PE plieno tinklelio karkaso slėgio bandymas

PE plieninio tinklelio karkasinių vamzdžių sandara ir medžiagų sudėtis

Plieninio tinklelio karkasinio vamzdžio medžiagų sudėtis ir sandara

PE plieninio tinklelio karkasiniai vamzdžiai turi tai, kas vadinama trijų sluoksnių kompozitine konstrukcija. Pagrindinėje dalyje yra plieninis tinklas, kurį apsupa vidinis ir išorinis HDPE sluoksniai, kurie reiškia aukšto tankio polietileną. Dažniausiai plieninis tinklas gaminamas iš anglies plieno vielų, turinčių apie 0,12–0,20 procentų anglies. Šios vielos suvyniojamos į ypatingą 120 laipsnių spiralę. Toks išdėstymas suteikia vamzdeliui papildomą stiprumą, kai jis veikiamas iš visų pusių, tačiau išlaiko pakankamai lankstumo montavimui. Tyrimai parodė, kad šie vamzdžiai gali išlaikyti slėgio šuolius, kurie yra apie 18–24 procentais didesni nei įprasti vieno medžiagos tipo plastikiniai vamzdžiai. Skaičiai gauti atliekant standartinius bandymus pagal ASTM F1216 nurodymus.

Plieninio karkaso PE kompozitinio vamzdžio sluoksnių integracija

Kryžminė ekstruzija 210–230 °C sujungia HDPE sluoksnius su plieno tinkleliu, skatinant molekulinį supynimą ir užtikrinant ilgalaikį sukibimą. Gautos lupimo stiprumas atitinka arba viršija 50 N/cm (pagal ISO 11339), efektyviai neleidžiant sluoksniavimosi ciklinės apkrovos metu. Toks patvarus integravimas užtikrina patikimą veikimą esant slėgio svyravimams iki 2,5 MPa.

HDPE matricos ir integruoto plieno tinklelio vaidmuo konstrukcinėje vientisumoje

HDPE užtikrina gerą atsparumą cheminėms medžiagoms, taip pat sukuria labai lygią hidraulinę paviršių, kurio šiurkštumas siekia apie 0,01 mm. Tuo tarpu plieno tinklelis atlaiko didžiąją dalį tempties jėgų – tarp 85 iki net 90 procentų. Šis derinys leidžia išlaikyti visus polietileno puikius korozijos apsaugos privalumus, neleidžiant jam ilgainiui deformuotis, kaip tai būdinga įprastam PE. Bandant realiomis sąlygomis, šios kompozitinės vamzdžių sistemos išlaikė apie 94 % savo pradinės stiprybės po 10 tūkstančių slėgio ciklų. Tai iš tiesų įspūdinga, palyginti su standartiniais HDPE vamzdžiais, kurie panašiu bandymo lygiu išlaiko tik apie 68 % stiprumo.

Kompozitinių vamzdžių slėgio našumas ir pagrindiniai mechaniniai rodikliai

Slėgio našumas kintamųjų ir pastovių apkrovų sąlygomis

Tyrimai parodė, kad PE plieninio tinklelio karkasiniai vamzdžiai išlaiko apie 98 % jų pradinės plyšimo stiprumo (ne mažiau kaip 25 MPa), net jei būtų veikiami 10 000 dinaminių apkrovos ciklų esant 1,5 karto didesniam nei normalus darbinis slėgis pagal ASTM D3039 standartą iš 2021 metų. Kai tokie vamzdžiai testuojami ilgalaikiame slėgio bandyme, kurio metu taikomas 1,1 karto didesnis nei nominalus slėgis daugiau nei 10 000 valandų iš eilės, jie radialiai deformuojasi vidutiniškai tik apie 2,1 %. Iš tiesų tai yra įspūdingi 40 % geresnis rezultatas lyginant su įprastu nepastiprintu HDPE. Kompiuteriniai modeliavimai, atlikti naudojant baigtinių elementų metodus, parodė, kodėl tai veikia taip gerai: vidinis plieno tinklelis padeda tolygiai paskirstyti apkrovas per visą vamzdžio sienelę, todėl jie tampa žymiai atsparesni nuovargio pažeidimams ilgainiui.

PE plieninio tinklelio karkasinių vamzdžių guolių talpa ir lėtinė deformacija

Plieno armatūra padidina guolinių gebą iki 4,8 MN/m² – daugiau nei du kartus viršijant standartinio HDPE 1,9 MN/m² – o ilgalaikė slinkimo deformacija per 50 metų sumažinama iki 0,12 %, kas atitinka 70 % pagerėjimą. Pagrindiniai veiksniai yra:

• Kryžminiu būdu susietos HDPE matrica (tankis ≥940 kg/m³)
• 316L nerūdijančio plieno tinklelis (tinklelio tankis ≥85 %)
• Sąsajos sluoksnio storis 0,35–0,45 mm

Šie veiksniai kartu sustiprina formos stabilumą ir apkrovos nešančią ilgaamžiškumą.

Ilgalaikė stiprumas, kietumas ir deformacijos atsparumas

Kai medžiagos yra testuojamos greitinio senėjimo sąlygomis esant apie 70 laipsnių Celsijaus temperatūrai ir apie 95 % drėgnumo lygiui, jų žiedinio standumo sumažėjimas per laikotarpį, atitinkantį penkiasdešimt metų normalios eksploatacijos trukmės, yra tik nedidelis – 9 %. Tai reiškia, kad medžiaga išlaiko standumo rodiklį aukščiau nei 16 000 Niutonų kvadratiniam metrui. Veikiamos 8 barų vidaus slėgio, ovalizacijos laipsnis lieka žemiau 3 %, kas yra žymiai geriau nei 12 %, stebima standartinėje nepastiprintoje HDPE. Atsižvelgiant į ilgalaikius našumo rodiklius, ašinė tempties stipris po 30 metų išlieka pastovus – 22 megapaskaliai, tai reiškia, kad ji išlaiko maždaug 83 % pradinės vertės, kurią turėjo ties gamybos pradžia.

Teoriniai ir realaus pasaulio slėgio reitingai: tarpelio užpildymas

Kol teoriniai modeliai įvertina 35 bar talpą 200 mm skersmens vamzdžiams, pramoninių vamzdynų duomenys nurodo eksploatacines ribas 28–32 bar (2023 m. duomenys). Šis 20 % skirtumas atsiranda dėl realaus pasaulio kintamųjų:

Laikymasis standartizuotų montavimo praktikų ir realaus laiko deformacijos stebėjimo naudojimas gali sumažinti šį skirtumą iki 65 %.

PE plieninio tinklelio rėmo kompozitinių vamzdžių privalumai ir apribojimai

Pagrindiniai plieninio rėmo PE kompozitinio vamzdžio savybių bruožai

PE plieninio tinklelio rėmo kompozitiniai vamzdžiai sujungia HDPE su suvirintomis plieninėmis gardelėmis, kad užtikrintų geresnį našumą:

• 200 % didesnis staigaus slėgio atsparumas nei grynasis HDPE (ASTM D1599)
• 40 % mažesnė šiluminė plėtra dėl plieno apribojančio poveikio
• Korozijos atsparumas, kuris agresyviose aplinkose pranašesnis už plienines vamzdynų sistemas 15–20 metų

Įtempimo perkėlimas per kompozitinę struktūrą užtikrina mažiau nei 90 % ovalumą esant 25 bar slėgiui, kas yra 50 % geresnis rodiklis lyginant su neįtvirtintu HDPE

Privalumai ir trūkumai pramoninėse taikymo srityse

Privalumai:

• Tinka naftos/gazo tyrėms esant temperatūrai ≥60 °C ir slėgiui ≥32 bar
• Leidžia 30 % greičiau įrengti be tranšėjų naudojant elektrosvirinimą
• Pašalina būtinybę taikyti katodinę apsaugą, sumažinant gyvavimo ciklo sąnaudas 85 % lyginant su metalinėmis sistemomis

Ribotumai:

• 18–22 % didesnės medžiagos kainos nei standartinis HDPE (2024 metų polimerinių vamzdynų rinkos ataskaita)
• Apribota iki skersmenų ≥DN1200 dėl gamybos apribojimų
• Reikia specialių elektrosvirinimo procedūrų, kad būtų išvengta sluoksniavimosi aukščiau nei 45°C

Šie vamzdžiai yra renkamasi vežti koroziniams skysčiams, tačiau esant darbui aukščiau nei 60°C parenkami GRP arba plieno pakaitai.

Palyginamoji analizė: PE plieno tinklelio karkaso vamzdis vs. HDPE vamzdis

Slėgio valdymas: kaip PE plieno tinklelio karkaso vamzdis pranašesnis už standartinį HDPE

PE plieno tinklelio karkasiniai vamzdžiai gali išlaikyti apie 35–40 % didesnį sprogimo slėgį nei įprasti HDPE, kai sąlygos tampa dinamiškos. Kas tai padaro įmanomu? Viduje esantis plieno tinklas veikia panašiai kaip konstrukcinė atrama. Jis paskirsto apkrovą per visą HDPE medžiagą, vietoj to, kad leistų jai koncentruotis vienoje vietoje. Dėl to šie vamzdžiai gali gerai veikti net esant slėgiui apie 2,5 MPa, nesitempiant ir nesideformuojant. Standartiniai HDPE vamzdžiai panašiomis sąlygomis paprastai sugenda esant apie 1,8 MPa. Todėl inžinieriai, ieškantys patikimų vamzdyno sprendimų aukšto slėgio situacijoms, dažnai pasirenka šiuos sustiprintus vamzdžius.

Ilgalaikio naudojimo atsparumas ir deformacijos atsparumas

Per 10 metų senėjimo modeliavimą, plieninė tinklelis sumažina slinkimo deformaciją 62 %. Tuo tarpu standartinis HDPE apkrovos metu patiria 12–15 % skersmens kaitą, o kompozitai ją riboja iki ≥5 % temperatūrų diapazone nuo -20 °C iki 60 °C. Ši stabilumas daro juos idealiais požeminiams įrenginiams, kurie patiria dirvožemio judėjimą ir termikus ciklus.

Pagrindiniai našumo skirtumai:

Aukšto streso taikymo srityse, tokiuose kaip tirpalo pervežimas, kompozitinės vamzdžiai išlaiko 94 % pradinės slėgio talpos po penkerių metų, palyginti su 78 % HDPE, pagal 2024 metų Polimerinės Infrastruktūros Ataskaitą.

Jungimo metodai ir elektrosvirinimo būdai HDPE su plieno tinklelio skeletu vamzdžiams

SRTP vamzdžių statybos technikos ir sujungimo sistemos

PE plieno tinklelio karkasiniai vamzdžiai remiasi keliais sujungimo būdais, įskaitant elektrosvirinimą, mechaninius jungtukus ir flanšinius sujungimus, kad viskas išliktų vientisa, kai operacinėje prasme kyla įtampa. Prieš virinant labai svarbu paruošti paviršius. Visada nuvalome bet kokį purvą ar nešvarumus ir užtikriname, kad vamzdžių galai būtų lygūs be kabliukų, nes kitaip suliejimas tinkamai neveiks. Montuojant tinkamas išlyginimas ir tinkamos spaustuvų technikos padeda išvengti įtempio taškų atsiradimo ten, kur jie neturėtų atsirasti, ypač sekcijose, kuriose ilgainiui dažnai vyksta žemės poslinkiai ar temperatūros pokyčiai. Skaičiai tai patvirtina. Teisingai atlikus šiuos sujungimus, jie gali pasiekti apie 98 % to, ką gali išlaikyti pats pagrindinis vamzdis slėgio atžvilgiu. Šį skaičių paskelbė praėjusiais metais „Pipeline Systems Journal“, kas patvirtina mūsų lauko stebėjimus per daugelį metų vykdytų montavimų.

PE plieninės tinklelės karkaso vamzdžių jungiamųjų detalių elektrosvirinimas

Elektrosvirinimas sujungia jungiamąsias dalis į praktiškai vientisą detalę, įjungiant specialius šildymo elementus pačiose jungiamosiose dalyse. Tokiu atveju ištirpsta HDPE medžiaga ir tuo pat metu integruojamas plieninis tinklas. Tai užtikrina tiek atsparumą korozijai, tiek konstrukcinį vientisumą visame sujungime. Tradicinės metodikos, tokios kaip sriegiavimas ar klijavimas, čia nesulyginamos, nes sukuria silpnas vietas, kurios gali sugesti. 2024 m. Komunalinės infrastruktūros ataskaita pateikia įspūdingų duomenų apie elektrosvirinimo siūles – jie tarnauja beveik dvigubai ilgiau esant pakartotinėms apkrovoms vandens tiekimo tinkluose, palyginti su kitomis sujungimo rūšimis.

Optimalūs elektrosvirinimo parametrai: įtampa, laikas ir temperatūros valdymas

Suvirinimo kokybė priklauso nuo trijų pagrindinių parametrų tikslaus valdymo:

Šiuolaikiniai automatiniai virinimo įrenginiai šiuos nustatymus koreguoja tikruoju laiku, naudodami aplinkos temperatūros atgalinį ryšį, dėl ko lauko darbuose žmogiškosios klaidos sumažėja 72 %.

DUK

Koks yra pagrindinis PE plieninio tinklelio skeleto vamzdžių struktūrinis sudėjimas?

Šie vamzdžiai susideda iš trijų sluoksnių kompozitinės konstrukcijos su centriniais plieniniais vielos tinkleliais, apsuptais vidinių ir išorinių Aukštos tankio polietileno (HDPE) sluoksnių. Ši konstrukcija suteikia padidintą stiprumą ir lankstumą.

Kokias privalumus PE plieninio tinklelio skeleto vamzdžiai turi lyginant su standartiniais HDPE vamzdžiais?

Jie pasižymi puikiu atsparumu sprogimui dėl slėgio ir mažesniu šiluminiu plėtimusi, taip pat geriau atsparūs korozijai, todėl tinka aukšto slėgio pramoninėms aplikacijoms.

Kaip šie vamzdžiai veikia esant dinaminėms ir ilgalaikėms apkrovoms?

PE plieno tinklelio karkaso vamzdžiai išlaiko apie 98 % jų pradinės sprodimosi stiprumo net po daugybės dinaminių apkrovos ciklų, rodydami geresnį atsparumą slėgio pokyčiams ir nuovargio pažeidimams lyginant su įprastais HDPE vamzdžiais.

Kokie sujungimo metodai naudojami PE plieno tinklelio karkaso vamzdžiams?

Šie vamzdžiai dažnai naudoja elektrosvirinimo būdą, mechaninius jungtus ir flanšinius sujungimus, kurie užtikrina stiprius, ilgaamžius sujungimus, efektyviai atlaikančius aukštą slėgį.