城鎮(zhèn)燃氣聚乙烯管道熱氧老化規(guī)律的試驗設計研究.pdf

1、我國自上世紀80年代開始在城市燃氣管道中使用聚乙烯(PE)管道，在90年代中期大量使用，迄今已逾30年。經(jīng)過長期的試驗、研究和推廣，聚乙烯管道以其使用壽命長（可達50年）、耐腐蝕、較好的柔韌性（抗震和適應沉降）、重量較輕、連接方便等優(yōu)勢，已經(jīng)在中低壓燃氣管網(wǎng)中取代了過去的傳統(tǒng)管材如鋼管、鑄鐵管等的地位，成為《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》(GB50028-2006)的首選管材，并在高壓燃氣管道中也逐步開始應用。聚乙烯管道的使用情況也成為了衡量一個地

2、區(qū)燃氣技術水平的指標之一，到2005年聚乙烯管道在中低壓管網(wǎng)建設的使用比例已經(jīng)達到50％。然而PE管材畢竟屬于一種有機材料，其老化問題不可避免。一旦發(fā)生破裂導致爆炸發(fā)生，將會造成城鎮(zhèn)地區(qū)巨大的人身傷害及經(jīng)濟損失。因此，對于PE管材老化規(guī)律的研究具有巨大的經(jīng)濟價值及工程價值。到目前為止，國內外對承壓燃氣聚乙烯管道的老化規(guī)律研究還不完善。
　　本文研究對象是我國城鎮(zhèn)聚乙烯管道主要使用的PE100及PE80管道材料，基于熱氧加速老化方法

3、，在自行搭建的熱氧加速老化實驗模擬實驗平臺上開展相關實驗研究。主要研究不同老化時間、不同內壓對PE100及PE80管道材料的老化規(guī)律。
　　拉伸試驗研究表明熱氧老化PE試件的拉伸力學性能隨著老化時間及壓力的增加而逐步減弱，在加熱溫度及壓力較低時，管材性能變化較慢，但隨著溫度及壓力的逐步增加，聚乙烯管材穩(wěn)定性發(fā)生明顯變化。溫度每升高10度，其性能成幾何狀減弱。并利用動力學曲線直線化法將數(shù)據(jù)進行擬合分析，分別提出了承壓和無壓PE管道的

4、熱氧老化規(guī)律預測模型，數(shù)據(jù)吻合良好，驗證熱氧加速老化實驗模型的正確性，結果表明，燃氣PE管道的拉伸力學性能隨著熱氧老化溫度、壓力、時間明顯變化，斷裂點載荷發(fā)生劇烈變化。承壓燃氣PE管壽命低于無壓PE管道壽命，當試驗壓力0.1MPa時壽命減少9.6％。
　　熔體流動速率(MFR)試驗研究表明PE試件性能隨著熱氧老化的溫度、時間的變化而發(fā)生明顯變化，其性能變化參數(shù)作為評判試驗管材是否老化的指標之一。并將數(shù)據(jù)進行整理分析，對比老化前后材

5、料性能變化趨勢，可看出壓力越大，熔體流動速率越大，溫度越高，熔體流動速率越大，驗證熱氧加速老化實驗的正確性。
　　差熱分析法(DSC)試驗研究表明隨著熱氧老化PE試件的溫度、時間的變化而發(fā)生明顯變化，其性能變化參數(shù)作為評判試驗管材是否老化的指標之一。并將數(shù)據(jù)進行整理分析，對比老化前后材料性能變化趨勢，可以看出隨著實驗壓力的增加，溫度的增加，材料的氧化誘導期明顯縮短，表明穩(wěn)定性下降，壓力及溫度對于聚乙烯管材的穩(wěn)定性成負相關的作用，從