淺談塑料管道系統(tǒng)耐內(nèi)壓試驗(yàn)的影響因素

中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013

0 引言

近年來(lái)，隨著石油化學(xué)的技術(shù)發(fā)展，石化深加工產(chǎn)品塑料管道也得到了廣泛的應(yīng)用。其根本原因在于塑料管比鑄鐵管、鋼管、水泥管等傳統(tǒng)管材有許多優(yōu)點(diǎn)。隨著市場(chǎng)占有量的進(jìn)一步擴(kuò)大，管道系統(tǒng)的質(zhì)量問(wèn)題變得日益凸顯。為了進(jìn)一步控制塑料管道規(guī)范發(fā)展，塑料管道系統(tǒng)的耐內(nèi)壓試驗(yàn)在控制管道系統(tǒng)質(zhì)量方面變得尤為重要。

本文就通過(guò)對(duì)塑料管道系統(tǒng)的耐內(nèi)壓試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)檢測(cè)過(guò)程中的影響因素做簡(jiǎn)單探討。

1 塑料管道系統(tǒng)耐內(nèi)壓試驗(yàn)的基本原理

塑料管道系統(tǒng)耐內(nèi)壓試驗(yàn)需參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6111-2018《流體輸送用熱塑性塑料管道系統(tǒng)耐內(nèi)壓性能的測(cè)定》。試樣經(jīng)狀態(tài)調(diào)節(jié)后，在規(guī)定的恒定靜液壓（內(nèi)水壓）下保持一個(gè)規(guī)定的時(shí)間或直至試樣破壞。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，試樣應(yīng)保持在規(guī)定的恒溫環(huán)境下，這個(gè)恒溫環(huán)境可以是水（水-水試驗(yàn)）、空氣（水-空氣試驗(yàn)）或者其他液體（水-其他液體試驗(yàn)）［1］。從原理中不難發(fā)現(xiàn)，耐內(nèi)壓試驗(yàn)涉及到的的關(guān)鍵參數(shù)有壓力、溫度、時(shí)間。

2 塑料管道系統(tǒng)耐內(nèi)壓試驗(yàn)檢測(cè)影響因素分析

2.1 試驗(yàn)壓力的正確選取

根據(jù)塑料管道系統(tǒng)的不同產(chǎn)品，管材組件和組合件，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《流體輸送用熱塑性塑料管道系統(tǒng)耐內(nèi)壓性能的測(cè)定》選取合適的公式進(jìn)行試驗(yàn)壓力的計(jì)算。公式選取不正確容易造成壓力的過(guò)大或者過(guò)小，不能真實(shí)反應(yīng)產(chǎn)品的性能。

公式（1）：P=σ×2emin/（dem-emin），其中σ 是指環(huán)應(yīng)力，一般塑料管道的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)里是直接給出來(lái)的，通過(guò)這個(gè)就可以算出試驗(yàn)壓力P，但是得注意emin是指最小壁厚，dem是指平均外徑，都是實(shí)測(cè)的，不是指公稱(chēng)尺寸。

公式（2）：P=σ×2en/（dn-en），en是指公稱(chēng)壁厚，dn是指公稱(chēng)外徑。舉例說(shuō)明：選取PE100 給水管材（規(guī)格：dn110×10.0mm）進(jìn)行靜液壓試驗(yàn)（20℃，100h），實(shí)測(cè)管材的平均外徑為110.1mm、壁厚為10.4mm～10.8mm，通過(guò)查閱PE給水管的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13663.2-2018，環(huán)應(yīng)力為12.0MPa，按公式（1）換算P=2×12.0×10.4/（110.1-10.4）=2.50（MPa），按公式（2）換算P=2×12.0×10/（110-10）=2.40（MPa）。

根據(jù)兩者結(jié)果比較，公式（1）試驗(yàn)壓力比公式（2）試驗(yàn)壓力大0.1MPa，管材內(nèi)部承壓不同勢(shì)必會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，容易造成結(jié)果的誤判。因此試驗(yàn)壓力選取是檢測(cè)可靠性的重中之重。

2.2 壓力控制主機(jī)

試驗(yàn)的核心儀器為壓力控制主機(jī)。主機(jī)的精度和穩(wěn)定性將直接影響到試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。應(yīng)選擇適合的壓力傳感器，試樣的試驗(yàn)壓力應(yīng)在傳感器量程的5%-95%之間。試驗(yàn)壓力過(guò)大，超過(guò)傳感器量程就會(huì)損壞傳感器。試驗(yàn)壓力過(guò)小，傳感器顯示示值過(guò)低，造成顯示精度偏低，也不利于分析試驗(yàn)結(jié)果。舉例說(shuō)明，選用兩臺(tái)不同精度的壓力控制主機(jī)對(duì)同一塑料管材進(jìn)行（20℃，1h）耐內(nèi)壓試驗(yàn)，同時(shí)在管材終端安裝測(cè)壓表，設(shè)定相同的試驗(yàn)壓力5.0MPa，當(dāng)管材終端壓力表都顯示5.0MPa時(shí)，壓力主機(jī)一顯示5.05MPa，壓力主機(jī)二顯示5.13MPa。通過(guò)觀(guān)察主機(jī)顯示壓力與測(cè)試管材終端壓力發(fā)現(xiàn)，精度偏差大的設(shè)備兩者之間的顯示數(shù)值也偏差較大，測(cè)試壓力與實(shí)際作用在管材上的壓力區(qū)別很大，影響了試驗(yàn)數(shù)據(jù)，造成檢測(cè)結(jié)果欠缺真實(shí)性。因此應(yīng)定期對(duì)主機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3 試樣中的加水狀態(tài)

實(shí)驗(yàn)前應(yīng)排掉此試樣管中的空氣，如果不排除試樣中的空氣，在試樣加壓過(guò)程中，會(huì)造成試樣中的空氣不斷被壓縮，產(chǎn)生更大的試驗(yàn)壓力，一旦發(fā)生破裂，會(huì)釋放積聚的能量，破壞力極大。而水幾乎沒(méi)有被壓縮性，測(cè)試結(jié)果更接近真實(shí)的測(cè)試結(jié)果。尤其是PVC 管材耐內(nèi)壓測(cè)試，如果發(fā)生破裂管材會(huì)發(fā)生脆性破壞。對(duì)水箱的清理及試樣的完整取出都存在一定的影響。

2.4 恒溫水浴箱

恒溫箱內(nèi)充滿(mǎn)水，保持恒定的溫度，其平均溫差為±1℃。因?yàn)樗芰线@種材質(zhì)本身的性質(zhì)決定，其在不同溫度下的抗老化程度不盡相同。恒溫水浴箱越大，箱體內(nèi)的溫度場(chǎng)就越大，試樣擺放在箱體不同的部位會(huì)造成實(shí)際測(cè)試溫度的不同，給試驗(yàn)帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)。為了避免溫度偏差帶來(lái)的問(wèn)題，對(duì)試樣的試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不必要的影響。應(yīng)對(duì)恒溫箱加裝水循環(huán)系統(tǒng)，一方面保證了試驗(yàn)用水的恒溫，減少溫度的波動(dòng)，另一方面也保證了整個(gè)箱體內(nèi)的溫度均勻性。恒溫水箱也應(yīng)定期維護(hù)，制定校準(zhǔn)計(jì)劃，確保使用周期內(nèi)的影響因素降到最低［2］。

2.5 試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間

試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間不容忽視，是試驗(yàn)開(kāi)始前較為主要的準(zhǔn)備階段。首先需在試驗(yàn)所用恒溫箱內(nèi)充滿(mǎn)水，在此過(guò)程中，要確保恒溫箱的基本清潔，避免其雜質(zhì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不良影響。將裝滿(mǎn)水的試樣浸入恒溫水箱中，狀態(tài)時(shí)間應(yīng)根據(jù)試樣的壁厚選擇不同的時(shí)間。狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間不夠或者過(guò)長(zhǎng)，檢測(cè)結(jié)果也可能不一樣。

2.6 密封接頭

密封接頭用于塑料管道耐內(nèi)壓試驗(yàn)的密封裝置。密封接頭主要由加緊塊、橢圓端頭、硅膠密封圈、壓圈等主要零部件組成。在塑料管道系統(tǒng)耐內(nèi)壓試驗(yàn)過(guò)程中，管道系統(tǒng)的密封是試驗(yàn)正常進(jìn)行的關(guān)鍵一環(huán)。由于塑料管道的特性，管道會(huì)隨著試驗(yàn)時(shí)間的進(jìn)行發(fā)生一定的蠕變，因此對(duì)密封接頭提出了更高的要求。由于在耐內(nèi)壓試驗(yàn)時(shí)，過(guò)于尖銳的部分有可能導(dǎo)致應(yīng)力集中，隨著時(shí)間的進(jìn)行從而使塑料管道發(fā)生破裂。在對(duì)試樣進(jìn)行安裝的過(guò)程中，需要在卡壓過(guò)程中要確保力度適中，切不可用力過(guò)度，以免導(dǎo)致應(yīng)力集中。

3 結(jié)語(yǔ)

塑料管道耐內(nèi)壓測(cè)試是保障塑料管道安全使用的關(guān)鍵性能，所以其檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性尤為重要。在試驗(yàn)檢測(cè)工作實(shí)際開(kāi)展過(guò)程中，影響其檢測(cè)準(zhǔn)確性的因素較多，諸如壓力、溫度、時(shí)間等等。通過(guò)對(duì)這些影響因素的分析，可以在具體試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中更好的規(guī)避這些因素帶來(lái)的影響，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，提升檢測(cè)水平，以便對(duì)塑料管道的良性發(fā)展保駕護(hù)航。