《全尺寸非金屬管材氣體滲透性能測試方法》

ICS75.200

CCSE98

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTMXXXXX-2022

全尺寸非金屬管材氣體滲透性能測試方法

Methodfordeterminationofgas

permeabilityoffull-scalenon-metallicpipe

(征求意見稿)

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實(shí)施

中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

T/CSTMXXXXX-2022

全尺寸非金屬管材氣體滲透性能測試方法

1范圍

本文件規(guī)定了利用壓差法測定全尺寸非金屬管材氣體滲透性的試驗(yàn)方法。

本文件適用于熱塑性塑料管、柔性復(fù)合高壓輸送管、鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管等非金屬管材。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

SY/T6662.2-2020石油天然氣工業(yè)用非金屬復(fù)合管第2部分：柔性復(fù)合高壓輸送管

3術(shù)語、定義、符號和縮略語

3.1術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1.1

全尺寸非金屬管材full-sizenon-metallicpipe

與實(shí)際應(yīng)用規(guī)格相同，管體長度不低于1000mm的非金屬管材

3.1.2

氣體溶解度系數(shù)gassolubilitycoefficient

S

在單位壓力下，單位體積內(nèi)管材中溶解氣體的量

注：氣體溶解度系數(shù)S反映管材對氣體分子的溶解能力，為單位壓差下單位體積管材中可溶解標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體

積，即溫度為0°C，壓力為101.325kPa下體積。

[來源：GB/T40260-2021，3.2,有修改]

3.1.3

氣體擴(kuò)散系數(shù)gasdiffusioncoefficient

D

在單位濃度梯度下，單位時(shí)間內(nèi)氣體通過管材單位表面積所擴(kuò)散的量

[來源：GB/T40260-2021，3.3,有修改]

3.1.4

1

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氣體滲透系數(shù)gaspermeabilitycoefficient

P

氣體通過管壁的能力，即氣體溶解度系數(shù)與氣體擴(kuò)散系數(shù)的乘積，P=S×D。

注：氣體滲透系數(shù)P是穩(wěn)定透過時(shí)在恒定溫度、單位壓差下單位時(shí)間內(nèi)透過單位面積樣品的標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積，

即溫度為0℃，壓力為101.325kPa下的體積。

[來源：GB/T40260-2021，3.4,有修改]

3.1.5

理想分離系數(shù)idealseparationcoefficient

α

表征管材對不同氣體的滲透性差異，即兩種純氣體的滲透系數(shù)之比。

[來源：GB/T40260-2021，3.5,有修改]

3.2符號和縮略語

下列符號和縮略語適用于本文件。

S——?dú)怏w溶解度系數(shù)

D——?dú)怏w擴(kuò)散系數(shù)

P——?dú)怏w滲透系數(shù)

α——理想分離系數(shù)

t——時(shí)間，單位為秒（s）

p——壓力

Q——管材的氣體滲透量

△p/△t——在穩(wěn)定透過時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)樣品外側(cè)空腔氣體壓力變化的算術(shù)平均值

V——樣品外側(cè)空腔體積

A——管體的表面積

T——試驗(yàn)溫度

p1-p2——管體兩側(cè)的壓差

T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度（273.15K）

5

p0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力（1.0133×10Pa）

V——樣品外側(cè)空腔體積

d——管體壁厚

L——管體壁厚

θ——延遲時(shí)間

pA——?dú)怏wA的滲透系數(shù)

pB——?dú)怏wB的滲透系數(shù)

2

T/CSTMXXXXX-2022

4試驗(yàn)原理

用管材樣品將恒定體積的測試腔體隔成兩個(gè)獨(dú)立的空間，向管體內(nèi)（高壓側(cè)）充入一定壓力的試驗(yàn)

氣體，樣品外側(cè)空腔（低壓側(cè)）抽真空到一定真空度，使兩側(cè)腔室形成壓差，試驗(yàn)氣體由高壓側(cè)滲透通

過管壁進(jìn)入低壓側(cè)并引起低壓側(cè)壓力的變化，記錄壓力變化量就可以計(jì)算出樣品的氣體透過量。氣體透

過管壁的能力大小用氣體滲透系數(shù)P表示。根據(jù)溶解-擴(kuò)散機(jī)理，氣體滲透系數(shù)P等于氣體溶解度系數(shù)

S與氣體擴(kuò)散系數(shù)D的乘積：P=S×D。理想分離系數(shù)α由管壁對兩種純氣體的滲透系數(shù)之比求得。

5儀器設(shè)備

尺寸測量工具包括π尺、卷尺和游標(biāo)卡尺。π尺分辨力為0.01mm，卷尺分辨力為1.0mm，游標(biāo)卡

尺分辨力為0.01mm。

氣體滲透測試設(shè)備全尺寸非金屬管材氣體滲透測試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。全尺寸非金屬管

材氣體滲透測試系統(tǒng)的部件功能如下：

——供氣系統(tǒng)：主要功能是向測試用全尺寸非金屬管材內(nèi)部充入高壓；

——供氣系統(tǒng)壓力傳感器：采集管材內(nèi)部氣體壓力變化數(shù)據(jù)，與供氣系統(tǒng)協(xié)同作用保持管內(nèi)恒壓；

——真空系統(tǒng)：主要功能是向測試用全尺寸非金屬管材樣品外側(cè)空腔抽真空；

——低壓側(cè)壓力傳感器：采集因氣體滲透引發(fā)的樣品外側(cè)空腔壓力變化數(shù)據(jù)；

——溫度系統(tǒng)：給管材提供測試所需的溫度環(huán)境；

——尾氣回收系統(tǒng)：試驗(yàn)結(jié)束后，回收試驗(yàn)氣體；

——數(shù)據(jù)采集及處理裝置：數(shù)據(jù)采集、記錄、處理和輸出。

3

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圖1全尺寸非金屬管材氣體滲透測試系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)示意圖

標(biāo)引序號說明：

1——測試樣品9——試驗(yàn)氣體鋼瓶

2——滲透腔空間10——低壓側(cè)壓力傳感器

3——金屬試驗(yàn)腔體11——數(shù)據(jù)采集及處理裝置

4——溫度控制系統(tǒng)12——閥門2

5——供氣系統(tǒng)壓力傳感器13——閥門3

6——供氣系統(tǒng)14——閥門4

7——閥門115——真空系統(tǒng)

8——減壓閥16——尾氣回收系統(tǒng)

6樣品

6.1樣品規(guī)格尺寸

進(jìn)行氣體滲透性測試的熱塑性塑料管、柔性復(fù)合高壓輸送管、鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管樣品規(guī)格尺

寸參考附錄A。

6.2樣品外觀要求

進(jìn)行氣體滲透性測試的樣品管體應(yīng)壁厚均勻，內(nèi)外表面清潔無污漬，內(nèi)外表面應(yīng)用酒精進(jìn)行擦拭清

潔，去除表面有機(jī)物。兩端截面平整。

6.3樣品直度要求

進(jìn)行氣體滲透性測試的樣品管體彎曲程度不應(yīng)超過下列規(guī)定：從管子一端測量至另一端總長度的

0.2％，如圖2所示。

圖2全長直度測量

4

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標(biāo)引序號說明：

1——拉緊的線或鋼絲；

2——管子。

7試驗(yàn)步驟

警示——使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指出所有可能的安全問題，

使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧⒈ＷC符合國家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。

7.1樣品前處理

用π尺測量管體外徑，測不少于三個(gè)點(diǎn)，取平均值作為管體外徑；用卷尺測量管體有效長度；用游

標(biāo)卡尺測量管體壁厚，測不少于三個(gè)點(diǎn)，取平均值作為管體壁厚。

注：樣品兩端的密封裝置會(huì)使樣品兩端一定長度的管體無法發(fā)生氣體滲透，管體有效長度為除去兩端密封長度后實(shí)際發(fā)

生氣體滲透的管體長度，該段管體對應(yīng)的表面積為有效表面積。

計(jì)算得到管體體積、有效表面積，根據(jù)樣品艙容積、管體體積計(jì)算樣品外側(cè)空腔體積。

7.2樣品裝填

將樣品放入樣品艙，樣品密封端口與系統(tǒng)高壓管路進(jìn)行連接后，對樣品艙進(jìn)行密封。

7.3試驗(yàn)條件設(shè)定

在測試軟件中輸入測樣品有效長度、有效表面積、滲透腔空間體積，設(shè)定測試溫度和管體內(nèi)測試壓

力。

7.4樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)

樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)，關(guān)閉閥門1（見圖1中7）和閥門4（見圖1中14），打開閥門2（見圖1中12）和

閥門3（見圖1中13），開啟真空系統(tǒng)，對樣品管體內(nèi)和外側(cè)空腔抽真空，真空環(huán)境使管材內(nèi)表面和外

表面可揮發(fā)性雜質(zhì)充分脫除，同時(shí)是管體內(nèi)氣體得到置換，提高測試準(zhǔn)確性。同時(shí)使管材溫度上升至測

試溫度。

7.5試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

待溫度和樣品外側(cè)空腔真空度達(dá)到設(shè)定值后，關(guān)閉閥門3（見圖1中13），打開閥門1（見圖1中7），

向管體內(nèi)充入高壓試驗(yàn)氣體，到達(dá)設(shè)定壓力值后，關(guān)閉閥門1（見圖1中7），開始試驗(yàn)。

記錄試驗(yàn)時(shí)間、氣體滲透量、管體外空腔的壓力與試驗(yàn)時(shí)間的變化數(shù)據(jù)，繪制樣品外側(cè)空腔壓力隨

時(shí)間變化曲線，當(dāng)曲線呈現(xiàn)線性時(shí)，即達(dá)到穩(wěn)定滲透狀態(tài)，結(jié)束試驗(yàn)。

5

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7.6試驗(yàn)尾氣回收

打開閥門3（見圖1中13）、閥門2（見圖1中12）和閥門4（見圖1中14），通過尾氣回收系統(tǒng)回

收試驗(yàn)氣體。

7.7樣品回收

待管體內(nèi)外壓力達(dá)到大氣壓，確認(rèn)無危險(xiǎn)后，打開樣品艙，取出樣品。

8試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

8.1氣體滲透曲線

以低壓側(cè)的壓力為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制樣品外側(cè)空腔壓力隨時(shí)間變化曲線，直到壓力隨時(shí)

間變化達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定速率，形成一條直線，如圖3所示，該曲線應(yīng)采用測試系統(tǒng)軟件自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、記

錄并繪制得到。

標(biāo)引序號說明：

t——時(shí)間，單位為秒（s）；

p——壓力，單位為帕斯卡（Pa）;

1——穩(wěn)態(tài)區(qū)域；

2——非穩(wěn)態(tài)區(qū)域。

圖3樣品外側(cè)空腔壓力隨時(shí)間變化曲線

8.2氣體滲透量

6

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氣體滲透系數(shù)Q按式（1）計(jì)算：

????24

?=××0×……….(1)

????0?(?1??2)

式中：

Q——管材的氣體滲透量，單位為立方厘米每平方厘米天帕斯卡[cm3/(m2?d?Pa)]；

△p/△t——在穩(wěn)定透過時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)樣品外側(cè)空腔氣體壓力變化的算術(shù)平均值，單位為帕斯卡

每小時(shí)

（Pa/h）；

V——樣品外側(cè)空腔體積，單位為立方厘米（cm3）；

S——管體的變面積，單位為平方米（m2）；

T——試驗(yàn)溫度，單位為開爾文（K）；

p1-p2——管體兩側(cè)的壓差，（Pa）；

T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度（273.15K）；

5

p0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力（1.0133×10Pa）。

8.3氣體滲透系數(shù)

氣體滲透系數(shù)P按式（2）計(jì)算

?????

?=××0×=1.1574×10?9×?×?……….(2)

????0?(?1??2)

式中：

P——管體的氣體滲透系數(shù)，單位為立方厘米厘米每平方厘米秒帕斯卡[cm3?cm/(cm2?s?Pa)]；

△p/△t——在穩(wěn)定透過時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)樣品外側(cè)空腔氣體壓力變化的算術(shù)平均值，單位為帕斯卡

每秒（Pa/s）；

V——樣品外側(cè)空腔體積，單位為立方厘米（cm3）；

S——管體的變面積，單位為平方米（m2）；

T——試驗(yàn)溫度，單位開爾文（K）；

D——管體壁厚，單位為厘米（cm）；

p1-p2——管體兩側(cè)的壓差，單位為帕斯卡（Pa）；

T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度（273.15K）；

5

p0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力（1.0133×10Pa）。

8.4氣體擴(kuò)散系數(shù)

氣體擴(kuò)散系數(shù)D按式（3）計(jì)算；

7

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?2

?=………(3)

6?

式中：

D——?dú)怏w擴(kuò)散系數(shù)，單位為平方厘米每秒（cm2/s）；

L——管體壁厚，單位為厘米（cm）；

θ——延遲時(shí)間，單位為秒（s）。

8.5氣體溶解度系數(shù)

氣體溶解度系數(shù)S按式（4）計(jì)算：

?

?=………(4)

?

式中：

S——?dú)怏w溶解度系數(shù)，單位為立方厘米每立方厘米兆帕[cm3/(cm3?MPa)]。

8.6理想分離系數(shù)

理想分離系數(shù)為兩種不同氣體在相同樣品中的滲透系數(shù)之比，按（4）計(jì)算：

??

α=………(4)

??

式中：

α——理想分離系數(shù)；

32

PA——?dú)怏wA的滲透系數(shù)，單位為立方厘米厘米每平方厘米秒帕斯卡[cm?cm/(cm?s?Pa)]；

32

PB——?dú)怏wB的滲透系數(shù)，單位為立方厘米厘米每平方厘米秒帕斯卡[cm?cm/(cm?s?Pa)]。

9試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果以樣品三次或三次以上氣體滲透系數(shù)、氣體擴(kuò)散系數(shù)、氣體溶解度系數(shù)測試數(shù)據(jù)的算術(shù)平

均值表示，理想分離系數(shù)為兩種試驗(yàn)氣體滲透系數(shù)之比。

10精密度

在同一實(shí)驗(yàn)室，由同一操作者使用相同設(shè)備，按相同的測試方法，并在短時(shí)間內(nèi)對同一被測對象相

互獨(dú)立進(jìn)行測試獲得的兩次獨(dú)立測試結(jié)果的絕對差值不大于5%。

11試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)至少包括下列內(nèi)容：

a）試驗(yàn)對象（包括管材類型和規(guī)格尺寸）；

8

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b）所使用的標(biāo)準(zhǔn)（包括發(fā)布或出版年號）

c）試驗(yàn)溫度、壓力、氣體介質(zhì)；

d）樣品壁厚、直徑；

e）結(jié)果（氣體滲透系數(shù)、氣體擴(kuò)散系數(shù)、氣體溶解度系數(shù)、理想分離系數(shù)）與每組樣品的算術(shù)平

均值；

f）觀察到的異?，F(xiàn)象；

g）試驗(yàn)人員及日期。

9

T/CSTMXXXXX—2022

附錄A

（資料性）

全尺寸非金屬管材氣體滲透性測試樣品尺寸

A.1熱塑性塑料管

全尺寸熱塑性塑料管氣體滲透性測定的樣品規(guī)格尺寸參考表A.1。

表A.1熱塑性塑料管樣品規(guī)格尺寸表

序號外徑（mm）內(nèi)徑（mm）壁厚（mm）備注

16355.43.8SDR17

275664.5SDR17

39079.25.4SDR17

411096.86.6SDR17

5125110.27.4SDR17

61601419.5SDR17

7180158.610.7SDR17

8200176.211.9SDR17

9225198.213.4SDR17

10250220.414.8SDR17

111109010SDR11

12125102.211.4SDR11

A.2柔性高壓輸送管

全尺寸柔性高壓輸送管氣體滲透性測定的樣品規(guī)格尺寸參考SY/T6662.2-2020表D.1。

A.3鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管

全尺寸鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管氣體滲透性測定的樣品規(guī)格尺寸參考表A.2~表A.7。

A.2鋼絲焊接骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管尺寸及公稱壓力（內(nèi)徑系列1）

10

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公稱壓力

公稱內(nèi)徑ID平均外徑平均外徑極限偏差壁厚壁厚極限偏差

MPa

mmmmmmmmmm

油、水及混合輸送氣體輸送

+0.5+1.3

5072011.004.01.6

+0.5+1.3

6587011.004.01.6

+0.5+1.4

80105012.003.51.0

+0.8+1.4

100125012.003.01.0

+1.0+1.4

125150012.002.50.8

+1.2+1.5

150175012.502.50.8

+1.5+1.5

200225012.502.00.6

表A.3鋼絲焊接網(wǎng)骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管尺寸及公稱壓力（內(nèi)徑系列2）

公稱壓力

公稱

平均內(nèi)徑MPa

內(nèi)徑平均

極限偏差油、水及混合輸送氣體輸送

ID內(nèi)徑

mm1.01.62.54.01.61.00.80.4

mm

公稱壁厚en及極限偏差

+1.4+1.4+1.4+1.4+1.4+1.4

5050±0.4——909090909090

+1.4+1.4+1.4+1.4+1.4+1.4

6565±0.4——909090909090

+1.4+1.4+1.4+1.4+1.4

8080±0.6——9090—909090

+1.4+1.4+1.4+1.4+1.4+1.4

100100±0.6—909090—909090

+1.5+1.5+1.5+1.5+1.5

125125±0.6—100100——100100100

+1.8+1.8+1.8+1.8+1.8

150150±0.8120120120———120120

+1.9+1.9+1.9+1.9+1.9

200200±1.012.5012.5012.50———12.5012.50

表A.4鋼絲焊接網(wǎng)骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管尺寸及公稱壓力（外徑系列）

公稱公稱壓力，MPa

平均外徑

外徑油、水及混合輸送氣體輸送

及偏差

OD1.01.62.54.01.61.00.80.4

mm

mm公稱壁厚en及極限偏差

+1.0+1.5+2.5+2.5+1.5

75750——90909090——

+1.0+1.5+2.5+2.5+1.5

90900——90909090——

+1.0+1.5+2.5+2.5+1.5

1101100——90909090——

11

T/CSTMXXXXX—2022

+1.0+1.5+2.0+3.0+3.0+2.0+1.5

1251250—909090909090—

+1.0+1.5+2.0+3.0+3.0+2.0+1.5

1401400—100100100100100100—

+1.5+1.5+2.0+3.0+3.0+2.0+1.5

1601600—12012012.5012.50120120—

+1.5+1.5+2.0+3.0+3.0+2.0+1.5

1801800—12012012.5012.50120120—

+1.5+1.5+2.0+3.0+3.0+2.0+1.5

2002000—12012012.5012.50120120—

+1.5+2.0+2.0+2.0+2.0+2.0+2.0

2252250120120120——120120120

+2.0+2.0+2.0+2.0+2.0+2.0+2.0

250250012.5012.50130——13012.5012.50

表A.5鋼板網(wǎng)骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管尺寸及公稱壓力

公稱壓力

公稱外徑OD平均外徑極限偏差壁厚en壁厚極限偏差

MPa

mmmmmmmm

油、水及混合輸送氣體輸送

+0.5+0.7

5004.001.60.8

+0.6+0.7

6304.501.60.8

+0.7+0.8

7505.001.60.8

+0.9+0.9

9005.501.60.8

+1.0+0.9

11006.001.60.8

+1.1+1.2

14008.001.60.8

+1.5+1.5

160010.001.60.8

+1.8+1.7

200011.001.60.8

+1.9+1.8

250012.001.60.6

表A.6鋼絲纏繞骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管尺寸及公稱壓力

公稱外徑OD平均外徑極限偏差壁厚en壁厚極限偏差公稱壓力，MPa

mmmmmmmm油、水及混合輸送氣體輸送

+1.0+0.8

5006.501.60.6

+1.1+0.8

6306.501.60.6

+1.2+0.8

7507.001.60.6

+1.4+0.8

9008.001.60.6

+1.5+0.9

11008.501.60.6

+2.0+1.0

16009.501.60.6

+2.3+1.2

200010.501.60.6

+2.5+3.3

25001401.60.6

12

T/CSTMXXXXX-2022

表A.7鋼絲纏繞骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管尺寸及公稱壓力（中高壓）

平均外（油、水及混合輸送）公稱壓力

公稱

徑極限MPa

外徑

偏差2.02.53.04.05.06.38.010.012.016.0

OD

mm壁厚en及極限偏差

mm

mm

+1.0+0.8+0.8+0.8+0.8+0.8+0.8+0.8+0.8+0.8+0.8

5008.008.008.009.009.009.009.009.509.509.50

+1.1+0.8+0.8+0.8+0.8+0.8+0.8+0.8+0.8+0.8+0.8

6308.008.008.009.009.009.009.009.509.509.50

+1.2+0.8+0.8+0.8+1.0+1.0+1.0+1.0+1.1+1.1+1.1

7508.008.008.0010.0010.0010.0010.0010.5010.5010.50

+1.4+1.0+1.0+1.0+1.0+1.0+1.0+1.2+1.2+1.2+1.2

9008.008.008.0010.0010.0010.0010.5010.5010.5010.50

+1.5+1.2+1.2+1.2+1.2+1.2+1.2+1.2+1.2+1.2+1.2

11009.009.009.0011.0011.0011.0011.0011.5011.5011.50

+1.6+1.2+1.2+1.2+1.2+1.2+1.2+1.2+1.2+1.2+1.2

125010.0010.0010.0012.0012.0012.0012.5012.5012.5012.50