聚乙烯熱收縮帶耐水密閉性快速評價方法研究

周冰，韓文禮，林竹，張貽剛，郭繼銀，蔣林林

1.中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院，天津300451

2.中國石油集團(tuán)石油管工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300451

聚乙烯熱收縮帶耐水密閉性快速評價方法研究

周冰1，2，韓文禮1，2，林竹1，2，張貽剛1，2，郭繼銀1，2，蔣林林1，2

1.中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院，天津300451

2.中國石油集團(tuán)石油管工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300451

針對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中聚乙烯熱收縮帶耐水密閉性測試方法試驗(yàn)周期長的問題，開展了熱收縮帶耐水密閉性的快速評價方法研究。通過引入較高的壓力，進(jìn)行了不同加壓條件下的耐水密閉性試驗(yàn)，并與常壓測試結(jié)果進(jìn)行了對比分析，總結(jié)了不同壓力下的數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系，建立了一套熱收縮帶耐水密閉性快速評價方法，可縮短檢測時間50%以上。

熱收縮帶；耐水密閉性；加壓；快速評價

近年來，我國長輸管道、油氣田集輸管道、城市燃?xì)夤艿赖耐夥栏瘜又饾u形成了以3PE防腐層結(jié)構(gòu)為主、現(xiàn)場補(bǔ)口以聚乙烯熱收縮帶（套）為主的格局。熱收縮帶補(bǔ)口的熱熔膠在地下水的作用下部分組分會發(fā)生溶解或析出，并從收縮帶邊緣逐漸向內(nèi)部發(fā)展，使熱收縮帶與管體PE層的搭接部位黏結(jié)性喪失，最終導(dǎo)致整個補(bǔ)口密封失效。為加強(qiáng)對埋地管道熱收縮帶補(bǔ)口防腐材料的耐水密閉性檢測，國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出了采用耐熱水浸泡性來評價熱收縮帶安裝系統(tǒng)的耐水密閉性[1-7]，但是均為常壓浸泡，浸泡時間均大于100 d，實(shí)驗(yàn)周期較長，遠(yuǎn)高于其他性能的測試時間，因缺乏快速的評價指標(biāo)和手段，給工程選材及質(zhì)量檢查帶來不利影響。

埋地管道在實(shí)際運(yùn)行中會受到土壤或其他的壓力作用，在耐熱水浸泡測試中引入較高的壓力更符合管道實(shí)際運(yùn)行中的環(huán)境，并且提高壓力可以加速考察防腐層的耐熱水浸泡性能。通過實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)的耐水密閉性試驗(yàn)裝置，研究建立一種快速評定熱收縮帶補(bǔ)口耐水性能的試驗(yàn)方法。

1　試驗(yàn)方法

選擇常溫型和高溫型兩種熱收縮帶材料，制備模擬管段。分別在常壓和加壓兩種試驗(yàn)環(huán)境下開展熱收縮帶耐水密閉性檢測試驗(yàn)，研究確定常壓和加壓條件下熱收縮帶耐水密閉性檢測結(jié)果的對應(yīng)關(guān)系，建立一套熱收縮帶耐水密閉性的快速檢測評價方法。

1.1常壓試驗(yàn)方法

按照GB/T 23257《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》的試驗(yàn)方法，將常溫型和高溫型試驗(yàn)管段放入恒溫水浴箱中全部浸沒（見圖1），分別在50℃和70℃下進(jìn)行常壓浸泡試驗(yàn)，試驗(yàn)周期120 d。浸泡每30、60、90、120 d時，取出試件，放置達(dá)到室溫后分別進(jìn)行剝離強(qiáng)度測試。

圖1　熱收縮帶常壓浸泡裝置

1.2加壓試驗(yàn)方法

利用實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計研發(fā)的熱收縮帶耐熱水浸泡加速試驗(yàn)裝置（見圖2），將試驗(yàn)管段放入罐體內(nèi)，分別在50℃和70℃下進(jìn)行加壓浸泡試驗(yàn)，試驗(yàn)周期共60 d。選擇在0.5 MPa和1.0 MPa兩個壓力下浸泡，每30、40、50、60 d時取出試件，進(jìn)行剝離強(qiáng)度測試，并與常壓數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

圖2　熱收縮帶加壓浸泡試驗(yàn)裝置

2　試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1常壓條件下測試結(jié)果

將試驗(yàn)管段分別置于50℃和70℃常壓條件下浸泡120 d后，分別測試了熱收縮帶對PE和對鋼管的剝離強(qiáng)度值，該數(shù)據(jù)作為加壓試驗(yàn)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，結(jié)果如表1所示。

表1　常壓條件下熱收縮帶的剝離強(qiáng)度

2.2加壓0.5 MPa與常壓數(shù)據(jù)對比分析

將試驗(yàn)管段分別置于50℃和70℃加壓0.5 MPa條件下浸泡不同時間，然后測其剝離強(qiáng)度，并與常壓條件下浸泡120d的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，計算數(shù)據(jù)誤差值，分析其對應(yīng)關(guān)系，結(jié)果見表2～3。

表2　常壓與0.5 MPa下熱收縮帶的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)對比（50℃）

表3　常壓與0.5 MPa下熱收縮帶的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)對比表（70℃）

從表2可以看出：在50℃加壓0.5 MPa條件下，隨著浸泡時間增加其剝離強(qiáng)度逐漸減小，且降幅大于常壓剝離強(qiáng)度的降幅。當(dāng)浸泡50 d后，其測試的剝離強(qiáng)度值與常壓浸泡120 d的值具有較好的對應(yīng)性，浸泡60 d后，剝離強(qiáng)度對應(yīng)性進(jìn)一步提高。

從表3可以看出：在70℃、加壓0.5 MPa條件下，隨著浸泡時間增加其剝離強(qiáng)度逐漸減小，當(dāng)浸泡60 d后，其測試的剝離強(qiáng)度值與常壓浸泡120 d的值具有較好的對應(yīng)性。

綜上所述，與常壓條件相比，在0.5 MPa條件下剝離強(qiáng)度測試時間可縮短50%以上。

2.3加壓1.0 MPa與常壓數(shù)據(jù)對比分析

加壓1.0 MPa，其余試驗(yàn)條件與2.2節(jié)相同，將試驗(yàn)管段浸泡不同時間，測其剝離強(qiáng)度，并與常壓條件下浸泡120 d的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，計算數(shù)據(jù)誤差值，分析其對應(yīng)關(guān)系，結(jié)果見表4～5。

表4　常壓與1.0 MPa下熱收縮帶的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)對比（50℃）

表5　常壓與1.0 MPa下熱收縮帶的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)對比（70℃）

從表4和表5可以看出，加壓1.0 MPa后，隨著浸泡時間增加，剝離強(qiáng)度逐漸減小，其減小的變化趨勢相對于0.5 MPa下有所減緩。在50℃和70℃條件下均浸泡50 d時與常溫浸泡120 d的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)吻合度較好，繼續(xù)浸泡，其剝離強(qiáng)度對應(yīng)性降低。由此，與常壓條件相比在1.0 MPa條件下可縮短剝離強(qiáng)度測試時間58.3%。

2.4熱收縮帶耐水密閉性快速評價方法

參考GB/T 23257《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建議熱收縮帶耐水密閉性指標(biāo)快速評價方法如下：

在熱收縮帶0.5 MPa壓力和最高使用溫度的熱水中經(jīng)過60 d浸泡后，要求收縮帶應(yīng)無鼓泡、無剝離，膜下無水；按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法測定剝離強(qiáng)度，要求不低于50 N/cm。

3　結(jié)論

本文完成了常溫型和高溫型兩種熱收縮帶在0.5 MPa和1.0 MPa加壓條件下的耐水密閉性試驗(yàn)，加壓0.5 MPa，50℃條件下浸泡50 d和60 d時的剝離強(qiáng)度與常溫浸泡120 d的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)吻合度較好，70℃浸泡60 d時與常溫浸泡120 d的數(shù)據(jù)吻合度較高；加壓1.0 MPa，50℃和70℃條件下均浸泡50 d時與常溫浸泡120 d的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)吻合度較好，繼續(xù)浸泡，其剝離強(qiáng)度對應(yīng)性降低。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果制訂了熱收縮帶耐水密閉性快速評價試驗(yàn)規(guī)程，可縮短測試時間50%。

[1]BS EN 12068-1999，Cathodic protection——External organic coating for the corrosion protection of buried or immersed steel pipelines used in conjunction w ith cathodic protection——Types and shrinkable m aterials[S].

[2]NACE Standard RP 0303-2003，F(xiàn)ield-Applied Heat-Shrinkable Sleeves for Pipelines：App lication，Performance，and Quality Control[S].

[3]ANSI/AWWA C216-00，Heat-Shrinkab le Cross-Linked Polyolefin Coatings for the Exterior of Special Sections，Connections，and Fittings for SteelW ater Pipelines[S].

[4]張其濱，干志強(qiáng).庫鄯線、陜京線防腐質(zhì)量控制[J].天然氣工業(yè)，1999，19（4）：73-76.

[5]SY/T 4054-2003，輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶（套）[S].

[6]GB/T 23257-2012，埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[7]CAN/CSA-Z245.21，External Polyethylene Coating for Pipe：[S].

Research on Fast Evaluation Method of Water Impermeability for PEHeat Shrinkable Tapes

ZHOU Bing1，2，HAN Wenli1，2，LIN Zhu1，2，ZHANG Yigang1，2，GUO Jiyin1，2，JIANG Linlin1，2
1.CNPC Research Institute of Engineering Technology，Tianjin 300451，China
2.CNPC Key Laboratory of Tubular Goods Engineering，Tianjin 300451，China

In the active standards，the test period of water impermeability for PE heat shrinkable tapes is long，so the research on fast evaluation method of water impermeability for PE heat shrinkable tapes is conducted.The water impermeability tests under different higher pressures are performed.The results are compared with the tests under normal pressure，and the relation between water impermeability and pressure is obtained.Aset of fast evaluation methods for PE heat shrinkable tapes is established，which can save test period by more than 50%.

heat shrinkable tape；water impermeability；pressurizing；fast evaluation

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.05.004

周冰（1984-），男，四川內(nèi)江人，工程師，2009年畢業(yè)于天津大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，碩士，現(xiàn)從事站場及管道防腐研究工作。

Em ail：zhoub.cpoe@cnpc.com.cn

2016-05-23；

2016-06-22