受火損傷后聚乙烯管道合乎使用評定方法與進展

郭思敏, 湯曉英, 左延田, 楊振國

(1. 復旦大學 材料科學系, 上海 200433; 2. 上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院, 上海 200333)

綜述

受火損傷后聚乙烯管道合乎使用評定方法與進展

郭思敏1, 湯曉英2, 左延田2, 楊振國1

(1. 復旦大學 材料科學系, 上海 200433; 2. 上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院, 上海 200333)

火災過后，火場周邊的非金屬管道會受火損傷或受熱輻射的影響而造成性能劣化,對于這部分管材的安全評定尤為重要。受火損傷管道的安全評定涉及合乎使用評定技術,而有關合乎使用評定的相關標準與規(guī)范均針對于金屬材料，國內(nèi)外也缺乏對高分子材料或高分子管道合乎使用評定的研究。總結(jié)和概述了目前世界上常用的構(gòu)件受熱后結(jié)構(gòu)完整性的評定標準與規(guī)范，并針對聚乙烯管道的特點，通過分析比較，提出了聚乙烯管道合乎使用的評定方法與表征手段。

受火損傷；合乎使用；聚乙烯管道；安全評定

隨著“西氣東輸”戰(zhàn)略的實施，燃氣管道化已經(jīng)比較普及，燃氣管道網(wǎng)絡在我國迅猛發(fā)展[1]。相比于金屬管道容易腐蝕、服役時間短的缺點，聚乙烯管道以其比強度高、脆化溫度低、韌性好、耐腐蝕、絕緣性能好、易于施工和安裝等特點，被認為是目前比較理想的燃氣輸送用管[2]。20世紀70年代以來，世界上許多國家均已使用聚乙烯管道作為燃氣輸送用管，目前世界上每年聚乙烯管材的消耗量超過了300萬噸，并以每年15%的速率增長[3]。

燃氣管道作為能源輸送系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)質(zhì)量和安全問題，直接影響到人們的日常生活，尤其是燃氣的泄漏，會產(chǎn)生爆炸的危險[4]。目前我國的地下管網(wǎng)基礎設施相對落后，管道泄漏隱患多、管道性能劣化嚴重等問題凸顯，已經(jīng)對社會的穩(wěn)定和發(fā)展產(chǎn)生了重大影響[5]。石化行業(yè)中發(fā)生的火災具有燃燒面積大、撲救難度大、影響范圍大等特點[6]。高分子材料耐高溫性能較差，在火場的高溫中會軟化變形甚至燃燒降解，火災過后需要對火場中的高分子材料進行更換處理。但由于火災燃燒的影響范圍大，處于火場附近的高分子材料也會受到熱輻射的作用。經(jīng)歷熱輻射后，高分子材料的性能會發(fā)生變化，高密度聚乙烯的結(jié)構(gòu)性能將產(chǎn)生劣化，結(jié)構(gòu)的安全性下降[7]。火災之后若對處于火場周邊的管道也全部進行更換處理，則耗時長，成本高。如果能評估管道的損傷程度，預估管道剩余壽命則可以大幅度節(jié)約管材和投資，同時節(jié)省大量的人力，并且減少對企業(yè)和居民正常生產(chǎn)生活的影響。

為此，筆者總結(jié)了國內(nèi)外常用的構(gòu)件受火損傷評定方法，并在此基礎上提出了聚乙烯管道受火損傷后合乎使用的評定方法與表征手段。

1 國內(nèi)外研究進展

高密度聚乙烯管道在石化行業(yè)投入使用已有很多年的歷史。運行中管道的老化狀況一直是石化行業(yè)關注的重點，但目前國內(nèi)外對高密度聚乙烯管道老化的研究大多是未投入運行的新管道，對正在運行中的高密度聚乙烯管道熱老化機理及老化狀態(tài)的研究還很少。運行中的管道性能評定涉及合乎使用(Fitness-for-service)評定技術。合乎使用評定技術是評定含有缺陷的設備能否繼續(xù)安全運行的一項技術,目前世界上所有的壓力容器完整性評定規(guī)范都是基于合乎使用標準[8]。合乎使用評定包括了超標缺陷的安全評估，也包含環(huán)境因素如介質(zhì)、溫度對設備的影響和材料退化的安全評估。隨著高溫斷裂力學研究的深入，一些發(fā)達國家相繼制定了高溫構(gòu)件設計與壽命評定的規(guī)范，目前國際上常用的高溫構(gòu)件結(jié)構(gòu)完整性評定標準或規(guī)范主要有：美國機械工程師學會的ASME III N-47規(guī)范案例;英國前中央電力局頒布的R5規(guī)程《高溫下結(jié)構(gòu)相應的評定規(guī)程》；法國RCC-MR規(guī)范《在用核結(jié)構(gòu)高溫缺陷完整性評定》的附錄A16；美國石油學會頒布的API 579-2007RecommendedPracticeforFitness-for-service，即《基于合乎使用的推薦實施方法》(以下簡稱API 579)。

上述前3種標準或規(guī)范都只是針對于高溫情況下構(gòu)件結(jié)構(gòu)完整性的評定，缺少受火情況下設備損傷情況的評定。2000年，美國石油學會制定了API 579，該標準根據(jù)合乎使用的原則，以斷裂力學為基礎，對含缺陷設備的剩余壽命進行評定。API 579針對不同類型的缺陷和損傷模式設定了不同的數(shù)據(jù)需求與評定方法。值得注意的是，API 579 中的第11章介紹了對于受火損傷設備的評定方法,這在之前的相關標準中是沒有出現(xiàn)過的。API 579首次提出了對受火和受熱輻射損傷的承壓設備的安全評價，即采用三級評定的方法可對設備是否能夠繼續(xù)使用作出判斷[9-10]。

按照合乎使用原則建立的結(jié)構(gòu)完整性技術和相應的工程安全評定規(guī)程逐漸趨于成熟，已經(jīng)形成了一個分支學科，隨著各國紛紛建立起自己的合乎使用評價體系，我國也對含缺陷結(jié)構(gòu)完整性展開了研究，我國的基礎研究工作始于20世紀70年代，研究對象主要針對壓力容器，并于1984年頒布了CVDA-1984《壓力容器缺陷評定規(guī)范》，該規(guī)范根據(jù)試驗研究與理論分析結(jié)果對壓力容器常見的失效模式給出了具體的評定方法，并且針對平面缺陷和非平面缺陷給出了不同的評定方法[11]。這是我國第一部合乎使用的規(guī)范。隨著國內(nèi)外研究的進展，在借鑒國際上相關標準的基礎上，我國于2004年頒布了GB/T 19624-2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》，該標準以彈塑性雙判據(jù)法為基礎，依據(jù)合乎使用和最弱環(huán)原則，適用于在用鋼制含超標缺陷壓力容器和壓力管道的安全評定，適用的失效模式有斷裂失效、塑性失效以及疲勞失效等[12]。

2 合乎使用評定技術評定受火損傷設備案例介紹

從合乎使用評定相關標準或規(guī)范可以看到，評價壓力容器或管道的受火損傷適宜采用API 579。國內(nèi)外依據(jù)API 579對設備受火后的性能進行評定已有不少成功的案例。以下將介紹兩個運用API 579評定受火損傷的案例。

某地一次火災中有三十幾臺設備和超過150根管線被嚴重損毀。研究人員依據(jù)API 579對受火設備與管道進行了安全評定。經(jīng)評定將受火設備與管道分為3類:第一類是硬度以及顯微組織檢驗結(jié)果不符合要求的臨界值的設備與管道，應進行維修或丟棄處置；第二類是硬度和顯微組織檢驗結(jié)果滿足臨界值要求且與正常值偏離較小的設備與管道，則應進行進一步的檢查和評估，然后判斷是否能夠繼續(xù)安全服役；最后一類是硬度和顯微組織檢驗結(jié)果滿足臨界值要求但與正常值偏離較大的設備與管道，則需要進行熱模擬試驗以及相關檢查和評估后來判斷其是否能夠繼續(xù)安全服役。經(jīng)上述方法評定能夠安全服役的設備與管道繼續(xù)服役，未發(fā)生安全事故[13]。

還有學者對一處火燒后發(fā)生傾斜的蒸餾塔進行安全評定，當時蒸餾塔的傾斜程度已經(jīng)不能滿足國標要求，作為含有缺陷的設備，研究者依據(jù)API 579通過硬度測試、三維檢查、金相顯微組織分析、超聲波測試和滲透測試等方法檢查所有可能產(chǎn)生的損傷，結(jié)合有限元法計算超標偏移量對蒸餾塔安全的影響，分析結(jié)果顯示這一超標缺陷對蒸餾塔的安全運行不會有顯著影響，蒸餾塔可以繼續(xù)服役[14]。

從以上兩個案例可以看到，API 579評定方法的基本流程如下：首先收集評定所需的數(shù)據(jù)，包括火災的詳細記錄，設備的加工、維護、操作歷史等；然后根據(jù)熱暴露溫度劃分不同等級的熱暴露區(qū)域，對受火程度進行分級，對不同的熱暴露區(qū)域制定相應的檢查方案；最后進行三級評定。此外，還需對有時間相關性的失效模式進行模擬試驗來評定剩余壽命，并且采取必要的補救措施來降低火災發(fā)生的可能性以及火災引起失效的概率。

目前，API 579被認為是評定受火損傷管道和設備的有效工具，并且已經(jīng)有不少成功的工程實踐案例。但還未見有將API 579用于評定高分子材料受火損傷的案例。API 579的第11章雖然是專門針對受火損傷設備的安全評定進行介紹，但該標準從熱暴露區(qū)的劃分、評價技術到案例介紹都側(cè)重于金屬材料的受火損傷評定，缺乏對非金屬材料的評價方法。目前我國也沒有火災后非金屬管道檢測規(guī)程，材料受熱損傷或受火損傷的研究對象主要集中在建筑混凝土材料和高溫下運行的設備如鍋爐高溫換熱器、再熱器管、核電反應堆容器等[15-19]。而高分子材料的失效模式和機理與金屬材料的有很大的不同,因此不能照搬金屬材料的評定方法，需要針對不同的高分子材料展開具體的分析，根據(jù)高分子材料的老化機制對其進行安全評定。

國內(nèi)一些學者也提出了高分子材料受熱損傷的評估方法，但至今尚未形成完整的評價體系[20-24]。為此，筆者將針對高分子材料在火災后的受損和受熱老化程度以及剩余壽命等提出評定方法。

3 受火聚乙烯管道的常見失效模式

高分子材料在使用中受光、熱和氧的作用，容易導致老化和物理力學性能變差，結(jié)構(gòu)受到破壞，從而使其使用壽命下降[25]?；馂闹?，高分子的受火損傷可以類比為受熱輻照的加速老化。聚乙烯管受到的主要載荷形式是內(nèi)壓，在內(nèi)壓載荷作用下，聚乙烯管主要存在3種失效模式，分別是韌性破壞、脆性破壞和聚乙烯管整體材料劣化導致的脆性失效[26]。聚乙烯管道在火場中受熱輻射時，管內(nèi)流體物理性能在高溫下發(fā)生改變，管道內(nèi)壓升高，較高內(nèi)壓作用下聚乙烯管開始蠕變，擴張到某一時刻時，管道最薄弱部位隆起，并很快發(fā)生破壞的過程是韌性破壞[27]。脆性破壞通常是聚乙烯管在較小內(nèi)壓作用下產(chǎn)生的微小裂紋經(jīng)歷慢速裂紋增長或者快速裂紋擴展的階段導致材料發(fā)生的破壞。

無論是韌性失效還是慢速裂紋增長，其本質(zhì)都是由于屈服，只是屈服的機理不一樣。韌性破壞是典型的剪切屈服。相同初始內(nèi)壓情況下，聚乙烯管的韌性破壞壽命取決于材料的屈服強度。慢速裂紋增長通常認為是，聚乙烯管材料由于雜質(zhì)或本身存在的缺陷使其在受到外力使用時于缺陷位置產(chǎn)生應力集中，當此應力超過聚乙烯的屈服強度時，材料便會在局部產(chǎn)生銀紋，隨著時間的推移，銀紋尖端形成了新的銀紋，導致裂紋不斷向前擴展，即慢速裂紋增長[28-29]。

正常服役時通常認為化學劣化對聚乙烯材料壽命產(chǎn)生很小的影響[30]。火災發(fā)生時，處于火場周邊的高分子材料由于溫度升高，其高分子鏈運動加劇，一旦超過化學鍵的離解能,就會引起高分子鏈的熱降解或基團脫落,出現(xiàn)由于聚合物材料因化學劣化而發(fā)生失效的情況。聚乙烯材料作為半結(jié)晶性高分子，在高溫下非定型區(qū)分子運動劇烈，結(jié)晶區(qū)中結(jié)晶不完善的小晶體也會在一定溫度下熔融重結(jié)晶，溫度通過對結(jié)晶度的影響而使得聚乙烯材料的力學性能發(fā)生變化。另外，高溫還會導致聚乙烯中原有的添加劑在老化過程中發(fā)生降解，或與基體材料的相容性變差。高溫帶來的熱能還會加速聚乙烯材料的熱氧化，消耗抗氧劑。聚乙烯材料對氧化作用的敏感性相比于其他高分子材料的要差一些，通常需要添加的穩(wěn)定劑量也較少，導致聚乙烯材料受熱加速氧化時，抗氧劑的消耗會更快[31]。當抗氧劑被消耗完之后，材料將發(fā)生氧化反應，氧化反應的結(jié)果是材料的交聯(lián)或斷鏈，這會對聚乙烯材料的力學性能產(chǎn)生顯著影響。所以熱老化初期，為抑制氧化，材料中的抗氧劑被消耗，內(nèi)部填料的降解，可能造成材料內(nèi)部的應力集中，老化中后期是聚合物的降解、斷鏈與氧化，這一系列變化將導致聚乙烯材料整體性能的劣化，影響材料的服役壽命。

4 受火損傷聚乙烯管道的評定方法與表征手段

由于熱老化溫度與時間的不同會使得高分子材料的損傷和老化程度有所不同，對于高分子材料受熱后的安全評定可先參照API 579對受火帶進行劃分，以熱暴露溫度作為主要指標劃分不同的熱暴露區(qū)，確定高分子材料受火或超溫時所處的溫度區(qū)間。結(jié)合API 579中的三級評定原則，首先對高分子材料進行一級評定，熱暴露程度低的材料通過一級評定后可繼續(xù)服役，熱暴露程度較高的管材則需要進行二級甚至三級評定來確定其是否能夠繼續(xù)服役?？梢韵韧ㄟ^對不同熱老化溫度和時間條件下的熱老化試樣進行表征測試，獲取高分子材料在特定溫度與時間下的損傷情況，因為熱老化環(huán)境的不同，試樣的老化速率也會有所不同，再根據(jù)系列試驗所取得的試驗數(shù)據(jù)建立基礎數(shù)據(jù)庫。在實際評估過程中，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中已有的相關參數(shù)或者根據(jù)已有參數(shù)進行外推判定材料的損傷狀況，然后進行安全評定。

根據(jù)火災后高分子材料性能綜合評價的目的以及高溫后材料性能檢測的可實現(xiàn)性，可將高密度聚乙烯管道高溫后的性能以若干測試項目來表征。

(1) 物理性能

物理性能是評價材料老化最直觀的指標，主要有表面表觀變化(如局部粉化、龜裂、產(chǎn)生斑點、起泡及變形等外觀的變化)、光學性能(如光澤、色變和透射率等)、材料物理參數(shù)(如相對分子質(zhì)量、相對分子質(zhì)量分布、結(jié)晶度等[32-33])。

結(jié)晶度是表征聚合物性質(zhì)的重要參數(shù)，聚合物材料的一些物理性能和力學性能與其結(jié)晶度有著密切的關系。結(jié)晶度愈大，晶區(qū)范圍愈大，材料強度、硬度、剛度愈高，密度愈大，尺寸穩(wěn)定性愈好,同時耐熱性和耐化學性也愈好;但與鏈運動有關的性能如彈性、斷裂伸長率、抗沖擊性能、溶脹度等則降低[34]。高密度聚乙烯材料作為半結(jié)晶聚合物，結(jié)晶區(qū)與非晶區(qū)對材料力學性能有著非常重要的影響，可以通過測定老化前后結(jié)晶度的變化，來評估材料力學性能的改變[35]。

(2) 力學性能

材料在工程結(jié)構(gòu)中的應用，必然要涉及強度，因而必須要研究其力學性能。材料的力學性能是評價材料老化情況的重要性能指標，主要有拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲強度及沖擊韌度等[36]。其中，聚乙烯管材的斷裂伸長率是判斷管材質(zhì)量的一項重要指標，GB 15558.1-2015《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統(tǒng) 第1部分：管材》中規(guī)定，燃氣用聚乙烯管材的斷裂伸長率應大于350%[31]。

(3) 氧化誘導時間(OIT)

受火時，聚乙烯管道發(fā)生的是熱氧老化。聚乙烯在熱氧作用下會產(chǎn)生自動氧化的過程，導致各種力學性能下降。自動氧化過程以及力學性能下降都在一定氧化過程后才開始加快，即存在一定的誘導期。氧化誘導期的長短受多種因素影響，包括各種抗氧劑、氧氣壓力、環(huán)境溫度等[37]。氧化誘導時間可以作為快速評價聚合物熱氧老化性能和各種抗氧劑效能的靈敏性指標，其結(jié)果與物理力學性能指標的測試結(jié)果基本一致。有研究發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)聚乙烯材料在熱和氧的聯(lián)合作用下，會發(fā)生化學降解并產(chǎn)生自由基，自由基作為催化劑引發(fā)鏈式反應，造成交聯(lián)大分子不斷斷鍵、氧化降解，氧化誘導時間的縮短反映了材料熱穩(wěn)定性和抗氧化能力的降低[38]。

(4) 微觀結(jié)構(gòu)

材料的宏觀性能變化是由其微觀結(jié)構(gòu)的改變所引起的，并且只有微觀結(jié)構(gòu)變化到一定程度之后才會反映到宏觀性能上。因此，在研究高分子材料的老化時，除了用某些宏觀指標作為評價標準，更應該采用一些微觀分析方法，根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)的變化來比較快速地表征高分子材料的老化程度[27]。

一些基團的紅外特征吸收峰會隨著老化過程的進行而發(fā)生變化。通過對老化的試樣進行紅外光譜分析，測試試樣基團的變化，就可以掌握材料老化過程的變化規(guī)律，研究材料的老化情況[33]。伴隨聚乙烯的熱氧老化，其高分子鏈會發(fā)生斷鏈和交聯(lián)等行為，同時還會有含氧基團的產(chǎn)生，反映到紅外光譜上主要體現(xiàn)在生成含羰基基團或雙鍵基團。氧化產(chǎn)生的羰基等含氧基團越多，它的紅外特征吸收峰強度就越高。一般可以采用羰基指數(shù)來表征試樣的熱氧化程度，羰基指數(shù)的定義為：與氧化老化特征有關的羰基譜帶(1 720 cm-1)的吸光度與不會因為熱氧老化而改變的譜帶(2 920 cm-1)的吸光度的比值[39]。有研究表明，老化過程中，羰基指數(shù)與材料力學性能大體上呈線性關系，在一定老化條件時間范圍內(nèi)，使用衰減全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)技術可以從聚乙烯老化前后化學結(jié)構(gòu)的變化來推測其力學性能的變化[40]。

(5) 顯微斷口

利用掃描電子顯微鏡進行斷口分析是可以將材料宏觀力學行為和微觀機制聯(lián)系起來的有效手段之一。運用這一手段可以對受火前后的高密度聚乙烯材料進行斷口形貌的微觀分析，歸納和總結(jié)材料典型的斷口形貌特征及其隨外界條件的變化規(guī)律，判斷試樣的老化程度。

5 結(jié)束語

由于石化行業(yè)中所使用的高密度聚乙烯管道輸送的流體都是易燃易爆的可燃性介質(zhì)或腐蝕性強的有毒有害介質(zhì)，敷設于人口稠密地區(qū)的輸送管網(wǎng)一旦泄漏，極易引發(fā)火災、爆炸等惡性事故，對周圍環(huán)境和人民的生命財產(chǎn)安全將產(chǎn)生嚴重影響。因此,對于石化行業(yè)中所使用的高密度聚乙烯管材進行風險評價是十分必要的，這樣才能提高城市燃氣管網(wǎng)運行的安全可靠性，減少事故的發(fā)生。

目前國內(nèi)外尚未形成關于聚乙烯管道受火損傷評定的相關標準與規(guī)范，但可借鑒美國石油學會標準API 579-2007對受火損傷的聚乙烯管道進行損傷評定，通過對老化后的管道材料進行宏觀性能和微觀結(jié)構(gòu)的表征來評價材料的老化程度，結(jié)合合乎使用評定技術對材料能否繼續(xù)安全使用作出評價。

[1] 韓黎清,惲惠德,方正.燃氣用聚乙烯管道的應用[J].煤氣與熱力,2007,27(11):30-35.

[2] 王彩云.HDPE高密度聚乙烯管道的應用研究[J].企業(yè)技術開發(fā)(中旬刊),2012(5):159-160.

[3] 彭韶明.聚乙烯(PE)燃氣管道焊接質(zhì)量的控制與檢驗[J].建筑·建材·裝飾,2009,10(6):34-35.

[4] 鄭津洋,施建峰,師俊,等.聚乙烯管國家標準中關鍵測試指標有效性的討論[C]//第七屆全國壓力容器設計學術會議論文集.常州:[出版者不詳],2010:1-5.

[5] 楊振國.城市管網(wǎng)的安全現(xiàn)狀與治理對策[J].金屬熱處理,2015,40(增刊):411.

[6] 孫昕榮,周軍.城市管道燃氣火災特點及預防撲救探析[C]//2008年(第十屆)中國科協(xié)年會論文集.鄭州:[出版者不詳],2008:211-214.[7] LUCON E. Material damage evaluation and residual life assessment of primary power plant components using specimens of non-standard dimensions[J]. Materials Science and Technology,2001,17(7):777-785.

[8] TANTICHATTANONT P, ADLURI S M R, SESHADRI R. Fitness-for-service assessment of spherical pressure vessels with hot spots[J]. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2007,84(12):762-772.

[9] ANDERSON T L, OSAGE D A. API 579: A comprehensive fitness-for-service guide[J]. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2000,77(14):953-963.

[10] API 579—2007 Recommended practice for fitness-for-service[S].

[11] CVDA—1984 壓力容器缺陷評定規(guī)范[S].

[12] GB/T 19624—2004 在用含缺陷壓力容器安全評定[S].

[13] CHEN X, AI Z, FAN Z,etal. Integrity assessment of pressure vessels and pipelines under fire accident environment[C]//ASME 2012 Pressure Vessels and Piping Conference. Toronto, Ontario: American Society of Mechanical Engineers,2012:497-505.

[14] SHAO S, CAO L, LI Z,etal. Fitness for service assessment of a packed column subjected to fire damage[C]//ASME 2014 Pressure Vessels and Piping Conference. Anaheim, California: American Society of Mechanical Engineers, 2014: V001T01A079-V001T01A079.

[15] 周順深.國內(nèi)外鍋爐管道恢復性熱處理研究進展[J].華東電力,1994,22(1):10-16.

[16] DILEK U. Assessment of fire damage to a reinforced concrete structure during construction[J]. Journal of Performance of Constructed Facilities,2007,21(4):257-263.

[17] 李樹肖,呂緒明,張海龍,等.核電主管道熱老化后失效評定曲線研究[J].硅酸鹽通報,2013,32(5):799-803.

[18] ALVARES N. Assessment of extent and degree of thermal damage to polymeric materials in the Three Mile Island Unit 2: Reactor building[J]. Fire Safety Science, 1986, 1: 647-656.

[19] HAU J L. Assessment of fire damage to pressure vessels in a refinery unit[J]. Corrosion, 1993, 49(5): 420-437.

[20] 劉景軍,李效玉.高分子材料的環(huán)境行為與老化機理研究進展[J].高分子通報,2005(3):62-69.

[21] 王建中,周文.汽車用高分子材料熱分析的研究——PUR熱老化性能的DSC分析[J].聚氨酯工業(yè),1993,8(1):43-45.

[22] 潘惠.高密度聚乙烯基木塑復合材料的老化性能研究[D].南京：南京林業(yè)大學,2013.

[23] 郭茜.低壓交聯(lián)聚乙烯電纜熱老化試驗及壽命評定[J].電線電纜,1999(2):42-43,48.

[24] 金守禮.高分子材料熱壽命快速評定方法的基礎理論[J].工程塑料應用,1980,8(3):28-33.

[25] 石榮滿,宗少斌,林志偉,等.PE快速老化方法探討[J].上海涂料,2005,43(10):34-35.

[26] KRISHNASWAMY R K. Analysis of ductile and brittle failures from creep rupture testing of high-density polyethylene (HDPE) pipes[J]. Polymer, 2005,46(25):11664-11672.

[27] 李孝三,漆宗能.聚乙烯管材的開裂動力學與機理[J].高分子通報,1992(4):218-227.

[28] LUSTIGER A, CORNELIUSSEN R D. The role of crazes in the crack growth of polyethylene[J]. Journal of Materials Science,1987,22(7):2470-2476.

[29] 孔曉華,滕鳳恩.高聚物形變屈服與斷裂機制[J].材料導報,1994,8(6):49-50,54.

[31] GB 15558.1—2015 燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統(tǒng) 第1部分:管材[S].

[32] 甘潤德.工程塑料老化與防老化概述[J].兵工塑料,1974(1):33-44.

[33] ZANASI T, FABBRI E, PILATI F. Qualification of pipe-grade HDPEs: Part I, development of a suitable accelerated ageing method[J]. Polymer Testing,2009,28(1):96-102.

[34] 陽代軍,霍立興,張玉鳳.聚乙烯管道熱熔對接焊接頭性能的分析[J].中國塑料,2003(2):75-79.

[35] 呂桂英,朱華,林安,等.高分子材料的老化與防老化評價體系研究[J].化學與生物工程,2006,23(6):1-4.

[36] FRANK A, PINTER G, LANG R W. Prediction of the remaining lifetime of polyethylene pipes after up to 30 years in use[J]. Polymer Testing,2009,28(7):737-745.

[37] 李震環(huán).國內(nèi)外測定氧化誘導時間試驗方法標準綜述[J].中國標準化,2005(4):29-32.

[38] 薛程.XLPE高壓電纜絕緣老化狀態(tài)評估研究[D].天津:天津大學,2013.

[39] ANDRADY A L, PEGRAM J E, TROPSHA Y. Changes in carbonyl index and average molecular weight on embrittlement of enhanced-photodegradable polyethylenes[J]. Journal of Environmental Polymer Degradation,1993,1(3):171-179.

[40] 郭駿駿,晏華,包河彬,等.衰減全反射紅外光譜法的高密度聚乙烯自然老化特性研究[J].光譜學與光譜分析,2015,35(6):1520-1524.

Assessment Methods and Progress of Fitness-for-service for Polyethylene Pipes after Fire Damage

GUO Si-min1, TANG Xiao-ying2, ZUO Yan-tian2, YANG Zhen-guo1

(1. Department of Materials Science, Fudan University, Shanghai 200433, China; 2. Shanghai Institute of Special Equipment Inspection and Technical Research, Shanghai 200333, China)

After a fire accident, the nonmetal pipe near the fire ground will be affected by the fire or the heat, which may cause damage or performance deterioration of the pipe. The safety assessment of fire damaged pipe involves fitness-for-service assessment technique. However, the existed standards and specifications of fitness-for-service assessment are almost all about metallic materials. There is little fitness-for-service assessment research concerning polymer materials and polymer pipes at home and abroad. In this paper, the commonly used assessment standards and specifications of structure integrity of components after heating were summarized. The assessment method and characterization method of polyethylene pipes were proposed through analysis and comparison.

fire damage; fitness-for-service; polyethylene pipe; safety assessment

10.11973/lhjy-wl201704002

2016-07-11

國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局基金資助項目(201410024)

郭思敏(1991-)，女，碩士，主要從事高分子材料失效分析研究工作。

楊振國(1958-)，男，教授，主要從事材料失效分析研究工作，zgyang@fudan.edu.cn。

TQ325.1+2

A

1001-4012(2017)04-0235-05