Áp suất hoạt động CPVC

Giới thiệu về xếp hạng áp lực

Để được sử dụng trong các hệ thống đường ống áp lực, mọi vật liệu phải chứng minh bằng thử nghiệm khả năng chịu áp của nó. Điều này đảm bảo rằng các nhà máy và cơ sở đang tích hợp các đường ống có thể đáp ứng nhu cầu về độ bền thủy tĩnh trong dài hạn (long-term hydrostatic strength-LTHS) của các ứng dụng của họ.

ASTM, ISO và Hội đồng quản trị ứng suất thủy tĩnh của Viện ống nhựa (PPI) đã phát triển một số phương pháp thử nghiệm để xác minh độ bền thủy tĩnh dài hạn (LTHS) của các hợp chất nhựa nhiệt dẻo (ví dụ: polyvinyl clorua clo hóa (CPVC). Các phương pháp này kết hợp các yếu tố thiết kế đảm bảo rằng cường độ vật liệu đầy đủ được dành riêng cho các yếu tố bên cạnh việc chịu áp lực, chẳng hạn như ứng suất liên quan đến lắp đặt, biến đổi và phơi nhiễm hóa chất.

Tính toán mức áp suất không dễ như tăng áp suất trong đường ống cho đến khi nó vỡ. Các thử nghiệm độ bền kéo ngắn hạn không phải là chỉ số tốt về độ bền lâu dài của nhựa nhiệt dẻo, cũng như với kim loại. Vì lý do này, LTHS đường ống nhựa được xác định bằng cách phân tích ứng suất so với thời gian vỡ (nghĩa là vỡ ứng suất). Dữ liệu này bao gồm thời gian thử nghiệm không dưới 10.000 giờ và được lấy từ thử nghiệm áp suất bền vững của đường ống được làm từ vật liệu.

Để hiểu cách tính áp suất CPVC, bạn sẽ lần lượt hiểu các khái niệm và hướng dẫn dưới đây

Phương pháp thử nghiệm nhiệt dẻo tiêu chuẩn

Có hai phương pháp chính để xác định vật liệu đường ống cường độ thủy tĩnh dài hạn. Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn ASTM D2837, để lấy cơ sở thiết kế thủy tĩnh cho vật liệu ống nhựa nhiệt dẻo hoặc cơ sở thiết kế áp suất cho các sản phẩm ống nhựa nhiệt dẻo được sử dụng phổ biến nhất ở Hoa Kỳ. Cái khác là ISO 9080, bạn có thể đọc về đây.

Phương pháp của ASTM bao gồm các bước sau:

• Xác định giá trị Ứng suất thủy tĩnh dài hạn (LTHS).
• Sử dụng giá trị LTHS của nó để xác định danh mục Cơ sở Thiết kế Thủy tĩnh (HDB).
• Nhân HDB với một yếu tố thiết kế để đưa ra Ứng suất Thiết kế thủy tĩnh, hoặc ứng suất cho phép tối đa.

Hãy xem  hướng dẫn cách tính các giá trị này theo tiêu chuẩn này.

Lưu ý quan trọng: ASTM D2837 không xác định xếp hạng áp suất cho chính đường ống, mà là cường độ thủy tĩnh dài hạn của vật liệu nhiệt dẻo. Ở phần cuối của bài đăng này, chúng tôi đã bao gồm công thức mà họ sử dụng để tìm ra một mức áp suất đường ống.

Cách tính cường độ thủy tĩnh dài hạn

Như đã đề cập trước đây, LTHS được xác định bằng cách phân tích ứng suất dữ liệu so với thời gian vỡ (nghĩa là vỡ ứng suất).

Để xác định giá trị LTHS của CPVC, mẫu vật làm bằng vật liệu được thử nghiệm ở các mức độ căng thẳng khác nhau. Mức độ căng thẳng được chọn sẽ làm cho đường ống bị vỡ ở các khoảng thời gian được phân phối trong phạm vi từ 10 giờ đến hơn 10.000 giờ. Đối với xếp hạng áp suất ở 180 ° F, thời gian thử nghiệm được PPI yêu cầu vượt quá 16.000 giờ.

Dữ liệu ứng suất so với thời gian thất bại sau đó được vẽ thành họa độ với tỉ lệ đo log / log nơi chúng sẽ tạo thành một đường thẳng có thể phù hợp bằng phân tích hồi quy tuyến tính. Đường thẳng này sau đó được ngoại suy để xác định mức độ căng thẳng sẽ dẫn đến thời gian vỡ 100.000 giờ.

Khi dữ liệu trên thực tế là tuyến tính theo thang đo log / log, đó là một thực tế thường được chấp nhận để ngoại suy một đơn vị nhật ký qua điểm dữ liệu dài nhất. (tức là, 1000 giờ có thể được ngoại suy thành 10.000; hoặc 10.000 giờ có thể được ngoại suy thành 100.000.)

Trong hầu hết các trường hợp, mức độ căng thẳng ngoại suy ở mức 100.000 giờ được sử dụng làm giá trị Độ bền thủy tĩnh (LTHS) của vật liệu. Trong một số trường hợp, kết quả xác thực dữ liệu thống kê (được thảo luận dưới đây) có thể yêu cầu mức độ căng thẳng ngoại suy ở 50 năm được sử dụng làm giá trị LTHS của vật liệu.

Xác thực dữ liệu

Để đảm bảo cường độ 100.000 giờ là phù hợp và đáng tin cậy, có một vài cơ chế xác nhận được áp dụng cho phương pháp:

• Tính giới hạn tin cậy thấp hơn hai mặt (LCL): Các điểm dữ liệu thấp nhất trên biểu đồ điểm phân tán ứng suất so với thời gian được phân tích bằng hồi quy tuyến tính để xác định giá trị LCL. Nếu giá trị này không nằm trong 15 phần trăm của giá trị LTHS, dữ liệu được coi là không sử dụng được.
• Tính cường độ 50 năm: Dữ liệu LTHS cũng được sử dụng để tính giá trị cường độ 50 năm. Nếu giá trị này nhỏ hơn 80 phần trăm của giá trị cường độ 100.000 giờ, giá trị 50 năm được sử dụng để xác định Cơ sở Thiết kế Thủy tĩnh. Điều này giúp tính toán các vật liệu có độ dốc hồi quy dốc hơn.

Đường hồi quy 73 ° F (23 ° C) điển hình và đồ thị ngoại suy.

Đối với các vật liệu đường ống, chẳng hạn như Polyetylen (PE), có thể trải qua sự cố oxy hóa, cần phải xác nhận bổ sung để đảm bảo rằng giá trị cường độ 10.000 giờ có thể được ngoại suy đáng tin cậy đến 100.000 giờ. Điều này là không cần thiết cho CPVC.

Khi giá trị LTHS đã được xác định bằng phân tích hồi quy và xác nhận thống kê, cơ sở Thiết kế thủy tĩnh (HDB) được xác định bằng cách phân loại giá trị LTHS như được định nghĩa trong ASTM D2837.

Sử dụng hệ số thiết kế để tính toán ứng suất thiết kế thủy tĩnh

Nhóm cơ sở thiết kế thủy tĩnh (HDB) là thước đo hiệu suất sức mạnh cuối cùng của vật liệu, nhưng trong các ứng dụng công nghiệp trong thế giới thực, điều quan trọng là phải tính đến thực tế rằng căng thẳng bên trong sẽ không phải là biến số duy nhất có thể ảnh hưởng đến hiệu suất dài hạn .

Vì lý do này, Hội đồng Thiết kế Thủy tĩnh (PPI) đã quyết định bằng cách đồng thuận rằng giá trị HDB của vật liệu phải được nhân với hệ số thiết kế để xác định ứng suất áp suất tối đa cho phép của vật liệu, hoặc ứng suất thiết kế thủy tĩnh (HDS).

Yếu tố thiết kế này dựa trên hai nhóm biến:

• Các biến sản xuất và kiểm tra, cụ thể: các biến thể thông thường trong vật liệu, sản xuất, kích thước, kỹ thuật xử lý tốt và quy trình đánh giá.
• Các biến ứng dụng và sử dụng, cụ thể: lắp đặt, môi trường, nhiệt độ, nguy cơ liên quan, tuổi thọ mong muốn và mức độ tin cậy được chọn.

Đối với các ứng dụng nước, người ta đã xác định rằng nên áp dụng hệ số thiết kế 0,5 cho đường ống CPVC để tính các biến này. Đối với các quy trình hóa học, một kỹ sư có thể quyết định áp dụng hệ số thiết kế nhỏ hơn 0,5 dựa trên nhu cầu của quy trình.

Xếp hạng áp suất ống

Phần trước được thiết kế để tính toán ứng suất cho phép tối đa đối với vật liệu đường ống, chứ không phải tính áp suất CPVC thực tế. Để tính áp suất CPVC, hay xác định xếp hạng áp lực đường ống, đường kính ống và độ dày thành ống cũng cần phải được tính đến.

Ứng suất thủy tĩnh của vật liệu được cài vào phương trình sau để xác định mức áp suất đường ống:

S = P (D-t) / (2t)

Hoặc là

S = P (d + t) / (2t)

Trong đó:

S = Căng thẳng
P = Áp suất
D = Đường kính ngoài trung bình
d = Đường kính bên trong trung bình
t = Độ dày tường tối thiểu

Ví dụ …

ống Corzan CPVC 4″ SCH80 loại 4120 ở 73 ° F (23 ° C)

2000 [psi] = P * (4,5 [in] – 0,337 [in]) / (2 * 0,337 [in])

P = 324 [psi] ≈ 320 [psi] ở 73 ° F

ống Corzan CPVC 4″ SCH80 loại 4120 ở 180 ° F (82 ° C)

500 [psi] = P * (4,5 [in] – 0,337 [in]) / (2 * 0,337 [in])

P = 81 [psi] ≈ 80 [psi] ở 180 ° F

Giá trị thu được từ công thức này là xếp hạng áp suất mà bạn sẽ thấy được in trên mặt ống. Nó dựa trên hiệu suất đường ống ở 73 ° F trong một ứng dụng nước.

Hoạt động tại nhiệt độ khác

Xếp hạng áp suất cho các ống CPVC đã được xác định theo kinh nghiệm theo các phương pháp được nêu ở trên ở 73 ° F và 180 ° F. Khi vận hành ở nhiệt độ khác, các yếu tố giảm dần được cung cấp trong ASTM F441 nên được áp dụng bởi kỹ sư thiết kế hệ thống. Các yếu tố giảm nhiệt độ cho đường ống có được bằng cách nội suy các xếp hạng ở 73 ° F và 180 ° F.

Xin lưu ý: Hệ số giảm dần này được tính thêm vào yếu tố thiết kế (0,5), đã được tính đến.

Sử dụng theo quyết định của bạn

Cuối cùng, đánh giá áp lực đường ống là một hướng dẫn, và các kỹ sư nhà máy nên đánh giá đầy đủ các nhu cầu của hệ thống đường ống của họ trước khi chọn vật liệu. Tính áp suất CPVC rất quan trọng khi lựa chọn phù hợp với điều kiện hoạt động của hệ thống công nghiệp.

Cụ thể, xem xét nhiệt độ hoạt động tối đa, chênh lệch nhiệt độ, áp suất bên ngoài, hóa chất, căng thẳng bên ngoài và tiếp xúc với tia cực tím. Tùy thuộc vào ứng dụng của bạn, áp dụng xếp hạng yếu tố thiết kế của riêng bạn để bảo vệ hệ thống của bạn khỏi bị gián đoạn.

Thông tin thêm

Nếu bạn có thắc mắc, hoặc quan tâm đến cách tính xếp hạng áp lực trong ứng dụng của bạn (Tính áp suất CPVC), vui lòng liên hệ với nhóm chuyên gia kỹ thuật và sản phẩm của chúng tôi. Chúng tôi luôn luôn sẵn lòng để trò chuyện.

Xem thêm bài viết liên quan

Mua CPVC ở đâu chất lượng và giá tốt nhất? – TCG (tctoancau.com)

Xếp hạng áp suất ống CPVC: Nó được xác định như thế nào? (tctoancau.com)

Áp suất hoạt động ống CPVC (tctoancau.com)

Hiệu suất dài hạn của Corzan CPVC – TCG (tctoancau.com)