在役聚乙烯燃?xì)夤艿滥甓葯z查、風(fēng)險評估、位置與埋深檢測、氣體泄漏檢測及分級、熱熔接頭相控陣超聲檢測、剩余壽命預(yù)測方法

GB/T×××××—××××GB/T×××××—××××圖中缺陷所在的面為聚乙烯熱熔接頭的熔合面（B顯示圖像），X為缺陷徑向的矩形邊長即缺陷高度，Y為缺陷周向的矩形邊長即缺陷長度。當(dāng)相鄰缺陷間距小于等于較短缺陷尺寸時，應(yīng)視為單個缺陷，缺陷長度應(yīng)計入間距。圖E.3熔接面缺陷的表征E.6.3.3孔洞孔洞缺陷為體積型缺陷，應(yīng)表征其X、Y,其表征方法與E.7.3.2相同。E.7質(zhì)量分級E.7.1聚乙烯燃?xì)夤艿缹咏宇^相控陣超聲檢測質(zhì)量分級根據(jù)接頭中存在的缺陷性質(zhì)、數(shù)量和密集程度，其質(zhì)量等級可劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級。Ⅰ、Ⅱ級焊接接頭內(nèi)不允許有裂紋和未熔合缺陷。E.7.2熔合面夾雜的質(zhì)量分級熔合面夾雜缺陷按表E.3的規(guī)定進(jìn)行分級評定。表E.3熔合面夾雜缺陷的質(zhì)量分級級別與內(nèi)外壁貫通的熔合面夾雜在接頭熔合面中間的熔合面夾雜ⅠX＜5%T，Y＜10%TX＜10%T，，且在任何連續(xù)300mm的焊縫長度中，當(dāng)Y累計長度不超過20mmⅡX＜10%T，Y＜20%TX＜15%T，且在任何連續(xù)300mm的焊縫長度中，當(dāng)Y累計長度不超過50mmⅢ大于Ⅱ級者注：T為管材壁厚。E.7.3孔洞的質(zhì)量分級Ⅰ、Ⅱ級熱熔接頭中不應(yīng)存在尖銳端角的孔洞缺陷?？锥慈毕莅幢鞥.4規(guī)定進(jìn)行分級評定。表E.4孔洞缺陷的質(zhì)量分級級別單個孔洞組合孔洞ⅠX＜5%T、Y＜10%TX＜5%T且在任何連續(xù)300mm的焊縫長度中，當(dāng)缺陷累計長度Y不超過20mm。ⅡX＜10%T、Y＜20%TX＜10%T且在任何連續(xù)300mm的焊縫長度中，當(dāng)缺陷累計長度Y不超過50mm。Ⅲ大于Ⅱ級者注：T為熱熔接頭管材壁厚。E.8檢測報告聚乙烯燃?xì)夤艿老嗫仃嚦暀z測后，應(yīng)由相應(yīng)檢測資質(zhì)Ⅱ級或以上人員編寫檢測報告，內(nèi)容至少包括：a）聚乙烯燃?xì)夤艿佬吞?，直徑，配套工程名稱及地點(diǎn)，焊縫數(shù)量，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；b）材料型號，直徑，壁厚；c）相控陣超聲儀器型號，檢測技術(shù)，探頭規(guī)格型號；d）檢測記錄和結(jié)果，焊縫評級；e）檢測人員，資格；審核人員，資格；報告日期。附錄F

（規(guī)范性）

聚乙烯燃?xì)夤艿朗Ｓ鄩勖A(yù)測方法F.1壽命預(yù)測方法原理埋地聚乙烯燃?xì)夤艿涝诜燮陂g，引起性能變化的主要因素包括溫度、機(jī)械應(yīng)力、燃?xì)饨橘|(zhì)和土壤環(huán)境等。在一定溫度范圍內(nèi)，烘箱加速老化與埋地條件下的老化機(jī)理相同。利用承壓高溫烘箱加速老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可外推計算環(huán)境溫度下聚乙烯燃?xì)夤艿赖膲勖?。F.2壽命預(yù)測試驗(yàn)F.2.1試驗(yàn)儀器F.2.1.1高溫烘箱。F.2.1.2拉伸試驗(yàn)機(jī)。F.2.1.3誘導(dǎo)期試驗(yàn)儀。F.2.2試驗(yàn)條件F.2.2.1老化試驗(yàn)溫度至少應(yīng)不少于三個，相鄰溫度間隔不低于10K。試驗(yàn)溫度上限因管材不同而異，但熱老化試驗(yàn)溫度不低于聚乙烯管材熔點(diǎn)20℃。F.2.2.2老化試驗(yàn)時間因溫度不同而異，對于較高溫度試驗(yàn)，性能變化需要達(dá)到臨界值后才可結(jié)束；對于最低溫度的試驗(yàn)結(jié)束時，性能變化不得低于80%。F.2.2.3老化試驗(yàn)中聚乙烯管道內(nèi)壓應(yīng)等于實(shí)際服役工況下的燃?xì)廨斔蛪毫?。F.2.3試驗(yàn)步驟F.2.3.1將一截待老化聚乙烯管道內(nèi)充入一定壓力氣體，用封堵頭密封，長度不短于40cm。按照GB/T3512，在烘箱中進(jìn)行加速老化試驗(yàn)。F.2.3.2聚乙烯管材拉伸試驗(yàn)按照GB8804.2進(jìn)行。F.2.3.3聚乙烯管材管件誘導(dǎo)期檢測試驗(yàn)按照GB/T17391進(jìn)行。F.2.3.4所有試驗(yàn)必須采用檢測的埋地聚乙烯燃?xì)夤艿赖耐慌喂懿?，?yōu)先推薦采用聚乙烯管材拉伸試驗(yàn)。F.3結(jié)果處理F.3.1壽命預(yù)測模型聚乙烯燃?xì)夤艿览匣阅茏兓笜?biāo)P與老化時間t的關(guān)系可用經(jīng)驗(yàn)公式(F.1)描述：(F.1)式中：P老化性能變化指標(biāo)。對拉伸性能試驗(yàn)為任意老化時間的斷裂伸長率Lt與老化前斷裂伸長率L0的比值。對于誘導(dǎo)期試驗(yàn)為任意老化時間的氧化誘導(dǎo)期St與老化前氧化誘導(dǎo)期S0的比值；A試驗(yàn)常數(shù)；K老化速率常數(shù)，單位為每天（d-1）；t老化時間，單位為天（d）。F.3.2老化速率老化速率常數(shù)K與老化溫度T之間關(guān)系服從Arrhenius（阿倫尼烏斯）公式，見公式(F.2)：lnK式中：K老化速率常數(shù)，單位為每天（d-1）；B頻率因子，單位為每天（d-1）；E表觀活化能，單位為焦耳每摩爾J·mol-1；R氣體常數(shù)，8.314焦耳1每摩爾每開爾文（J·mol-1·K-1）；T老化溫度，開爾文（K）。F.3.3統(tǒng)計分析由熱老化試驗(yàn)結(jié)果，對每個老化試驗(yàn)溫度可獲得一組（n個）老化時間t與性能變化指標(biāo)P的數(shù)據(jù)，可計算m個老化試驗(yàn)溫度下的老化速率K。式(F.1)經(jīng)自然對數(shù)變換后可用下式表示，Y=a+bX(F.3)式中：Y=lnP，a=lnA，b=-K，X=t。用最小二乘法求得系數(shù)a、b和相關(guān)系數(shù)r1。b=XY-Xa=Yn-b?r1=YX由此可求得公式(F.1)中參數(shù)值K=-bA=ea(F.7則參數(shù)A的估計值A(chǔ)=Ai進(jìn)行相關(guān)系數(shù)檢查，參考表F.1中顯著性水平為0.01（即置信度99%），自由度=n-2的表值，如果r1計算值大于表值，則X與Y表F.1相關(guān)系數(shù)檢查表自由度0.01顯著性水平11.00020.99030.95940.91750.874由老化速率計算結(jié)果，可得老化速率K與溫度T的關(guān)系，式(F.2)經(jīng)對數(shù)變換后可用下式表示，W=C+DZ(F.9)式中：W=lnK，C=lnB，D=-E/R，Z=1/T。用最小二乘法求得系數(shù)C、D和相關(guān)系數(shù)r2。D=WZ-C=Wm-D?r2=WZ進(jìn)行相關(guān)系數(shù)檢查，根據(jù)表(F.1)中顯著性水平為0.05，自由度=m-2的表值，如果r2計算值大于表值，則W與ZF.3.4壽命計算將公式(F.10)和公式(F.11)代入公式(F.2)求得埋地聚乙烯燃?xì)夤艿罍囟萒埋地下的老化速率為：lnK埋地=現(xiàn)場可以割管的條件下，優(yōu)先推薦按照GB8804.2-1988獲得埋地燃?xì)饩垡蚁┕艿赖睦煸嚇?，測得埋地燃?xì)饩垡蚁┕艿赖臄嗔焉扉L率L實(shí)際，得到實(shí)際的老化性能變化指標(biāo)P實(shí)際=L實(shí)際/L0。不允許割管的條件下，根據(jù)GB/T17391在埋地燃?xì)饩垡蚁┕艿劳獗谌〖s15mg的聚乙烯試樣進(jìn)行熱分析試驗(yàn)，測得埋地燃?xì)饩垡蚁┕艿赖难趸T導(dǎo)期S實(shí)際，得到實(shí)際的老化性能變化指標(biāo)P實(shí)際=S實(shí)際/S0。代入公式(F.1)得到埋地聚乙烯燃?xì)夤艿赖膶?shí)際壽命t實(shí)際預(yù)測計算式為：t實(shí)際=ln根據(jù)GB15558規(guī)定埋地燃?xì)饩垡蚁┕艿赖氖褂脡勖坏玫陀?0年，如果t實(shí)際≦50年，則該燃?xì)饩垡蚁┕艿揽梢园踩\(yùn)行，否則該燃?xì)饩垡蚁┕艿辣仨氝M(jìn)行安全評估。F.4算例以某燃?xì)庥肞E80級別管材為例說明，管徑為DN40×4，在內(nèi)壓0.4MPa和老化溫度353K、363K、373K和383K下進(jìn)行不同老化時間的老化試驗(yàn)。試件拉伸性能變化測試結(jié)果如表F.2所示。表F.2聚乙烯管材試驗(yàn)數(shù)據(jù)老化時間（t）hP353K363K373K383K720.9649061890.9648855860.9648718510.9648581161560.9239634110.9239187710.9238890110.9238592513560.8264806040.8263787330.8263108190.8262429064560.77773920.7776087140.7775217240.7774347335040.7543433260.7541991050.7541029580.75400681根據(jù)公式(F.3)至公式(F.5)，采用最小二乘法計算線性方程a、b、相關(guān)系數(shù)r1和老化速率常數(shù)K的系數(shù)，如表F.3所示。因?yàn)橛?個不同的老化時間，自由度為3，查表F.1可得到0.01顯著性水平為0.959，上述r1值均大于該值，表示方程均線性相關(guān)。表F.3不同老化溫度下聚乙烯管材線性方程常數(shù)值T/K1/TabAlnKr13530.002833-0.1678316353.24118E-070.845496175-14.942157340.9996059293630.002755-0.1679421593.24565E-070.845402732-14.940779960.9996053813730.002681-0.168015853.24863E-070.845340436-14.939862070.9996050153830.002611-0.168089553.25161E-070.845278137-14.938944480.999604649將表F.2中的數(shù)據(jù)A代入公式F.8，可計算A的估計值：QUOTE=0.84537937(F.15)根據(jù)線性擬合提供的計算值，可求得公式W=C+DZ中的系數(shù)C，D和相關(guān)系數(shù)r2，如表F.4所示。由于4個不同老化溫度，自由度為2，查表F.1可得到0.01顯著性水準(zhǔn)為0.990，r2值大于該值，表示方程線性相關(guān)。將lnK和1/T進(jìn)行作圖，如圖F.1圖F.1聚乙烯管材老化速度常數(shù)與溫度1/T的關(guān)系表F.4聚乙烯管材拉伸性能變化數(shù)學(xué)模型主要參數(shù)CDmr-15.50060993205.953630140.996438568查文獻(xiàn)可知，河北地區(qū)土壤恒溫層溫度為286K，代入公式(F.13)求得=C+D=-14.78049234(F.16)通過工程現(xiàn)場開挖割管，獲得埋地燃?xì)夤艿婪垡欢晗藓蟮睦煸嚇?，得到?shí)際拉伸性能變化率P實(shí)際=0.8。因此該埋地聚乙烯燃?xì)夤艿赖膶?shí)際壽命t實(shí)際預(yù)測值為：≈16.53a(F.17)t實(shí)際約等于16.53年，遠(yuǎn)小于國標(biāo)規(guī)定的50年，因此該燃?xì)饩垡蚁┕艿揽梢园踩\(yùn)行。附錄G

（資料性）

熱熔接頭相控陣檢測特征圖譜G.1正常焊接圖G.1正常焊接接頭超聲圖譜正常焊接熱熔接頭超聲圖像有清晰的內(nèi)外表面信號顯示，在內(nèi)外表面顯示的信號之間，除探頭本身的干擾信號外，無明顯的其他信號顯示，如圖G.1。G.2熔合面夾雜圖G.2含有夾雜物的超聲圖譜熔合面夾雜屬于面積型缺陷，位置在熔合線上，如圖G.2。常見熔合面夾雜缺陷有：金屬夾雜、非金屬夾雜等。在內(nèi)外表面顯示的信號之間，有明顯的信號顯示。金屬夾雜顯示較亮，非金屬夾雜顯示較暗。G.3孔洞圖G.3含孔洞的超聲圖譜孔洞屬體積型缺陷，圖像較為清淅，在內(nèi)外表面顯示的信號之間，有明顯的信號顯示，如圖G.3?？锥粗饕捎诠懿某睗窕蚨嗣嫖廴疚餁饣斐伞３霈F(xiàn)嚴(yán)重孔洞時，在孔洞缺陷下方常會出現(xiàn)管材內(nèi)壁信號缺失。G.4未熔合圖G.4未熔合超聲圖譜未熔合屬面積型缺陷，出