[發明專利]一種測試油氣輸送用非金屬材料老化性能的加速試驗方法

在審

• 申請號: 202010291289.2
• 申請日: 2020-04-14
• 公開（公告）號: CN111551464A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 李厚補;張學敏;戚東濤;丁楠;楊家茂;姬蕊;齊國權
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所;西安長慶科技工程有限責任公司
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04;G01N17/00;G01N21/3563;G01N23/2273
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 郭瑤

一種測試油氣輸送用非金屬材料老化性能的加速試驗方法，建立模擬非金屬材料在油氣環境中實際運行狀態的試驗條件，并利用高溫高壓釜開展加速暴露試驗，并測定暴露試驗前后的物理性能、力學性能與耐熱性能，通過對比加速暴露試驗前后非金屬材料的性能變化，從而確定非金屬材料的合格性技術指標或判定其適用性或適用邊界條件。本發明提供了一種測試油氣輸送用非金屬材料老化性能的加速試驗方法。測試方法簡單可行、試驗周期短，并且全面考慮了非金屬材料在油氣環境中的實際運行狀態，樣品測試的性能指標全面，測試結果準確度高，可直接用于指導油氣輸送用非金屬材料的選材。

技術領域

本發明涉及非金屬材料老化性能測試及驗證技術領域，具體涉及一種測試油氣輸送用非金屬材料老化性能的加速試驗方法。

背景技術

近年來，油田介質環境日益苛刻，含水率、溫度逐步上升，Cl^-、CO₂、H₂S等腐蝕性介質含量升高，給鋼管的應用帶來極大風險。非金屬及復合材料管材由于具有優異的耐腐蝕性能，現已成為油田集輸管網腐蝕問題的重要解決方案。與油氣介質直接接觸的非金屬材料主要是高分子聚合物材料。同應用于各種工業產品中的其他高分子材料一樣，油田領域應用的高分子材料也面臨突出的老化問題。尤其是在油、氣、水、高溫、高壓等復雜苛刻的油氣輸送工況環境中，在溫度、壓力、介質成分等無規律變化的動態作用下，非金屬材料的老化過程急劇加快，導致管材使用壽命下降明顯，給油田集輸管網的安全、長期運行帶來巨大挑戰。因此，研究油氣輸送環境下非金屬材料的老化性能，對于明確材料老化規律，把控油氣輸送用非金屬管材的質量安全，確保管材的使用壽命具有非常重要的作用。

高分子材料的老化與防老化已成為高分子科學和技術的一個重要研究領域。近年來，我國在高分子老化及防老化方面進行了大量的研究，對塑料、橡膠、復合材料等多種高分子材料的老化規律與機理都進行了深入研究并取得了許多成果。目前最常用的加速老化試驗方法是烘箱加速老化試驗和濕熱老化試驗。人工加速老化與實際自然老化研究表明，烘箱加速老化與實際自然老化的結果最相似，所以加速老化研究多以提高溫度的烘箱加速老化方法為主。它是將試驗樣品懸掛在給定條件(如溫度、風速等)的熱老化試驗箱內，并周期性地觀察和測定試樣的外觀及性能的變化，據此來評定其耐熱性。當前，在材料加速老化試驗方法研究方面，還先后出現了人工氣候加速老化試驗、臭氧加速老化試驗、煙霧腐蝕試驗、人工抗霉試驗等新的老化試驗方法。但以上所有老化試驗方法中均只考慮了單一介質類型(如熱空氣、臭氧、煙霧等)、單一環境因素(如溫度、時間)、單一失效模式(如脆性破壞)等條件對高分子材料老化性能的影響。如前所述，油田管道輸送工況條件十分復雜：輸送介質類型多樣(油品不同、氣體組分多樣、水成分復雜各異)、環境工況復雜(溫度、壓力、時間協調作用)、外界載荷多變(溫度波動、壓力循環、外力作用)、失效模式多樣(蠕變韌性破壞、慢速裂紋脆性破壞、材料劣化破壞)。因此，采用傳統的老化性能評價方法不能全面考核高分子材料與油氣介質接觸時的老化進程，必須全面考慮油氣輸送工況環境綜合作用，建立模擬非金屬材料實際運行狀態下的老化性能評價方法，才能對與油氣介質接觸的非金屬材料綜合老化性能做出準確的測試和判定。

發明內容

本發明針對現有檢測技術的不足，提供了一種測試油氣輸送用非金屬材料老化性能的加速試驗方法，該方法是利用高溫高壓釜設備，將試驗樣品置于模擬油氣輸送工況環境中，完成一定時間的提高溫度暴露試驗后，測試樣品的物理、化學和降解性能變化規律，以此判定非金屬材料在模擬工況環境下的老化性能。另外，可以通過系列的高溫高壓釜暴露試驗結果，繪制變化規律曲線的包絡線，以此確定非金屬材料在模擬工況環境下的關鍵性能指標合格性范圍及最高運行溫度、臨界氣體分壓等服役工況邊界條件。

為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現：