Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8200:2009 Ống nhựa nhiệt dẻo dùng để vận chuyển chất lỏng

• Số hiệu: TCVN8200:2009
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2009

1 Xi lanh va đập khí nén 2 Lưỡi dao 3 Màng polyetylen 4 Chất lỏng làm mát

5 Đường bào xoi được gia công 6 Máng gỗ 7 Bọt xốp cách ly nén được

8 Nêm gỗ 9 Ống PE 10 Giá đỡ bằng gỗ, nếu cần

Hình 4 - Ví dụ về cách bố trí để hình thành vết nứt ban đầu

9. Chuẩn bị mẫu thử ống

Nếu cần, có thể nối các đoạn ống thẳng với nhau bằng cách nung chảy mặt đầu để thu được một ống có chiều dài từ 14 m đến 20 m (xem sau đây đối với mẫu thử ống có độ bền với sự phát triển nhanh của vết nứt cao).

Khi thử ống có độ bền với sự phát triển nhanh của vết nứt cao thì có thể thay một ống dài 4 m bằng ống có độ bền với sự phát triển nhanh của vết nứt thấp, đã hình thành vết nứt ban đầu dài từ 5 m đến 6 m nhưng có cùng đường kính danh nghĩa và độ dày thành. Có thể nối hai ống với nhau bằng cách nung chảy mặt đầu. Không cần thiết phải loại bỏ đường hàn bên ngoài hoặc bên trong ống. Sự hình thành vết nứt ban đầu sau đó có thể cách khoảng 2 m tính từ đầu của ống.

Đo chiều dài ống thử và nếu có thể chiều dài ống ban đầu. Đo vị trí của các mối nối nung chảy mặt đầu.

Chèn nêm gỗ (8.4.4) vào và đặt ở bên dưới vị trí mà sẽ làm đường bào xoi. Tâm của đường bào xoi phải cách đầu ống ít nhất là 2 m.

Lắp một đầu bịt vào đầu ống gần với đường bào xoi nhất, đầu bịt này sẽ chịu được tải trọng đầu từ áp suất thử (xem Hình 1).

Đặt ống thử vào máng và nối đầu ống còn lại với bình chứa dạng ống bằng thép (8.2). Đảm bảo rằng ống thử thẳng và thẳng hàng với bình thép.

Trong vùng được đỡ bằng nêm gỗ, sử dụng bào xoi để gia công trên bề mặt ngoài của ống thử một đường bào xoi dọc, có độ sâu không đổi trong khoảng 500 mm. Sau đó giảm dần đều độ sâu đến “0” trong khoảng 250 mm theo hướng về phía bình chứa dạng ống bằng thép (xem Hình 2). Chiều rộng của đường bào xoi từ 8 mm đến 25 mm, thành ống càng dày thì chiều rộng đường bào xoi càng lớn.

...

...

...

Phải chọn độ sâu của đường bào xoi để tạo thành một ứng suất cao vừa đủ để hình thành một vết nứt phát triển nhanh trong rãnh còn lại, ở nhiệt độ khoảng - 60 °C. Tuy nhiên, đường bào xoi không được quá sâu dẫn đến phá hỏng sớm trong quá trình tạo áp cho ống tồn tại nguy cơ về an toàn.

CHÚ THÍCH Ứng suất từ 20 MPa đến 25 MPa được xem là phù hợp với ống polyetylen. Nói chung, sau đó thường không thể tạo áp cho ống thử trừ khi rãnh liên thông cũng được làm mát và được duy trì ở khoảng - 60 °C.

10. Điều hòa và điền đầy

Đặt các viên sỏi được rửa sạch (7.3) xung quanh ống, phủ lên ống tối đa là 100 mm, loại trừ phần đỉnh ống, xung quanh vị trí hình thành vết nứt ban đầu sao cho tránh giao thoa với hệ thống làm mát đường bào xoi.

Nếu có một hệ thống nước tuần hoàn quanh ống thì đặt nhẹ nhàng các dầm ngang lên đỉnh ống với khoảng cách từ 1 m đến 1,5 m và gắn chặt chúng vào thành máng để đảm bảo rằng ống sẽ không nổi lên và vì vậy không tạo thành các ứng suất uốn đáng kể khi máng đổ đầy nước. Bỏ các dầm ngang tại vị trí mà nó có thể cản trở khung gỗ (xem 8.4.3). Đổ đầy nước vào máng ở dưới mức sỏi, nếu cần thiết cho thêm một lượng chất chống đông phù hợp.

Để đạt được nhiệt độ thử yêu cầu như quy định trong tiêu chuẩn liên quan, tuần hoàn nước hoặc không khí dọc theo máng, qua sỏi và xung quanh hệ thống làm mát đến khi nhiệt độ thử đạt được trong khoảng sai số ± 1,5 °C dọc theo toàn bộ ống thử và nếu thích hợp, cho cả ống hình thành vết nứt ban đầu.

Thời gian điều hòa phải ít nhất theo như TCVN 6149-1 (ISO 1167-1) đối với ống có độ dày thành tương ứng. Có thể phải xem xét đến việc tăng thời gian điều hòa, nếu điều hòa bằng không khí. Việc điều hòa bằng phương thức nào không quan trọng nếu nó không làm ảnh hưởng đến tính chất của ống thử.

Duy trì nhiệt độ thử với khoảng dung sai này trong thời gian tối thiểu là 1 h ngay trước khi thử theo Điều 11. Nhiệt độ này phải được đo ở khoảng cách từ 2 m đến 3 m luân phiên dọc theo một mặt của ống thử từ đầu của khung gỗ đến bình chứa dạng ống bằng thép.

11. Cách tiến hành

...

...

...

11.2. Đối với việc thử bằng nước, hỗn hợp nước/không khí hoặc nước/nitơ, đầu tiên đổ đầy ống thử với một lượng nước yêu cầu. Tạo áp cho ống và bình chứa bằng không khí/nitơ đến áp suất thử trong khoảng ± 2 %. Nếu không khí/nitơ đi vào ống ở nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ thử quy định hoặc việc nén lại trong ống làm tăng nhiệt độ thử thì phải thêm thời gian điều hòa ống để đảm bảo rằng ống thử đạt đến nhiệt độ thử đồng đều cả bên ngoài và bên trong ống ^[3].

Đảm bảo rằng có chất lỏng làm lạnh thích hợp (xem 8.4.3) để duy trì nhiệt độ của rãnh liên thông ở - 60 °C trong suốt quá trình làm lạnh bổ sung khi không tiếp cận được ống đã tạo áp.

CẢNH BÁO - Khi ống thử bắt đầu được tạo áp, sẽ có nguy cơ tiềm ẩn về việc nổ ống và sỏi bị văng ra.

CHÚ THÍCH Không chắc rằng rãnh bên dưới khe được gia công sẽ có khả năng duy trì áp suất thử mà không bị đứt gãy, trừ khi rãnh được giữ ở khoảng - 60 °C.

11.3. Tạo vết nứt bằng cách cứa dao kim loại với tốc độ cao qua đường bào xoi đã được làm lạnh tại vị trí sâu nhất và khi ống được đỡ bởi nêm gỗ (xem Hình 2).

11.4. Thu hồi lại ống thử và đo khoảng cách theo chiều dọc đã hình thành bởi tất cả các vết nứt từ tâm của vết nứt hình thành ban đầu. Khi sử dụng ống hình thành vết nứt ban đầu (xem Điều 9) thì chiều dài vết nứt được đo từ mối nối nung chảy mặt đầu giữa ống hình thành vết nứt và ống thử.

CHÚ THÍCH Tránh kết thúc vết nứt nhờ một vết nứt khác chạy vòng xung quanh chu vi của ống, nối lại trọn vẹn với vết nứt ban đầu (“ngừng lại”) trong ống PE đường kính lớn hơn bằng cách sử dụng một dây thép kéo căng hình ziczăc ngang qua ống và neo chặn vào rãnh thành ống. Dây đã được đặt ở độ cao từ 150 mm đến 300 mm trên đỉnh của ống thử với khoảng cách xấp xỉ 6 m, bắt đầu từ vị trí hình thành vết nứt ban đầu (xem Hình 1). Trong quá trình thử, ống có thể di chuyển quá mức trong máng vì thế một momen uốn có thể được tạo ra phía trước của đầu vết nứt đang phát triển làm cho nó bị lệch hướng và 'ngừng lại'. Hạn chế sự di chuyển của ống bằng dây này giúp tránh được di chuyển quá mức và tránh được hiện tượng “ngừng lại”.

12. Tính hợp lệ của kết quả

Đối với mỗi ống thử, vết nứt dài nhất phải đáp ứng tất cả các điều kiện sau:

...

...

...

b) vết nứt phải không được kết thúc bằng việc chạy vòng xung quanh chu vi ống và nối trọn vẹn với vết nứt ban đầu;

c) vết nứt phải không được kết thúc tại mối nối nung chảy mặt đầu trong ống thử;

d) khi sử dụng một ống hình thành vết nứt ban đầu (xem Điều 9), vết nứt phải phát triển dọc theo hết ống hình thành vết nứt và vào đến ống thử.

13. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm thông tin sau:

a) viện dẫn tiêu chuẩn này và tiêu chuẩn liên quan;

b) chi tiết cần thiết để nhận dạng ống thử và ống hình thành vết nứt ban đầu nếu sử dụng, gồm có nhà sản xuất, polyme sử dụng để sản xuất, ngày sản xuất và nhãn nhận dạng trên ống;

c) đường kính ống danh nghĩa và SDR hoặc dãy ống;

d) chiều dài ống toàn bộ và chiều dài ống hình thành vết nứt ban đầu, nếu sử dụng;

...

...

...

f) nhiệt độ thử;

g) vị trí của (các) mối nối nung chảy mặt đầu, nếu có;

h) khi thử với nước, hỗn hợp nước/không khí hoặc nước/nitơ, chi tiết về thành phần và cách xác định;

i) chiều dài vết nứt dọc trục;

j) báo cáo có xảy ra sự phát triển nhanh của vết nứt hoặc sự ngăn chặn hay không (xem định nghĩa);

k) ngày thử;

I) chi tiết các yếu tố có thể ảnh hưởng đến kết quả, như là các sự cố hoặc thao tác không được qui định trong tiêu chuẩn này.

PHỤ LỤC A

...

...

...

XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT (HOẶC ỨNG SUẤT VÒNG) TỚI HẠN

A.1. Quy định chung

Phương pháp này được sử dụng để xác định áp suất (hoặc ứng suất vòng) tới hạn ở nhiệt độ đã biết khi một vết nứt bắt đầu hình thành phát triển trên thành ống nhựa nhiệt dẻo sẽ lan truyền ổn định dọc theo ống.

A.2. Nguyên tắc

Một loạt các phép thử ở các áp suất khác nhau nhưng ở cùng một nhiệt độ không đổi được sử dụng để xác định áp suất (hoặc ứng suất vòng) tới hạn mà tại đó có sự chuyển tiếp rõ rệt từ sự ngăn chặn đột ngột của một vết nứt ban đầu đến sự phát triển ổn định liên tục của vết nứt đó.

Phép thử dẫn đến sự ngăn chặn vết nứt chỉ ra áp suất tới hạn của sự phát triển lớn hơn áp suất thử.

A.3. Cách tiến hành

A.3.1. Quy định chung

Sử dụng một khoảng áp suất thử và theo qui trình trong Điều 11, thu được các kết quả tuân theo Điều 12 và:

...

...

...

b) ít nhất một kết quả thử với sự ngăn chặn vết nứt.

CHÚ THÍCH Áp suất tới hạn của sự phát triển nhanh vết nứt cần phải được cho tăng vượt qua để xác nhận hệ thống hình thành vết nứt ban đầu; ngoài ra không thể phân biệt giữa các điều kiện ngăn chặn và một vài khuyết tật trong hệ thống hình thành vết nứt ban đầu. Tuy nhiên, một phép thử phù hợp để chứng minh sự hợp lệ của hệ thống hình thành vết nứt ban đầu nếu sự phát triển vết nứt xảy ra dọc theo ống tạo vết nứt ban đầu và vào ống thử. Áp suất/ứng suất tới hạn tối thiểu được xác lập nếu sau đó sự ngăn chặn vết nứt xảy ra trong chiều dài yêu cầu của ống thử.

A.3.2. Ứng suất vòng tới hạn

A.3.2.1. Chuẩn bị

Sử dụng một thước dây p, đo đường kính ngoài trung bình, d_em theo TCVN 6145 (ISO 3126) tại các khoảng cách từ 3 m đến 4 m dọc theo ống thử.

Bao gồm ít nhất một phép đo của mỗi đoạn ống được sử dụng để tạo thành ống thử sử dụng mối nối nung chảy mặt đầu.

Tính và ghi lại giá trị trung bình của các kết quả này là D.

A.3.2.2. Sau khi thử

Đo độ dày thành theo TCVN 6145 (ISO 3126) ở các khoảng dọc theo mẫu thử ống gần hết đường nứt hoặc trên đường nứt chính nếu có nhiều hơn một đường nứt. Ghi lại các giá trị độ dày thành riêng biệt và tính toán, ghi lại giá trị trung bình, e_t.

...

...

...

Vẽ đồ thị quan hệ giữa chiều dài nứt và áp suất thử (xem Hình A.1).

Chỉ ra trên đồ thị áp suất tới hạn, p_c.

CHÚ DẪN

X áp suất thử hoặc ứng suất vòng

Y chiều dài vết nứt %

A p_c hoặc s_c

1 chiều dài thử

2 90 % chiều dài thử ban đầu

...

...

...

4 vùng ngăn chặn (xem 3.4)

Hình A.1 - Đồ thị dữ liệu thử đặc trưng để xác định áp suất tới hạn (p_c) hoặc ứng suất vòng tới hạn (s_c)

A.5. Phân tích để xác định ứng suất vòng tới hạn

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

 (A.1)

Trong đó

p là áp suất thử, tính bằng MPa 2);

D là giá trị trung bình của các đường kính ngoài trung bình, d_em, của các đoạn ống, tính bằng milimét (xem A.3.2.1);

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

...

...

...

Chỉ ra trên đồ thị ứng suất tới hạn, s_c.

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

A.6. Báo cáo thử nghiệm - Yêu cầu bổ sung

A.6.1. 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 ước lượng, p_c tính bằng MPa ^2).

A.6.2. Trong trường hợp xác định ứng suất vòng tới hạn, báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin bổ sung sau:

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

b) độ 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, d_em của ống, tính bằng milimét;

...

...

...

PHỤ LỤC B

(quy định)

XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ TỚI HẠN

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 hoặc ở ứng suất vòng không đổi để xác định nhiệt độ tới hạn, T_c (xem Hình B.1).

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. Khi so sánh 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/ứng suất tới hạn.

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

...

...

...

Y chiều dài vết nứt %

3 vùng phát triển (xem 3.5)

1 chiều dài thử

2 90 % chiều dài thử ban đầu

4 vùng ngăn chặn (xem 3.4)

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

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TCVN 8199 (ISO 13477), 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 ở trạng thái ổn định thang nhỏ (phép thử S4)].

...

...

...

[3] VANCROMBRUGGE, R.Fracture properties in plastic pipe, 5th International Conference Plastics Pipes, 8-10 September 1982, University of York.

[4] ROBERTSON, T.S. Propagation of brittle fracture in Steel. Journal of the iron ans steel institute. December 1953, pp. 361-374.

[5] WOLTERS, M., KETEL, G. Some experiences with the modified Robertson test used for the study of rapid crack propagation in PE-pipelines. Proceedings of the 8th Plastics Fuel Gas Pipe Symposium, November 29 - December 1,1983, New Orleans, USA.

[6] GREIG, J.M. Fracture propagation in 250 mm and 315 mm polyethylene gas pipes. British Gas Engineering Research Station Report No.E472, December, 1985.

[7] LEEVERS, P.S., VENIZELOS, G., IVANKOVIC, A. Rapid crack propagation along pressurized PE pipe: Small scale testing and numerical modelling, Plastics Pipes VIII, RPI, pp. D1/7 (1-11), Koningshof, The Netherlands, 21-24 September 1992.

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

[9] LEEVERS, P.S. International Journal of Fracture (73, 109), 1995.

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

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

...

...

...

[13] VANSPEYBROECK, P. RCP, After 25 years of debates, finally mastered by two ISO-test, 11th International Conference Plastics Pipes, 3-6 September 2001, Munich, Germany.

1 1 MPa = 10 bar = 1 N/mm^2.

2) 1 MPa = 10 bar = 1 N/mm^2.