TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 12116:2017 (ISO 7509:2015) VỀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG BẰNG CHẤT DẺO – ỐNG NHỰA NHIỆT RẮN GIA CƯỜNG THUỶ TINH (GRP) – XÁC ĐỊNH THỜI GIAN PHÁ HUỶ DO ÁP SUẤT BÊN TRONG

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12116:2017

ISO 7509:2015

HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG BẰNG CHẤT DẺO – ỐNG NHỰA NHIỆT RẮN GIA CƯỜNG THUỶ TINH (GRP) – XÁC ĐỊNH THỜI GIAN PHÁ HUỶ DO ÁP SUẤT BÊN TRONG

Plastics piping systems – Glass-reinforced thermosetting plastics (GRP) pipes – Determination of time to failure under sustained internal pressure

Lời nói đầu

TCVN 12116:2017 hoàn toàn tương đương với ISO 7509:2015.

TCVN 12116:2017 do Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 138 Ống nhựa và phụ tùng đường ống, van dùng để  vận chuyển chất lỏng biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Lời giới thiệu

Tiêu chuẩn này mô tả phương pháp xác định độ bền dài hạn với áp suất bên trong của ống nhựa nhiệt rắn gia cường thủy tinh (GRP).

Phương pháp được sử dụng trong các điều kiện sau

– nước là chất lỏng chuẩn bên trong mẫu thử;

– nước hoặc không khí, là môi trường bên ngoài của mẫu thử.

Phương pháp này có thể được sử dụng cho các phép thử tại nhiệt độ khác nhau, cần lưu ý rằng đối với một nhiệt độ đã cho, các kết quả thu được có thể khác nhau tùy thuộc vào điều kiện đặt tải trọng đầu và môi trường bên ngoài là nước hay không khí.

Phương pháp mô tả trong tiêu chuẩn này khác với phương pháp mô tả trong các tiêu chuẩn tương tự ở các điểm sau:

– tiêu chí phá hủy và việc phát hiện phá hủy;

– biến dạng theo chiều dọc và theo chu vi có thể xác định được trong quá trình thử;

– áp suất thử được duy trì không đổi.

Phương pháp này có thể được sử dụng để  thu các dữ liệu nhằm thiết lập mối quan hệ giữa áp suất bên trong với thời gian phá hủy tại các nhiệt độ khác nhau. Các quy trình dùng để thiết lập quan hệ này không thuộc phạm vi của tiêu chuẩn. Tham khảo theo ISO 10928.

HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG BẰNG CHẤT DẺO – ỐNG NHỰA NHIỆT RẮN GIA CƯỜNG THỦY TINH (GRP) – XÁC ĐỊNH THỜI GIAN PHÁ HUỶ DO ÁP SUẤT BÊN TRONG

Plastics piping systems – Glass-reinforced thermosetting plastics (GRP) pipes – Determination of time to failure under sustained internal pressure

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định thời gian phá hủy của ống nhựa nhiệt rắn gia cường thủy tinh (GRP) dưới áp suất thủy tĩnh bên trong tại nhiệt độ quy định. Môi trường bên ngoài có thể là không khí hoặc nước.

CHÚ THÍCH Đối với các môi trường bên trong và bên ngoài khác, tiêu chuẩn viện dẫn đến tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu bổ sung.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi.

TCVN 6145 (ISO 3126), Hệ thống ống chất dẻo – Các chi tiết bằng nhựa – Xác định kích thước.

ISO 10928, Plastics piping systems – Glass-reinforced thermosetting plastics (GRP) pipes and fittings – Methods for regression analysis and their use (Hệ thống đường ống bằng chất dẻo – Ống và phụ tùng nhựa nhiệt rắn gia cường thủy tinh (GRP) – Phương pháp phân tích hồi quy và sử dụng).

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Phá hủy (failure)

Xảy ra hiện tượng nổ/bục, rò rỉ hoặc thẩm thấu tế vi.

CHÚ THÍCH 1 Xem 9.1.

3.2

Nổ/bục (bursting)

Hiện tượng nứt vỡ thành ống ngay lập tức, làm thất thoát chất lỏng thử và giảm áp suất.

CHÚ THÍCH 1 Xem 9.1 và 9.2.1.

3.3

Rò rỉ (leaking)

Hiện tượng chất lỏng tạo áp thất thoát qua thành ống ở mức độ có thể nhìn thấy bằng mắt thường và/hoặc do việc giảm áp suất liên tục.

CHÚ THÍCH 1 Xem 9.1 và 9.2.1

3.4

Thẩm thấu tế vi (weeping)

Hiện tượng chất lỏng tạo áp đi qua thành ống ở mức độ có thể nhìn thấy bằng mắt thường và/hoặc bằng phương tiện điện tử.

CHÚ THÍCH 1 Xem 9.1 và 9.2.2.

4  Nguyên tắc

Một đoạn ống chịu áp suất thủy tĩnh bên trong quy định tại nhiệt độ yêu cầu để gây ra một trạng thái ứng suất bên trong thành ống, tùy thuộc vào các điều kiện đặt tải (nghĩa là có hoặc không có ảnh hưởng của lực dọc trục chịu bởi thành ống). Kết quả của các phép thử tại các điều kiện đặt tải đầu khác nhau sẽ không giống nhau, thậm chí với cùng một ống. Nước hoặc không khí có thể được sử dụng làm môi trường bên ngoài mẫu thử.

Mẫu thử được giữ ở áp suất thử cho đến khi xảy ra phá hủy. Thường thì thời gian dẫn đến xảy ra phá hủy lâu hơn tại áp suất (ứng suất) thấp hơn.

Một loạt phép thử được thực hiện trong các khoảng thời gian phá hủy khác nhau và phân tích các kết quả thu được theo ISO 10928 để thiết lập giá trị dài hạn. Số lượng phép thử yêu cầu, khoảng thời gian phù hợp và thời gian tại đó giá trị được thiết lập (thời gian phá hủy) được quy định trong tiêu chuẩn viện dẫn đến tiêu chuẩn này.

CHÚ THÍCH Các thông số thử sau được quy định trong tiêu chuẩn viện dẫn đến tiêu chuẩn này:

a) mẫu thử có chịu tải trọng bởi lực thủy tĩnh dọc trục trong khi chịu áp suất hay không (5.2);

b) chiều dài tự do, L, của mẫu thử (xem 6.2);

c) số lượng mẫu thử (xem 6.1);

d) nhiệt độ thử và dung sai (xem 8.1);

e) nếu đo và phép đo biến dạng nào được yêu cầu (xem 8.2);

f) chất lỏng dùng làm môi trường bên ngoài, là nước hoặc không khí (xem 8.3) hoặc môi trường khác (xem Chú thích Điều 1);

g) chất lỏng dùng làm môi trường bên trong, nếu không phải là nước hoặc một chất lỏng thử theo mục đích của 5.7 và 9.2.2 (xem Chú thích Điều 1).

5  Thiết bị, dụng cụ

5.1  Dụng cụ đo kích thước, để xác định chiều dài, đường kính, và độ dày thành ống với độ chính xác bằng ±1,0 %.

5.2  Dụng cụ bịt đầu, có khả năng tạo trạng thái ứng suất quy định, nghĩa là có hoặc không có lực thủy tĩnh dọc trục (xem Hình 1). Các kiểu bịt đầu được nêu trong Hình 1 chỉ là các trường hợp điển hình và có thể có các kiểu khác.

5.3  Bộ phận đỡ mẫu thử, để giảm thiểu biến dạng của mẫu thử gây ra bởi chính khối lượng của mẫu. Các bộ phận này không được nén ép mẫu thử theo chu vi hoặc theo chiều dọc.

5.4  Bể chứa nước, nếu thử với nước là môi trường bên ngoài (xem 8.4), được lắp đặt sao cho có thể duy trì nhiệt độ quy định đồng đều trong toàn bộ chất lỏng.

CHÚ THÍCH Có thể yêu cầu phải tuần hoàn.

5.5  Hệ thống tạo áp, có khả năng tạo áp suất lên chất lỏng bên trong mẫu thử theo cách thức sao cho không tạo thành bẫy không khí. Hệ thống này phải có khả năng duy trì áp suất trong khoảng giới hạn nêu tại 8.5 trong thời gian thử nghiệm.

Áp suất nên được tác dụng riêng với từng mẫu thử. Tuy nhiên, cho phép sử dụng thiết bị tạo áp suất có khả năng tác dụng đồng thời với một vài mẫu thử nếu không có nguy hiểm va chạm khi xảy ra phá hủy.

Nếu các phép thử được tiến hành tại ứng suất quy định, kích thước của các mẫu thử phải giống nhau.

Nên sử dụng hệ thống tự động, có thể điều chỉnh áp suất để duy trì áp suất thử trong các giới hạn quy định.

5.6  Thiết bị đo áp suất, có khả năng đo chính xác trong khoảng ± 1,0 % áp suất thử.

5.7  Thiết bị đo điện trở và dòng điện (tùy chọn, xem 9.1) có khả năng phát hiện thay đổi điện trở nhỏ hơn hoặc bằng 3 MΩ giữa chất lỏng thử dẫn điện và lớp dẫn điện (xem 9.2.2).

5.8  Dụng cụ đo độ biến dạng (tùy chọn, xem 8.3), có khả năng đo độ biến dạng yêu cầu với độ chính xác trong khoảng ± 2 %.

CHÚ DẪN

1  Vùng phá hủy có giá trị

2  Vùng ảnh hưởng của cơ cấu đầu bịt, bằng với 3,3 x ([DN] x e)^0.5

3  Đầu bịt

4  Mẫu thử

5  Thanh để chịu lực dọc trục

6  Gioăng cao su

7  Dụng cụ bịt đầu

e  Độ dày thành

L  Chiều dài tự do giữa hai đầu bịt

Thử nghiệm kiểu 1 có lực dọc trục

Thử nghiệm kiểu 2 không có lực dọc trục, có gioăng bên ngoài Thử nghiệm kiểu 3 không có lực dọc trục, có gioăng bên trong

Hình 1 – Lắp đặt điển hình cho phép thử áp của ống

6  Mẫu thử

6.1  Số lượng

Số lượng mẫu thử phải theo yêu cầu trong tiêu chuẩn viện dẫn đến tiêu chuẩn này.

6.2  Chiều dài tự do

Mỗi mẫu thử phải bao gồm một đoạn ống hoàn thiện, chiều dài tự do (L) giữa các dụng cụ bịt đầu phải theo quy định trong tiêu chuẩn viện dẫn đến tiêu chuẩn này.

6.3  Cắt

Các đầu phải nhẵn và vuông góc với trục của ống.

7  Điều hòa mẫu

Trừ khi có quy định trong tiêu chuẩn viện dẫn đến tiêu chuẩn này, giữ mẫu thử tại nhiệt độ thử (xem 8.1) trong 24 h trước khi thử.

8  Cách tiến hành

8.1  Thực hiện quy trình sau tại nhiệt độ và dung sai quy định trong tiêu chuẩn viện dẫn đến tiêu chuẩn này.

8.2  Xác định đường kính ống, độ dày thành và chiều dài mẫu thử theo TCVN 6145 (ISO 3126).

8.3  Nếu yêu cầu đo độ biến dạng, gắn thước đo biến dạng và sử dụng thiết bị theo 5.8.

8.4  Gắn dụng cụ bịt đầu (5.2) vào mẫu thử (xem Điều 6) và cho nước hoặc chất lỏng thử (5.7) vào tổ hợp hoàn thiện. Lắp mẫu thử với hệ thống tạo áp, tránh tạo thành các bẫy không khí.

Nếu thử nghiệm với nước là môi trường bên ngoài, lắp mẫu thử bên trong bể chứa (5.4) sao cho mẫu thử được bao quanh toàn bộ bởi nước.

8.5  Tăng áp suất bên trong mẫu thử đến giá trị yêu cầu trong khoảng 5 min (5.5). Duy trì áp suất đó đến khi xảy ra phá hủy. Ghi lại thời gian thử chính xác đến ± 2 % của khoảng thời gian thử (theo giờ) hoặc 24 h, tùy theo giá trị nào nhỏ hơn.

CHÚ THÍCH Đối với các kích thước danh nghĩa lớn hơn DN 500, khoảng thời gian thử có thể cần phải tăng lên vì lý do thực tế.

8.6  Trong trường hợp có sự gián đoạn khi thử vì các lý do không dự đoán được như lỗi hệ thống điện, phép thử có thể được tiếp tục nếu thời gian gián đoạn nhỏ hơn 100 h. Khoảng thời gian bị gián đoạn phải được trừ bớt đi từ tổng thời gian thực hiện phép thử và phải được nêu trong báo cáo thử nghiệm.

9  Phát hiện phá hủy

9.1  Quy định chung

Mẫu thử được coi là bị phá hủy nếu quan sát thấy hiện tượng nổ/bục (3.2), rò rỉ (3.3) hoặc thẩm thấu tế vi (3.4). Hiện tượng nổ/bục hoặc rò rỉ có thể phát hiện được bằng mắt thường hoặc bằng dấu hiệu thất thoát chất lỏng thử (xem 9.2.1). Hiện tượng thẩm thấu tế vi có thể phát hiện được bằng mắt thường hoặc bằng phương pháp đo điện trở (xem 9.2.2).

CHÚ THÍCH Chỉ có thể phát hiện được hiện tượng thẩm thấu tế vi khi phép thử được thực hiện trong không khí.

Do ứng suất (biến dạng) rất lớn gây ra bởi áp suất cao được sử dụng để thiết lập các điểm dữ liệu ngắn hạn, tác động không liên tục của cơ cấu bịt đầu có thể ảnh hưởng lớn đến thời gian phá hủy biểu kiến. Nếu phá hủy có thể nhận biết được rõ ràng ngay từ đầu do ảnh hưởng của cơ cấu bịt đầu, kết quả thử có thể bị loại bỏ nếu phá hủy xảy ra bên ngoài vùng phá hủy có giá trị, nghĩa là trong khoảng cách tính từ dụng cụ bịt đầu, được tính theo công thức (1):

Trong đó

[DN]  là kích thước danh nghĩa, tính bằng milimét;

e  là độ dày thành, tính bằng milimét.

Khi có thể thực hiện (nghĩa là phá hủy do rò rỉ hoặc thẩm thấu tế vi), phá hủy bên ngoài vùng có giá trị có thể được khắc phục nếu cần và tiếp tục thử. Phép thử được tiếp tục như vậy phải được nêu trong báo cáo thử nghiệm.

9.2  Phương pháp phát hiện

9.2.1  Thất thoát chất lỏng thử

Hiện tượng thất thoát chất lỏng thử qua thành ống nhìn thấy được bằng mắt thường phải được coi là một phá hủy (xem 9.1).

9.2.2  Giảm điện trở

Nếu áp dụng, phá hủy được coi là đã xảy ra khi điện trở giữa chất lỏng thử và lớp dẫn điện xung quanh môi trường bên ngoài của mẫu thử giảm xuống nhỏ hơn hoặc bằng 3 MΩ (xem Phụ lục A).

CHÚ THÍCH Cẩn thận để đảm bảo rằng khả năng dẫn điện của chất lỏng thử và điện trở của ống đủ lớn.

10  Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm ít nhất phải bao gồm các thông tin sau.

a) Viện dẫn tiêu chuẩn này và tiêu chuẩn viện dẫn đến tiêu chuẩn này;

b) Nhận biết đầy đủ về ống được thử;

c) Kích thước của từng mẫu thử;

d) Số lượng mẫu thử;

e) Các giới hạn hoạt động của hệ thống tạo áp (5.5);

f) Độ giãn đo được, nếu có yêu cầu;

g) Khoảng nhiệt độ sử dụng trong quá trình thử;

h) Môi trường thử bên ngoài (5.4);

i) Trạng thái ứng suất (5.2);

j) Chiều dài của vùng phá hủy có giá trị (xem 9.1);

k) Loại dụng cụ bịt đầu (xem Hình 1);

l) Chi tiết về dụng cụ đỡ mẫu thử, nếu sử dụng (5.3);

m) Áp suất thử với từng mẫu thử (xem 8.4);

n) Thời gian phá hủy hoặc khoảng thời gian của phép thử (xem 8.4) đối với từng mẫu thử;

o) Hình ảnh (nghĩa là bản phác họa hoặc ảnh chụp) thể hiện bản chất và vị trí của điểm phá hủy đối với từng mẫu;

p) Kiểu phá hủy đối với từng mẫu thử (xem 9.1);

q) Các điểm dữ liệu bất kỳ bị loại bỏ do phá hủy xảy ra bên ngoài vùng phá hủy có giá trị;

r) Các quan sát được thực hiện trong và sau phép thử;

s) Yếu tố bất kỳ có thể ảnh hưởng đến kết quả thử, như hiện tượng hoặc thao tác bất kỳ không được quy định trong tiêu chuẩn này;

t) Ngày thử hoặc khoảng thời gian mà phép thử được thực hiện.

Phụ lục A

(tham khảo)

Phát hiện rò rỉ/thẩm thấu tế vi bằng phương pháp điện tử

Việc sử dụng một dụng cụ điện tử để đo điện trở giữa chất lỏng thử và vật liệu dẫn điện được bao quanh bởi môi trường của mẫu thử đã được sử dụng trong nhiều năm để hỗ trợ việc phát hiện hiện tượng thẩm thấu tế vi hoặc rò rỉ, thông thường đối với các ống quấn filamăng. Việc sử dụng phương pháp phát hiện bằng điện tử được công nhận lần đầu trong ASTM D 2143 để xác định độ bền áp suất theo chu kỳ của ống GRP quấn sợi filamăng thành mỏng trong những năm 1960.

Vật liệu dẫn điện quấn quanh mẫu thử thường là màng hoặc lưới kim loại được đặt quanh mẫu trong vùng phá hủy có giá trị, nghĩa là cách xa khỏi vùng đầu bịt. Phép đo điện trở giữa chất lỏng thử và vật liệu dẫn điện này có thể chỉ ra hiện tượng phá hủy hoặc chưa phá hủy.

Điện trở phát hiện phá hủy vật liệu sẽ tùy thuộc vào chất lỏng thử. Đối với chất lỏng thử chứa natri clorua, điện trở trong khoảng từ 10 MΩ đến 20 MΩ được coi là phá hủy. Đối với chất lỏng thử là nước đô thị, phá hủy thường xảy ra khi có giọt chất lỏng đầu tiên đi qua thành ống.

Trong một vài năm gần đây, thử nghiệm cho ống GRP-UP đã đưa ra giá trị điện trở bằng 3 MΩ là chỉ dẫn của hiện tượng chưa phá hủy và cần phải quan sát thường xuyên hơn. Việc sử dụng các phương pháp phát hiện như vậy thường có hiệu quả với khoảng thời gian thử dài hạn khi quan sát trực tiếp thường không tiến hành được.

Khi thử nghiệm ở nhiệt độ được nâng cao, việc sử dụng phương pháp phát hiện điện tử có thể đặc biệt có ích khi hiện tượng xuất hiện giọt nước trên bề mặt ống và sự bay hơi của giọt nước xảy ra đồng thời, gây khó khăn cho việc quan sát bằng mắt thường.