塑料管道基本計算

《塑料管道基本計算》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《塑料管道基本計算（61頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、塑 料 壓 力 管 道 基 本 計 算二 一 年謝 建 玲 主 要 內(nèi) 容一 、 基 本 公 式 的 導(dǎo) 出二 、 設(shè) 計 應(yīng) 力 的 獲 得三 、 標 準 尺 寸 比 與 厚 度 系 列四 、 熱 水 管 使 用 條 件 級 別 的 確 定五 、 熱 水 管 的 設(shè) 計 應(yīng) 力六 、 熱 水 管 的 厚 度 系 列七 、 常 用 公 式 一 、 基 本 公 式 的 導(dǎo) 出縱 向 ： 流 體 產(chǎn) 生 的 力 ：F縱 =P R2 =P D2/4管 壁 縱 向 應(yīng) 力 產(chǎn) 生 的 力 ：縱 D e靜 力 學(xué) 平 衡 條 件 ：F縱 =P D2/4 =縱 D e因 此 ： 縱 = P D 2/4 /

2、( D e) = P D /4 D 橫 向 （ 環(huán) 向 ） ： 流 體 產(chǎn) 生 的 力 ：F橫 =PLD 管 壁 環(huán) 應(yīng) 力 產(chǎn) 生 的 力 ：環(huán) Le2靜 力 學(xué) 平 衡 條 件 ：F橫 =PLD =環(huán) Le2因 此 ： 環(huán) =PLD /(Le2)= P D /2e式 中 ： P： 靜 液 壓 （ 各 向 同 性 ） ， F： 力 ， ： 應(yīng) 力 ，R： 半 徑 ， D ： 中 徑 ， e： 壁 厚 (可 參 見 董 孝 理 書 ) D 環(huán) =2縱 環(huán) 大 于 縱 因 此 試 驗 按 環(huán) 應(yīng) 力 去 做環(huán) = P D/2e環(huán) = P (D-e)/2e ISO方 程 (1)從 (1) 可 導(dǎo)

3、出 ： P = 2e 環(huán) / (D-e) (2) e =D/ (2 環(huán) /P+1) (3)式 中 ： D： 外 徑 ， D= D+e 二 、 設(shè) 計 應(yīng) 力 的 獲 得n ISO 1167、 GB/T 6111 液 壓 試 驗 ， 得 到 基 礎(chǔ) 數(shù) 據(jù)n ISO 9080、 GB/T 18252 外 推 方 法 ， 處 理 數(shù) 據(jù) , 得 到 20 、 50年 長 期 強 度 LTHSn 取 LTHS的 97.5%置 信 下 限 ,得 到 LPLn ISO 12162、 GB/T 18475 將 LPL圓 整 ,得 到 MRSn ISO 12162 、 GB/T 18475 總 使 用 系

4、數(shù) C n ISO 161-1、 GB/T 4217 根 據(jù) MRS和 C值 確 定 設(shè) 計應(yīng) 力 D； 靜 液 壓 試 驗管 材 制 備數(shù) 據(jù) 外 推 管 材 料 分 級GB/T 6111GB/T 18252 GB/T 18475設(shè) 計 應(yīng) 力 GB/T 4217 Lgt=A+b/Tlg +C/T+Dlg (4) （ ISO 13670 Miner s規(guī) 則 ） 系 數(shù) 可 由 試 驗 數(shù) 據(jù) 擬 和 得 到 。 lgtlg 圖 1 T GB/T 18252、 ISO 9080n 該 標 準 規(guī) 定 用 小 口 徑 （ 直 徑 2563mm）管 材 做 一 系 列 靜 液 壓 試 驗 ， 通

5、 過 對 結(jié) 果的 統(tǒng) 計 分 析 ， 在 置 信 概 率 下 ， 得 到 溫度 T、 試 樣 破 壞 時 間 t、 環(huán) 應(yīng) 力 之 間 的關(guān) 系 。 從 而 可 得 到 在 使 用 條 件 （ 溫 度 T、破 壞 時 間 t） 下 管 材 在 97.5%置 信 下 限 下的 環(huán) 應(yīng) 力 ， 進 而 可 給 出 設(shè) 計 應(yīng) 力 D；反 之 也 可 以 在 給 定 設(shè) 計 應(yīng) 力 D和 使 用 溫度 T下 給 出 管 材 的 破 壞 時 間 ， 即 壽 命 。 試 驗 溫 度 要 求 在 兩 個 或 兩 個 以 上 溫 度 進 行 試 驗 ， 溫 度 應(yīng) 滿 足 以 下 條 件 ： 每 對 相

6、鄰 的 溫 度 至 少 相 差 10 。 對 無 定 形 的 聚 合 物 或 主 要 是 無 定 形 的 聚 合 物 ， 最 高 試 驗 溫度 Tt,max不 應(yīng) 超 過 維 卡 軟 化 溫 度 以 下 15 ， 對 結(jié) 晶 或 部 分結(jié) 晶 聚 合 物 ， Tt,max不 應(yīng) 超 過 熔 點 以 下 15 。 為 了 得 到 長 期 靜 液 壓 強 度 的 置 信 下 限 LPL的 最 佳 估 計 值 ，試 驗 溫 度 范 圍 應(yīng) 包 括 使 用 溫 度 或 使 用 溫 度 范 圍 。 如 果 在 最 低 試 驗 溫 度 以 下 20 范 圍 內(nèi) 材 料 不 發(fā) 生 物 態(tài) 變 化 ，最 低

7、 試 驗 溫 度 下 所 得 數(shù) 據(jù) 可 以 向 下 外 推 20 。對 聚 乙 烯 典 型 的 試 驗 溫 度 是 20 、 40 、 60 。 內(nèi) 壓 水 平 和 時 間 范 圍 分 布 應(yīng) 滿 足 以 下 條 件 ： 對 每 個 選 定 的 溫 度 ， 在 至 少 5個 規(guī) 則 地 分 布 的 內(nèi) 壓 水 平 上 觀察 試 樣 的 破 壞 時 間 ， 得 到 至 少 30個 觀 察 值 。 處 于 統(tǒng) 計 分 析的 需 要 ， 要 求 在 一 定 的 應(yīng) 力 水 平 下 有 多 個 試 驗 結(jié) 果 ， 即 重復(fù) 觀 察 值 。 選 擇 內(nèi) 壓 水 平 時 ， 應(yīng) 做 到 至 少 有 4個

8、 觀 察 值 在7000小 時 以 上 ， 至 少 有 1個 觀 察 值 在 9000小 時 以 上 。 當(dāng) 拐 點存 在 時 ， 對 兩 種 破 壞 模 式 都 應(yīng) 收 集 到 可 供 統(tǒng) 計 分 析 的 足 夠數(shù) 量 的 觀 察 值 。 任 何 溫 度 下 破 壞 時 間 10小 時 以 內(nèi) 的 觀 察 值 都 應(yīng) 舍 棄 。 溫 度 小 于 等 于 40 時 ， 若 破 壞 時 間 在 1000小 時 以 上 的 觀 察值 的 數(shù) 量 已 經(jīng) 符 合 條 件 的 要 求 ， 則 舍 棄 破 壞 時 間 小 于1000小 時 的 觀 察 值 ， 即 舍 棄 所 有 符 合 舍 棄 條 件

9、（ 溫 度 和 破壞 時 間 ） 的 觀 察 值 。 在 最 低 內(nèi) 壓 水 平 沒 有 破 壞 的 試 樣 ， 可 以 在 多 元 線 性 回 歸 計算 和 拐 點 判 斷 時 視 為 觀 察 值 ， 否 則 也 可 予 以 舍 棄 。 數(shù) 學(xué) 計 算n 該 標 準 使 用 了 四 參 數(shù) 模 型 ， 考 慮 了 韌 性 、 脆 性 兩 種破 壞 模 式 ， 給 出 了 兩 種 模 式 轉(zhuǎn) 換 點 （ 拐 點 ） 的 自 動檢 測 方 法 。n 四 參 數(shù) 模 型 ：n log10t=c1+c2/T+c3log10 +c4(log10 )/T+en 式 中 ： t破 壞 時 間 ， 單 位

10、h；n T溫 度 ， 單 位 K； n 環(huán) 應(yīng) 力 ， 單 位 MPa； n ci參 數(shù) ， i 1， 2， 3， 4；n e誤 差 變 量 ， 服 從 正 態(tài) 分 布 ， 平 均 值 為 0。 舉 例 PE 20 、 60 、 80 溫 度 下 ,選 用不 同 壓 力 ,按 照 GB/T 6111要 求 ,對 管 材試 樣 進 行 靜 水 壓 試 驗 ,得 到 滿 足 GB/T 18252 要 求 的 足 夠 的 試 驗 數(shù) 據(jù) ,再 按 照統(tǒng) 計 學(xué) 的 方 法 得 到 環(huán) 應(yīng) 力 與 破 環(huán) 時 間的 函 數(shù) 關(guān) 系 ,并 獲 得 外 推 到 50a預(yù) 測 的長 期 靜 液 壓 強 度

11、的 預(yù) 測 下 限 LPL。 按 照 GB/T 18475 (ISO 12162) 和GB/T 4217（ ISO 161） 的 規(guī) 定 ,對 預(yù) 測下 限 LPL進 行 圓 整 ,得 到 最 小 要 求 強 度MRS,得 到 材 料 的 分 級 數(shù) 和 對 應(yīng) 的 材 料 命名 。 按 照 GB/T 18475規(guī) 定 ， 選 用 材 料 總體 使 用 系 數(shù) C,用 材 料 MRS除 以 C,得 到 計算 管 材 厚 度 所 必 須 的 材 料 設(shè) 計 應(yīng) 力 ,見表 1 。 表 1 材 料 命 名 和 設(shè) 計 應(yīng) 力材 料命 名 預(yù) 測 下 限LPL/ MPa 最 小 要 求 強度 MRS

12、/ MPa 分 級數(shù) 總 體 使 用系 數(shù) C 設(shè) 計 應(yīng) 力D/ MPaPE63 6. 3 LPL 7. 99 6. 3 63 1. 25 5PE80 8 LPL 9. 99 8 80 1. 25 6. 3PE100 10 LPL 11. 19 10 100 1. 25 8 設(shè) 計 應(yīng) 力n D=MRS/C原 材 料 性 質(zhì) 決 定 了 D 對 壓 力 管 道 材 料n 冷 水 管 以 MRS為 基 礎(chǔ) 的 分 級 體 系 ；n 熱 水 管 以 管 系 列 S為 基 礎(chǔ) 的 分 級 體 系 。 S=(Dn-en)/2en GB/T 18475規(guī) 定 了 不 同 材 料 的 總 體 使 用 系

13、 數(shù) C的 最 小 值 表 2 各 種 材 料 總 體 使 用 系 數(shù) C的 最 小 值材 料 C 的 最 小 值 材 料 C 的 最 小 值A(chǔ)BS 1. 6 PVC - C 1. 6PB 1. 25 PVC - HI 1. 4PE 1. 25 PVC - U 1. 6PE-X 1. 25 PVDF共 聚 1. 4PP共 聚 1. 25 PVDF均 聚 1. 6PP均 聚 1.6 GB/T 18475 (ISO 12162)的 意 義 不 僅 在 于 給 出 了 熱 塑 性 管 材 的 分 類 和 命名 ， 它 還 是 熱 塑 性 壓 力 管 道 的 設(shè) 計 基 礎(chǔ) ， 該標 準 還 給 出

14、了 總 使 用 設(shè) 計 系 數(shù) C： “ 是 一 個 大于 1的 數(shù) 值 ， 它 的 取 值 考 慮 了 使 用 條 件 和 管 道系 統(tǒng) 組 件 的 性 能 ， 而 不 考 慮 置 信 下 限 已 包 含的 因 素 ” 。 CEN/TC 155提 出 了 不 同 塑 料 管 道的 設(shè) 計 使 用 系 數(shù) C， 并 已 被 ISO/TC 138所 認 可 。這 些 規(guī) 定 也 已 為 我 國 所 接 受 ， 并 在 相 應(yīng) 國 家標 準 中 確 定 。 三 、 標 準 尺 寸 比 與 厚 度 系 列n 塑 料 管 材 的 標 準 尺 寸 比 SDR 定 義 為 管 材的 公 稱 外 徑 dn

15、與 公 稱 壁 厚 en 的 比 : SDR =dn/en （ 5）n 管 材 壁 厚 的 系 列 S值 定 義 為 : S = (SDR - 1)/2 （ 6） 由 公 式 （ 1） 、 （ 6） 可 推 導(dǎo) 出 ： S =D/P （ 7） 在 實 際 應(yīng) 用 中 ,用 設(shè) 計 應(yīng) 力 和 最 大 允許 操 作 壓 力 計 算 出 管 材 的 Scale值 ,將 計 算結(jié) 果 靠 到 標 準 規(guī) 定 的 公 稱 S值 ， 見 表 3，取 自 GB/T 10798(ISO 4065)中 的 表 2。 由公 式 (5)和 (6)得 到 ： en =dn/(2S+1) (8) 便 可 計 算 管

16、材 公 稱 壁 厚 , 見 表 4。 表 3 公 稱 S值 與 計 算 值公 稱 S值 計 算 值 公 稱 S值 計 算 值2 1. 9953 12. 5 12. 5892. 5 2. 5119 14 14. 1253. 2 3. 1623 16 15. 8494 3. 9811 20 19. 9535 5. 0119 25 25. 1196. 3 6. 3096 32 31. 6238 7. 9433 40 39. 81110 10. 000 50 50. 11911. 2 11. 220 63 63. 096 表 4 部 分 公 稱 壁 厚 值 GB/T 10798（ ISO 4065）公

17、 稱 外 徑 管 材 S 值 (標 準 尺 寸 比 SDR)3.2 (7. 4) 4 (9) 5 (11) 6.3 (13. 6) 8(17)32 4. 4 3. 6 2. 9 2. 4 1. 940 5. 5 4. 5 3. 7 3. 0 2. 450 6. 9 5. 6 4. 6 3. 7 3. 063 8. 6 7. 1 5. 8 4. 7 3. 875 10. 3 8. 4 6. 8 5. 6 4. 590 12. 3 10. 1 8. 2 6. 7 5. 4110 15. 1 12. 3 10. 0 8. 1 6. 6 小 結(jié) 1 通 過 靜 液 壓 試 驗 及 數(shù) 據(jù) 處 理 得

18、到 曲 線 ：Lgt=A+b/Tlg+C/T+Dlg 外 推 得 到 20 下 LPL， 圓 整 得 到 材 料MRS， 除 以 總 體 使 用 系 數(shù) C,得 到 材 料 的設(shè) 計 應(yīng) 力 D。 壁 厚 計 算 ： en=Dn/ (2D/P+1) 四 、 熱 水 管 使 用 條 件 級 別 的 確 定 ISO 10508在 通 過 規(guī) 定 級 別 的 材 料 制作 的 各 種 塑 料 管 材 和 管 件 應(yīng) 符 合 相 關(guān) 產(chǎn)品 的 國 際 標 準 后 ， 以 壓 力 冷 熱 水 系 統(tǒng) 的使 用 條 件 建 立 了 一 個 分 級 體 系 ， 作 為 熱塑 性 塑 料 管 材 和 管 件

19、系 統(tǒng) 性 能 評 價 和 設(shè)計 的 基 礎(chǔ) 。 表 5 使 用 條 件 級 別 （ GB/T 18991 、 ISO 10508 ）級 別 TD Tmax Tmal 應(yīng) 用 舉 例 時 間 /年 a 時 間 /年 h1b 60 49 80 1 95 100 供 熱 水 (60 )2 b 70 49 80 1 95 100 供 熱 水 (70 )3c 203040 0.52025 50 4.5 65 100 地 板 下 的 低 溫 供 熱4 204060 2.52025 70 2.5 100 100 地 板 下 供 熱 和 低 溫 暖 氣 5 206080 142510 90 1 100 10

20、0 高 溫 暖 氣注 ： 本 標 準 僅 適 用 于 TD、 Tmax 和 Tmal的 值 都 不 超 過 表 1中 第 5級 的 閉 式 系 統(tǒng) 。a 對 任 一 級 別 ， 當(dāng) 設(shè) 計 溫 度 不 止 一 個 時 ， 時 間 應(yīng) 當(dāng) 累 加 處 理 （ 例 如 ： 對 于 級 別 5， 50年 使用 壽 命 是 ： 20 ， 14年 ， 60 ， 25年 ， 80 ， 10年 ， 90 ， 1年 ， 100 ， 100h） 。b 依 據(jù) 國 際 、 國 家 和 地 方 規(guī) 范 。c 僅 在 故 障 溫 度 不 超 過 65 適 用 。 表 6 某 城 市 供 暖 用 散 熱 器 的 熱 水

21、 入 口 溫 度 與 時 間 的 分 布溫 度 ， 每 年 的 小 時 數(shù) ， h（ 30年 的 平 均 值 ） 總 時 間 的 百 分 份 額 ， %80 90 148 1.770 80 1158 13.260 70 1955 22.350 60 1517 17.340 50 1687 19.230 40 1283 14.620 30 646 7.4 20 373 4.3 表 6中 ， 總 時 間 的 百 分 份 額 是 用 每 年的 小 時 數(shù) 除 以 一 年 的 小 時 數(shù) 8760， 并 保留 一 位 小 數(shù) 得 到 。 例 如 ： 80-90 ，148/8760 100% 1.7%。

22、 為 將 實 際 溫 度分 布 進 行 “ 換 算 ” 以 得 到 便 于 設(shè) 計 、 計算 的 溫 度 分 布 , 該 標 準 特 作 下 列 規(guī) 定 : a.溫 度 分 布 在 10 范 圍 內(nèi) 的 小 時 數(shù) 按 這 個 溫 度 范圍 的 最 高 溫 度 計 ;b.用 2.5的 系 數(shù) 將 較 低 溫 度 應(yīng) 用 條 件 折 算 到 高10 的 條 件 ,如 將 60 或 70 的 使 用 條 件 折 算成 70 或 80 ,可 以 將 使 用 時 間 按 2.5倍 減 少 。反 之 溫 度 按 上 述 規(guī) 律 降 低 時 ,時 間 按 2.5倍 加 長 ;c.折 算 系 數(shù) 可 以 根

23、 據(jù) 使 用 要 求 的 嚴 酷 程 度 在 2.5-3中 選 用 ;d.數(shù) 據(jù) 按 照 規(guī) 定 進 行 圓 整 ;e.異 常 溫 度 的 時 間 不 計 算 在 時 間 -溫 度 分 布 中 ,另做 考 慮 。 按 照 上 述 原 則 ,可 以 用 表 6的 分 布 為 例 進 行 計 算 : 將 90 的 時 間 1.7%圓 整 到 2%; 按 照 5級 應(yīng) 用 條 件 計 算 ,使 80 的 時 間 達 到 20%,可 以 用 13.2%的 80 使 用 時 間 加 上 從 70 折 算6%的 時 間 ,按 照 2.5倍 的 系 數(shù) ,消 耗 70 的 使 用時 間 15%; 70 的

24、使 用 剩 下 7.3%,折 算 到 60 ,相 當(dāng) 于 18%,加 上 60 原 有 的 使 用 時 間 17.3%,得 到 35%; 50 時 的 19.2%,折 算 到 60 ,相 當(dāng) 于 8%,60 的使 用 時 間 合 計 為 43%,圓 整 為 50%。 得 到 溫 度 -時間 分 布 為 :90 2%； 80 20%； 60 50% 上 述 溫 度 -時 間 分 布 在 50a的 使 用 壽 命中 ,得 到 90 使 用 時 間 1a、 80 使 用 時 間10a、 60 使 用 時 間 25a,這 就 是 第 5級 的應(yīng) 用 級 別 。 用 這 樣 的 方 法 可 以 得 到

25、不 同地 區(qū) 的 使 用 條 件 級 別 。 設(shè) 計 應(yīng) 用 單 位 可 以 按 照 使 用 條 件 的 級別 選 用 合 適 的 產(chǎn) 品 種 類 和 規(guī) 格 。 使 用 條 件 級 別 冷 熱 水 塑 料 管 道 系 統(tǒng) 采 用 ISO 10508的規(guī) 定 ， 按 使 用 條 件 選 用 其 中 的 四 個 應(yīng) 用等 級 。 每 個 級 別 均 對 應(yīng) 于 一 個 特 定 的 應(yīng)用 范 圍 及 50年 的 使 用 壽 命 ， 在 具 體 應(yīng) 用時 ， 還 應(yīng) 考 慮 0.4 MPa， 0.6MPa， 0.8MPa，1.0MPa不 同 的 使 用 壓 力 。 五 、 熱 水 管 的 設(shè) 計 應(yīng)

26、 力 熱 水 管 的 設(shè) 計 應(yīng) 力 是 用 溫 度 和 時 間 累 計 計 算得 到 的 。 ISO 13760提 出 了 累 計 破 壞 的 計 算 方法 ,把 各 種 因 素 引 起 的 破 壞 累 加 起 來 ,達 到 50a的 使 用 預(yù) 期 壽 命 。 通 過 試 算 法 ,可 以 先 假 設(shè) 一個 材 料 的 設(shè) 計 環(huán) 應(yīng) 力 ,經(jīng) 過 對 各 個 溫 度 的 預(yù)期 使 用 時 間 疊 加 ,試 算 后 得 到 材 料 預(yù) 計 的 使 用時 間 ,如 果 計 算 結(jié) 果 50a的 預(yù) 期 使 用 壽 命 ,則意 味 著 選 用 的 設(shè) 計 環(huán) 應(yīng) 力 太 小 ,這 時 適 度

27、提 高假 設(shè) 的 材 料 環(huán) 應(yīng) 力 值 ,經(jīng) 過 試 算 ,找 到 計 算 結(jié) 果最 接 近 50a的 設(shè) 計 應(yīng) 力 值 作 為 材 料 的 設(shè) 計 應(yīng) 力 。 ISO 13760 Miner s規(guī) 則 將 管 道 材 料 在 不 同 條 件 下 所 承 受 的 損 傷 進 行 線 性加 和 ， 即 假 設(shè) 管 道 材 料 破 壞 時 受 到 的 損 傷 為 100%， 破壞 前 經(jīng) 歷 的 時 間 （ 使 用 壽 命 ） 為 tj； 同 種 條 件 對 管 道材 料 造 成 的 損 傷 與 作 用 時 間 是 成 正 比 的 ， 因 此 單 位 時間 形 成 的 損 傷 符 合 線 性

28、規(guī) 律 ； 單 位 時 間 內(nèi) 管 道 材 料 承受 了 多 種 損 傷 ， 也 就 是 說 某 種 損 傷 并 沒 有 占 據(jù) 100%的單 位 時 間 ， 而 是 單 位 時 間 的 ai%， 因 此 該 類 損 傷 （ 特 定條 件 造 成 的 損 傷 ） 單 位 時 間 內(nèi) 造 成 的 損 傷 就 是 ai/tj 。進 一 步 加 和 ， 就 可 以 對 復(fù) 雜 應(yīng) 用 條 件 下 塑 料 管 材 的 損傷 進 行 簡 化 計 算 了 。 Miner s規(guī) 則 規(guī) 定 ， 如 果 材 料 在 溫 度 T1連續(xù) 的 作 用 下 經(jīng) t1年 后 破 壞 ， 則 每 一 年 耗 用 的 壽命

29、 是 1/t1。 此 分 數(shù) 稱 為 “ 每 年 破 壞 量 ” 。 如 果不 是 連 續(xù) 作 用 ， 僅 僅 是 每 年 的 一 部 分 時 間 (時間 分 數(shù) )ai， 破 壞 量 就 小 一 些 因 此 ， 由 T1溫 度 作用 下 引 起 的 年 破 壞 量 是 a1/t1， 由 T2溫 度 作 用 的年 破 壞 量 是 a2/t2， 由 T3作 用 的 年 破 壞 量 是 a3/t3。每 年 的 破 壞 量 累 積 加 和 在 一 起 得 到 “ 年 破 壞 量總 和 ” (TYD), TYD= (a/t)。 材 料 在 1/TYD=tx年 后 將 發(fā) 生 破 壞 。 如果 計 算

30、值 太 高 或 太 低 ， 則 按 前 述 重 新 計算 。 通 過 成 功 的 近 似 計 算 ， 可 得 到 允 許的 環(huán) 應(yīng) 力 值 0。 同 時 ， 可 以 得 到 50年 的有 效 壽 命 值 。 計 算 過 程 將 試 算 用 假 設(shè) 的 設(shè) 計 應(yīng) 力 ,分 別 乘 以 不 同 溫 度 下 的 總 體 使 用 (設(shè) 計 )系 數(shù) C,得 到 計 算 壽 命 用 的 應(yīng) 力 值 ,作 為 計算 用 基 本 參 數(shù) 。 再 按 照 ISO 13760的 方 法進 一 步 計 算 ,得 到 在 各 個 產(chǎn) 品 的 國 際 標 準技 術(shù) 文 件 中 給 出 的 計 算 結(jié) 果 。 表 7

31、 熱 水 管 總 體 使 用 (設(shè) 計 )系 數(shù) C的 選 擇溫 度 ， PP-H PP-B PP-R PE-X PB PVC-C PE-RTT0 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.8 1.5TMAX 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.7 1.3TMAL 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0T COLD 1.6 1.4 1.4 1.25 1.25 2.5 1.25T0工 作 溫 度 ： 管 道 系 統(tǒng) 設(shè) 計 的 流 體 輸 送 溫 度 ；TMAX 最 高 工 作 溫 度 ： 僅 在 短 時 間 內(nèi) 出 現(xiàn) 的 可 以 接 受 的 最 高 溫 度 ；TMA

32、L故 障 溫 度 ： 管 道 系 統(tǒng) 超 出 控 制 極 限 時 出 現(xiàn) 的 最 高 溫 度 ；TCOLD冷 水 溫 度 ： 輸 送 冷 水 的 溫 度 ， 最 高 接 近 25 ， 設(shè) 計 時 用 20 。 舉 例 PB管對 級 別 2： T0=T1=70 ， 49a； Tmax=T2=80 ,1a；Tmal=T3=95 ,100h從 表 7可 見 對 PB， T1的 C值 1.5； T2的 C值 1.3； T3的 C值 1.0對 PB， 當(dāng) D=5.0時 ， 按 公 式 (4)計 算 壽 命 tx, 70 時 ， 計 算 壽 命 應(yīng) 力 = D C=5.0 1.5=7.5， 應(yīng) 取 GB/

33、T 19473.1曲 線 公 式 第 二 段 ， 即 ：Lgt=-129.895-37262.7/T lg +52556.48/T+88.56735 lg 將 T0=T1=70+273.16=343.16(K), =7.5 代 入 上 式 得 到 t0=t1=5.51 105（ h） ；a0=a1=（ 49年 365天 24小 時 -100小 時 ） /（ 50年 365天 24小 時 ） =0.9798， 即 ： 時 間 分 數(shù)a1為 97.98%；則 在 70 下 的 年 破 壞 量 為 ：a1/t1=97.98%/5.5 105 1.78 10-4(%/h) 同 理 ， 將 Tmax=T

34、2=80+273.16=353.16(K), =1.3 5=6.5 代 入 上 式 得 到tmax=t2=1.41 105（ h） ；amax=a2=（ 1年 365天 24小 時 ） /（ 50年 365天 24小 時 ） =0.2， 即 ： 時 間 分 數(shù) a1為 2%；則 在 80 下 的 年 破 壞 量 為 ：a2/t2=2%/1.4 105 1.42 10-5 (%/h) 同 理 ， 將 Tmal=T3=95+273.16=368.16(K), =1.0 5=5 代 入 上 式 得 到tmal=t3=10.48 103（ h） ；amal=a3=100小 時 /（ 50年 365天

35、24小 時 ）=0.000228， 即 ： 時 間 分 數(shù) a1為 0.0228%；則 在 95 下 的 年 破 壞 量 為 ：a3/t3=0.0228%/10.5 103 2.17 10-6 (%/h) n 年 破 壞 量 總 和 TYD= (a/t) =a1/t1+a2/t2+a3/t3 =1.78 10-4+1.42 10-5+2.17 10-6 =1.94 10-4(%/h)因 此 在 試 著 設(shè) =5.0時 ， 壽 命 估 值 為 : tx=1/TYD=1/1.94 10-4(%/h) =1/1.94 10-4%/365/24=58.8(年 ) 當(dāng) D=5.1時 ， 按 公 式 (4

36、)計 算 壽 命 tx重 復(fù) 上 述 計 算 過 程 ,僅 將 D=5.1替 換 5.0，此 時 70 為 1.5 5.1=7.65， 得 到 ： t0=t1=3.71 105； a1/t1=2.64 10-480 時 為 1.3 5.1=6.63， 得 到 ： tmax=t2=1.09 105； a2/t2=1.83 10-595 時 為 1.0 5.1， tmal=t3=8.86 103；a3/t3=2.57 10-6TYD= (a/t)=2.85 10-4(%)因 此 在 試 著 設(shè) =5.1時 ， 壽 命 估 值 為 :tx=1/TYD=1/2.85 10-4%(h)=40.1(年 )

37、 當(dāng) D=5.04時 ， 按 公 式 (4)計 算 壽 命 tx重 復(fù) 上 述 計 算 過 程 ,僅 將 D=5.04替 換 5.0，此 時 70 為 1.5 5.04=7.56， 得 到 ： t0=t1=4.70 105； a1/t1=2.08 10-480 時 為 1.3 5.04=6.55， 得 到 ： tmax=t2=1.23 105； a2/t2=1.63 10-595 時 為 1.0 5.04， tmal=t3=9.47 103； a3/t3=2.41 10-6TYD= (a/t)=2.27 10-4(%)因 此 在 試 著 設(shè) =5.04時 ， 壽 命 估 值 為 :tx=1/T

38、YD=1/2.27 10-4%(h)=50.3(年 ) 當(dāng) D=5.05時 ， 按 公 式 (4)計 算 壽 命 tx重 復(fù) 上 述 計 算 過 程 ,僅 將 D=5.05替 換 5.0，此 時 70 為 1.5 5.05=7.575， 得 到 ： t0=t1=4.51 105； a1/t1=2.17 10-480 時 為 1.3 5.05=6.565， 得 到 ： tmax=t2=1.19 105； a2/t2=1.68 10-595 時 為 1.0 5.05， tmal=t3=9.24 103； a3/t3=2.47 10-6TYD= (a/t)=2.36 10-4(%)因 此 在 試 著

39、 設(shè) =5.0時 ， 壽 命 估 值 為 :t x=1/TYD=1/2.36 10-4%(h)=48.4(年 ) 由 上 述 試 算 可 得 到 ： 對 PB，當(dāng) D=5.0時 ， 壽 命 預(yù) 測 為 58.8年當(dāng) D=5.1時 ， 壽 命 預(yù) 測 為 40.1年當(dāng) D=5.04時 ， 壽 命 預(yù) 測 為 50.3年當(dāng) D=5.05時 ， 壽 命 預(yù) 測 為 48.4年由 此 ， 最 終 得 到 PB熱 水 管 在 使 用 級 別 為 2級 時 的設(shè) 計 應(yīng) 力 為 5.04。表 8為 按 此 方 法 計 算 的 不 同 熱 水 管 材 料 的 設(shè) 計 應(yīng)力 D（ 在 相 應(yīng) 產(chǎn) 品 標 準

40、中 給 出 ） 表 8 熱 水 管 材 料 的 設(shè) 計 應(yīng) 力 D使 用 級 別 1 PP-H PP-B PP-R PEX PB PVC-C PE-RT 型 PE-RT 型 21 2.90 1.67 3.09 3.85 5.73 4.38 3.29 3.81 3.532 1.99 1.19 2.13 3.54 5.04 4.16 2.68 3.54 3.374 3.24 1.95 3.30 4.00 5.46 - 3.25 3.84 3.385 1.83 1.19 1.90 3.24 4.31 - 2.38 3.10 2.8820 ,50a 6.25 6.21 6.93 7.60 10.92

41、10.0 6.68 7.60 7.47 注 1： 在 相 應(yīng) 產(chǎn) 品 的 國 家 標 準 和 國 際 標 準 中 根 據(jù) 應(yīng) 用 情 況 ， 未 選 用 ISO 10508中 的 級 別 3。注 2： 僅 PE-RT 型 的 國 家 標 準 與 國 際 標 準 的 設(shè) 計 應(yīng) 力 不 同 ， 第 一 列 取 自 國 家 標 準 報 批 稿 ，第 二 列 取 自 ISO 22391-2:2009 六 、 熱 水 管 的 厚 度 系 列 在 常 溫 輸 水 用 塑 料 管 材 的 產(chǎn) 品 標 準 中 ,列 表 規(guī) 定 在 各 個 公 稱 壓 力 下 ,各 個 公 稱 外 徑所 對 應(yīng) 的 管 材

42、壁 厚 。 熱 水 管 材 的 使 用 條 件 比 較 復(fù) 雜 ,無 法 簡單 列 表 規(guī) 定 表 達 對 應(yīng) 于 工 作 壓 力 、 使 用 溫 度級 別 和 管 材 公 稱 外 徑 要 求 的 厚 度 。 在 壓 力 比較 高 、 溫 度 比 較 低 的 使 用 條 件 要 求 的 管 材 厚度 ,可 能 同 時 適 合 于 壓 力 比 較 低 、 溫 度 比 較高 的 使 用 條 件 ,因 此 ,在 冷 熱 水 用 塑 料 管 材 中只 規(guī) 定 管 系 列 S值 。 在 執(zhí) 行 標 準 時 ,根 據(jù) 使 用級 別 和 使 用 壓 力 ,查 表 得 到 S值 ,再 用 下 式 計算 管 材

43、 的 公 稱 厚 度 : en=dn/(2S+1) (8) 標 準 規(guī) 定 的 冷 熱 水 用 塑 料 管 材 厚 度 ,應(yīng) 在 一 定 工 作 壓 力 下 ,除 滿 足 使 用 級 別 要求 外 ,還 應(yīng) 滿 足 在 20 、 1MPa條 件 下 安 全使 用 50a的 要 求 。 因 此 ,在 標 準 中 要 求 對比 在 上 述 兩 個 條 件 下 計 算 出 的 管 系 列 S值 ,取 其 中 較 低 值 作 為 厚 度 確 定 的 依 據(jù) 。 例 如 ： PB（ ISO 15876.2, GB/T 19473.2 附 錄 A）對 熱 水 2級 使 用 級 別 ,0.6MPa壓 力 下

44、 ， 從 表 8可 知 D=5.04 按 公 式 （ 7） Scale= D/P=5.04/0.6=8.4同 時 滿 足 20 、 1MPa、 50a的 要 求 ， 從 表 8可 知 D=10.92 Scale= D/P=10.92/1=10.9比 較 2個 Scale值 ， 取 較 小 的 8.4作 為 厚 度 確 定 的 依 據(jù) 。從 表 3的 S系 列 查 到 小 于 8.4的 最 接 近 S系 列 是 8， 因 此 壁 厚計 算 按 公 式 (8)： en=Dn/(2S+1)公 稱 外 徑 為 63時 ， 壁 厚 e n=63/(2 8+1)=3.706， 向 上 圓 整 ，標 準 中

45、 該 值 取 為 3.8。 同 理 可 計 算 任 一 熱 水 管 系 列 的 S值 和 壁 厚PB,5級 ,0.6MPa,Scale=4.3/0.6=7.220 、 1MPa、 50a的 Scale=10.9/1=10.9仍 然 取 較 小 值 7.2， 向 下 最 接 近 的 S系 列 值 為 6.3則 en=Dn/(2S+1)=63/(2 6.3+1)=4.63向 上 圓 整 ， 標 準 中 該 值 取 為 4.7。 表 9 國 家 標 準 中 冷 熱 水 用 壓 力 管 道 S值S值 10 8 6.3 5 4 3.2 2.5 2PP PE-X PB PVC-C PE-RT 注 ： 國

46、際 標 準 中 PP無 S4系 列 、 PE-RT無 S6.3系 列 。 小 結(jié) 2 熱 水 管 確 定 使 用 條 件 級 別 ； 通 過 試 算 法 確 定 達 到 50年 壽 命 的 設(shè) 計應(yīng) 力 D ； 計 算 相 應(yīng) 使 用 級 別 下 的 Scale值 ， 同 時 計算 滿 足 20 、 1MPa、 50a要 求 的 Scale值 ，兩 者 比 較 ， 取 較 小 值 ， 再 向 下 取 到 相應(yīng) 圓 整 后 的 S值 ； 壁 厚 計 算 ： en=dn/(2S+1)。 七 、 常 用 公 式 D = P (D-e)/2e (1) P = 2eD/ (D-e) (2) e =D/(

47、2D/P+1) (3) Lgt=A+b/Tlg+C/T+Dlg (4) SDR =dn/en (5) S = (SDR - 1)/2 (6) S =D/P (7) en=dn/(2S+1) (8) 參 考 文 獻 ：n 董 孝 理 塑 料 壓 力 管 的 力 學(xué) 破 壞 和 對 策 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 2006n 孫 遜 聚 烯 烴 管 道 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 2002n 桂 祖 桐 謝 建 玲 聚 乙 烯 樹 脂 及 其 應(yīng) 用 第 九 章 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 2002n 謝 建 玲 桂 祖 桐 聚 乙 烯 樹 脂 及 其 應(yīng) 用 第 五 章 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 2007 n 劉 秋 凝 給 水 用 塑 料 管 材 壁 厚 的 確 定 中 國 塑 料 Vol.16 No.4, 2002n 劉 秋 凝 冷 熱 水 用 塑 料 管 材 壁 厚 的 確 定 中 國 塑 料 Vol.16 No.7, 2002n 劉 秋 凝 塑 料 管 材 的 基 本 尺 寸 分 析 中 國 塑 料 Vol.16 No.2, 2002 n 謝 建 玲n 中 石 化 齊 魯 分 公 司 研 究 院n 郵 箱 ： n 電 話 ： 0533-7512057