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

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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\n技术领域\n[0001] 本发明属于聚乙烯管道寿命检测技术领域，特别涉及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。\n背景技术\n[0002] 聚乙烯管道具有良好的物理机械性能、耐腐蚀性能和优越的经济性，逐渐取代传统的金属管道，在燃气输送上得到普遍的应用。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，实验表明高密度聚乙烯管道的使用寿命可达50年以上。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：\n[0003]\n[0004] 式中：tf—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；σθ—打压时的环向应力。该试验时间长，低温静液压试验往往几个月，甚至数年，而且需要静液压试验仪器，对仪器要求高。\n[0005] 然而，由于施工质量、第三方破坏等因素的影响，使得聚乙烯管道系统的使用寿命大大缩短。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。\n发明内容\n[0006] 本发明提供了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，通过进行承压下聚乙烯管道的热氧加速老化试验，预测在役聚乙烯管道的失效寿命。\n[0007] 本发明所述的在役聚乙烯管道的热氧加速老化试验装置采用的技术方案为：\n[0008] 气泵、阀门、压力表、减压阀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封闭，使聚乙烯管道内形成密闭腔体；聚乙烯管道置于老化箱内。\n[0009] 所述老化箱与密闭管路之间设置密封环。\n[0010] 本发明提供的在役聚乙烯管道的寿命预测方法，按以下步骤进行：\n[0011] (1)在热氧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管内压力条件下，分别对与在役聚乙烯管道同一牌号和尺寸的新聚乙烯管道进行热氧加速老化试验，直至新聚乙烯管道发生脆性破坏，记录下两次试验所经时间，分别记为t新100、t新110；\n[0012] (2)在热氧加速老化试验装置中，于110℃的温度条件以及与实际工况一致的管内压力条件下，对在役聚乙烯管道进行热氧加速老化试验，直至在役聚乙烯管道发生脆性破坏，记录下试验所经时间，记为t旧110；\n[0013] (3)根据同一种聚乙烯管材的活化能相等，得到下式：\n[0014]\n[0015] 其中：treal是在役聚乙烯管道在实际工况下的失效时间，T100、T110和Treal分别是100℃、110℃和在役聚乙烯管道的实际工况温度；\n[0016] (4)通过步骤(3)的换算，得到在役聚乙烯管道在实际工况下的预测寿命treal：\n[0017]\n[0018] 本发明的有益效果为：\n[0019] 所述热氧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内压条件下进行热氧老化试验，装置简单，试验时间较短，每次老化试验均可在一天内完成；同时，本发明提供了使用该试验装置对在役聚乙烯管道的寿命进行预测的方法，能够为工程使用提供理论参考。\n附图说明\n[0020] 图1为本发明所述装置的结构示意图。\n[0021] 图中标号：\n[0022] 1-气泵；2-阀门；3-压力表；4-减压阀；5-聚乙烯管道；6-密封夹具；7-老化箱；8-密封环。\n具体实施方式\n[0023] 本发明提供了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，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。\n[0024] 本发明提供的热氧加速老化试验装置如图1所示，由气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、减压阀4、聚乙烯管道5和密封夹具6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通过密闭管路与减压阀4相连接；减压阀4通过密闭管路与聚乙烯管道5相连接，聚乙烯管道5右端通过密封夹具6进行端头密封处理。减压阀4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7和密封环8，气体供压装置和老化箱7之间通过密封环8进行密封，避免老化箱7内热量流失，导致加热温度降低。\n[0025] 使用该试验装置对在役聚乙烯管道进行寿命预测，按以下步骤进行：\n[0026] (1)在热氧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管内压力条件下，分别对与在役聚乙烯管道同一牌号和尺寸的新聚乙烯管道进行热氧加速老化试验，直至新聚乙烯管道发生脆性破坏，记录下两次试验所经时间，分别记为t新100、t新110；\n[0027] (2)在热氧加速老化试验装置中，于110℃的温度条件以及与实际工况一致的管内压力条件下，对在役聚乙烯管道进行热氧加速老化试验，直至在役聚乙烯管道发生脆性破坏，记录下试验所经时间，记为t旧110；\n[0028] (3)根据同一种聚乙烯管材的活化能相等，得到下式：\n[0029]\n[0030] 其中：treal是在役聚乙烯管道在实际工况下的失效时间，T100、T110和Treal分别是100℃、110℃和在役聚乙烯管道的实际工况温度；\n[0031] (4)通过步骤(3)的换算，得到在役聚乙烯管道在实际工况下的预测寿命treal：\n[0032]\n[0033] 每次进行老化试验时，首先打开阀门2，设置减压阀4的值，开启气泵1，对气体供压装置进行充压，待压力表3的读数满足实际工况要求并稳定之后关闭阀门2，开启老化箱7，进行温度设定并开始实验。\n[0034] 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。