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.中國石油集團工程技術研究院，天津300451

2.中國石油集團石油管工程重點實驗室，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.中國石油集團工程技術研究院，天津300451

2.中國石油集團石油管工程重點實驗室，天津300451

針對現行標準中聚乙烯熱收縮帶耐水密閉性測試方法試驗周期長的問題，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，進行了不同加壓條件下的耐水密閉性試驗，并與常壓測試結果進行了對比分析，總結了不同壓力下的數據對應關系，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、城市燃氣管道的外防腐層逐漸形成了以3PE防腐層結構為主、現場補口以聚乙烯熱收縮帶（套）為主的格局。熱收縮帶補口的熱熔膠在地下水的作用下部分組分會發生溶解或析出，并從收縮帶邊緣逐漸向內部發展，使熱收縮帶與管體PE層的搭接部位黏結性喪失，最終導致整個補口密封失效。為加強對埋地管道熱收縮帶補口防腐材料的耐水密閉性檢測，國內外相關標準提出了采用耐熱水浸泡性來評價熱收縮帶安裝系統的耐水密閉性[1-7]，但是均為常壓浸泡，浸泡時間均大于100 d，實驗周期較長，遠高于其他性能的測試時間，因缺乏快速的評價指標和手段，給工程選材及質量檢查帶來不利影響。

埋地管道在實際運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際運行中的環境，并且提高壓力可以加速考察防腐層的耐熱水浸泡性能。通過實驗室自主開發的耐水密閉性試驗裝置，研究建立一種快速評定熱收縮帶補口耐水性能的試驗方法。

1　試驗方法

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環境下開展熱收縮帶耐水密閉性檢測試驗，研究確定常壓和加壓條件下熱收縮帶耐水密閉性檢測結果的對應關系，建立一套熱收縮帶耐水密閉性的快速檢測評價方法。

1.1常壓試驗方法

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

圖1　熱收縮帶常壓浸泡裝置

1.2加壓試驗方法

利用實驗室自主設計研發的熱收縮帶耐熱水浸泡加速試驗裝置（見圖2），將試驗管段放入罐體內，分別在50℃和70℃下進行加壓浸泡試驗，試驗周期共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，進行剝離強度測試，并與常壓數據進行對比分析。

圖2　熱收縮帶加壓浸泡試驗裝置

2　試驗結果分析

2.1常壓條件下測試結果

將試驗管段分別置于50℃和70℃常壓條件下浸泡120 d后，分別測試了熱收縮帶對PE和對鋼管的剝離強度值，該數據作為加壓試驗的基準數據，結果如表1所示。

表1　常壓條件下熱收縮帶的剝離強度

2.2加壓0.5 MPa與常壓數據對比分析

將試驗管段分別置于50℃和70℃加壓0.5 MPa條件下浸泡不同時間，然后測其剝離強度，并與常壓條件下浸泡120d的數據進行對比，計算數據誤差值，分析其對應關系，結果見表2～3。

表2　常壓與0.5 MPa下熱收縮帶的剝離強度數據對比（50℃）

表3　常壓與0.5 MPa下熱收縮帶的剝離強度數據對比表（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度逐漸減小，且降幅大于常壓剝離強度的降幅。當浸泡50 d后，其測試的剝離強度值與常壓浸泡120 d的值具有較好的對應性，浸泡60 d后，剝離強度對應性進一步提高。

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度逐漸減小，當浸泡60 d后，其測試的剝離強度值與常壓浸泡120 d的值具有較好的對應性。

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

2.3加壓1.0 MPa與常壓數據對比分析

加壓1.0 MPa，其余試驗條件與2.2節相同，將試驗管段浸泡不同時間，測其剝離強度，并與常壓條件下浸泡120 d的數據進行對比，計算數據誤差值，分析其對應關系，結果見表4～5。

表4　常壓與1.0 MPa下熱收縮帶的剝離強度數據對比（50℃）

表5　常壓與1.0 MPa下熱收縮帶的剝離強度數據對比（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的剝離強度數據吻合度較好，繼續浸泡，其剝離強度對應性降低。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《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層》，并根據試驗結果，建議熱收縮帶耐水密閉性指標快速評價方法如下：

在熱收縮帶0.5 MPa壓力和最高使用溫度的熱水中經過60 d浸泡后，要求收縮帶應無鼓泡、無剝離，膜下無水；按照標準規定的試驗方法測定剝離強度，要求不低于50 N/cm。

3　結論

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，加壓0.5 MPa，50℃條件下浸泡50 d和60 d時的剝離強度與常溫浸泡120 d的剝離強度數據吻合度較好，70℃浸泡60 d時與常溫浸泡120 d的數據吻合度較高；加壓1.0 MPa，50℃和70℃條件下均浸泡50 d時與常溫浸泡120 d的剝離強度數據吻合度較好，繼續浸泡，其剝離強度對應性降低。根據試驗結果制訂了熱收縮帶耐水密閉性快速評價試驗規程，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，Field-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.庫鄯線、陜京線防腐質量控制[J].天然氣工業，1999，19（4）：73-76.

[5]SY/T 4054-2003，輻射交聯聚乙烯熱收縮帶（套）[S].

[6]GB/T 23257-2012，埋地鋼質管道聚乙烯防腐層技術標準[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，四川內江人，工程師，2009年畢業于天津大學材料學專業，碩士，現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