二甲醚介質中有機材質性能變化的預測方法

2023-12-06 08:21:31

專利名稱：二甲醚介質中有機材質性能變化的預測方法
技術領域：
本發明屬於城市燃氣用二甲醚的應用領域，特別涉及一種二甲醚 介質對有機材質性能變化的預測方法，以判斷二甲醚對有機材質的溶 解腐蝕性，進而對材質性能退化到一定程度的使用時間進行估算。
背景技術：
在常規條件下有機材質的壓縮永久變形、拉伸強度、浸泡質量變 化率等性能已有測定方法。二甲醚介質對有機材質有較強的溶解腐蝕 作用，二甲醚與有機材質接觸後，隨時間的推移，材質性能會發生變 化而影響其使用效果。目前，有機材質在二甲醚介質中的性能隨時間 變化的規律無法確定，二甲醚介質對有機材質的溶解腐蝕性無法預 測。

發明內容
本發明的目的就在於提供一種二甲醚介質中有機材質性能變化 的預測方法，該方法提出一種利用在加溫下介質中材質試驗數據來預 測在常溫下與二甲醚介質相接觸材質性能的方法。
本發明的技術方案是 一種二甲醚介質中有機材質性能變化的預 測方法，其特徵在於①根據材質使用要求而選擇定性參數，當材 質用作密封材料時，定性參數選擇永久變形率；當材質用作皮膜材料 時，定性參數選擇拉伸強度變化率；當材質與液相二甲醚接觸時，定性參數選擇二甲醚浸泡質量變化率；②根據材質試樣定性參數的數 據，採用相關係數法確定溶解腐蝕過程時間指數n，並計算出不同溶 解腐蝕溫度r下有機材質溶解腐蝕過程速度常數;t和積分常數ln"③ 根據不同溶解腐蝕過程的溫度r和有機材質溶解腐蝕過程的速度常 數h得出溶解腐蝕速度指前因子*。和活化能￡，進而得到材質性能 隨時間的變化規律； 根據計算得到的溶解腐蝕過程等效溫度7;， 得到等效溫度7;下的溶解腐蝕過程速度常數&; ◎計算該材質達到 設定的定性參數值j。時的使用壽命估算值/。。
上述溶解腐蝕過程時間指數w和在不同溶解腐蝕溫度r下有機材 質溶解腐蝕過程速度常數)t是根據公式in(1->o = in"-fe (當"=1時)或
ln
l一(l-力1—")
(1 —")
-lna-h (當""時)，由ln(1-力或!n
1-(1-力'-") (1 —")
與^進行回歸
得出,
上述溶解腐蝕速度指前因子*。和活化能￡是根據公式A = A。e 導出的公式l"-in^-i;/7 r，由i"與i/:r迸行回歸得出，其中，^為 溶解腐蝕速度指前因子，￡為溶解腐蝕過程表觀活化能J/mo1， / 為通 用氣體常數為8. 314 J/(mo1 K)， r為溶解腐蝕過程絕對溫度。
上述二甲醚溶解腐蝕等效溫度z;可根據公式
導出的公式^ =
,=1
計算,
、w .
其中，M為l年中相同溫度時間段，並設不同溫度z;時間段溶解腐蝕
過程的效果之和等於在等效溫度時溶解腐蝕過程的總體效果。 上述等效溫度7;下的溶解腐蝕過程速度常數&可由式上述材質使用壽命估算值可根據公式^==[ln"m-ln(l-w]a或
formula see original document page 6
^計算，ln^為不同溫度下積分常數lna的算術
平均值。
本發明的優點是只要用短時間的實測數據，就可以得到有機 材質在二甲醚介質中的性能隨時間變化的規律，進而對材質性能退化 到一定程度的使用時間進行估算，達到對二甲醚介質中有機材質使用 壽命的快速預測。
具體實施例方式
本發明提出的方法由下述部分組成
(1)定性參數選擇與測定方法。
定性參數是根據材質使用要求選定的性能變化率參數。永久變形 率為材質與氣態二甲醚介質接觸後的壓縮永久變形；拉伸強度變化率 為材質與氣態二甲醚介質接觸後拉伸強度的降低值與原始材質拉伸 強度之比；二甲醚浸泡質量變化率為材質與液態二甲醚介質接觸並經 一定時間乾燥後的降低值與原始材質浸泡前質量之比。當材質用作密 封材料時，定性參數選擇永久變形率；當材質用作皮膜材料時，定性 參數選擇拉伸強度變化率；當材質與液相二甲醚接觸時，定性參數選 擇二甲醚浸泡質量變化率。
材質的性能測量裝置由恆溫裝置、恆壓裝置、試驗罐、材質性能 測量儀器等組成。試驗罐中裝有實際測試介質和與其密切接觸的材質 試樣，根據需要選擇一定的溫度或壓力條件，測定延續不同時間後材質的定性參數。 一個定性參數至少需要在4個溫度下，分別測定4個 以上延續不同時間後的性能參數值。
(2)計算溶解腐蝕過程時間指數確定和不同溶解腐蝕溫度下材 質溶解腐蝕過程速度常數。
對於一般的溶解腐蝕過程而言，設^為溶解腐蝕過程定性參數， 為溶解腐蝕過程時間指數，/為溶解腐蝕過程時間(d)， A為溶解腐 蝕過程速度常數(d—')，則溶解腐蝕過程速率dWd/與溶解腐蝕過程速 度常數、溶解腐蝕過程定性參數、溶解腐蝕過程時間指數的關係為
formula see original document page 7
當《 = 1時，由式(l)積分得
formula see original document page 7
當"1時，由式(l)積分得:formula see original document page 7根據上述方法在不同溫度下，測定到的不同時間後的定性參數
值，利用式(2)和式(3)能計算出不同溶解腐蝕溫度r下，材質溶解腐 蝕過程速度常數"當"i時，先假設一個溶解腐蝕過程時間指數w，
利用式(3)對formula see original document page 7進行回歸，取相關係數最佳時的溶解腐 蝕過程時間指數w作為該組試驗數據的w值，再利用此w值計算出不同
溶解腐蝕溫度r下的材質溶解腐蝕過程速度常數先。
(3)計算溶解腐蝕過程表觀活化能和溶解腐蝕速度指前因子。 按化學反應動力學的理論，設&為溶解腐蝕速度指前因子8.314 J/(mo1 K)], r為溶解腐蝕過程絕對溫度(K)，則溶解腐蝕過 程速度常數a為
先=^e—￡/"r (4)
將上式改寫為
ln* = ln;t0—(5) 利用式(5),根據上述方法計算出的不同溶解腐蝕過程的溫度r
和有機材質溶解腐蝕過程的速度常數h對ha l/r進行回歸，可得
到i"。(或溶解腐蝕速度指前因子/0和活化能五。
(4)計算溶解腐蝕過程等效溫度。
設 ;為溶解腐蝕過程年等效溫度(K)，將l年分為m個相同溫度 的時間段，並設不同溫度7;時間段溶解腐蝕過程的效果之和等於在等
效溫度時溶解腐蝕過程的總體效果，應有
M。e-歸e4。2(e—,) (6)
1
則溶解腐蝕過程等效溫度為
— 一￡"
re=~r^-^ (7)
V '=1 」
(5)估算使用壽命。
將測得的溶解腐蝕過程速度指前因子ifc。、溶解腐蝕過程表觀活化
能e和等效溫度re帶入式(4)，可計算出等效溫度re下的溶解腐蝕過
程速度常數^ 。
然後，將等效溫度下的溶解腐蝕過程速度常數&和設定要達到的
定性參數值X帶入式(8)或式(9)，可得出在等效溫度下達到該定性參數值的時間。即該材質使用壽命的估算值。當""時^的計算式為式 (8)， n"時^的計算式為式(9):
/e ==[lna-ln(1-少e)]/夂 (8)
(l-")formula see original document page 9
權利要求
1、一種二甲醚介質中有機材質性能變化的預測方法，其特徵在於①根據材質使用要求而選擇定性參數，當材質用作密封材料時，定性參數選擇永久變形率；當材質用作皮膜材料時，定性參數選擇拉伸強度變化率；當材質與液相二甲醚接觸時，定性參數選擇二甲醚浸泡質量變化率；②根據材質試樣定性參數的數據，採用相關係數法確定溶解腐蝕過程時間指數n，並計算出不同溶解腐蝕溫度T下有機材質溶解腐蝕過程速度常數k和積分常數lna；③根據不同溶解腐蝕過程的溫度T和有機材質溶解腐蝕過程的速度常數k，得出溶解腐蝕速度指前因子k0和活化能E，進而得到材質性能隨時間的變化規律；④根據計算得到的溶解腐蝕過程等效溫度Te，得到等效溫度Te下的溶解腐蝕過程速度常數ke；⑤計算該材質達到設定的定性參數值ye時的使用壽命估算值te。
2、 根據權利要求1所述的二甲醚介質中有機材質性能變化的預 測方法，其特徵在於上述溶解腐蝕過程時間指數"和在不同溶解腐蝕溫度r下有機材質溶解腐蝕過程速度常數;t是根據公式hi(1-;;)-hi"-fo (當"zz1時)或h「l-(1-力")]—!na fo(當""時)，由ln(l —少)(卜")'ln力'—")與r進行回歸得出。(卜")
3、根據權利要求1所述的二甲醚介質中有機材質性能變化的預測方法，其特徵在於上述溶解腐蝕速度指前因子*。和活化能￡是根據公式& = ^—￡/^導出的公式ln"h^-w及r，由i"與i/r進行回歸化能J/mo1， i 為通用氣體常數為8.314J/(mo1 ，K)，r為溶解腐蝕過 程絕對溫度。
4、 根據權利要求1所述的二甲醚介質中有機材質性能變化的預 測方法，其特徵在於上述二甲醚溶解腐蝕等效溫度7;可根據公式導出的公式K -^計算。formula see original document page 3其中，M為l年中相同溫度時間段，並設不同溫度 ;時間段溶解腐蝕 過程的效果之和等於在等效溫度時溶解腐蝕過程的總體效果。
5、 根據權利要求1所述的二甲醚介質中有機材質性能變化的預測方法，其特徵在於上述等效溫度 ;下的溶解腐蝕過程速度常數^可由式i"e =i"。-￡// 7;得到。
6、根據權利要求1所述的二甲醚介質中有機材質性能變化的預測方法，其特徵在於上述材質使用壽命估算值可根據公式 ,e=[ln m-hi(1-W/^或,=<flna —1n卩-d"'廣")11"計算，ln 為不同溫度￡ L m L (卜")」J ' 下積分常數iM的算術平均值。
全文摘要
一種二甲醚介質中有機材質性能變化的預測方法，①根據材質使用要求而選擇定性參數；②根據材質試樣定性參數的數據確定溶解腐蝕過程時間指數n，並計算出不同溶解腐蝕溫度T下有機材質溶解腐蝕過程速度常數k和積分常數lna；③得出溶解腐蝕速度指前因子k0和活化能E，進而得到材質性能隨時間的變化規律；④得到等效溫度Te下的溶解腐蝕過程速度常數ke；⑤計算該材質達到設定的定性參數值ye時的使用壽命估算值te。本發明的優點是只要用短時間的實測數據，就可以得到有機材質在二甲醚介質中的性能隨時間變化的規律，進而對材質性能退化到一定程度的使用時間進行估算，達到對二甲醚介質中有機材質使用壽命的快速預測。
文檔編號G01N17/00GK101598659SQ20081005343
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月5日 優先權日2008年6月5日
發明者嚴榮松, 明 嶽, 軍 李, 啟 王, 趙自軍, 睿 鞠, 項友謙 申請人:中國市政工程華北設計研究院