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關于“大來” 牌燃氣軟管安全使用的壽命分析、探討
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無錫市錢氏功能塑膠有限公司 錢維均* 、錢鐳、邵麗青
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| 無錫市錢氏功能塑膠有限公司設計生產(chǎn)的以金屬和橡塑材料復合組成的家用燃氣軟管,它是高新技術對傳統(tǒng)產(chǎn)品的改進、創(chuàng)新、提升。經(jīng)過近十年來的實際應用, 證明該產(chǎn)品性能可靠、密封性好、安裝方便、性價比高、任意彎曲、防鼠嚙咬，有效地防范了燃氣事故的發(fā)生，深受用戶歡迊。關于該產(chǎn)品的使用壽命，這亦是用戶極為關心的問題。該公司提出了五年的使用保質(zhì)期，是否合理？依據(jù)是什么？現(xiàn)分析探討如下： |
| 一、影響燃氣軟管使用壽命的因素分析 |
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1、 材料：燃氣軟管及其組件中，影響使用壽命的是應用高分子材料制造的內(nèi)管和柔性連接頭。眾所周知，樹脂、塑料、橡膠等高分子材料制成的制品，在加工過程和使用過程中，受到熱、氧或陽光中紫外線照射影響，會出現(xiàn)表面失去光澤、變色、龜裂、逐步脆化。這實則是髙分子斷鏈、交聯(lián)的變化過程,是光氧、熱氧老化的過程，這是一個由量變到質(zhì)變的反應過程。因此，工廠在生產(chǎn)設計上述產(chǎn)品中，釆取了以下幾個措施：①。選用耐老化較好的材料.②. 注意應用先進的加工設備和合理的加工工藝.③. 篩選添加優(yōu)質(zhì)光、熱氧穩(wěn)定劑. 這保證了該產(chǎn)品的抗老化性能, 從而提高了產(chǎn)品的使用壽命。另外, 由于我國南北氣候溫差較大, 因此, 產(chǎn)品生產(chǎn)中選擇了耐寒性優(yōu)良的橡塑改性復合材料, 從而保證燃氣軟管在嚴冬亦不會脆化, 保證了使用壽命。
2、結構:結構設計合理與否,將直接影響到軟管的安全性和它的使用壽命?！按髞怼迸迫細廛浌芙Y構設計特點：?.軟管由內(nèi)管和外管復合組成，內(nèi)管又有兩種不同性能材質(zhì)雙層共擠而成。內(nèi)管的主要功能是輸送燃氣，特性是柔軟、耐腐蝕、耐壓、密封可靠、氣體透過率??；外管是包塑的鍍鋅金屬軟管，功能是既可以仼意彎曲，但又能抗外力擠壓、抗銳器損傷、并保護內(nèi)管不受陽光照射、不怕鼠咬。?.特定設計的柔性連接頭，與內(nèi)外管有機地復合組合成一體，極為方便地可與燃氣氣源和燃氣具相連接，這種結構保證了燃氣軟管在應用中確保密封并長治久安。
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| 二. 證明安全使用五年保質(zhì)期的依據(jù) |
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對于這類復合燃氣軟管,如果要確認它的安全使用壽命,通常有兩種方法:一是通過實際應用,待滿五年或更長時間,再對這些燃氣軟管進行調(diào)査分析、性能檢測。從而得出能否在正常使用條件下，保證應用五年的結論。二是通過加速老化試驗，來預測這類產(chǎn)品的安全使用壽命。在這里我們借用橡塑材料的時溫等效原理來預測塑料管道使用壽命的方法。下面我們按上述二種方法來分析、鑒定。
（一）選定應用“大來”牌燃氣管5年以上的用戶112家,并要具有地區(qū)代表性,對其使用的燃氣軟管進行調(diào)查、實測、分析。
1．選定調(diào)查的對象：無錫華潤燃氣有限公司所轄用戶(分別在北塘、崇安、南長、新區(qū)、濱湖五大區(qū)）、 常州港華燃氣有限公司所轄用戶（分別在天寧、鐘樓、清涼三區(qū)）。
上述二公司所轄地區(qū)，應用“大來”牌燃氣軟管時間較早，至今已有九年歷史，且數(shù)量較多，累計近八十萬根，并都有詳細的用戶擋案，定期上門服務，具有較好的代表性。
2．調(diào)查要求：
①在上述兩市各抽樣40—50戶已應用“大來”牌燃氣軟管五年以上。
②盡可能有地域代表性.
③.結果匯總、檢測、分析。
3．調(diào)查結果分析：
①無錫華潤燃氣有限公司所轄燃氣用戶抽查了46戶,其中:
已安全運行7年以上的6戶,檢查軟管外觀基本良好,外管保護層有部份損壞.
已安全運行6年以上的6戶,檢查軟管外觀基本良好.
已安全運行5年以上的16戶,檢查軟管外觀基本良好.
已安全運行4年以上的18戶,檢查軟管外觀基本良好.
以上46戶,分別分布在無錫市的北塘區(qū)、崇安區(qū)、南長區(qū)、新區(qū)、濱湖區(qū)。
②常州港華燃氣有限公司所轄燃氣用戶抽查了 66 戶,其中:
已安全運行7年以上的2戶，軟管外觀良好。
已安全運行6年以上的5戶，軟管外觀良好。
已安全運行5年以上的35戶，軟管外觀良好。
已安全運行4年以上的24戶，軟管外觀良好。
③為了進一步了解燃氣軟管運行五年以后其性能變化,分別在上述兩市的調(diào)查用戶中,再隨機各抽取已運行滿五年以上的用戶24戶,更換新管,拆下的老管從氣密性、拉伸強度保留率、斷裂伸長率保留率等來評定是否已老化、還能否繼續(xù)應用。測試結果見下表1、2：
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| 無錫市“大來”牌燃氣軟管運行五年后的性能實測匯總 表1 |
|
編號
|
用 戶地 址
|
已運行時 間
|
外 觀 描 述
|
氣密性測 試
|
拉伸強度MPa
|
斷裂伸長率%
|
拉伸強度保留率%
|
伸長保留率 %
|
|
1
|
新惠家園
|
6年
|
皮有損
|
通過
|
13.70
|
305.06
|
86.70
|
83.47
|
|
2
|
萬 裕 園
|
6年
|
有油、粘
|
通過
|
16.31
|
361.83
|
103.23
|
98.98
|
|
3
|
蘆庒一區(qū)
|
5年
|
粘、有油
|
通過
|
15.38
|
322.99
|
97.34
|
88.36
|
|
4
|
水秀新村
|
6年
|
環(huán)銹
|
通過
|
16.25
|
260.33
|
102.85
|
71.22
|
|
|
5
|
萬裕園
|
7年
|
夾扣銹
|
通過
|
16.41
|
264.80
|
103.86
|
72.44
|
|
|
6
|
惠龍新村
|
5年
|
皮損、粘
|
通過
|
14.72
|
376.78
|
93.16
|
103.08
|
|
7
|
西 園 里
|
5年
|
鋼圈繡
|
通過
|
14.85
|
343.86
|
93.99
|
94.07
|
|
8
|
楊北新村
|
5年
|
環(huán)扣銹
|
通過
|
16.92
|
340.91
|
107.09
|
93.26
|
|
9
|
德 充 巷
|
6年
|
油污
|
通過
|
16.80
|
303.64
|
106.33
|
83.07
|
|
10
|
金馬國際
|
6年
|
環(huán)扣銹
|
通過
|
15.53
|
327.48
|
98.29
|
89.59
|
|
11
|
太湖花園
|
11年
|
油、扣銹
|
通過
|
16.88
|
340.91
|
106.84
|
93.26
|
|
12
|
蘆莊一區(qū)
|
7年
|
皮損、粘
|
通過
|
14.12
|
296.16
|
89.37
|
81.02
|
|
| 常州市“大來”牌燃氣軟管運行五年后的性能實測匯總 表2 |
|
編號
|
用 戶地 址
|
運 行時 間
|
外 觀描 述
|
氣密性測 試
|
拉伸強度MPa
|
斷裂伸長率%
|
強度保留率 %
|
伸長保留率 %
|
|
1
|
河濱花園
|
7年
|
油、粘
|
通 過
|
14.35
|
251.39
|
85.99
|
70.95
|
|
2
|
浦 北 丙
|
7年
|
夾扣銹
|
通 過
|
12.59
|
279.73
|
75.44
|
84.03
|
|
3
|
蘭陵公寓
|
6年
|
皮損傷
|
通 過
|
17.70
|
296.18
|
106.10
|
83.57
|
|
4
|
清凉新村
|
5年
|
油污
|
通 過
|
17.33
|
321.98
|
103.87
|
90.87
|
|
5
|
清涼新村
|
5年
|
夾扣銹
|
通 過
|
16.47
|
309.58
|
98.70
|
87.37
|
|
6
|
華 景 苑
|
5年
|
油、粘
|
通 過
|
17.30
|
336.43
|
103.66
|
94.95
|
|
7
|
東方花園
|
5年
|
鋼圈銹
|
通 過
|
15.14
|
349.95
|
90.75
|
98.76
|
|
8
|
翠 竹 村
|
5年
|
外皮損
|
通 過
|
15.44
|
327.47
|
92.53
|
92.42
|
|
9
|
翠 竹 村
|
5年
|
夾扣銹
|
通 過
|
15.16
|
336.50
|
90.86
|
94.97
|
|
10
|
鐘樓花園
|
5年
|
鋼圈脫
|
通 過
|
18.11
|
412.67
|
108.51
|
116.46
|
|
11
|
蘭陵公寓
|
5年
|
有油污
|
通 過
|
15.30
|
318.68
|
91.68
|
90.00
|
|
12
|
浦 北
|
5年
|
較 好
|
通 過
|
17.51
|
372.23
|
104.93
|
105.05
|
|
| |
|
4、 結果
①本次對無錫市、常州市兩地應用“大來”牌燃氣軟管80多萬用戶中,隨機抽樣調(diào)査了已運行五年以上的用戶共112戶，用戶反映密封可靠，無洩漏、安裝方便、用戶滿意。調(diào)查內(nèi)容具有代表性。
②對112戶應用燃氣軟管5年以上的用戶中,從中再隨機抽查24戶,更換新管,拆下的老管進行性能檢測,結果如下(參見表1表2):
【1】.在公司的氣密性測試儀上進行耐壓及氣密性測試,壓力3公斤、 時間15秒 、無洩漏，全部通過。
【2】.對燃氣管內(nèi)管進行拉伸強度試驗,拉伸強度在12.59MPa－17.70MPa之間,拉伸強度保留率在低為75.44％,斷裂伸長保留率低為70.95％。按常規(guī)，當上述保留率低于50 % 時則認為已老化，由此可見，燃氣軟管運行五年以上，斷裂伸長率雖已開始下降，但還未老化。再如已運行滿7年的軟管，經(jīng)測定還在可使用范圍內(nèi)。
③調(diào)查反映,“大來”牌燃氣軟管，公司提出的五年保質(zhì)期是合理的、是安全的、是有科學依據(jù)的。在本次調(diào)査中，還反映有部分用戶已使用10年以上，這次我們在無錫市太湖花園一用戶，換下一根已使用11年的燃氣管，其性能還在可用之列。
（二）.根據(jù)高聚物材料的時溫等效原理,來預測燃氣軟管的壽命.
高聚物的力學性能和常用的金屬管材有很大區(qū)別,常溫下,聚合物具有獨特的高彈性,在不太大的作用力下,可以產(chǎn)生很大的形變,在去除外力后,形變經(jīng)過一段時間后幾乎可以恢復到原樣。高聚物在不同溫度或不同外力作用下都將顯示一樣的三種力學狀態(tài)和兩個轉(zhuǎn)變溫度：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和粘流溫度。這證明溫度和時間對高分子材料的影響具有等效性。也是說升高溫度和增加延長時間是等效的。國際公認的時一一溫等效關系（阿侖烏斯方程和拉爾森一邁勒方程），即是由高溫時管道強度（壽命），預測較低溫度時的長期強度（壽命）。
當前國際上對于塑料壓力管長期耐溫耐壓性能測定的方法是：ISO9080：2003《用外推法對熱塑性塑料管材長期靜壓強度的測定》，我國相應的標準是GB／T18252一2000《塑料管道系統(tǒng)用外推法對熱塑性塑料管材長期靜壓強度的測定》。因此，在這里我們參照上述標準，對“大來”牌燃氣軟管進行壽命預測。
1.試驗參數(shù)設定: 借鑒PE燃氣管材使用壽命的推算方法,按照高分子管道長期強度(壽命)的預測原理,應用國際公認的時一溫等效關系(阿侖尼烏斯方程和拉爾森一邁勒方程).
①.Te－外推時間極限.高溫較短時間的實驗數(shù)據(jù)向低溫長時間方向外推允許達到的時間極限.
②.ke－外推時間因子.由溫度差和材料類型決定,與高溫實驗所得較短時間破壞時相乘得到低溫下外推時間極限的因子.對以聚氯乙烯為基礎的改性材料Ke值見下表3.
|
| 聚氯乙烯基材料的Ke值 表3 |
|
△T ．K
|
Ke
|
|
≥ 5
|
2.5
|
|
≥ 10
|
5
|
|
≥ 15
|
10
|
|
≥ 20
|
25
|
|
≥ 25
|
50
|
|
≥ 30
|
100
|
|
| |
|
③．設定試驗溫度原則:以聚氯乙烯為基的改性材料,其高試驗溫度為其維卡軟化點15℃以下,這里設定Tt＝50℃,壓力為實際使用壓力的4倍。
④．外推時間的溫度確定為T＝25℃（平均溫度）。
2.試驗步驟：
①．從合格成品中選定10根1米的燃氣軟管作試樣。在燃氣軟管一端接上0-0.6的壓力表，另一端接截止閥。
②．上述試驗管編號分別為1-10號，其中5號為原始樣，不作老化試驗，僅作性能對比測定。其余9根分別充入水壓2公斤。
③．把9根試驗管全部放入401A的老化試驗箱中進行加速老化試驗，老化箱溫度確定為50℃。
④．燃氣軟管老化試驗中，保持溫度和水壓恒定，每天記錄，連續(xù)試驗時間隨機確定如下表4.
|
| 燃氣軟管加速加化試驗時間確定（天） 表4 |
|
編 號
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
|
試驗時間
|
37
天
|
44
天
|
44
天
|
37
天
|
0
|
37
天
|
51
天
|
37
天
|
37
天
|
58
天
|
|
| |
|
3.試驗結果分析：
①。在50℃溫度和2公斤水壓下，連續(xù)試驗37天--58天的加速老化試驗，結果均未發(fā)現(xiàn)試驗管洩漏、壓力損失、管子發(fā)硬等現(xiàn)象。由此證明，還遠未達到老化期限。
②。對老化試驗滿37天的五根管試驗管，進行了氣密性測試和內(nèi)管拉伸強度及斷裂伸長率測試，結果見下表5.
|
|
37天加速老化試驗后性能測試 表5
|
|
試驗管編號
|
1
|
4
|
6
|
8
|
9
|
|
老試驗天數(shù) （天)
|
37
|
37
|
37
|
37
|
37
|
|
拉伸強度 MPa
|
12.66
|
14.47
|
12.06
|
14.09
|
13.84
|
|
斷裂伸長率 %
|
403.71
|
402.14
|
412.79
|
406.63
|
370.98
|
|
拉伸強度變化率%
|
-13.86
|
-1.52
|
-17.94
|
-4.07
|
-5.80
|
|
伸長率變化率 %
|
-7.35
|
-7.72
|
-5.27
|
-6.68
|
-14.87
|
|
氣密性試驗
|
無 洩 漏
|
無 洩 漏
|
無 洩 漏
|
無 洩 漏
|
無 洩 漏
|
|
| 注:以5號管作原始值,拉伸強度14.70MPa 斷裂伸長率435.76 %。 |
|
由此可見,1、4、6、8、9號管經(jīng)過了37天的加速外推壽命的老化試驗，都未損壞，若按此進行計算: △T=設定試驗溫度—外推時間的溫度=50-25=25℃， 查Ke表相對應值為50，因為37天僅為一年的十分之一，所以50×0.1=5(年).說明,經(jīng)推算5年內(nèi)遠未老化.換言之該燃氣軟管的推算壽命少在5年以上.
③.對老化試驗滿44天的燃氣軟管,同樣進行了氣密性測試和拉伸強度和斷裂伸長率試驗,結果見表6
|
| 44天加速老化試驗性能測試結果 表6 |
|
試驗軟管編號
|
2
|
3
|
|
加速老化試驗天數(shù)(天)
|
44
|
44
|
|
拉伸強度 MPa
|
13.89
|
14.05
|
|
斷裂伸長率 %
|
357.27
|
402.13
|
|
拉伸強度變化率 %
|
-5.09
|
-4.40
|
|
斷裂伸長率變化率 %
|
-11.47
|
-13.89
|
|
氣密性試驗結果
|
無洩漏
|
無洩漏
|
|
| ④。對老化試驗滿51天和58天的燃氣管進行了氣密性測試和拉伸強度及斷裂伸長率試驗，結果見表7。 |
| 51天和58天加速老化試驗性能測試結果 表7 |
|
試驗軟管編號
|
7
|
10
|
|
加速老化試驗天數(shù)（天）
|
51
|
58
|
|
拉伸強度 MPa
|
13.53
|
13.43
|
|
斷裂伸長率 %
|
412.14
|
361.36
|
|
拉伸強度變化率 %
|
-7.9
|
-8.56
|
|
斷裂伸長變化率 %
|
-5.42
|
-17.04
|
|
氣密性試驗結果
|
無洩漏
|
無洩漏
|
|
| |
|
由表6和表7可見，燃氣軟管經(jīng)過44天、51天、58天加速老化試驗后，都未損壞。按外推試驗方法計算，44天為六分之一年、51天為七分之一年、58天為八分之一年，所以它們的外推應遠大于6年、7年、8年。
⑤。為了進一步了解燃氣軟管經(jīng)過加速老化試驗后，在耐洗滌劑性、耐高溫食用油性、耐食用油性、耐食用醋性、耐皂液性等方面性能變化情況，進行了系列試驗，方法參見公司企業(yè)標準Q/320206QQIF01-2012。詳見表8。測試數(shù)據(jù)顯示,都在標準的規(guī)定范圍.
|
| 加速老化后燃氣軟管性能變化結果 表8 |
|
編號
|
時間天
|
氣密性
|
耐洗滌劑性
|
耐高溫食油
|
耐食用油
|
耐食醋性
|
耐皂液性
|
|
前
|
后
|
變化
%
|
前
|
后
|
變化
%
|
前
|
后
|
變化
%
|
前
|
后
|
變化%
|
前
|
后
|
變化
%
|
|
1
|
37
|
好
|
3.85
|
3.85
|
0
|
3.92
|
3.92
|
0
|
3.95
|
3.92
|
0.76
|
3.89
|
3.92
|
0.77
|
3.99
|
3.98
|
-0.25
|
|
2
|
44
|
好
|
3.91
|
3.90
|
-0.25
|
3.90
|
3.91
|
0.26
|
3.95
|
3.90
|
-1.27
|
3.89
|
3.91
|
0.51
|
4.08
|
4.07
|
-0.25
|
|
3
|
44
|
好
|
3.89
|
3.83
|
-1.54
|
3.99
|
4.00
|
0.25
|
4.01
|
3.99
|
-0.50
|
3.81
|
3.84
|
0.79
|
4.00
|
3.99
|
-0.25
|
|
4
|
37
|
好
|
4.00
|
3.99
|
-0.25
|
4.18
|
4.20
|
0.48
|
4.22
|
4.18
|
-0.94
|
4.10
|
4..10
|
0
|
3.80
|
3.80
|
0
|
|
5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
|
37
|
好
|
3.91
|
3.90
|
-0.26
|
4.02
|
4.05
|
0.75
|
4.05
|
4.02
|
-0.74
|
4.00
|
4.00
|
0
|
4.08
|
4.08
|
0
|
|
7
|
51
|
好
|
2.06
|
2.05
|
-0.48
|
3.93
|
3.97
|
1.01
|
3.98
|
3.93
|
-1.25
|
2.36
|
2.38
|
0.85
|
1.62
|
1.62
|
0
|
|
8
|
37
|
好
|
3.92
|
3.90
|
-0.51
|
3.81
|
3.84
|
0.78
|
3.85
|
3.81
|
-1.03
|
4.06
|
4.08
|
0.49
|
3.96
|
3.95
|
-0.25
|
|
9
|
37
|
好
|
3.95
|
3.94
|
-0.25
|
3.95
|
3.98
|
0.76
|
3.99
|
3.95
|
-1.00
|
3.92
|
3.93
|
0.26
|
3.99
|
3.99
|
0
|
|
10
|
58
|
好
|
4.02
|
4.00
|
-0.50
|
3.82
|
3.85
|
0.79
|
3.96
|
3.87
|
-3.5
|
3.82
|
3.83
|
0.26
|
4.01
|
4.01
|
0
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（三）．結論
1.通過對無錫、常州兩市“大來”牌燃氣軟管實際應用五年以上的112用戶，進行實際應用情況調(diào)査，反映運行中氣密性好、能防老鼠咬、安裝方便、用戶滿意。并隨機抽取24戶更換新管，對換下的老管進行性能測試，所得測試數(shù)據(jù)，反映?？衫^續(xù)使用，還遠未到老化終點。長的已有11年之久。
2.通過對“大來”牌燃氣軟管試用外推法對熱塑性塑料管材長期靜壓液壓強度的測定，數(shù)據(jù)顯示模擬五年到八年，尚未老化，還能繼續(xù)使用。
3.由此可知，生產(chǎn)單位提出的五年保質(zhì)期是合理的、可行的、有科學依據(jù)的。
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| 2012.3.15.
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參考文獻
1.GB／T18252--2000《塑料管道系統(tǒng)用外推法對熱塑性塑料管材長期靜液壓強度的測定》.
2.無錫市錢氏功能塑膠有限公司企業(yè)標準. Q／320206QQIF01-2012.
3.2010年7月《燃氣信息港》重慶大學化工學院 何立 文 PE燃氣管材50年使用壽命可信嗎？
4.GB50494--2009 城鎮(zhèn)燃氣技術規(guī)范.
5.GB50028--2006 城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范.
6.JISK 6348-2006《燃氣用橡膠軟管》.
*錢維均 教授級高工，江蘇省有突出貢獻中青年專家，享受國務院特殊津貼。
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