Các nhà máy công nghiệp là môi trường đầy thách thức đối với hệ thống đường ống, vốn phải chịu áp lực, nhiệt độ, ứng suất và thậm chí là va đập cực lớn. Bất kể vật liệu đường ống nào được chỉ định, ứng suất của hệ thống đường ống phải được xem xét và thực hiện sửa đổi trong quá trình thiết kế hệ thống để ngăn ngừa các sự cố có thể yêu cầu sửa chữa hoặc thay thế rộng rãi.

Các kỹ sư phải giải quyết các yếu tố như sự giãn nở và co lại như một phần của sơ đồ bố trí và hỗ trợ đường ống. Họ cũng phải xem xét áp lực làm việc của hệ thống vì nó liên quan đến các giá đỡ bố trí đường ống, chuyển động do nhiệt gây ra và cách sử dụng mô đun đàn hồi để xác định hệ thống sẽ phản ứng như thế nào.

Chúng tôi đặc biệt khuyến nghị các cơ sở công nghiệp nên cân nhắc tiến hành phân tích ứng suất trên hệ thống đường ống để hiểu rõ hơn các điểm ứng suất được tạo ra thông qua việc hỗ trợ hệ thống. Bất kể vật liệu nào được chọn, việc bố trí đường ống không phù hợp sẽ tạo ra áp lực quá lớn lên các mối nối hoặc tải trọng điểm quá mức sẽ gây bất lợi cho bất kỳ vật liệu nào, kể cả thép. Việc bố trí, lựa chọn và triển khai hỗ trợ phù hợp có thể thay đổi hiệu suất rất nhiều, khiến tuổi thọ hiệu suất hơn 30 năm trở thành hiện thực.

Sự giãn nở và co lại nhiệt

Tất cả các vật liệu đường ống đều có đặc tính nhiệt vốn có ảnh hưởng đến đặc tính của chúng dựa trên lượng nhiệt hoặc độ lạnh mà chúng phải chịu. Vật liệu đường ống thường giãn nở khi nhiệt được áp dụng và co lại trong điều kiện lạnh hơn.

Hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo có hệ số giãn nở nhiệt cao hơn đáng kể so với kim loại. Do đó, sự giãn nở nhiệt của hệ thống đường ống CPVC chịu sự thay đổi nhiệt độ có thể là đáng kể. Nói chung, tổng sự thay đổi nhiệt độ lớn hơn 30°F (17°C) sẽ cần phải bù cho sự giãn nở nhiệt trong quá trình thiết kế hệ thống đường ống.

Tính đến việc mở rộng và thu hẹp hệ thống đường ống luôn là một phương pháp thiết kế tuyệt vời. Trừ khi hệ thống ở trong một môi trường được kiểm soát, chu trình nhiệt điển hình liên quan đến các mùa thường tạo ra nhu cầu giải quyết sự giãn nở và co lại.

Độ giãn nở hoặc co lại của ống nhựa nhiệt dẻo có thể được tính theo công thức sau:

Công thức giãn nở nhiệt
ΔL = LpC ΔT

                    Ở đâu:

                   Δ L = Thay đổi chiều dài do thay đổi nhiệt độ (in.)

                   Lp = Chiều dài ống (in.)

                   C = Hệ số giãn nở nhiệt (in./in./°F)

                   = 3,4 x 10-5 in./in./°F đối với CPVC

                   Δ T = Thay đổi nhiệt độ (° F)

Hình minh họa sau đây cho thấy độ giãn nở nhiệt và co lại của Corzan® CPVC so với các vật liệu ống thông thường khác: Cần lưu ý rằng hệ số giãn nở nhiệt của Corzan CPVC rất thuận lợi so với các vật liệu phi kim loại khác có khả năng xử lý nhiệt độ 180° F.

Căng thẳng làm việc và mô đun đàn hồi

Ứng suất làm việc là mức ứng suất tối đa mà vật liệu có thể phải chịu khi sử dụng. Tất cả vật liệu đường ống có thể chịu được một số mức độ chuyển động mà không làm mất đi tính toàn vẹn về cấu trúc của nó.

Mô đun đàn hồi là thước đo độ cứng của vật liệu và khả năng biến dạng vốn có của nó khi có ứng suất. Corzan CPVC có mô đun đàn hồi rất thấp, có nghĩa là nó có khả năng linh hoạt để hấp thụ chấn động từ một tác động ít nghiêm trọng hơn và ở một mức độ nào đó, có thể bật trở lại hình dạng ban đầu mà không có bất kỳ hư hỏng cấu trúc nào. Sốc truyền tới hệ thống kết nối cũng sẽ ở mức tối thiểu.

Biểu đồ sau đây cho thấy mô đun đàn hồi và ứng suất làm việc của đường ống CPVC ở các nhiệt độ khác nhau.

Đường ống kim loại – chẳng hạn như thép – có mô đun đàn hồi cao, khiến nó rất cứng. Tùy thuộc vào loại và cường độ va chạm, đường ống kim loại như đồng có nhiều khả năng bị móp hoặc nhăn, điều này có thể cản trở dòng chất lỏng. Các vết nứt nhỏ cũng có thể hình thành, làm suy yếu độ bền của tường, hạn chế khả năng chịu áp lực và làm tăng mối lo ngại về ăn mòn.

Thiết kế để mở rộng và thu hẹp

Sự giãn nở và co lại tuyến tính là mối quan tâm lớn thứ hai khi thiết kế hệ thống đường ống và tác động đến cả vật liệu đường ống kim loại và nhựa nhiệt dẻo. Nếu không được giải quyết trong quá trình thiết kế hệ thống đường ống, sự dao động về chiều dài có thể dẫn đến việc sửa chữa đường ống tốn kém và hỏng hóc sớm. Tình trạng này càng trở nên trầm trọng hơn đối với các hệ thống đường ống công nghiệp chịu nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt.

Mặc dù sự giãn nở và co lại là không thể tránh khỏi, nhưng các vấn đề phát sinh thường có thể được ngăn ngừa bằng cách kết hợp các cơ chế làm lệch trong quá trình thiết kế cho phép chuyển động ở một mức độ nào đó của đường ống để giúp ngăn ngừa ứng suất nén.

Vòng mở rộng – Cơ chế làm lệch này thường là lựa chọn ưa thích của các kỹ sư và bao gồm việc định cấu hình chữ “U” ở giữa đường ống, với tâm của chữ U được cố định bằng một giá đỡ. Mỗi đầu của đường ống được đặt bằng móc treo hoặc thanh dẫn hướng cho phép đường ống di chuyển qua lại. Độ mở của chữ U thu hẹp lại khi đường ống giãn ra và độ mở của chữ U mở rộng khi co lại.

Bấm vào hình ảnh bên dưới để quan sát cách mở ống di chuyển.

Một phần quan trọng của vòng mở rộng được lắp đặt đúng cách là vị trí của bộ phận hạn chế. Điều cần thiết là thiết kế bố trí đường ống phải sử dụng các móc treo hạn chế một cách chiến lược để chuyển động được kiểm soát ở những khu vực thích hợp. Đối với các vòng mở rộng, dây hãm được đặt ở đế chữ U như hình trên. Nếu bạn xem lại bức ảnh ở đầu bài viết này, bạn sẽ nhận thấy rằng vòng lặp đã được lắp đặt mà không có hạn chế. Nếu cần hỗ trợ để hiểu rõ hơn về sự giãn nở và co lại, vui lòng liên hệ với chuyên gia về vấn đề Lubrizol tại địa phương của bạn.

Bù đắp mở rộng – Kỹ thuật này thường được sử dụng khi đường ống cần tránh cấu trúc cố định. Một phần bù được đặt ở giữa đường ống, với mỗi khuỷu cho phép một mức độ lệch nào đó – cũng như chiều dài thẳng đứng của ống. Điểm cuối của mỗi đường ống được thiết lập bằng cách sử dụng móc treo hoặc thanh dẫn hướng ở vị trí cách khuỷu một khoảng nhất định.

Khi đường ống mở rộng, khuỷu tay trên và dưới đẩy vào trong và làm cho chiều dài thẳng đứng nghiêng sang phải. Ống thẳng đứng sẽ nghiêng sang trái trong quá trình co lại. Nhấp vào hình ảnh bên dưới để xem phần bù di chuyển như thế nào trong quá trình giãn nở và co lại. Cần lưu ý rằng sẽ không đạt được chuyển động thích hợp để giãn nở và co lại nếu sử dụng các phụ kiện 45 độ. Kỹ thuật bù đắp yêu cầu sử dụng khuỷu tay 90 độ để phân bổ hợp lý ứng suất giãn nở và co lại.

Thay đổi hướng – Khuỷu góc và ống liền kề ở cuối đoạn ống dài có thể tạo điều kiện thuận lợi cho một số mức độ chuyển động. Nếu đường ống liền kề đủ dài, kỹ sư có thể đặt một móc treo hoặc dẫn một khoảng cách xác định từ khuỷu tay để cho phép cả sự giãn nở và co lại. Nhấp vào hình ảnh bên dưới để quan sát khuỷu góc và ống liền kề ở cuối đoạn ống dài tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển như thế nào. Lưu ý rằng khoảng cách của chữ L là rất quan trọng để không gây căng thẳng quá mức cho khuỷu tay khi thay đổi hướng.

Máy tính mở rộng ống Corzan CPVC giúp các kỹ sư tính toán việc mở rộng tuyến tính và thiết kế của Corzan CPVC xung quanh các mối lo ngại về ứng suất nén.

Lắp đặt Corzan CPVC

Tất nhiên, đường ống Corzan CPVC không phải là thép và không nên lắp đặt như thép. Việc lắp đặt đúng cách rất quan trọng đối với hiệu suất của tất cả các hệ thống đường ống Corzan, trong đó các kỹ sư sẽ bù đắp ứng suất cũng như sự giãn nở và co lại do nhiệt như một phần trong kế hoạch hỗ trợ và bố trí đường ống của họ. Những người lắp đặt đủ trình độ liên kết ASME B31.3 phải là những người duy nhất xử lý hệ thống đường ống. Xi măng dung môi thích hợp là vấn đề phổ biến nhất gặp phải trong quá trình lắp đặt hệ thống CPVC. Đào tạo và hiểu biết đúng cách có thể giúp ngăn ngừa mọi vấn đề.

Corzan CPVC đã chứng minh khả năng chịu đựng những thách thức đang diễn ra của môi trường công nghiệp khắc nghiệt nhất thế giới trong hơn 60 năm. Liên hệ với chuyên gia kỹ thuật Corzan hoặc một trong những nhà sản xuất đối tác của chúng tôi để biết các hướng dẫn kỹ thuật nhằm chỉ định một hệ thống đường ống đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí hoặc lên lịch đánh giá kỹ thuật và đánh giá tính phù hợp của quy trình miễn phí.

https://www.corzan.com/blog/working-stress-thermal-stress-and-the-modulus-of-elasticity-for-cpvc-piping-compared-to-metal