一种临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统及方法

本发明涉及输氢管道或掺氢天然气管道，具体涉及一种临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统及方法。

背景技术：

1、氢能具有燃烧后零碳排放、清洁高效和可再生等优点。管道输氢是实现氢能大规模安全经济输配的方法之一，但采用金属管道输氢会诱发氢脆等风险，进而可能引发安全问题，而采用非金属聚合物管道输氢可避免该问题的发生。在温度和氧气的作用下，非金属聚合物管道容易发生老化，最终导致管道失效。对于原本输送天然气的非金属聚合物管道(如聚乙烯管道)，老化发生在“内部天然气-外部空气”的环境中，当管道改为输送纯氢或掺氢天然气后，输送介质发生了变化。相比于甲烷，氢气的弱溶解性使得非金属聚合物材料内部具有更多“空闲”的自由体积，外部氧气会更容易地溶解进入非金属聚合物材料内部，进而加剧非金属聚合物材料的老化程度，这必然会影响非金属管材的剩余寿命。

2、目前非金属管材老化实验多数在空气或水介质中对非金属管材进行热氧老化实验，忽略了非金属管材处于输送实际介质时的环境，导致实验结果不能真实反映非金属管材的剩余寿命。此外，老化实验需要的实验时间较长，短则几个月，多则几十个月，为了能更快速地通过老化实验筛选出适用于输送纯氢或掺氢天然气的非金属聚合物管道材料，需要进行并行实验以缩短实验时间。因此，开发能同时研究多种非金属聚合物管道材料在原位临氢环境(纯氢或掺氢天然气)中的老化性能实验装置是极为重要的。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统及方法，在保证实验安全的前提下，能够同时对多种非金属管道在临氢环境中进行热氧老化实验，从而高效地筛选出适合输送纯氢或掺氢天然气的管道材料，还能在相同环境下进行重复实验从而减少实验时间。

2、本发明的技术方案如下：

3、在本发明的第一方面，提供了一种临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统，包括老化箱，所述老化箱内设置有密封夹具，所述密封夹具用于夹持待测非金属管材；所述待测非金属管材的一端通过输气管道连接至老化箱外，并经过加热器、减压阀与氮气瓶、氢气或掺氢天然气瓶分别连接，待测非金属管材的另一端通过输气管道连接至老化箱外，并于大气相连通；通过氢气或掺氢天然气瓶向待测非金属管材内输送氢气或掺氢天然气，使待测非金属管材处理临氢环境中进行老化性能实验。

4、在本发明的一些实施方式中，所述老化箱内设置多个密封夹具和多个待测非金属管材，每个待测非金属管材的两端均通过密封夹具与输气管道相连。

5、在本发明的一些实施方式中，所述老化箱与输气管道的连接处设置绝热密封环。

6、在本发明的一些实施方式中，与氮气瓶、氢气或掺氢天然气瓶相连的输气管道上还设置有阀门和流量计。

7、在本发明的一些实施方式中，所述老化箱内设置氢浓度检测仪。

8、在本发明的一些实施方式中，与大气相通的输气管道上设置有阀门。

9、在本发明的第一方面，提供了一种临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验方法，包括以下步骤：

10、在老化箱内放置一个或多个待测非金属管材，并调节加热器的功率；

11、向待测非金属管材内输送氮气，直至整条管路内充满高浓度氮气；

12、向待测非金属管材内输送氢气或掺氢天然气，直至整条管路内充满高浓度的氢气或掺氢天然气；

13、打开老化箱，调整温度和压力进行老化实验。

14、在本发明的一些实施方式中，当老化箱内放置多个待测非金属管材时，多个待测非金属管材为同一种非金属管材或者为不同种类的非金属管材。

15、在本发明的一些实施方式中，在进行老化实验的过程中，使老化箱内待测非金属管材的氢气或掺氢天然气的温度和输气管道内的氢气或掺氢天然气的温度一致。

16、在本发明的一些实施方式中，在实验过程中，实时监测老化箱内的氢气浓度，当老化箱体内的氢浓度达到一定程度时，氢气浓度报警器报警，立刻关闭氢气或掺氢天然气气瓶，终止实验。

17、本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

18、(1)本发明提供的临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统，能够同时进行研究多种非金属材料在临氢环境中老化性能的热氧老化实验，可在相同环境下同时对多种非金属管道材料进行热氧老化实验研究，也可在相同环境中对同一种非金属管道材料同时进行多次平行实验以减少实验时间和降低实验误差。

19、(2)本发明提供的临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统，通过在老化箱与输气管路的连接部位通过绝热密封环密封，保证了老化箱内实验温度的恒定；在待测非金属管材和输气管道的关键连接部位，通过密封夹具保证了实验管道内部的绝对密封，防止易燃易爆炸的纯氢或掺氢天然气的泄漏。最终可将实验气体排放至大气，防止氢气浓度过高。

20、(3)本发明提供的临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验方法，利用氮气这种惰性气体作为吹扫气体，能够实现将非金属管材内的空气排空后，使非金属管材内充满氢气或掺氢天然气，进而实现使非金属管材处于临氢状态下进行管材的抗老化性能实验，从而可以实现高效地筛选出适合输送纯氢或掺氢天然气的管道材料，还能在相同环境下进行重复实验从而减少实验时间。

技术特征：

1.一种临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统，其特征在于，包括老化箱，所述老化箱内设置有密封夹具，所述密封夹具用于夹持待测非金属管材；所述待测非金属管材的一端通过输气管道连接至老化箱外，并经过加热器、减压阀与氮气瓶、氢气或掺氢天然气瓶分别连接，待测非金属管材的另一端通过输气管道连接至老化箱外，并于大气相连通；通过氢气或掺氢天然气瓶向待测非金属管材内输送氢气或掺氢天然气，使待测非金属管材处理临氢环境中进行老化性能实验。

2.如权利要求1所述的临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统，其特征在于，所述老化箱内设置多个密封夹具和多个待测非金属管材，每个待测非金属管材的两端均通过密封夹具与输气管道相连。

3.如权利要求1所述的临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统，其特征在于，所述老化箱与输气管道的连接处设置绝热密封环。

4.如权利要求1所述的临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统，其特征在于，与氮气瓶、氢气或掺氢天然气瓶相连的输气管道上还设置有阀门和流量计。

5.如权利要求1所述的临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统，其特征在于，所述老化箱内设置氢浓度检测仪。

6.如权利要求1所述的临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统，其特征在于，与大气相通的输气管道上设置有阀门。

7.一种临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验方法，采用权利要求1-6任一项所述的实验系统来实现，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验方法，其特征在于，当老化箱内放置多个待测非金属管材时，多个待测非金属管材为同一种非金属管材或者为不同种类的非金属管材。

9.如权利要求7所述的临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验方法，其特征在于，在进行老化实验的过程中，使老化箱内待测非金属管材的氢气或掺氢天然气的温度和输气管道内的氢气或掺氢天然气的温度一致。

10.如权利要求7所述的临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验方法，其特征在于，在实验过程中，实时监测老化箱内的氢气浓度，当老化箱体内的氢浓度达到一定程度时，氢气浓度报警器报警，立刻关闭氢气或掺氢天然气气瓶，终止实验。

技术总结
本发明公开了一种临氢环境中非金属管材热氧老化性能实验系统及方法，所述系统包括老化箱，所述老化箱内设置有密封夹具，所述密封夹具用于夹持待测非金属管材；所述待测非金属管材的一端通过输气管道连接至老化箱外，并经过加热器、减压阀与氮气瓶、氢气或掺氢天然气瓶分别连接，待测非金属管材的另一端通过输气管道连接至老化箱外，并于大气相连通；本发明能够同时进行研究多种非金属材料在临氢环境中老化性能的热氧老化实验，可在相同环境下同时对多种非金属管道材料进行热氧老化实验研究，也可在相同环境中对同一种非金属管道材料同时进行多次平行实验以减少实验时间和降低实验误差。

技术研发人员：李敬法,郑度奎,宇波,刘翠伟,李玉星,李建立,赵杰,韩东旭
受保护的技术使用者：北京石油化工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15