Research progress in life prediction of polyethylene pipeline

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.11.017

Abstract

Abstract:

This paper reviewed the failure modes and failure criteria of polyethylene （PE） pipelines and summarized four pipeline life prediction methods， including the long⁃term hydrostatic test method， Arrhenius formula method， slow crack growth method， and hyperbolic constitutive equation method. Five pipeline risk assessment methods were summarized， which included expert scoring method， fault tree analysis method， pipeline index risk scoring method， and analytic hierarchy process and fuzzy comprehensive evaluation method. In the future， a finite element analysis model under the force⁃chemical coupling action should be established through combining with the big data analysis and pipeline risk assessment methods to ensure a safe operation for the in⁃service PE pipelines.

Key words: polyethylene pipe, failure mode, failure mechanism, life prediction, pipeline risk assessment

CLC Number:

TQ325.1⁺2

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Figures/Tables 14

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寿命预测方法	方法描述		优点	缺点
基于长期静液压试验法	通过对管道施加恒定内压和恒定温度，得到不同温度和应力下的静液压强度曲线，计算得到实际温度下的管道寿命。		预测管道寿命的标准方法，认可度较高	试验周期过长，不利于新型PE管材的研究与开发
基于Arrhenius公式法	结合动力学曲线直线化法和Arrhenius公式预测管道老化失效寿命		试验操作简便，能够较快预测管道寿命	管道的热氧老化行为较为复杂，通过标准的线性Arrhenius公式外推实际温度下的管道寿命可能并不准确
基于SCG性能预测法	PENT试验	将预制裂纹试样放置于恒温水槽中进行拉伸试验	试验时间相对于静液压试验明显缩短	随着PE管道的耐SCG性能增强，试验所需时间也越来越长
	FNCT试验	将预制裂纹试样放置于恒温水槽中进行拉伸试验	试验时间相对于静液压试验明显缩短	随着PE管道的耐SCG性能增强，试验所需时间也越来越长
	SH试验	在80 ℃环境下对哑铃状试样进行拉伸试验	试样不需要预制缺口和添加表面活性剂	试验需在高温下进行，不符合管道的实际服役环境
	CRB试验	对裂纹圆棒试样进行不同载荷比的疲劳拉伸试验	对于有较强耐SCG性能的现代管道，该方法可以在较短的时间内预测管道寿命	CRB试样的裂纹深度测量存在误差，该方法的适用性有待验证
基于双曲本构方程法	通过黏弹性应力分析模型预测管道韧性失效寿命		通过拉伸试验和模型计算，能够较快地预测管道韧性失效寿命	基于应力失效准则判断管道失效的方法较为保守

寿命预测方法	方法描述		优点	缺点
基于长期静液压试验法	通过对管道施加恒定内压和恒定温度，得到不同温度和应力下的静液压强度曲线，计算得到实际温度下的管道寿命。		预测管道寿命的标准方法，认可度较高	试验周期过长，不利于新型PE管材的研究与开发
基于Arrhenius公式法	结合动力学曲线直线化法和Arrhenius公式预测管道老化失效寿命		试验操作简便，能够较快预测管道寿命	管道的热氧老化行为较为复杂，通过标准的线性Arrhenius公式外推实际温度下的管道寿命可能并不准确
基于SCG性能预测法	PENT试验	将预制裂纹试样放置于恒温水槽中进行拉伸试验	试验时间相对于静液压试验明显缩短	随着PE管道的耐SCG性能增强，试验所需时间也越来越长
	FNCT试验	将预制裂纹试样放置于恒温水槽中进行拉伸试验	试验时间相对于静液压试验明显缩短	随着PE管道的耐SCG性能增强，试验所需时间也越来越长
	SH试验	在80 ℃环境下对哑铃状试样进行拉伸试验	试样不需要预制缺口和添加表面活性剂	试验需在高温下进行，不符合管道的实际服役环境
	CRB试验	对裂纹圆棒试样进行不同载荷比的疲劳拉伸试验	对于有较强耐SCG性能的现代管道，该方法可以在较短的时间内预测管道寿命	CRB试样的裂纹深度测量存在误差，该方法的适用性有待验证
基于双曲本构方程法	通过黏弹性应力分析模型预测管道韧性失效寿命		通过拉伸试验和模型计算，能够较快地预测管道韧性失效寿命	基于应力失效准则判断管道失效的方法较为保守

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