PE燃氣制品的質(zhì)量要求

1、PE燃氣制品的質(zhì)量要求一、燃氣PE輸配系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢歐洲自上世紀60年代開始建設(shè)燃氣PE輸配系統(tǒng)，現(xiàn)已全面使用。最早只用于中低壓，現(xiàn)已進入次高壓。應(yīng)用的管徑越來越大，現(xiàn)已用到De600PE原料性能不斷提高：PE63 PE80 PE100，現(xiàn)已出現(xiàn)超韌性PE100為適應(yīng)非開挖更新修復(fù)，已研制出復(fù)合管標(biāo)準(zhǔn)幾乎每年更新一次正在研究將PE燃氣制品延長到100年二、我國燃氣PE輸配系統(tǒng)應(yīng)用歷史及現(xiàn)狀國家“七五”（19851990年）攻關(guān)課題，啟動燃氣PE輸配系統(tǒng)的應(yīng)用；80年代末，英法在北京敷設(shè)PE示范工程95年開始頒布我國的燃氣PE制品、工程、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已形成較完整體系90年代末，城市燃氣開始

2、向天然氣轉(zhuǎn)換，促進PE大發(fā)展21世紀初我國燃氣PE制品已達到或接近國際水平每年新增燃氣PE管總長約10000公里，占總長度的70%左右當(dāng)前存在的主要問題：對PE的認知水平落后于應(yīng)用推廣假冒偽劣產(chǎn)品泛濫施工質(zhì)量無保證標(biāo)準(zhǔn)的頒布更新慢三、燃氣PE制品的主要性能要求燃氣用PE制品的性能要求是最高的燃氣用PE制品只允許用混配料制造，不允許采用“白+黑”燃氣用PE制品絕不允許使用回收料3個關(guān)鍵的力學(xué)性能：2個關(guān)鍵的物理性能： 熔體質(zhì)量流動速率 氧化誘導(dǎo)時間1、長期靜液壓強度 決定管道強度PE的強度是時間的函數(shù)蠕變及應(yīng)力松弛聚乙烯的應(yīng)力松弛曲線塑料試樣在恒定應(yīng)力下的應(yīng)變與時間的關(guān)系PE的強度是溫度的函數(shù)要

3、安全可靠的使用PE，就必須回答預(yù)期的設(shè)計壽命及設(shè)計溫度下PE的強度是多少拉伸試驗，使材料受到拉伸應(yīng)力而屈服、破壞，測到屈服強度和斷裂強度對管材施加內(nèi)壓，管壁材料受到拉應(yīng)力而破壞測到靜液壓強度溫度等效原理：較低溫度較長時間與較高溫度較短時間可以觀察到相同的應(yīng)力松弛現(xiàn)象PE長期強度試驗的理論基礎(chǔ)試驗標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 18252-2000 （等同ISO 9080-2003）俗稱1萬小時試驗，試驗溫度：20及40、 60、 80中任選兩個長期靜液壓強度：20，50年在內(nèi)水壓，置信度97.5%時，管材破壞的應(yīng)力（MPa）.最小要求強度：長期靜液壓強度按羅納多 數(shù)R10或R20向下圓整到最近的一個優(yōu)先數(shù)的值

4、。PE80，lcl=8.009.99MPaPE100, lcl =10.0011.19MPa材料定級的根據(jù)靜液壓試驗標(biāo)準(zhǔn)體系：原料：20，40，60，80，10000小時試驗制品型式試驗： 80(PE80，4.0MPa;PE100,5.0MPa) 1000小時20(PE80，9.0MPa;PE100,12.4MPa) 100小時出廠檢驗： 80(PE80，4.5MPa;PE100,5.4MPa) 165小時2、耐裂紋慢速增長 決定管道壽命產(chǎn)生裂紋慢速增長的機理：聚乙烯管材靜液壓行為破壞的三種模式I韌性破壞 II脆性破壞 III氧化破壞聚乙烯晶態(tài)結(jié)構(gòu)的受力圖制品出廠：要求清潔光滑，外觀無損傷應(yīng)該

5、做到；運 輸：要求輕拿輕放，不損傷客觀很難；施 工：要求輕拿輕放，不損傷幾乎不可能；原 料：有抗劃傷能力。試驗：標(biāo)準(zhǔn)要求劃傷深度是壁厚的18-20%在80（PE80 0.8MPa； PE100 9.2MPa ）165小時不破壞。施工要求劃傷不超過壁厚的10%點載荷可加速裂紋的慢速增長目前正在研究制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)3、耐裂紋快速擴展 決定管道安全運行中管道的裂紋擴展情況示意圖PE強度與載荷作用速度密切相關(guān)裂紋快速擴展斷裂力學(xué)問題，要求制品有良好的抗開裂性能，要求在不產(chǎn)生快速開裂的條件下使用。 匈牙利PE80，De315，SDR11工作壓力0.6MPa的典型試驗全比例試驗小比例穩(wěn)態(tài)試驗規(guī)定溫度下不產(chǎn)生快

6、速開裂的臨界壓力規(guī)定溫度下不產(chǎn)生快速開裂的臨界溫度標(biāo)準(zhǔn)要求：供貨商提供0時的臨 界壓力Pc，實際溫度低于0時應(yīng)要求按實際溫度最大工作壓力的計算：且MOPPc/1.5 4、熔體質(zhì)量流動速率 決定PE的加工性能及焊接性能標(biāo)準(zhǔn)要求：檢測值與出廠時變化不超過20%保證經(jīng)熱加工后原料性能沒有大的變化5、氧化誘導(dǎo)時間 決定PE的抗氧化性能標(biāo)準(zhǔn)要求：20分鐘。使用回收料（已氧化）或不合格原料，該指標(biāo)很難合格為保證燃氣PE制品質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只允許使用經(jīng)檢驗合格的混配料，決不允許“白+黑”，更不允許參雜使假。經(jīng)檢測：靜液壓165小時試驗9個試樣5個不合格（最快0.3小時破壞）。耐裂紋慢速增長不合格外表面氧化誘導(dǎo)

7、時間100%不合格不合格管材：原黃色管材變黑混配料與“白+黑”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)混配料“白+黑”炭黑分散性很差；炭黑含量只有0.9%（標(biāo)準(zhǔn)要求2%）；氧化誘導(dǎo)期僅有8分鐘（標(biāo)準(zhǔn)要求20分鐘）四、PE管道失效案例1、熱熔焊口失效 3死數(shù)傷損失數(shù)百萬元， 特點：外觀無明顯缺陷 焊口呈脆性破壞原因分析： 材質(zhì)不合格：氧化誘導(dǎo)期不合格，焊接中材料再被嚴重氧化。做拉伸試驗可檢出。焊機不合格：不能正確反映焊接參數(shù)。做翻邊檢查可檢出。不按工藝焊接：人的因素第一，做翻邊檢查可檢出。力爭做到質(zhì)量全性能追溯性2、電熔焊接失效三通失效，燃氣進入電話機房，1死2傷，地區(qū)通訊中斷。原因分析：1.管材或管件材質(zhì)不合格 2.焊機不

8、合格 3.不按規(guī)程施焊3、材質(zhì)不合格 脆性開裂，燒傷1人4、第三方破壞不是PE的特有現(xiàn)象，關(guān)鍵在管理（立法、制度、宣傳、自身工作）五、PE球閥的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)對PE球閥的具體質(zhì)量要求：幾何性能物理性能力學(xué)性能 1.1 外觀出廠100檢驗顏色內(nèi)外表面清潔無縮孔（坑）無劃痕標(biāo)志無其他影響使用的缺陷1、幾何性能1.2、幾何尺寸材質(zhì)與球閥壁厚的關(guān)系。 管材為PE80，球閥為PE100時，閥壁厚0.8管壁厚。 管材為PE100，球閥為PE80時，閥壁厚1/0.8管壁厚。球閥兩端可為插口也可為承口，但尺寸必須符合GB15558.2-2005（管件）標(biāo)準(zhǔn)要求。操作帽尺寸（強度）5050 40； 757560與

9、鑰匙配合良好。出廠100檢驗2、物理性能（焊接性能）出廠檢驗（抽檢）2.1 氧化誘導(dǎo)時間 要求：200 20分鐘要求：（190，5kg）條件下， 0.2 MFR1.4，且閥體與原料測量值相差不超過20%。2.2 熔體質(zhì)量流動速率（MFR）1、靜液壓強度2、密封性能試驗3、壓力降4、操作扭矩5、止動強度6、對操作裝置施加彎矩期間及解除后的密封性能7、承受彎矩條件下，溫度循環(huán)后的密封性能 及易操作性（d n63mm）8、拉伸載荷后的密封性能及易操作9、 沖擊后的易操作性 10、持續(xù)內(nèi)部靜液壓后的密封性能及易操作性 11、耐簡支梁彎曲密封性能（d n63mm） 12、耐溫度循環(huán)（d n63mm） 3

10、 力學(xué)性能（共12項）3.1靜液壓試驗強度測試本項檢測項目是驗證閥體材料的力學(xué)性能與1萬小時的試驗結(jié)果相一致。出廠檢驗（抽檢）： 靜液壓強度測試 （80 165小時）定型及型式檢驗 ： 靜液壓強度測試 （ 20 100小時）靜液壓強度測試： （80 1000小時） PE80 =4.5MPa PE100 =5.4MPa PE80 =10MPa PE100 =12.4MPa PE80 =4.0MPa PE100 =5.0MPa試驗壓力的計算： P=2SDR-1=3.2 球閥整體密封性能試驗這是對球閥的最基本要求出廠100%檢驗：23 0.6MPa 30秒 定型及型式檢驗：23 2.5kpa 24小

11、時兩個閥座及閥桿共三個方向，以空氣或氮氣檢驗。 U型管微壓測試（可根據(jù)客戶要求選做）國家標(biāo)準(zhǔn)：23 250mm水柱，24小時出廠檢驗（抽檢） 檢測球閥整體密封性能。這是檢測球閥在正常通氣或關(guān)閉時的密封性，以及在停氣檢修時管道內(nèi)低壓余氣時的密封性。雖然低壓密封性檢測不是出廠檢驗項目，但某些球閥曾發(fā)生過低壓內(nèi)漏的問題。因此在球閥的密封性檢驗中，應(yīng)該十分重視對低壓情況密封性的檢驗。3.3 操作扭矩試驗 完成球閥功能的最基本要求。以空氣為介質(zhì)，考核球閥單側(cè)承受工作壓力時的最大操作扭矩。通過該項檢測，保證 PE 球閥的易操作性。密封與扭矩是一對矛盾體，既要保證密封好，而又不至于使扭矩過大，增加開啟的困難

12、。出廠100%檢驗： 23條件下。定型及型式檢驗： -20 ，23， 40條件下。在0.4MPa的試驗壓力下dn63 最大操作扭矩35Nm 63dn125最大操作扭矩70Nm 125dn225最大操作扭矩150Nm 225dn315最大操作扭矩300Nm3.4 止動強度限位阻力試驗 是對球閥開、關(guān)限位機構(gòu)的強度要求定型與型式檢驗項目 做法：分別在-20和40，連續(xù)24小時單側(cè)承受工作壓力條件下，對限位機構(gòu)施加倍的最大操作扭矩15秒，不破壞。3.5 對操作裝置施加彎矩期間及解除后的密封性能 這是模擬實際應(yīng)用中的球閥受到地面活荷載（堆積物等）車荷載等額外作用時，對球閥工作可靠性的檢驗。定型及型式檢

13、驗操作步驟制備兩側(cè)具有加壓、卸壓口及壓力測量接口的試件在23的溫度下閥半開，加壓至2.5kpa，按圖所示施加55Nm的彎矩1小時，無泄漏卸掉彎矩并維持內(nèi)壓1小時，無泄漏閥關(guān)閉，單側(cè)卸壓，1小時，無泄漏另一側(cè)按2.5kpa檢驗1小時，無泄漏試驗壓力調(diào)整為0.6MPa，重復(fù)以上步驟。3.6 承受彎矩條件下，溫度循環(huán)后的密封性能及易操作性（dn63mm）這是模擬較小球閥（ dn63）, 埋深較淺，溫度變化影響明顯，且彈性敷設(shè)較多橫向位移較常出現(xiàn)的情況，檢驗球閥在溫度外力雙重作用下的長期性能。定型檢驗項目承受彎矩：球閥連同兩側(cè)連接管材按R=25dn彎曲溫度循環(huán)：-20+40，如圖11 單溫循環(huán)：按1/

14、min變化， h=60min 雙溫循環(huán)：-20，40兩個恒溫箱， h30min美國標(biāo)準(zhǔn)要求：閥門應(yīng)冷卻到205（293）下并放置最少18h，檢測扭矩和密封性能； 然后閥門應(yīng)放置在1405（603）溫度下并放置最少18h，檢測扭矩和密封性能。 40 20 時間溫度一個循環(huán)50個循環(huán)hh10h10h圖11 溫度循環(huán)示意圖操作步驟制備兩個足夠長的試樣按閥桿與彎曲平面一致與垂直，分別彎曲或R=25dn，并固定完成50個溫度循環(huán)保持彎曲狀態(tài)，在 -20， 40分別穩(wěn)定10小時后做（2.5kpa，24小時）和（0.6MPa，30秒）密封性試驗注：此試驗最少需要1100小時（46天）彎曲試驗的試驗安排示意3

15、.7 拉伸載荷后的密封性能及耐操作性 這是模擬在地震或斷裂帶發(fā)生明顯沉降時球閥的工況，要求在PE受被拉伸屈服的條件下球閥性能仍然完好。 定型檢驗項目制備管端密封，能做壓力試驗的試件。在23球閥開啟狀態(tài)加壓至2.5kpa。施加拉力F，使管材應(yīng)力達12MPa，穩(wěn)定1小時,不泄漏。增加拉力，按25mm/min拉伸，至管材屈服，停止拉伸。按(2.5kpa，24小時)及(0.6mpa，30秒)檢密封性及23檢操作扭矩。 注：F=e(D-e) P 如：SDR11, Dn63的閥，測得D=63.37mm,e=6.34mm,F=13560.76N操作步驟3.8 沖擊后的耐操作性模擬球閥受到意外碰撞拋摔時，耐損

16、壞的要求。球閥本體在承受一定的沖擊后，進行扭矩測試及密封性測試，以保證球閥在運行狀況及非正常情況下的耐受能力。定型檢驗項目做法：球閥在-20狀態(tài)調(diào)整2小時。球閥底部墊實、固定，以3kg重鋼球自1m高自由下落沖擊操作帽，無裂紋，損壞。在-20狀態(tài)下檢操作扭矩及止動強度。 在40條件下，重復(fù)上述操作。3.9 持續(xù)內(nèi)部靜液壓后的密封性及操作性 這是球閥長期壽命可靠性的檢驗。定型檢驗項目做法： 按靜液壓試驗要求制備偶數(shù)試件 試驗介質(zhì):水，溫度20，球閥狀態(tài):半數(shù)開，半數(shù)關(guān)。 試驗壓力：PE80，1.6MPa;PE100，2.0MPa。 1000小時不泄漏，不破壞。 卸壓，按“沖擊后的耐操作性”檢驗。

17、按“密封性”（氣密性）檢驗。3.10 耐簡支梁彎曲密封性能（dn63） 這是模擬較大球閥在使用中可能出現(xiàn)的管基沉降，輕微滑移，彈性敷設(shè)等情況，球閥可靠性的檢驗。定型檢驗項目試驗溫度23試件兩管端封閉可試壓，彎曲力F： 63dn125 F=3.0KN 125dn315 F=6.0KN操作步驟1、制備試件，檢驗密封性，操作扭矩。2、如圖14，閥桿垂直向上，對試件垂直以25mm/min的速度緩慢施加彎曲力F，穩(wěn)定10小時，檢驗球閥的“密封性”及“操作扭矩”。3、測量最大撓度，卸載，檢查外觀。4、將試件轉(zhuǎn)動90，仍垂直加載，重復(fù)2、3操作。5、卸載后再檢驗其密封性和操作扭矩。3.11 耐溫度循環(huán)(dn63）模擬球閥在長使用中必然要經(jīng)受的溫度變化，要求球閥要經(jīng)得起考驗，性能穩(wěn)定。定型檢驗項目-20+60溫度循環(huán)，如圖15：單溫與雙溫均可。 試件制備，只要一個球閥，兩端密封，可試壓