[发明专利]全尺寸非金属管材气体渗透性能的测试装置及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体渗透性能测试技术领域，特别涉及一种全尺寸非金属管材气体渗透性能的测试装置及其测试方法。

背景技术

含H₂S天然气已成为我国天然气资源的重要组成部分。特别是近几年川东北天然气田、塔里木塔中I号气田、长庆靖边等含硫气田的大规模发现，为“川气东送”、“西气东输”工程的加快部署带来了资源保证。对于含硫油气集输用管线，耐腐蚀性能优良的非金属管材正成为一个重要选择。油气集输用非金属管材最早采用的是以玻璃钢为代表的增强热固性塑料管，但这类管材抗冲击性和接头密封性比较差，存在外力破坏、接头气体渗漏的风险，因此主要在一些低压输气环境中试用。近年来，以柔韧性优良的热塑性塑料作为内衬的增强复合管（也称RTP管、柔性复合管等）成为地面、尤其是海洋油气集输用新型非金属管材。热塑性塑料如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏氟乙烯（PVDF）等都是以热塑性聚合物树脂为主要成分，添加各种助剂配制而成的塑料。在使用过程中，气体分子的自由运动通常会在其表面发生吸附、扩散等渗透现象。据报道，在高温、高压酸性环境集输状态下，与各种气体（CH₄、H₂S、CO₂等）充分接触的热塑性塑料内衬容易起泡失效。其原因是气体组分在材料表面大量吸附后渗透进入内衬层，长期作用下，材料内部积聚的气体压力与管道运行压力趋于平衡。当管线因检修等原因突然降压时，热塑性塑料内气体体积瞬间膨胀，从而在管材内表面形成较多的“气泡”。

由此可以看出，气体介质在热塑性塑料中的渗透是造成材料失效，进而影响管线安全运行的本质原因。因此，非常有必要建立热塑性塑料管材的气体渗透测试方法和相应测试装置，以此评价管材在不同气压、不同温度、不同气体组分（如H₂S、CO₂、CH₄等）介质中的渗透性能，为耐气体渗透性优良的热塑性塑料的选材提供直接依据。

当前，对于热塑性塑料气体渗透率的测试，从原理上基本分为压差法（试样两侧存在压力差）和等压法（试样两侧压力相同，又称库仑或电量法）两种。其中压差法是材料气体透过率测试领域的基础方法，压差法对测试气体的种类没有限制，具有极高的推广特性，因此具有极为广泛的实际应用基础。《GB/T1038-2000塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法-压差法》和《GB/T19789-2005包装材料塑料薄膜和薄片氧气透过性试验库仑计检测法》分别就压差法和等压法测试塑料薄膜和薄片的气体透过性能标准进行了详细规定。

现有的气体渗透性能试验装置基本是基于压差法进行设计。其结构是将测定的样本分隔成两个空间，一方是较高压力的供气侧，一方是较低压力的渗透侧。保持样品两侧存在一定的测试气体压力差，以适当的时间间隔用相应元器件检测渗透测试腔中的气体压力。通过监测该封闭空间内的压力变化，计算出渗透通过试样进入渗透侧的气体量，并通过分析透过气体量的变化计算材料的气体透过率。

而当前的各类气体渗透性能试验装置是为了测试电子器件的阻隔材料、食品和药品包装材料等的气体渗透性能进行设计的，测试过程对试样要求极高，必须是圆形薄膜或薄片样品（微米级）。通常而言，油气集输领域用热塑性塑料管材都是以热塑性聚合物树脂为主要成分，添加各种助剂后通过挤塑工艺获得的塑料管材。管材材质与单纯的热塑性聚合物树脂不同，如果采用管材对应原材料的薄膜或薄片试样去表征管材本身的气体渗透性能，会存在较大误差。另外，热塑性塑料管材壁厚通常在2mm以上（毫米级），一方面无法将如此厚度的试验样品放入现有的气体渗透性能试验装置中，另一方面，即使能够置入现有的针对薄膜或薄片开发的气体渗透性能测试装置中，试验压力也普遍较低（通常低于0.1MPa），试验气体很难在较短时间内透过毫米级的热塑性塑料管材，使得测试周期将大大延长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测试压力高、测试管材厚度大、测试用时少的全尺寸非金属管材气体渗透性能的测试装置及其测试方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种全尺寸非金属管材气体渗透性能的测试装置，包括用于密封试验管样的管体密封系统，用于放置所述试验管样的金属试验腔，所述试验管样与供气系统连通，所述金属试验腔与所述试验管样之间形成的腔体空间与压力采集系统连接，所述腔体空间和所述试验管样分别与真空泵连通。

进一步地，所述测试装置还包括温控系统，所述温控系统通过温度传感器与所述金属试验腔连接。