(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711379422.4
(22)申请日 2017.12.20
(71)申请人 北京交通大学
地址 100044 北京市海淀区西直门外上园
村3号
(72)发明人 兰惠清 王洋 白晓旭
(74)专利代理机构 北京卫平智业专利代理事务
所(普通合伙) 11392
代理人 谢建玲 郝亮
(51)Int.Cl.
G01N 33/44(2006.01)
(54)发明名称
及寿命预测方法
(57)摘要
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。权利要求书2页 说明书5页 附图1页CN 108120827 A 2018.06.05
C N 108120827
A
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：
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：
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
[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
[0002]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：
[0003]
[0004]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；σθ—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。
[0005]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
[0006]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。[0007]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：[0008]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。
[0009]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。
[0010]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：
[0011](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；
[0012](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；
[0013](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：
[0014]
[0015]其中：
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]t real是在役燃气聚乙烯埋地管道在实际寿命；
[0023]T real是在役燃气聚乙烯埋地管道的实际工况温度；
[0024]A、A1、A2是经验常数；
[0025]P是任意老化时间燃气聚乙烯管道性能参数；
[0026]P0是老化前的燃气聚乙烯管道性能参数；
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