埋地聚乙烯管材使用壽命的影響因素和解決方法

鞠磊

摘要：本文總結(jié)了影響埋地聚乙烯管材使用壽命的幾種原因，并闡述了現(xiàn)如今如何才能夠提高聚乙烯管材埋地的使用壽命。

關(guān)鍵詞：埋地、聚乙烯、使用壽命

Abstract：This article aims to analysis the reasons for the life which begin from put in using. And list some points which can extend the using lives of the HDPE pipes that buried under the ground.

Key words： Buried underground、 Polyethylene、Using lives

介紹：

HDPE的塑料埋地管材因?yàn)槠涫褂脡勖L(zhǎng)，耐腐蝕以及連接方式易于操作，現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于燃?xì)夂惋嬘盟妮斔汀Ｒ驗(yàn)槭锹竦毓艿?，所以管材的使用壽命至關(guān)重要。現(xiàn)如今影響管材使用壽命的因素大致有如下幾類：原材料性能和管材鋪設(shè)時(shí)的焊接不規(guī)范

原材料性能：

HDPE管材的原材料對(duì)管材本身的質(zhì)量影響很大，通常在PE100+協(xié)會(huì)里所列出的原材料的性能差異并不是很大，但是如果原材料在加工是混有回料，就會(huì)降低管材的使用壽命，當(dāng)然，回料的品質(zhì)與回料和混配料的混合比例，對(duì)壽命的影響也是很大，過早失效通常與降解反應(yīng)引起的PE性能變化有關(guān)，這可能導(dǎo)致機(jī)械性能下降并導(dǎo)致快速失效。可導(dǎo)致PE管道快速降解。特別地，經(jīng)歷快速降解的化學(xué)部分例如過氧化物和氫過氧化物基團(tuán)的存在會(huì)特別有害。在擠出過程中，可能會(huì)發(fā)生第一個(gè)熱機(jī)械降解步驟，其降解程度取決于加工參數(shù)，因?yàn)榛亓媳旧頃?huì)與空氣中的氧氣過多接觸，這樣在二次加工成型的過程當(dāng)中，會(huì)形成二次氧化，并且未摻回料的混配料也會(huì)由于二次回料導(dǎo)致本身產(chǎn)品抗氧化性降低，會(huì)加速聚乙烯的老化，會(huì)在管材表面形成麻點(diǎn)或者細(xì)小裂紋，久而久之，加上管材內(nèi)部壓力的影響，管材會(huì)發(fā)生慢性開裂的情況。[1]

因此對(duì)于回料的使用，可以通過適量加一點(diǎn)抗氧化劑來減緩管材的老化，但抗氧劑的使用同時(shí)也會(huì)降低管材的物理機(jī)械性能，例如管材的斷裂伸長(zhǎng)率。最有效的方法就是，在高要求的施工條件下，盡量減少回料的使用，才能夠有效的提高管材的壽命。

管材的熱熔對(duì)接：

在HDPE管材熱熔連接時(shí)，首先采用加熱板對(duì)管材的端口進(jìn)行加熱融化成熔融狀態(tài)，然后在通過相互擠壓，在進(jìn)行保壓融合冷卻固化后完成操作，操作比較簡(jiǎn)單，但是其中有很多細(xì)節(jié)可能被忽略，加熱板的溫度，加熱時(shí)間和保壓時(shí)間可以通過調(diào)節(jié)來控制，但是因?yàn)橐话闶┕ざ荚诂F(xiàn)場(chǎng)，因此客觀環(huán)境對(duì)焊接的規(guī)范性提供了很大的挑戰(zhàn)，若管材露天堆放很久，會(huì)導(dǎo)致水分進(jìn)入管材端口上，焊接會(huì)出現(xiàn)氣孔現(xiàn)象，如圖1所示，這可以根據(jù)CJJ63的方法，剖開焊接口的卷邊，觀察內(nèi)口是否有氣孔。在加熱板加熱過程中，若加熱板上有泥沙顆粒在焊接過程中，泥沙顆粒會(huì)進(jìn)入管材的焊縫當(dāng)中，形成氣孔，管材的對(duì)熔焊接就會(huì)形成缺陷，并且因?yàn)榇罂趶焦懿牡臒崛蹖?duì)接時(shí)全自動(dòng)操作的設(shè)備未能夠普及，在施工過程當(dāng)中，若操作不當(dāng)，會(huì)形成冷焊或者虛焊?？梢酝ㄟ^管材的破壞性拉伸試驗(yàn)來檢測(cè)焊縫是否完好，

但這種方法屬于破壞試驗(yàn)，對(duì)施工檢測(cè)不現(xiàn)實(shí);還有一種方法，通過超聲波進(jìn)行無損探傷，如圖3

通過超聲波的探傷能夠準(zhǔn)確掃描出管材與管件的焊接存在的缺陷示意圖，從而運(yùn)用CAE軟件ABAQUS來計(jì)算缺陷的大小，從而可以判定管材與管件的熔接性是否影響到埋地管材的使用壽命！

管材與管件的電熔連接

HDPE管材連接的方式是，管材削皮0.2mm左右，酒精擦拭完管件內(nèi)壁，保證管件內(nèi)壁沒有泥沙顆粒和其他雜質(zhì)，最后根據(jù)管件表面的焊接條碼進(jìn)行焊接，觀察管件的觀察孔是否冒出，是判斷管件是否焊接好的標(biāo)志之一，當(dāng)然由于管材與管件之間的尺寸差異，會(huì)導(dǎo)致管材管件連接時(shí)的間隙會(huì)偏大，雖然焊接之后的觀察孔也會(huì)冒出，但是這時(shí)候也有可能會(huì)形成虛焊。通常檢驗(yàn)管材與管件焊接質(zhì)量的方法是擠壓與剝離，來判定焊接是否合格，當(dāng)脆性剝離（如圖6所示）百分比小于等于33%時(shí)，產(chǎn)品是判定為合格，這種判定方式廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的檢查現(xiàn)在還是通過氣壓檢測(cè)，但這種方式對(duì)于電熔的很多焊接缺陷無法檢測(cè)到，例如：50%的虛焊，還有焊接區(qū)域存在顆粒以及氣孔等。

英國(guó)TWI[4]焊接評(píng)定協(xié)會(huì)現(xiàn)在是利用超聲波的方法進(jìn)行焊接探傷，這種方法利用超聲波遇到不同的介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生回波，從而能夠判定電阻絲所在的焊接區(qū)域，焊接是否完全，電阻絲是否存在并合，從而通過ABAQUS計(jì)算應(yīng)力的大小，去判定區(qū)域是否會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致在使用過程中發(fā)生裂紋，從而慢性開裂，影響壽命。這種方法能夠在不破壞的情況下，檢測(cè)每個(gè)焊接口的質(zhì)量，保證焊接區(qū)域的質(zhì)量達(dá)到相關(guān)使用標(biāo)準(zhǔn)。

總結(jié)：

埋地聚乙烯管材的使用壽命，不僅會(huì)影響到經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)影響到用戶的使用安全。

原材料對(duì)于聚乙烯管材的使用，可以減少回用料的使用，從源頭上增長(zhǎng)HDPE埋地管材的使用壽命。

對(duì)于熱熔焊接和電熔焊接的管材管件，一方面加強(qiáng)對(duì)施工人員的技能培訓(xùn)，可以逐步推行焊口的超聲波檢測(cè)，采用抽檢的方法，進(jìn)行檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)

1、T.J. Blomster， M. Stanimirov Continuously extruded long length polyethylene pipes for seawater intakes and marine outfalls Desalination 166 （2004） 2 75-286

2、CJJ63-2018 Technical standards for polyethylene gas pipeline engineering

3、Shuxin Han， Fuyong Xia， Haiyun Chen， The Ultrasonic detection for the buried gas Pipes Joint， China Special instrument Committee. 310003

4、Mike Troughton， Chris Brown， Joachim Hessel， Marco Poivano. Comparison of long-term and Short tests for electrofusion joints in PE pipes. Ref： coop-ct-2003-507376