管道系统静液压试验检测影响因素.pdf

2 0 1 3 钲 第4 期 警4 技术 P i p e l i n eT e c h n i q u e 5设 各 a n d E q u i p m e n t 2 0 1 3 N o ．4 管道系统静液压试验检测影响因素 伊力多斯，朱兴成，台来提 新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院，新疆乌鲁木齐8 3 0 0 1 1 摘要静液压试验是管材、管件检测检验的重要技术指标之一，测试过程需要对各种影响因素进行 综合考虑，才可保证试验结果准确可靠。可影响检测结果的因素较多，文中重点研究影响“静液压试 验”检测结果的主要因素。研究过程按照国家标准、国际标准，采用多台测试设备测试比对等方法。研 究结果证明适当控制尺寸测量准确度、试验场温度、卡具安装质量、试验仪精度等是保证试验结果准 确性和重现性的几个重要内容。 关键词静液压试验；塑料管材；破坏型式；韧性破坏；脆性破坏 中图分类号T E 8文献标识码A文章编号1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 3 0 4 0 0 5 4 0 2 0 引言 近年来，随着国内标准体系与国外标准体系接轨 速度加快，越来越多的标准规范出台，为塑料管道在 工程的应用提供了更完善的技术保障基础，同时为第 三方技术监督检测部门提供了检验检测的技术依据。 目前，应用于建筑、农田灌溉及市政工程等方面的管 道标准一般都涉及管材静液压试验。管道静液压试 验检测过程中影响因素较多，文中对塑料管道静液压 试验检测主要影响因素进行探讨。 1 管道系统的静液压试验 对于输送压力流体的管道系统，泵送流体及流体 自身由于落差而产生的水柱，均在管道系统中产生可 能引发系统失效的压力。多年研究表明，影响管材实 际使用寿命的因素有3 个方面 1 材料因素，包括树 脂的自身特点，添加剂 加工助剂及改性助剂 ，及加 工过程等引起管材性能变化的各种因素； 2 使用条 件因素，包括管材输送的流体、固体影响特点不同 如 燃气中的极性冷凝液体等 ，环境中氧化、微生物的破 坏作用； 3 载荷因素，管道受使用温度 环境温度和 输送介质温度 、负荷大小 管道运行压力及压力变 化，承受的外负荷、流体输送压力及动态正向荷载 等 ，管材切口划伤等影响。 对于压力流体输送用塑料管道，静液压测试能较 全面地反映塑料管道性能。静液压试验也是管道系 统进行寿命预测的主要手段之一。 目前在塑料管道静液压检测中较常用标准是 G B ／T 6 11l 一2 0 0 3 流体输送用热塑性管材耐内压试验 收稿日期2 0 1 3 0 6 0 3 方法3 及其所等同采用的国际标准I S 0 1 1 6 7 。 塑料管道系统静液压试验中重要的参数是温度、 时间、压力。由于制作塑料管道的树脂分子结构不 同，使得塑料管道使用或检测试验过程中，3 个重要参 数改变时，对管道的使用寿命有不同的影响。 2 管材的主要破坏型式 大量的试验表明管材的主要破坏型式有韧性破 坏、脆性破坏、热氧破坏。 2 ．1 韧性破坏 管材在发生较大塑性变形后，发生破坏；塑性破 坏容易出现在树脂弹性模量较小，断裂伸长率较高的 塑料管道中，如高密度聚乙烯 H D P E 管材、低密度聚 乙烯管材、交联聚乙烯管材 P E X 、聚丙烯管材 P P R 、P P B 、P P H 等。从大量的检测试验分析来看静 液压试验中发生韧性破坏，除了先天的材料性能决定 外，还与塑料管材壁厚测量准确度、压力控制精确及 持久性、水浴温度的控制精确及温度场的均匀性有直 接的关系。 2 ．2 脆性破坏 管材从受压到破坏，没有明显的外形变化。脆性 破坏容易出现在树脂弹性模量较高的管材及断裂伸 长率较小的塑料管道中，如硬聚氯乙烯 P V C U 管 材。大量试验表明除去样品自身的材料因素影响 外，管材加工缺陷 物料融接和塑化缺陷 ，管材内、外 壁的显著划伤，都是造成脆性破坏的重要因素。 2 ．3 氧化破坏 破坏伴随着高分子结构的质变高分子链断裂， 维系管道力学性能的高分子晶型结构发生了本质性 的变化。这类破坏的发生，受环境因素及输送流体的 万方数据 第4 期伊力多斯等管道系统静液压试验检测影响因素 5 5 物理化学特性影响最直接。分子结构中易受到氧化 作用的不稳定基因及抗氧组合的配置的影响，对管道 系统的抗氧化破坏能力产生深远的影响。检测试验 中，此类破坏一般出现在静液压状态下的管材热稳定 性 87 6 0h ，1 1 0 ℃ 试验，如聚丙烯管材 P P R 、P P B 、 P P H ，由于配置体系中有过多的低分子量、低支化的 共混树脂先发生氧化破坏，导致整个管材呈现热氧破 坏。 3 影响静液压检测结果的因素 3 ．1尺寸测量准确度对测试结果的影响 通过大量的检测试验研究，归纳总结出部分可能 影响到检测结果准确性的因素外径和壁厚测量准确 度。 平均外径和管材最小壁厚的准确测量会直接影 响静液压试验结果，测量结果不准，将会干扰测试结 果。塑料管材试验压力计算公式如下旧’ p 而2 e 瓦, E i n 式中P 为管材试验压力，M P a ； 为环应力，M P a ；D 为 管材平均外径，m m ；e 。；。为管材最小壁厚，m i l l ． 由于分子分母中均有最小壁厚因子，因此管材最 小壁厚的测量结果对试验压力影响最大。G B ／T 8 8 0 6 2 0 0 8 给出了测量壁厚的具体方法，标准中给出了量 具示意图，并强调测量断面应该是球面，这样就可以 保证测量头与管材曲面的无间隙接触，可以避免测量 数据高于实际壁厚导致试验压力大于管材正常能承 受的极限。同时选择测量点，应该离刀具切割后的端 面至少1 0c m ，以减少由于剪切作用导致管口附近的 壁厚发生显著改变带来的干扰因素。 3 ．2 静液压试验仪精度对试验结果的影响 静液压试验仪是整个试验最重要的硬件环节，其 压力控制精度、压力控制的长久稳定性都将对试验结 果产生影响。G B ／T 6 1 1 1 2 0 0 3 中关于压力控制精度 范围要求如下设定值一l ％一 2 ％。通常，静液压 试验仪的压力传感器部分可以达到标准的要求，但是 由于系统设计问题，会导致出口压力和测试点 控制 点 压力存在较大的滞后，仪表显示压力与实际出口 位置的压力有明显的偏差，导致检测结果失真。对于 塑料管材而言，如果不能精确控制压力，很容易导致 韧性破坏。 3 ．3 恒温水浴温度控制精度及温度场均匀性对试验 结果的影响 一般情况下，静液压试验的试验条件接近塑料管 道系统的故障压力和故障温度，即压力很大，温度较 高，因此恒温水浴的温控精度及温度场的均匀性将直 接影响到试验结果的可靠性。根据不同材料管材对 应的时间、温度、压力关系公式，温度的过大波动会影 响检测结果的可靠性。通过大量的试验结果分析，高 压低温及高温低压的检测试验中，如果温度高于实际 温度及许可范围，通常产生韧性破坏。因此，当试验 出现韧性破坏时，最好用精度更高的计量器具进行温 度校对。对于容积较大的水浴，为了保证温度场的均 匀，最有效的方法就是利用循环系统让水浴中的水得 到充分的搅拌。 3 ．4 卡具对检测结果的影响 静液压试验中，只有发生有效破坏，即破坏必须 发生在自由长度之内，才能真实反映管材质量。G B ／ T 6 1 1 1 2 0 0 3 中规定破坏应发生在装卡后的自由长度 之内。自由长度是指管材装卡后2 个夹具下沿间的 距离 对于管材公称外径。 3 1 5m m 时，试样的自由长 度不小于10 0 0m m ． 对于卡具，其锁紧系统应该能在管材的蠕变过程 中提供可靠的密封作用，同时卡具和管材接触的部分 不应该有尖锐的部分，尖锐的形状在试验过程中容易 造成应力集中，使得管材出现无效破坏。此外，试样 安装时，应尽量做到满足密封条件即可，操作时根据 实际管材的外形结构特点，选择规格合适的密封囤， 卡压的力度适中，以免引发应力集中，特别是较脆的 管材，如硬聚氯乙烯 P V C U 管材等。 4 结束语 工程质检过程中，应利用现有的检测手段，从源 头杜绝工程质量事故，出现问题能够准确分析原因， 总结经验，使得质检工作能为新型材料在建筑工程领 域中的应用把好关。 参考文献 [ 1 ]谢建玲．建筑用塑料制品标准汇编．北京中国标准出版 社，2 0 0 3 2 9 9 3 0 1 ． f 2 ]孙逊．聚烯烃管道．北京化学工、止出版社，2 0 0 2 ． 万方数据