淺談塑料管道系統耐內壓試驗的影響因素

中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013

0 引言

近年來，隨著石油化學的技術發展，石化深加工產品塑料管道也得到了廣泛的應用。其根本原因在于塑料管比鑄鐵管、鋼管、水泥管等傳統管材有許多優點。隨著市場占有量的進一步擴大，管道系統的質量問題變得日益凸顯。為了進一步控制塑料管道規范發展，塑料管道系統的耐內壓試驗在控制管道系統質量方面變得尤為重要。

本文就通過對塑料管道系統的耐內壓試驗檢測過程中發現問題進行分析，對檢測過程中的影響因素做簡單探討。

1 塑料管道系統耐內壓試驗的基本原理

塑料管道系統耐內壓試驗需參照國家標準GB/T6111-2018《流體輸送用熱塑性塑料管道系統耐內壓性能的測定》。試樣經狀態調節后，在規定的恒定靜液壓（內水壓）下保持一個規定的時間或直至試樣破壞。在整個試驗過程中，試樣應保持在規定的恒溫環境下，這個恒溫環境可以是水（水-水試驗）、空氣（水-空氣試驗）或者其他液體（水-其他液體試驗）［1］。從原理中不難發現，耐內壓試驗涉及到的的關鍵參數有壓力、溫度、時間。

2 塑料管道系統耐內壓試驗檢測影響因素分析

2.1 試驗壓力的正確選取

根據塑料管道系統的不同產品，管材組件和組合件，依據標準《流體輸送用熱塑性塑料管道系統耐內壓性能的測定》選取合適的公式進行試驗壓力的計算。公式選取不正確容易造成壓力的過大或者過小，不能真實反應產品的性能。

公式（1）：P=σ×2emin/（dem-emin），其中σ 是指環應力，一般塑料管道的產品標準里是直接給出來的，通過這個就可以算出試驗壓力P，但是得注意emin是指最小壁厚，dem是指平均外徑，都是實測的，不是指公稱尺寸。

公式（2）：P=σ×2en/（dn-en），en是指公稱壁厚，dn是指公稱外徑。舉例說明：選取PE100 給水管材（規格：dn110×10.0mm）進行靜液壓試驗（20℃，100h），實測管材的平均外徑為110.1mm、壁厚為10.4mm～10.8mm，通過查閱PE給水管的產品標準GB/T 13663.2-2018，環應力為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）。

根據兩者結果比較，公式（1）試驗壓力比公式（2）試驗壓力大0.1MPa，管材內部承壓不同勢必會對檢測結果產生影響，容易造成結果的誤判。因此試驗壓力選取是檢測可靠性的重中之重。

2.2 壓力控制主機

試驗的核心儀器為壓力控制主機。主機的精度和穩定性將直接影響到試驗結果的準確性。應選擇適合的壓力傳感器，試樣的試驗壓力應在傳感器量程的5%-95%之間。試驗壓力過大，超過傳感器量程就會損壞傳感器。試驗壓力過小，傳感器顯示示值過低，造成顯示精度偏低，也不利于分析試驗結果。舉例說明，選用兩臺不同精度的壓力控制主機對同一塑料管材進行（20℃，1h）耐內壓試驗，同時在管材終端安裝測壓表，設定相同的試驗壓力5.0MPa，當管材終端壓力表都顯示5.0MPa時，壓力主機一顯示5.05MPa，壓力主機二顯示5.13MPa。通過觀察主機顯示壓力與測試管材終端壓力發現，精度偏差大的設備兩者之間的顯示數值也偏差較大，測試壓力與實際作用在管材上的壓力區別很大，影響了試驗數據，造成檢測結果欠缺真實性。因此應定期對主機進行校準，以確保檢測結果的準確性。

2.3 試樣中的加水狀態

實驗前應排掉此試樣管中的空氣，如果不排除試樣中的空氣，在試樣加壓過程中，會造成試樣中的空氣不斷被壓縮，產生更大的試驗壓力，一旦發生破裂，會釋放積聚的能量，破壞力極大。而水幾乎沒有被壓縮性，測試結果更接近真實的測試結果。尤其是PVC 管材耐內壓測試，如果發生破裂管材會發生脆性破壞。對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

恒溫箱內充滿水，保持恒定的溫度，其平均溫差為±1℃。因為塑料這種材質本身的性質決定，其在不同溫度下的抗老化程度不盡相同。恒溫水浴箱越大，箱體內的溫度場就越大，試樣擺放在箱體不同的部位會造成實際測試溫度的不同，給試驗帶來很大的風險。為了避免溫度偏差帶來的問題，對試樣的試驗結果產生不必要的影響。應對恒溫箱加裝水循環系統，一方面保證了試驗用水的恒溫，減少溫度的波動，另一方面也保證了整個箱體內的溫度均勻性。恒溫水箱也應定期維護，制定校準計劃，確保使用周期內的影響因素降到最低［2］。

2.5 試樣的狀態調節時間

試樣的狀態調節時間不容忽視，是試驗開始前較為主要的準備階段。首先需在試驗所用恒溫箱內充滿水，在此過程中，要確保恒溫箱的基本清潔，避免其雜質對試驗結果產生不良影響。將裝滿水的試樣浸入恒溫水箱中，狀態時間應根據試樣的壁厚選擇不同的時間。狀態調節時間不夠或者過長，檢測結果也可能不一樣。

2.6 密封接頭

密封接頭用于塑料管道耐內壓試驗的密封裝置。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。在塑料管道系統耐內壓試驗過程中，管道系統的密封是試驗正常進行的關鍵一環。由于塑料管道的特性，管道會隨著試驗時間的進行發生一定的蠕變，因此對密封接頭提出了更高的要求。由于在耐內壓試驗時，過于尖銳的部分有可能導致應力集中，隨著時間的進行從而使塑料管道發生破裂。在對試樣進行安裝的過程中，需要在卡壓過程中要確保力度適中，切不可用力過度，以免導致應力集中。

3 結語

塑料管道耐內壓測試是保障塑料管道安全使用的關鍵性能，所以其檢測結果的準確性尤為重要。在試驗檢測工作實際開展過程中，影響其檢測準確性的因素較多，諸如壓力、溫度、時間等等。通過對這些影響因素的分析，可以在具體試驗檢測過程中更好的規避這些因素帶來的影響，提高試驗結果的準確性，提升檢測水平，以便對塑料管道的良性發展保駕護航。