要求1所述的一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统，其特征在于，所述的垫片组合(21)包括若干组半圆环垫片(211)；每一组两个半圆环垫片(211)对向拼接构成带有缝隙(213)的不完整圆环；多组半圆环垫片(211)能够沿管道轴向叠加以形成不同尺寸的缝隙(213)；每一组半圆环垫片(211)上均设有若干与所述对拉螺栓配合的紧固螺栓安装孔(212)。

7.根据权利要求1所述的一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统，其特征在于，所述的内衬修复管道(20)预先缩管后穿入主管段(1)中，然后再通过胀管处理恢复原管径，使得内衬修复管道(20)外管壁与主管段(1)内壁之间呈过盈配合。

8.根据权利要求1所述的一种基于温度应变量补偿的内衬修复管道加速老化系统，其特征在于，所述的主管段(1)的内壁与胀管后的内衬修复管道(20)之间的摩擦阻力应大于内衬管道的弹性回缩力。

9.一种根据权利要求1～8任一所述内衬修复管道加速老化系统的内衬修复管道加速老化测试方法，其特征在于，包括内衬修复管道的固定安装和加速老化两个阶段；

内衬修复管道的固定安装阶段包括缩径穿插、充气密封、预拉伸、充气胀管、模拟漏缝、测试密封六个过程，具体如下：

对内衬修复管道(20)进行缩径处理后放入主管段(1)中，从而完成缩径穿插过程；

完成缩径穿插过程后，将内衬修复管道(20)的顶端翻转折边，并通过固定接头(2)压合密封固定于主管段(1)顶部法兰端口上；内衬修复管道(20)的底端伸出主管段(1)，并与底部移动密封连接端盖(4)密封连接，从而完成充气密封过程；

完成充气密封过程后，保持内衬修复管道(20)顶部固定，由牵引基座(30)通过牵引螺杆(29)对内衬修复管道(20)的底部进行轴向的牵引拉伸，并通过激光测距装置(31)控制预拉伸量为内衬修复管道(20)的工作温度与环境温度之间的温差所引起的应变量，从而完成预拉伸过程；

预拉伸过程完成后，将胀管密封端盖(34)与固定接头(2)连接固定，保持内衬修复管道(20)内腔处于密闭状态，打开进气阀(37)，通过胀管充气泵(38)将气体经进气管(36)泵入主管段(1)中，对预拉伸后的内衬修复管道(20)进行充气胀管，胀管复原后的内衬修复管道(20)外表面与主管段(1)内壁紧密贴合，实现内衬管道与主管段的过盈配合，防止内腔气压恢复后内衬修复管道(20)收缩回弹，从而完成充气胀管过程；

完成充气胀管过程后，将顶部胀管密封端盖(34)更换为固定密封端盖(3)，并在移动密封连接端盖(4)与主管段(1)的间隙处填充垫片组合(21)，形成指定尺寸的缝隙(213)来模拟管道的破损，从而完成模拟漏缝过程；

完成管道漏缝过程后，将移动密封连接端盖(4)、垫片组合(21)与主管段(1)底部法兰端口固定连接以限制相对运动，完成测试密封过程，再进入加速老化阶段；

内衬修复管道的加速老化阶段包括排气注水、快速加热、升温升压、控温加热老化、冷凝取样五个过程，具体如下：

打开给水阀(12)，通过给水泵(13)将试验用水经给水管(14)注入内衬修复管道(20)的内腔内，在注水过程中，间歇性打开排气阀(15)，经排气管(16)将腔体内的气体排出，直至内衬修复管道(20)的内腔中充满水后关闭给水阀(12)和排气阀(15)，从而完成排气注水过程；

完成排气注水过程后，先通过电加热棒(22)和电加热丝(23)共同加热内衬修复管道(20)内腔中的水，并在加热过程中通过压力传感器(17)和温度传感器(19)测量内腔中的压力和水温，测量数据实时传输至数据采集系统；试验用水中含有的气体在加热过程中会随着温度升高而不断逸出，需要定期进行排气补液，在进行排气补液时，先打开排气阀(15)排出内部气体，然后关闭排气阀(15)并打开给水阀(12)补入损失的试验用水；当内腔中的水温达到接近设定温度的第一温度阈值时，控制电加热丝(23)停止加热，从而完成快速加热过程；

完成快速加热过程后，单独由电加热棒(22)继续对内腔中的试验用水进行加热，同时通过压力传感器(17)和温度传感器(19)测量内腔中的压力和水温，当内衬修复管道(20)内腔中的压力和水温均达到设定值时，控制电加热棒(22)停止加热，完成升温升压过程；

完成升温升压过程后，在设定的试验周期内，保持内衬修复管道(20)内腔中处于恒定的温度和压力状态，使得内衬修复管道(20)在对应的高温高压环境下进行加速老化过程，直至达到指定的热老化时间，从而完成控温加热老化过程；

完成控温加热老化过程后，打开冷凝入口阀(8)和冷凝出口阀(6)，将冷凝水经冷凝入口管(10)由冷凝给水泵(9)泵入冷凝盘管(7)中，对内衬修复管道(20)内腔中的蒸汽进行冷凝，冷凝水经冷凝出口管(5)排出；当内衬修复管道(20)内腔中温度降至室温后，打开排气阀(15)和排液阀(27)，此时由于腔体内压力的存在，冷凝后会出现闪蒸现象，产生的蒸汽由排气管(16)排出，而内腔底部的冷凝液体则经排液管(28)流出；排出内腔中的水汽后，拆除主管段(1)顶部的固定接头(2)和固定密封端盖(3)以及底部的移动密封连接端盖(4)和若干垫片组合(21)，取出老化后的内衬修复管道(20)，从而完成冷凝取样过程，最终得到用于进行后续性能测试的内衬修复管道老化样品。

10.根据权利要求9所述的内衬修复管道加速老化测试方法，其特征在于，所述的预拉伸过程中，内衬修复管道(20)的预拉伸量为Δl＝ΔTLσ，式中ΔT为内衬修复管道(20)实际工作温度与环境温度之间的温差，L为拉伸前的内衬修复管道(20)的长度，σ为内衬修复管道(20)的热膨胀系数。

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