Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8199:2009 Ống nhựa nhiệt dẻo dùng để vận chuyển chất lỏng

• Số hiệu: TCVN8199:2009
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2009

A pcS4 hoặc scS4 X áp suất thử, p, hoặc ứng suất vòng, s Y chiều dài vết nứt/đường kính ống danh nghĩa, lc/dn

1 chiều dài đo nhỏ nhất 2 chiều dài vết nứt tới hạn 3 chiều dài vết nứt hợp lệ nhỏ nhất

Hinh A.1 – Đồ thị dữ liệu thử đặc trưng để xác định áp suất tới hạn, p_cS4, hoặc ứng suất vòng tới hạn, s_cS4

A.6 Ước lượng áp suất tới hạn khi không có kết quả thử phát triển vết nứt

Một phép thử với các kết quả về sự ngăn chặn vết nứt chỉ ra rằng áp suất tới hạn đối với sự phát triển vết nứt lớn hơn áp suất thử.

Để công nhận các phép thử mà trong đó xảy ra sự ngăn chặn vết nứt ở áp suất ³ 6 bar, một loạt các phép thử được thực hiện ở các áp suất tăng từng 0,2 MPa một từ 0,6 MPa lên đến tối đa 1 MPa.

A.7 Phân tích để xác định ứng suất vòng tới hạn

Đối với từng ống thử, tính ứng suất vòng, s, theo megapascal, sử dụng phương trình (A.1):

                                     (A.1)

Trong đó

p là áp suất thử, tính bằng megapascal;

...

...

...

e_t là chiều dày thành trung bình của ống thử dọc theo vết nứt chính, tính bằng milimét.

Vẽ đồ thị quan hệ giữa chiều dài vết nứt và ứng suất vòng (xem Hình A.1).

Ứng suất vòng tới hạn, s_cS4, được định nghĩa là ứng suất vòng ngăn chặn vết nứt lớn nhất ở bên dưới ứng suất vòng phát triển vết nứt nhỏ nhất (xem Hình A.1).

Nên lựa chọn áp suất thử lần lượt ở trên và dưới giá trị mong muốn của p_cS4 hoặc s_cS4.

A.8 Thông tin bổ sung

Việc thu được các điều kiện ban đầu ở 0 °C đối với ống PE 100 và ống PE 80 thành mỏng là rất khó, thậm chí là không thể. Tuy nhiên, các điều kiện ban đầu có thể thu được ở nhiệt độ thấp hơn, ví dụ ở -15 °C, vì vậy chiều dài nứt ở áp suất bằng “0” lớn hơn 0,7d_n (xem 10.2). Phép thử sau đó được thực hiện ở các điều kiện ban đầu này tại áp suất thử yêu cầu, p_cS4. Nếu có sự ngăn chặn vết nứt, nghĩa là l_c < 4,7d_n, đây là phép thử phù hợp và áp suất thử này, p_S4 thấp hơn p_cS4 tại nhiệt độ thấp (xem Điều A.3). Áp suất p_S4 có thể được biến đổi thành áp suất trong phép thử hết thang tương đương, p_FS, bằng cách sử dụng hệ số tương quan (xem Điều C.2).

Điều này cũng là logic khi cho rằng nếu xảy ra sự ngăn chặn vết nứt tại áp suất hết thang, p_FS, ở nhiệt độ dưới “0” thì việc ngăn chặn cũng sẽ xảy ra tại cùng áp suất p_FS ở nhiệt độ cao hơn và ở 0 °C. Thông thường, độ bền với sự phát triển nhanh của vết nứt tăng lên với sự tăng nhiệt độ.

A.9 Báo cáo thử nghiệm-Yêu cầu bổ sung

A.9.1 Trong trường hợp xác định áp suất tới hạn, báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin bổ sung sau: áp suất tới hạn đo được, p_cS4, tính bằng MPa.

...

...

...

a) từng chiều dày thành đo được dọc theo vết nứt chính, tính bằng milimét;

b) chiều dày thành trung bình, e_t, của mẫu ống dọc theo đường nứt chính, tính bằng milimét;

c) đường kính ngoài trung bình, d_em của mẫu ống, tính bằng milimét;

d) giá trị trung bình, D của các đường kính ngoài trung bình, của ống, tính bằng milimét;

e) đồ thị quan hệ giữa chiều dài nứt, l_c và ứng suất vòng, s;

f) ứng suất vòng tới hạn ước lượng, s_cS4, tính bằng megapascal.

Phụ lục B

(quy định)

...

...

...

Một loạt các phép thử tương tự như các phép thử quy định trong Phụ lục A, trên một loại ống nhựa nhiệt dẻo đặc thù được thực hiện ở áp suất không đổi, không vượt quá 0,5 MPa hoặc ở ứng suất vòng không đổi tương đương, để xác định nhiệt độ tới hạn.

Đây là một kỹ thuật hữu ích bởi vì nó luôn luôn có thể xác định được cả điều kiện ngăn chặn vết nứt và phát triển vết nứt và nhiệt độ tới hạn. Tuy nhiên, đối với một số ống nhựa nhiệt dẻo, ở nhiệt độ 0 °C hoặc cao hơn, sự phát triển nhanh của vết nứt RCP có thể không xảy ra ở áp suất bất kỳ nào đó và vì thế không xác định được áp suất tới hạn.

Nhiệt độ tới hạn, T_c được định nghĩa là nhiệt độ ngăn chặn vết nứt thấp nhất ở trên nhiệt độ phát triển vết nứt cao nhất (xem Hình B.1). Kết quả đưa ra được nhiệt độ ngăn chặn thấp nhất phải được xác nhận tính hợp lệ bằng cách tiến hành phép thử ban đầu như quy định trong 10.2 ở cùng nhiệt độ.

Phép thử dẫn đến sự ngăn chặn vết nứt chỉ ra rằng nhiệt độ tới hạn đối với sự phát triển vết nứt thấp hơn nhiệt độ thử.

CHÚ DẪN

T_c nhiệt độ tới hạn

X nhiệt độ, T°C

Y chiều dài vết nứt/đường kính ống danh nghĩa, l_c/d_n

...

...

...

2 chiều dài vết nứt tới hạn

3 chiều dài vết nứt hợp lệ nhỏ nhất

Hình B.1 - Đồ thị dữ liệu thử đặc trưng để xác định nhiệt độ tới hạn, T_c

Phụ lục C

(tham khảo)

Sự tương quan áp suất tới hạn giữa phép thử S4 và phép thử hết thang đối với ống PE

C.1 Giới thiệu

Áp suất tới hạn được đo theo phương pháp S4 theo tiêu chuẩn này thấp hơn giá trị được đo trên cùng một ống theo TCVN 8200 (ISO 13478), sử dụng phép thử hết thang FST để cho giá trị tham chiếu.

...

...

...

C.2 Hệ số tương quan

Hệ số tương quan giữa các áp suất tới hạn theo phương pháp S4 và FST đối với cùng một ống được biểu thị theo phương trình (C.1):

 = 3,6

p_c,FS + p_atm = 3,6 (p_c,S4 + p_atm)

Nếu áp suất khí quyển, p_atm = 0,1 MPa, thì

p_c,FS = 3.6 p_c,S4 + 2,6

Áp suất tới hạn, p_c, tính bằng MPa, được định nghĩa là:

p_c= p_c,FS = 3,6 p_c,S4 + 2,6

...

...

...

(tham khảo)

Sự giảm áp của chất lỏng và ảnh hưởng đến sự phát triển nhanh của vết nứt - Phân tích lý thuyết

Đối với cách tiếp cận lý thuyết của hàm số tương quan giữa phép thử S4 và FST, xem tài liệu tham khảo [4], [12] và [13].

Quá trình giảm áp do sự xuất hiện vết nứt xảy ra theo hai pha (xem Hình D.1). Trước tiên là dòng chảy ngược hướng trục chảy về phía trước của đầu vết nứt phát triển sau một sóng giảm áp. Áp suất còn lại sau đó thoát ngang qua chỗ hở của vết nứt.

Sau khi có sóng giảm áp ở trước điểm bất kỳ dọc theo ống, áp suất bắt đầu suy giảm từ giá trị ban đầu của nó, p₀. Áp suất tại đầu vết nứt, p_t, giảm dần dần đến ổn định khi khoảng hở của vết nứt lớn hơn mặt cắt ngang của ống. Đối với một tốc độ không đổi, n, phân tích dòng khí theo một kích thước đưa ra phương trình (D.1):

 nếu n < c₀                                 (D.1)

và phương trình (D.2)

 nếu n ³ c₀                                                                     (D.2)

trong đó

...

...

...

c₀ là tốc độ âm thanh của khí.

Tất cả các áp suất là tuyệt đối.

Ban đầu hoạt động của áp suất trên thành ống loe ra phía sau đầu vết nứt tác động lên vết nứt và áp suất này được xác định tại đầu của vết nứt, p_t khác với giá trị ban đầu, p₀. Trong phép thử S4, các màng ngăn giảm áp gần như loại trừ dòng chảy ngược hướng trục vì thế toàn bộ áp suất ống ban đầu tác động lên vết nứt, trong khi đó trong phép thử FST chỉ có áp suất gây ra giảm áp hướng trục có thể tác động. Giả định rằng sự xả khí ngang là như nhau trong cả hai phép thử cho phép có mối liên hệ giữa p_t và p₀ trong phương trình (D.1) được chuyển một cách đơn giản thành p_c,S4và p_c,FS ở các điều kiện tới hạn.

Trong quá trình phát triển nhanh của vết nứt trong phép thử FST ở ống PE trên áp suất tới hạn, đầu vết nứt thường giữ lại trong giây lát. Đối với tốc độ vết nứt bằng không và đối với g = 1,4 (đối với không khí và khí tự nhiên), phương trình (D.1) chỉ ra rằng áp suất tuyệt đối tại đầu vết nứt, p_t giảm xuống ngay lập tức đến 28 % p₀, và chỉ có thể tăng chậm nếu sự phát triển nhanh của vết nứt bắt đầu lại. Sự phát triển nhanh của vết nứt chỉ có thể tiếp tục trong một phép thử S4 nếu áp suất tuyệt đối vượt quá 28 % của p₀ trong phép thử FST. Từ điều này dẫn đến việc đưa ra hệ số 3,6 (= 1/0,28) trong phương trình tương quan đã được thiết lập trong phụ lục C. Phương trình này độc lập đối với cỡ ống, vật liệu và chất lỏng.

CHÚ DẪN

l           khoảng cách

p          áp suất

1          sự xả ngang

...

...

...

3          dòng chảy ngược hướng trục

4          phía trước sóng giảm áp

Hình D.1 - Quá trình giảm áp

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TCVN 8200 (ISO 13478), Ống nhựa nhiệt dẻo dùng để vận chuyển chất lỏng - Xác định độ bền với sự phát triển nhanh của vết nứt (RCP) - Phép thử hết thang (FST).

[2] ROBERTSON. T.S. Propagation of brittle fracture in steel. J.Iron Steel Inst. 1953, 175, pp. 361-374

[3] VANCROMBRUGGE. R.Fracture properties in plastic pipe. In: 5th International Conference Plastics Pipes, 1982-09-08 to 10, University of York.

[4] WOLTERS, M., KETEL, G. Some experiences with the modified Robertson test used for the study of rapid crack propagation in PE-pipelines. In: Proceedings of the 8th Plastics Fuel Gas Pipe Symposium, November/December 1983, New Orleans, USA.

...

...

...

[6] GREIG. J.M. Rapid crack propagation in hydrostatically pressurized 250 mm polyethylene pipe. In: Proc. 7th International Conference Plastics Pipes, Bath, England, September 1988, pp. 12.1-12.7.

[7] LEEVERS, P.S., VENIZELOS, G., IVANKOVIC, A. Rapid crack propagation along pressurized PE pipe: Small scale testing and numerical modelling. Constr. Build. Mater. 1993, 7, pp. 179-184.

[8] VANSPEYBROECK, P. Evaluation of test methods for determining rapid crack propagation properties of pressurized polyethylene gas pipes. In: International Conference on Pipeline Reliability, Calgary, Alberta, June 1992.

[9] LEEVERS, P.S. Impact and dynamic fracture of tough polymers by thermal decohesion in a Dugdale zone.Int. J.Fracture 1995, 73, pp. 109-127.

[10] VANSPEYBROECK, P. Test methods for determining rapid crack propagation properties of pressurized polyethylene (gas) pipes. In: 2nd International Pipeline Technology Conference, Ostend, Belgium, 1995-09-11 to 14.

[11] BROWN, N., LU, X,. INGHAM, E.J., MARSHALL, G.P. Small scale laboratory test for resistance to RCP. In: Proc. International Symposium on Platics Pipes, American Gas Association, Orlando, FL. USA, 1999, pp. 10-20 to 23.

[12] GREENSHIELDS, C.J., LEEVERS, P.S. Correlation between full scale and small scale steady State (S4) tests for rapid crack propagation in plastic gas pipe. Plast. Rubber Compos.: Macromol. Eng. 1999, 28, pp.20-25.

[13] VANSPEYBROECK, P. RCP, after 25 years of debates, finally mastered by two ISO-test (Proc. 11th International Conference Plastics Pipes, 2001-09-03 to 06, Munich, Germany), pp.557-566. Institute of Materials, London, 2001.

[14] LEEVERS, P.S., HILLMANSEN, S., MORENO, L. DE F.F. Specimen temperature conditioning and drift before an S4 pipe fracture test. Polym. Test 2004, 23, pp. 727-735.

...

...

...