天然气是一种优质清洁的能源,对改善人民生活、支持国民经济发展、保护环境方面发挥着重要作用。天然气管道运输系统是天然气生产和运用过程中的重要环节,其中城镇天然气管道运输系统与人民的生产生活息息相关。由于聚乙烯管道具有使用寿命长、耐腐蚀能力强、柔韧性好、低摩擦阻力、重量轻、连接方便等特点,广泛使用于城镇天然气管道运输系统中。城镇燃气PE管道多位于人口密集区域,失效后果严重。随着使用时间的增加,部分燃气PE管道已接近设计寿命,因此城镇燃气PE管道老化失效已成为安全问题之一。研究表明,聚乙烯材料的老化寿命受环境因素的影响,且微观性能变化可以反映其老化速率。因此,根据城镇燃气聚乙烯管道的实际工况,研究温度、压力对城镇聚乙烯管道的影响规律,探寻宏观性能研究与微观机理研究的关系,改进已有的聚乙烯管道老化试验平台和计算方法,提出在役城镇燃气PE管道承压热氧老化寿命预测计算模型,为城镇燃气管道安全运行及延寿提供技术支持和安全保障。论文主要从以下方面进行研究:(1)改进燃气聚乙烯管道承压热氧老化试验平台,完成不同温度(353 K,363 K,373 K和383 K)和不同压力(0 MPa,0.1 MPa,0.2 MPa,0.3 MPa和0.4 MPa)下燃气聚乙烯管道承压热氧老化试验,得到承压老化聚乙烯管道。(2)利用拉伸测试方法,测量承压老化聚乙烯管道的最大拉力,分析不同老化时间、环境温度和压力对燃气聚乙烯管道最大拉力的影响。根据试验数据,分析了最大拉力在阿伦尼乌斯公式中的适用性,根据阿伦尼乌斯公式计算在不同压力下聚乙烯管道的老化速率,分析了最大拉力与老化速率间的影响关系,建立了基于拉伸测试的燃气聚乙烯管道承压热氧老化寿命预测模型,但此方法不适合在役检测。(3)对老化聚乙烯管道的内壁,中层和外壁三层分别使用DSC测量承压老化聚乙烯管道的氧化诱导期测试,分析管道壁厚对氧化诱导期的影响和不同老化时间,环境温度和压力对燃气聚乙烯管道的氧化诱导期的影响。根据试验数据,分析了进行差示热量扫描法测试采样点的合理选取位置及氧化诱导期在阿伦尼乌斯公式中的适用性,根据阿伦尼乌斯公式计算在不同压力下的聚乙烯管道的老化速率,分析了氧化诱导期与老化速率间的影响关系,建立了基于DSC测试的燃气聚乙烯管道承压热氧老化寿命预测模型。此方法适用于在役检测,但仍基于单一温度因素的计算,缺乏基于压力和温度因素的计算方法。(4)对不同温度和压力下承压热氧老化聚乙烯管道进行熔体流动速率测试,分析不同老化时间,环境温度和压力对燃气聚乙烯管道密度的影响。并基于分子动力学模拟的方法,对聚乙烯管道的微观分子模型进行不同温度(313 K,323 K,333 K,343 K,353 K,363 K,373 K和383 K)和不同压力(0MPa,0.1 MPa,0.2 MPa,0.3 MPa和0.4 MPa)下承压热氧老化仿真,分析不同老化时间,环境温度和压力对聚乙烯管道密度的影响,探寻微观性能变化与宏观性能变化之间的关系,为建立符合工况条件下的微观老化聚乙烯管道的寿命预测奠定基础。(5)研究压力对于老化燃气聚乙烯管道寿命的影响。完成不同温度(318K,328 K,338 K和348 K)和不同压力(0 MPa,0.1MPa,0.2 MPa,0.3 MPa和0.4 MPa)下燃气聚乙烯管道承压热氧老化试验,得到相应的承压老化聚乙烯管道。然后分别进行拉伸测试、差示热量扫描法测试和熔体流动速率测试,分析最大拉力、氧化诱导期和熔体流动速率的比例变化关系,提出采用氧化诱导期进行寿命预测的合理性。根据测试结果,建立含有压力因素的燃气PE管道寿命预测模型,提出承压下城镇燃气PE管道的剩余寿命预测方法。此方法是基于压力和温度因素的计算方法,可作为城镇燃气PE管道的剩余寿命预测方法。(6)研究一种对在役城镇燃气PE管道寿命评估方法。依据某在役燃气PE管道的使用情况,运用承压下城镇燃气PE管道剩余寿命预测方法进行工程验证,提出一种不会影响天然气PE管道正常运行的寿命检测方法。这种方法不仅适用于燃气PE管道,对于其他相似工况的塑料管道也适用。