Tổng quan về yêu cầu thử áp suất ống chất dẻo trong hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam – Phần 1

Ngày 14/09/2016 10:26
Ống, phụ tùng đường ống chất dẻo nói chung đều được thiết kế và sản xuất theo các tiêu chuẩn riêng cho từng loại vật liệu nhằm đảm bảo tính đồng nhất về tính chất và yêu cầu đối với vật liệu; tạo ra sự thống nhất về kích thước và dung sai cho phép; quy định các phương pháp kiểm soát chất lượng và quá trình sản xuất; đưa ra việc đánh giá xếp hạng khả năng chịu áp, chịu nhiệt của ống và phụ tùng theo tiêu chuẩn; đồng thời cung cấp khả năng thay lẫn giữa ống và phụ tùng được sản xuất theo tiêu chuẩn nhất định.

Chưa có ảnh

Hình 1: Ứng suất sinh ra khi ống chịu áp suất bên trong

Đối với hệ thống Tiêu chuẩn Quốc gia – TCVN về ống chất dẻo đã có tương đối đầy đủ về các yêu cầu kỹ thuật cho các loại ống chất dẻo như PVC, PP, PE, HDPE,… Trong đó đã đưa ra một cách đầy đủ các yêu cầu về kích thước, đặc tính cơ học, thủy lực, vật lý theo từng cấp ống cụ thể và các phương pháp thử nghiệm cho mỗi chỉ tiêu. Việc thiết kế lựa chọn đúng loại vật liệu ống, đúng phân nhóm ống, đòi hỏi phải có mức độ am hiểu về các điều kiện vận hành hệ thống, những điểm mạnh và điểm yếu của từng loại vật liệu ống. Trong đó việc lựa chọn đúng cấp độ chịu áp suất của ống là một lựa chọn không thể thiếu và rất quan trọng khi thiết kế hệ thống đường ống bằng chất dẻo trong điều kiện chịu áp suất.

Khả năng chịu áp của ống chất dẻo trong hầu hết các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế được thể hiện bằng áp suất danh nghĩa ký hiệu là PN (nominal pressure). Áp suất danh nghĩa PN của ống tương đương với áp suất làm việc liên tục tính bằng bar, được đưa ra dựa trên hệ số thiết kế và độ bền yêu cầu tối thiểu. Thử nghiệm khả năng chịu áp suất của ống là một yêu cầu bắt buộc trong tất cả các tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật đối với các loại vật liệu ống bằng chất dẻo. Yêu cầu này quy định ống không bị hư hỏng trong suốt quá trình thử nghiệm ngắn hạn và dài hạn.

Trong quá trình vận hành ống, áp suất của chất lỏng bên trong ống sẽ tạo ra hai loại ứng suất chính: một ứng suất chạy dọc theo trục ống thường được gọi là ứng suất hướng trục (longitudinal stress) và ứng suất khác chạy dọc theo chu vi của ống gọi là ứng suất vòng (hoop stress). Ứng suất vòng thường bằng hai lần ứng suất hướng trục nên trong thiết kế đường ống chịu áp thì ứng suất vòng thường được quan tâm nhiều hơn so với ứng suất hướng trục. Ứng suất vòng không đổi trên toàn bộ chiều dày thành ống và thường có xu hướng ứng suất vòng bên trong lớn hơn bên ngoài ống. Xu hướng này tăng mạnh với loại vật liệu có độ cứng cao và ống có chiều dày thành lớn. 

Đối với mỗi loại vật liệu ống đều có một ứng suất vòng không đổi. Điều này có nghĩa rằng khi cấp áp suất danh nghĩa cao hơn, chiều dày thành ống cũng phải tăng lên và áp suất bên trong được tính toán dựa trên ứng suất vòng của vật liệu, đường kính và chiều dày thành ống được đưa ra trong TCVN 6149-1 (ISO 1167-1).

Bài viết này đưa ra tóm tắt phương pháp thử nghiệm và hệ thống hóa về các yêu cầu kỹ thuật được quy định trong hệ thống Tiêu chuẩn Quốc gia –TCVN đối với tính chất chịu áp suất bên trong của các loại ống chất dẻo thông dụng đang có mặt trên thị trường Việt Nam.

Phương pháp thử nghiệm – TCVN 6149 (ISO 1167)

Phương pháp thử nghiệm độ bền với áp suất bên trong ống chất dẻo được quy định trong tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6149 “Ống, phụ tùng và hệ thống phụ tùng bằng nhựa nhiệt dẻo dùng để vận chuyển chất lỏng – Xác định độ bền với áp suất bên trong”. Bộ tiêu chuẩn này gồm 4 phần: TCVN 6149-1:2007 đưa ra các yêu cầu về thiết bị thử nghiệm, cách tiến hành thử nghiệm và báo cáo thử nghiệm; các phần TCVN 6149-2:2007, TCVN 6149-3:2009, TCVN 6149-4:2009 là các tiêu chuẩn mô tả phương pháp chuẩn bị mẫu thử tương ứng với từng trường hợp cụ thể: ống, các chi tiết phụ kiện hoặc tổ hợp lắp ghép thử nghiệm. Bộ tiêu chuẩn này được xây dựng trên cơ sở tương đương với 4 phần tương ứng của tiêu chuẩn quốc tế ISO 1167.

Nguyên tắc thử nghiệm là mẫu thử sau khi được điều hòa trong một thời gian quy định phụ thuộc vào chiều dày thành ống được quy định trong Bảng 1 của TCVN 6149-1:2007, mẫu thử chịu một áp suất thủy tĩnh bên trong không đổi trong một khoảng thời gian xác định hoặc cho đến khi các mẫu bị phá hủy. Trong suốt quá trình thử nghiệm, các mẫu thử được giữ trong một môi trường nhiệt độ không đổi qui định. Có ba môi trường thử nghiệm tiêu chuẩn là nước trong nước, nước trong một chất lỏng khác và nước trong không khí.

Áp suất thử phải được tính toán trước dựa trên ứng suất vòng (s) được quy định trong các yêu cầu kỹ thuật riêng cho từng loại vật liệu ống và các kích thước về đường kính và chiều dày thành ống đo được trên mẫu thử hoặc kích thước danh nghĩa của mẫu thử. Công thức tính áp suất thử có thể tính theo 3 công thức tiêu chuẩn sau đây:

Tính áp suất thử dựa trên đường kính ngoài trung bình (dem) và chiều dày thành tối thiểu (emin) của mẫu thử:


Tính áp suất thử dựa trên đường kính ngoài danh nghĩa (dn) và chiều dày thành danh nghĩa (en) của mẫu thử:


Hoặc tính áp suất thử dựa trên tỷ số kích thước chuẩn (SDR – là tỷ số giữa đường kính ngoài danh nghĩa và chiều dày thành danh nghĩa) của ống lấy làm mẫu thử:


Mẫu thử được giữ bằng cách treo trong một môi trường được kiểm soát nhiệt độ. Thời gian và nhiệt độ thử nghiệm của ống được quy định trong các yêu cầu kỹ thuật ứng với từng loại ống chất dẻo cụ thể. 


Hình 2: Hệ thống thiết bị thử nghiệm tại
Viện Vật liệu xây dựng – Bộ Xây dựng

Kết thúc phép thử khi đạt thời gian quy định hoặc khi mẫu thử xuất hiện sự phá hủy hoặc rò rỉ. Có hai kiểu phá hủy cơ bản là phá hủy gẫy giòn (Brittle) và phá hủy chảy dẻo (Ductile) như hình 3.


a) Phá hủy dẻo                                                                b) Phá hủy giòn
Hình 3: Kiểu phá hủy mẫu điển hình khi thử nghiệm chịu áp


>> Xem tiếp Phần 2

Trung tâm Thông tin

Thăm dò ý kiến

Lĩnh vực nào bạn quan tâm nhiều nhất trên website?



OK  Kết quả