《全尺寸非金属管材气体渗透性能测试方法》

ICS75.200

CCSE98

团体标准

T/CSTMXXXXX-2022

全尺寸非金属管材气体渗透性能测试方法

Methodfordeterminationofgas

permeabilityoffull-scalenon-metallicpipe

(征求意见稿)

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

T/CSTMXXXXX-2022

全尺寸非金属管材气体渗透性能测试方法

1范围

本文件规定了利用压差法测定全尺寸非金属管材气体渗透性的试验方法。

本文件适用于热塑性塑料管、柔性复合高压输送管、钢骨架增强聚乙烯复合管等非金属管材。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

SY/T6662.2-2020石油天然气工业用非金属复合管第2部分：柔性复合高压输送管

3术语、定义、符号和缩略语

3.1术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1.1

全尺寸非金属管材full-sizenon-metallicpipe

与实际应用规格相同，管体长度不低于1000mm的非金属管材

3.1.2

气体溶解度系数gassolubilitycoefficient

S

在单位压力下，单位体积内管材中溶解气体的量

注：气体溶解度系数S反映管材对气体分子的溶解能力，为单位压差下单位体积管材中可溶解标准状况下气体的体

积，即温度为0°C，压力为101.325kPa下体积。

[来源：GB/T40260-2021，3.2,有修改]

3.1.3

气体扩散系数gasdiffusioncoefficient

D

在单位浓度梯度下，单位时间内气体通过管材单位表面积所扩散的量

[来源：GB/T40260-2021，3.3,有修改]

3.1.4

1

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气体渗透系数gaspermeabilitycoefficient

P

气体通过管壁的能力，即气体溶解度系数与气体扩散系数的乘积，P=S×D。

注：气体渗透系数P是稳定透过时在恒定温度、单位压差下单位时间内透过单位面积样品的标准状况下气体体积，

即温度为0℃，压力为101.325kPa下的体积。

[来源：GB/T40260-2021，3.4,有修改]

3.1.5

理想分离系数idealseparationcoefficient

α

表征管材对不同气体的渗透性差异，即两种纯气体的渗透系数之比。

[来源：GB/T40260-2021，3.5,有修改]

3.2符号和缩略语

下列符号和缩略语适用于本文件。

S——气体溶解度系数

D——气体扩散系数

P——气体渗透系数

α——理想分离系数

t——时间，单位为秒（s）

p——压力

Q——管材的气体渗透量

△p/△t——在稳定透过时，单位时间内样品外侧空腔气体压力变化的算术平均值

V——样品外侧空腔体积

A——管体的表面积

T——试验温度

p1-p2——管体两侧的压差

T0——标准状态下的温度（273.15K）

5

p0——标准状态下的压力（1.0133×10Pa）

V——样品外侧空腔体积

d——管体壁厚

L——管体壁厚

θ——延迟时间

pA——气体A的渗透系数

pB——气体B的渗透系数

2

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4试验原理

用管材样品将恒定体积的测试腔体隔成两个独立的空间，向管体内（高压侧）充入一定压力的试验

气体，样品外侧空腔（低压侧）抽真空到一定真空度，使两侧腔室形成压差，试验气体由高压侧渗透通

过管壁进入低压侧并引起低压侧压力的变化，记录压力变化量就可以计算出样品的气体透过量。气体透

过管壁的能力大小用气体渗透系数P表示。根据溶解-扩散机理，气体渗透系数P等于气体溶解度系数

S与气体扩散系数D的乘积：P=S×D。理想分离系数α由管壁对两种纯气体的渗透系数之比求得。

5仪器设备

尺寸测量工具包括π尺、卷尺和游标卡尺。π尺分辨力为0.01mm，卷尺分辨力为1.0mm，游标卡

尺分辨力为0.01mm。

气体渗透测试设备全尺寸非金属管材气体渗透测试系统，结构示意图如图1所示。全尺寸非金属管

材气体渗透测试系统的部件功能如下：

——供气系统：主要功能是向测试用全尺寸非金属管材内部充入高压；

——供气系统压力传感器：采集管材内部气体压力变化数据，与供气系统协同作用保持管内恒压；

——真空系统：主要功能是向测试用全尺寸非金属管材样品外侧空腔抽真空；

——低压侧压力传感器：采集因气体渗透引发的样品外侧空腔压力变化数据；

——温度系统：给管材提供测试所需的温度环境；

——尾气回收系统：试验结束后，回收试验气体；

——数据采集及处理装置：数据采集、记录、处理和输出。

3

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图1全尺寸非金属管材气体渗透测试系统主要结构示意图

标引序号说明：

1——测试样品9——试验气体钢瓶

2——渗透腔空间10——低压侧压力传感器

3——金属试验腔体11——数据采集及处理装置

4——温度控制系统12——阀门2

5——供气系统压力传感器13——阀门3

6——供气系统14——阀门4

7——阀门115——真空系统

8——减压阀16——尾气回收系统

6样品

6.1样品规格尺寸

进行气体渗透性测试的热塑性塑料管、柔性复合高压输送管、钢骨架增强聚乙烯复合管样品规格尺

寸参考附录A。

6.2样品外观要求

进行气体渗透性测试的样品管体应壁厚均匀，内外表面清洁无污渍，内外表面应用酒精进行擦拭清

洁，去除表面有机物。两端截面平整。

6.3样品直度要求

进行气体渗透性测试的样品管体弯曲程度不应超过下列规定：从管子一端测量至另一端总长度的

0.2％，如图2所示。

图2全长直度测量

4

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标引序号说明：

1——拉紧的线或钢丝；

2——管子。

7试验步骤

警示——使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问题，

使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。

7.1样品前处理

用π尺测量管体外径，测不少于三个点，取平均值作为管体外径；用卷尺测量管体有效长度；用游

标卡尺测量管体壁厚，测不少于三个点，取平均值作为管体壁厚。

注：样品两端的密封装置会使样品两端一定长度的管体无法发生气体渗透，管体有效长度为除去两端密封长度后实际发

生气体渗透的管体长度，该段管体对应的表面积为有效表面积。

计算得到管体体积、有效表面积，根据样品舱容积、管体体积计算样品外侧空腔体积。

7.2样品装填

将样品放入样品舱，样品密封端口与系统高压管路进行连接后，对样品舱进行密封。

7.3试验条件设定

在测试软件中输入测样品有效长度、有效表面积、渗透腔空间体积，设定测试温度和管体内测试压

力。

7.4样品状态调节

样品状态调节，关闭阀门1（见图1中7）和阀门4（见图1中14），打开阀门2（见图1中12）和

阀门3（见图1中13），开启真空系统，对样品管体内和外侧空腔抽真空，真空环境使管材内表面和外

表面可挥发性杂质充分脱除，同时是管体内气体得到置换，提高测试准确性。同时使管材温度上升至测

试温度。

7.5试验数据记录

待温度和样品外侧空腔真空度达到设定值后，关闭阀门3（见图1中13），打开阀门1（见图1中7），

向管体内充入高压试验气体，到达设定压力值后，关闭阀门1（见图1中7），开始试验。

记录试验时间、气体渗透量、管体外空腔的压力与试验时间的变化数据，绘制样品外侧空腔压力随

时间变化曲线，当曲线呈现线性时，即达到稳定渗透状态，结束试验。

5

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7.6试验尾气回收

打开阀门3（见图1中13）、阀门2（见图1中12）和阀门4（见图1中14），通过尾气回收系统回

收试验气体。

7.7样品回收

待管体内外压力达到大气压，确认无危险后，打开样品舱，取出样品。

8试验数据处理

8.1气体渗透曲线

以低压侧的压力为纵坐标，时间为横坐标，绘制样品外侧空腔压力随时间变化曲线，直到压力随时

间变化达到一个稳定速率，形成一条直线，如图3所示，该曲线应采用测试系统软件自动采集数据、记

录并绘制得到。

标引序号说明：

t——时间，单位为秒（s）；

p——压力，单位为帕斯卡（Pa）;

1——稳态区域；

2——非稳态区域。

图3样品外侧空腔压力随时间变化曲线

8.2气体渗透量

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气体渗透系数Q按式（1）计算：

∆푝푉푇24

푄=××0×……….(1)

∆푡푆푝0푇(푝1−푝2)

式中：

Q——管材的气体渗透量，单位为立方厘米每平方厘米天帕斯卡[cm3/(m2•d•Pa)]；

△p/△t——在稳定透过时，单位时间内样品外侧空腔气体压力变化的算术平均值，单位为帕斯卡

每小时

（Pa/h）；

V——样品外侧空腔体积，单位为立方厘米（cm3）；

S——管体的变面积，单位为平方米（m2）；

T——试验温度，单位为开尔文（K）；

p1-p2——管体两侧的压差，（Pa）；

T0——标准状态下的温度（273.15K）；

5

p0——标准状态下的压力（1.0133×10Pa）。

8.3气体渗透系数

气体渗透系数P按式（2）计算

∆푝푉푇퐷

푃=××0×=1.1574×10−9×푄×퐷……….(2)

∆푡푆푝0푇(푝1−푝2)

式中：

P——管体的气体渗透系数，单位为立方厘米厘米每平方厘米秒帕斯卡[cm3•cm/(cm2•s•Pa)]；

△p/△t——在稳定透过时，单位时间内样品外侧空腔气体压力变化的算术平均值，单位为帕斯卡

每秒（Pa/s）；

V——样品外侧空腔体积，单位为立方厘米（cm3）；

S——管体的变面积，单位为平方米（m2）；

T——试验温度，单位开尔文（K）；

D——管体壁厚，单位为厘米（cm）；

p1-p2——管体两侧的压差，单位为帕斯卡（Pa）；

T0——标准状态下的温度（273.15K）；

5

p0——标准状态下的压力（1.0133×10Pa）。

8.4气体扩散系数

气体扩散系数D按式（3）计算；

7

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퐿2

퐷=………(3)

6휃

式中：

D——气体扩散系数，单位为平方厘米每秒（cm2/s）；

L——管体壁厚，单位为厘米（cm）；

θ——延迟时间，单位为秒（s）。

8.5气体溶解度系数

气体溶解度系数S按式（4）计算：

푃

푆=………(4)

퐷

式中：

S——气体溶解度系数，单位为立方厘米每立方厘米兆帕[cm3/(cm3•MPa)]。

8.6理想分离系数

理想分离系数为两种不同气体在相同样品中的渗透系数之比，按（4）计算：

푃퐴

α=………(4)

푃퐵

式中：

α——理想分离系数；

32

PA——气体A的渗透系数，单位为立方厘米厘米每平方厘米秒帕斯卡[cm•cm/(cm•s•Pa)]；

32

PB——气体B的渗透系数，单位为立方厘米厘米每平方厘米秒帕斯卡[cm•cm/(cm•s•Pa)]。

9试验结果

试验结果以样品三次或三次以上气体渗透系数、气体扩散系数、气体溶解度系数测试数据的算术平

均值表示，理想分离系数为两种试验气体渗透系数之比。

10精密度

在同一实验室，由同一操作者使用相同设备，按相同的测试方法，并在短时间内对同一被测对象相

互独立进行测试获得的两次独立测试结果的绝对差值不大于5%。

11试验报告

试验报告应至少包括下列内容：

a）试验对象（包括管材类型和规格尺寸）；

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b）所使用的标准（包括发布或出版年号）

c）试验温度、压力、气体介质；

d）样品壁厚、直径；

e）结果（气体渗透系数、气体扩散系数、气体溶解度系数、理想分离系数）与每组样品的算术平

均值；

f）观察到的异常现象；

g）试验人员及日期。

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附录A

（资料性）

全尺寸非金属管材气体渗透性测试样品尺寸

A.1热塑性塑料管

全尺寸热塑性塑料管气体渗透性测定的样品规格尺寸参考表A.1。

表A.1热塑性塑料管样品规格尺寸表

序号外径（mm）内径（mm）壁厚（mm）备注

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柔性高压输送管

全尺寸柔性高压输送管气体渗透性测定的样品规格尺寸参考SY/T6662.2-2020表D.1。

A.3钢骨架增强聚乙烯复合管

全尺寸钢骨架增强聚乙烯复合管气体渗透性测定的样品规格尺寸参考表A.2~表A.7。

A.2钢丝焊接骨架增强聚乙烯复合管尺寸及公称压力（内径系列1）

10

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公称压力

公称内径ID平均外径平均外径极限偏差壁厚壁厚极限偏差

MPa

mmmmmmmmmm

油、水及混合输送气体输送

+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钢丝焊接网骨架增强聚乙烯复合管尺寸及公称压力（内径系列2）

公称压力

公称

平均内径MPa

内径平均

极限偏差油、水及混合输送气体输送

ID内径

mm1.01.62.54.01.61.00.80.4

mm

公称壁厚en及极限偏差

+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钢丝焊接网骨架增强聚乙烯复合管尺寸及公称压力（外径系列）

公称公称压力，MPa

平均外径

外径油、水及混合输送气体输送

及偏差

OD1.01.62.54.01.61.00.80.4

mm

mm公称壁厚en及极限偏差

+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

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+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钢板网骨架增强聚乙烯复合管尺寸及公称压力

公称压力

公称外径OD平均外径极限偏差壁厚en壁厚极限偏差

MPa

mmmmmmmm

油、水及混合输送气体输送

+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钢丝缠绕骨架增强聚乙烯复合管尺寸及公称压力

公称外径OD平均外径极限偏差壁厚en壁厚极限偏差公称压力，MPa

mmmmmmmm油、水及混合输送气体输送

+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

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表A.7钢丝缠绕骨架增强聚乙烯复合管尺寸及公称压力（中高压）

平均外（油、水及混合输送）公称压力

公称

径极限MPa

外径

偏差2.02.53.04.05.06.38.010.012.016.0

OD

mm壁厚en及极限偏差

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