Paghahambing ng mga Pamantayan, Disenyo, at Pagtatrabaho ng PVC-U, PVC-UH, PVC-M, at PVC-O BLG.1 Panimula sa Mga Pamantayan ng Produkto

Paghahambing ng Mga Pamantayan, Disenyo, at Pagganap ng PVC-U, PVC-UH, PVC-M, at PVC-O

BILANG 1 Panimula sa Mga Pamantayan ng Produkto

Ang mga tubo para sa suplay ng tubig na PVC-U, PVC-UH, PVC-M, at PVC-O ay lahat ng matitigas na poli(vinyl chloride) na tubo na may solidong pader. Pangunahing ginagamit ang mga ito para sa mga pangunahing linya at sangay na mga tubo ng mga nakabaong sistema ng presyur na transmisyon ng tubig kung saan hindi lalampas ang temperatura ng tubig sa 45 °C, at maaari ring gamitin sa loob ng gusali o sa mga pasilyo ng tubo. Ipinapakita sa Talahanayan 1 ang kasalukuyang mga pamantayan at espesipikasyon ng apat na uri ng tubo.

NO.2 Mga Teknikal na Kundisyon para sa mga Halo ng Compound

Ang compound mixture ay tumutukoy sa pare-parehong halo ng pangunahing resin na PVC at iba't ibang kinakailangang additives, na siyang hilaw na materyales na diretso ring ginagamit sa pagpapalabas (extrusion) ng mga tubo ng PVC. Para sa mga tubo na may presyon, mahalaga ang disenyo ng pormula at mga tagapagpahiwatig ng pagganap ng mga compound mixture ng PVC, na direktang nakaaapekto sa pagganap ng produkto at haba ng serbisyo nito. Para sa epekto ng resin ng PVC at iba't ibang additives sa pagganap ng produkto, tingnan ang "PVC Formula Design and Product Processing". Ang kabanatang ito ay pangunahing naglalahad ng mga tagapagpahiwatig ng pagganap, mga kinakailangan sa paghahati-hati (grading), at mga hiniing pang-disenyo ng pormula para sa mga compound mixture.

2.1 Mga Hiniing Pagtupad sa Compound Mixture

Sa mga PVC na tubo para sa suplay ng tubig sa Tsina, tinutukoy ng mga PVC-UH na tubo ang mga pangangailangan sa pisikal at mekanikal na pagganap para sa mga halo ng sangkap batay sa Amerikanong pamantayan para sa PVC na tubo sa suplay ng tubig na AWWA C900, tulad ng ipinakikita sa Talahanayan 2. Sa kasalukuyan, walang umiiral na probisyon tungkol sa mga tagapagpahiwatig ng pagganap para sa iba pang uri ng mga PVC na tubo sa suplay ng tubig. Ang mga kinakailangang ito ay mas mainam na nakakontrol ang pagpili ng mga hilaw na materyales at pormula ng tubo gayundin ang kontrol sa kalidad.

Talahanayan 2 Mga Pangangailangan sa Pisikal at Mekanikal na Pagganap para sa Mga Halo ng Sangkap ng PVC na Tinukoy para sa mga Tubo sa Suplay ng Tubig na PVC-UH

2.2 Mga Kinhahangang Pamantayan para sa mga Halo ng Sambahayan

Ang mga PVC na tubo na may presyon ay dinisenyo para sa habambuhay na serbisyo na umaabot ng 50 taon. Dapat ilagay ang mga halo ng sambahayan ng mga tubo sa pagsusulit sa pagrurupa ng halo batay sa ISO 9080 o GB/T 18252, halimbawa ang mahabang panahong pagsusuri sa lakas ng hidrostatiko ng mga halo sa anyo ng tubo, na tinatampok ng lakas ng pag-uuri na tumutugma sa 20 °C at 50 taon, ang Minimum Required Strength (MRS). Ang mga kinahangang pamantayan para sa mga halo ng sambahayan ng mga tubong pang-suplay ng tubig na PVC-U, PVC-UH, PVC-M, at PVC-O ay makikita sa Talahanayan 3.

Talahanayan 3 Mga Kinhahangang Pamantayan para sa mga Halo ng Sambahayan ng mga Tubong Pang-suplay ng Tubig na PVC

Sa ISO 1452-1:2009, kinakategorya ang mga materyales. Ayon sa minimum na kinakailangang hydrostatic strength ng mga materyales, tinutukoy ang MRS ng mga materyales na PVC para sa mga tubo bilang 25 MPa, i.e., ang grado ng materyal ay PVC-U 250. Ang pambansang pamantayan para sa mga tubo na PVC-U, GB/T 10002.1-2006, ay hindi nagtatakda ng antas ng presyon para sa mga halo ng compound para sa mga tubo. Ang mga tubo para sa suplay ng tubig na PVC-UH ay nagsasaad ng kinakailangan sa pagkakagraduate ng MRS ≥ 25 MPa para sa mga halo ng compound. Ang MRS ng mga tubo na PVC-M ay ≥ 24.5 MPa.

Ang MRS ng mga tubo na PVC-O na tinukoy sa mga pamantayan ng ISO ay hinati sa 5 uri: 31.5, 35.5, 40, 45, at 50 MPa, na tumutugma sa mga code ng grado ng hilaw na materyal na 315, 355, 400, 450, at 500 ayon sa pagkakabanggit. Kabilang dito, ang mga grado na 400 at 450 ang karaniwang ginagawa sa malalaking dami, samantalang ang iba pang mga grado ay hindi karaniwang ginagamit.

2.3 Mga Kinakailangan sa Pagpili ng Mahahalagang Materyales sa mga Halo ng Compound

Ang pormula ng mga tubo para sa suplay ng tubig na PVC ay pangunahing binubuo ng resina ng PVC, mga stabilizer, panloob at panglabas na lubricant, mga filler, mga colorant, mga impact modifier, mga tulong sa proseso, at iba pa, sa tiyak na proporsyon. Ang pagpili at proporsyon ng iba't ibang hilaw na materyales ay mahalaga sa pagganap at paggamit ng mga tubo.

Ang pagpoproseso ng mga PVC na tubo ay may mataas na mga pangangailangan para sa kakayahang umagos ng natunaw na PVC resin. Sa aktwal na produksyon, karaniwang pinipili ang uri ng SG-5 na suspension PVC resin. Ang mga pamamaraan sa paghahanda ng PVC ay nahahati sa pamamaraang etileno at pamamaraang kalsiyum karbida. Ang pamamaraang etileno ay nag-uusap ng etileno mula sa langis, pinagsasama ang klorin at etileno sa pamamagitan ng reaksiyong palitan upang makabuo ng vinyl chloride monomer, na susunod na pinolimerisa upang makalikha ng polyvinyl chloride resin. Kasama sa mga representatibong tagagawa ang Oxy Vinyl LP (USA), Sinopec Qilu Petrochemical Company, Tianjin LG Dagu Chemical Co., Ltd., at iba pa. Ang pamamaraang kalsiyum karbida ay karaniwang malawakang ginagamit sa Tsina. Gumagamit ito ng kalsiyum karbida (calcium carbide) na lumilikha ng asetileno kapag nakikipag-ugnayan sa tubig, pinagsasama ang asetileno at hydrogen chloride upang makabuo ng vinyl chloride monomer, at pagkatapos ay gumagawa ng polyvinyl chloride resin sa pamamagitan ng reaksiyong polimerisasyon.

Ang PVC ay isa sa mga pinakasensitibong termo-polimer sa industriya at madaling sumailalim sa thermal degradation. Ang mga heat stabilizer ay hindi maiiwasang mga additive sa pagproseso ng mga PVC pipe. Sa proseso ng produksyon ng mga PVC pipe, ang karaniwang ginagamit na heat stabilizer sa kasalukuyan ay ang calcium-zinc stabilizer at ang organotin stabilizer. Ang calcium-zinc stabilizer ay pangunahing ginagamit sa Europa, ang organotin stabilizer ay malawakang ginagamit sa Estados Unidos, at pareho ay ginagamit sa Tsina. Ang calcium-zinc stabilizer ay karaniwang composite stabilizer na may relatibong mataas na halaga ng pagdaragdag; ang organotin stabilizer ay karaniwang may mababang halaga ng pagdaragdag at may magandang epekto sa pagpapabilis ng produksyon ng mga pipe na may katamtamang at malaking diameter. Kung kailangan ng mataas na resistance sa panahon para sa mga pipe, maaari ring idagdag ang isang angkop na halaga ng antioxidants at light stabilizers.

Sa pagpoproseso ng mga tubo ng PVC, ang panloob at panlabas na mga lubricant ay mahalaga rin. Ang pangunahing mga lubricant na ginagamit ay kinabibilangan ng stearic acid, paraffin, polyethylene wax, at calcium stearate na mayroon ding epekto sa pagpapatatag. Ang dosis ng sistema ng lubrication ay dapat na matukoy batay sa mga kinakailangan ng kagamitan at disenyo ng pormula ng produkto. Ang susi ay upang matiyak na ang halo ay may magandang epekto sa plasticization, upang hindi malaki ang epekto sa temperatura ng pagbaluktot dahil sa init at sa mga mekanikal na katangian ng mga tubo.

Ayon sa disenyo ng produkto, maaaring idagdag ang calcium carbonate fillers sa mga tubo ng PVC. Ang pangunahing tungkulin ng calcium carbonate ay mapabuti ang katigasan ng mga tubo, mapababa ang rate ng pagliit, at mabawasan ang gastos. Ang pagdaragdag ng calcium carbonate ay magpapababa sa lakas ng mga produktong tubo at magpapataas ng katigasan. Kaya, dapat kontrolado nang maayos ang halaga ng calcium carbonate fillers sa produksyon ng mga tubo ng PVC. Karaniwang nahahati ang calcium carbonate sa heavy calcium carbonate at light calcium carbonate. Ang compound mixture na may formula ng heavy calcium carbonate ay may magandang fluidity at angkop para sa centralized feeding at conveying systems, lalo na sa pneumatic conveying systems; ang compound mixture na may formula ng light calcium carbonate ay may relatibong mas mahinang fluidity at mababang density, ngunit kaunti lang ang epekto nito sa formula ng water supply pipe kung maliit ang halaga ng pagdaragdag.

Karaniwang kulay abo o asul ang kulay ng mga tubo ng PVC. Ang karaniwang ginagamit na mga pangulay ay kinabibilangan ng titanium dioxide, carbon black, at phthalocyanine blue. Karaniwan, maliit ang halaga ng idinadagdag na pangulay, at kailangan nilang magkaroon ng mahusay na tinting strength at weather resistance.

Ang mga impact modifier at processing aids ay kapaki-pakinabang sa pagpapabuti ng impact resistance at processing performance ng mga tubo ng PVC habang pinoproseso.

2.4 Mga Kaugnayan sa Pagdidisenyo ng Formula ng Compound Mixtures

Mula sa 2.1 Mga Pangangailangan sa Pagganap para sa mga Halo at 2.2 Mga Pangangailangan sa Pagrurupa para sa mga Halo, makikita na iba-iba ang mga pangangailangan para sa mga halo ng apat na uri ng mga tubo. Samakatuwid, mayroong ilang pagkakaiba sa disenyo ng pormula at gastos ng apat na uri ng produktong tubo. Para sa tiyak na mga pangangailangan sa disenyo ng pormula, tingnan ang Talahanayan 4. Dahil sa iba't ibang disenyo ng produkto, mayroon ding mga pagkakaiba sa mga indikador ng pagganap ng produkto, na masusing ipapaliwanag sa Seksyon 5 ng papel na ito.

Talahanayan 4 Mga Pangangailangan sa Disenyo ng Pormula ng Apat na Uri ng PVC Water Supply Pipes

NO.3 Pinahihintulutang Panloob na Presyon at Kakayahang Tumagal sa Panlabas na Presyon

3.1 Pinahihintulutang Panloob na Presyon ng Mga Tubo

Disenyo ng pressure para sa mga tubong may presyon:

σₛ = MRS / C (1)

Kung saan: σₛ — Disenyo ng tigas ng pressure pipes, MPa; MRS — Pinakamaliit na kinakailangang lakas ng mga tubo, MPa; C — Kabuuang serbisyo (disenyo) na koepisyente

Ang mga tubong PVC ay dinisenyo para sa inaasahang haba ng serbisyo na 50 taon. Kapag inililipat ang tubig sa 20 °C, ang pinakamataas na payagan na halaga ng disenyo ng tigas para sa iba't ibang lokal na tubong PVC para sa suplay ng tubig ay ipinapakita sa Talahanayan 5. Ang nominal na presyon (disenyo ng presyon) at operasyong presyon para sa matagalang operasyon na 50 taon ay kinakalkula ayon sa Pormula (2) at Pormula (3) ayon sa pagkakabanggit.

Talahanayan 5 Pinakamataas na Payagan na Halaga ng Disenyo ng Tigas para sa Iba't Ibang Lokal na Presyong Tubong PVC

Tandaan: Maraming uri ng hilaw na materyales para sa mga tubo na PVC-O, na maaaring idisenyo batay sa mga pamantayan ng produkto ng PVC-O; para sa mga grado 400 at 450 karaniwan, ang kabuuang koepisyent ng serbisyo C ay 1.6.

Nominal na presyon (disenyo ng presyon) ng mga tubo:

P = σₛ × eₙ / dₙ (2)

Kung saan: P — Nominal na presyon (disenyo ng presyon) ng mga tubo, MPa; σₛ — Disenyo ng tress ng mga presyong tubo, MPa; dₙ — Nominal na panlabas na diyametro, mm; eₙ — Nominal na kapal ng pader, mm

Ayon sa CJJ 101-2016 "Teknikal na Kodigo para sa Nakabaong Plastik na Tubo sa Suplay ng Tubig" 4.1.7, ang karaniwang halaga ng disenyo ng presyon ng tubo ay katumbas ng 1.5 beses ang karaniwang halaga ng working pressure, halimbawa:

P = 1.5 × Pwk (3)

Kung saan: Pwk — Working pressure ng mga tubo, MPa

Makikita na ang kabuuang serbisyo (disenyo) na koepisyent ng mga tubong PVC-UH ay mas mataas kaysa sa mga tubong PVC-M at tubong PVC-O, ibig sabihin, may mas mataas na garantiya ng kaligtasan sa mahabang panahon ng paggamit.

3.2 Paglaban sa Panlabas na Presyon ng mga Tubo

Ayon sa kahulugan ng ring stiffness sa 2.4.2 ng GB/T 19278-2018, may relasyong kubiko ang ring stiffness sa kapal ng pader ng tubo. Ang pinalawig na pormula para sa pagkalkula ng ring stiffness (S) ay:

S = 0.0186 × E × (eₙ / dₙ)³ (4)

Kung saan:S — Ring stiffness, kN/m²E — Modulus ng elastisidad ng materyal ng pader ng tubo, na tinukoy bilang 3000 MPa para sa mga PVC tubo sa teknikal na tumbokdₙ — Nominal na panlabas na diameter, mmeₙ — Nominal na kapal ng pader, mm

Makikita na para sa mga tubo na may magkaparehong panlabas na lapad, mas makapal ang dingding, mas mataas ang ring stiffness, at mas matibay laban sa pagdeform dahil sa panlabas na presyon. Ang paghahambing ng ring stiffness ng apat na uri ng tubo ay makikita sa Talahanayan 6 (gamit ang mga tubo na may nominal na presyon na 1.0 MPa bilang halimbawa). Ayon sa Talahanayan 6, mula sa pananaw ng mga parameter ng disenyo, ang mga tubo na PVC-M at PVC-O ay maaaring pumili ng mas manipis na kapal ng dingding upang matugunan ang mga kinakailangan sa presyon ng serbisyo, ngunit masyadong manipis na kapal ng dingding ay maaari ring magdulot ng mahinang paglaban sa pagdeform dahil sa panlabas na presyon.

Talahanayan 6: Paghahambing ng Ring Stiffness ng Apat na Uri ng Tubo

Kapag ihinahambing batay sa parehong ring stiffness, ang mga tubo na PVC-M at PVC-O ay may mas mataas na grado ng nominal na presyon. Dahil sa mas mataas na gastos sa formula ng materyales at gastos sa proseso, mas mataas din ang gastos ng mga tubong ito kumpara sa mga tubo na PVC-U at PVC-UH.

MGA KINAKAILANGAN SA INDIKADOR NG PAGGANAP BLG.4

4.1 Mga Tubo sa Suplay ng Tubig na PVC-U at PVC-UH

May ilang pagkakaiba sa mga tagapagpahiwatig ng pagganap ng mga tubo ng PVC-U na tinukoy sa mga pambansang pamantayan at yaong tinukoy sa pamantayan ng ISO 1452-2. Ang mga kinakailangan sa paglaban sa presyon ay nabawasan, at ang mga kinakailangan sa paglaban sa impact ay napabuti, halimbawa, ang kinakailangan sa pagsubok ng pagbagsak ng timbang (TIR) ay ≤ 5%, na naglalatag ng mas mataas na mga kinakailangan sa kakayahang tumanggap ng tensiyon ng tubo kumpara sa TIR ≤ 10% na tinukoy sa mga pamantayan ng ISO. Ang mga tubo ng PVC-UH ay binubuo batay sa pamantayan ng ISO para sa mga tubo ng PVC-U para sa suplay ng tubig at sa pamantayan ng Amerika para sa mga tubo ng PVC para sa suplay ng tubig. Kasama sa mga pangangailangan sa pisikal at mekanikal na pagganap ng mga tubo ang pagsubok sa pagpaplat at buong pagganap ng tubo sa hydrostatic, na nagrerealisa ng pagmamatyag sa kalidad ng produkto para sa bawat tubo. Bukod dito, ang mga kinakailangan sa paglaban sa impact ay mas mataas kaysa sa mga pamantayan ng ISO, at ang kinakailangan sa pagsubok ng pagbagsak ng timbang ay tumaas hanggang TIR ≤ 5% kumpara sa mga pamantayan ng ISO. Ipinapakita sa Talahanayan 7 ang paghahambing ng mga tagapagpahiwatig ng pagganap sa pagitan ng lokal na mga tubo ng PVC-U para sa suplay ng tubig at mga tubo ng PVC-UH para sa suplay ng tubig.

Talahanayan 7 Paghahambing ng mga Indikador ng Pagganap sa Pagitan ng PVC-U at PVC-UH na Tubo para sa Suplay ng Tubig

Ayon sa kurba ng pangmatagalang hydrostatic na pamantayan para sa PVC-U 250 na ibinigay sa ISO 1452-1:2009 (tulad ng ipinakita sa Larawan 1), makikita na sa panahon ng pangmatagalang pagsusuri sa hydrostatic pressure ng mga tubo na sumusunod sa kinakailangang grading ng compound mixture na may MRS ≥ 25 MPa, ang pangangailangan sa maikling panahong paglaban sa presyon ay makikita rin sa pamantayang kurba. Ang kahilingan sa hoop stress na katumbas ng 20 °C at 1 oras ay 42 MPa, at ang kahilingan sa hoop stress na katumbas ng 60 °C at 1000 oras ay 10 MPa. Mula sa Talahanayan 7, makikita na ang mga tubo na PVC-UH ay sumusunod sa mga kinakailangan sa paglaban sa presyon ng pangmatagalang hydrostatic na pamantayan ng PVC-U 250, samantalang ang mga tubo na PVC-U na tinukoy sa pambansang pamantayan ay mas mababa kumpara sa mga kahilingan ng standard curve sa aspeto ng maikling panahong paglaban sa presyon (20 °C, 1 oras, 38 MPa hoop stress), at hindi rin natutugunan ang disenyo na kahilingan na MRS ≥ 25 MPa para sa mga tubo na PVC-U na tinukoy sa pambansang pamantayan.

4.2 Mga Tubo sa Suplay ng Tubig na PVC-M

Ang Talahanayan 8 ay nagpapakita ng mga pamantayang pangangailangan sa pagganap para sa mga tubo ng PVC-M para sa suplay ng tubig. Makikita na ang mga produkto ng PVC-M ay may mga probisyon sa pagsubok sa epekto ng pagsabog ng timbang, pagsubok sa hydrostatic ng naka-notch na tubo, at C-ring toughness. Para sa mga tubo na may dn ≥ 110 mm, tinukoy ang isang high-speed impact test sa 23 °C at 20 m, na may mataas na pangangailangan sa resistensya sa impact at kahusayan ng produkto. Ang mga produktong tubo na ginawa alinsunod sa pambansang pamantayan para sa PVC-M ay may magandang kakayahang tumanggap ng pag-iral ng panginginig at resistensya sa impact.

Talahanayan 8: Mga Pangangailangan sa Pagganap para sa mga Tubo ng PVC-M para sa Suplay ng Tubig (GB/T 32018.1-2015)

Bilang karagdagan sa mataas na mga pangangailangan para sa paglaban sa impact at tibay, ang mga produkto ng PVC-M pipe ay mayroon ding mga pangangailangan para sa paglaban sa presyon. Kaya nga, mas mataas ang gastos sa formula ng mga produktong PVC-M pipe na ginawa ayon sa mga pamantayan kumpara sa karaniwang mga tubo na PVC-U o PVC-UH, at mas mababa ang produksyon nito; dahil sa pagbawas ng kanilang kabuuang coefficient ng serbisyo (disenyo), isang antas ang mas mataas ng kanilang nominal na presyon kumpara sa karaniwang mga tubo na PVC-U o PVC-UH. Kaya naman, ang gastos bawat metro ng mga tubo na may parehong grado ng presyon ay halos magkapareho, o bahagyang mas mataas ang PVC-M. Para sa mga nakaitim na engineering pipeline, ang pangmatagalang paglaban sa presyon ang pangunahing tagapagpahiwatig sa produkto, habang ang paglaban sa impact at tibay ay kailangan lamang tumugon sa mga pangkaraniwang pangangailangan sa paggamit.

4.3 PVC-O Tubo para sa Suplay ng Tubig

Ang Talahanayan 9 ay nagpapakita ng mga pamantayang pangangailangan sa pagganap para sa mga tubo ng PVC-O na ginagamit sa suplay ng tubig. Ang mga tubo ng PVC-O ay isang espesyal na uri ng tubo na may molekular na estruktura ng kadena na nabuo sa pamamagitan ng pagtunaw nang pahaba at pahalang sa orihinal na tubong PVC-U gamit ang pangalawang kagamitan at isang tiyak na proseso upang mapabilis ang mga mahahabang molekular na kadena ng PVC sa loob ng tubo nang palihis sa dalawang direksyon. Mataas ang antas ng kahirapan sa produksyon, gayundin ang mataas ang pangangailangan sa formula, kagamitan, at proseso. Sa kasalukuyan, ang pinakamataas na lapad na maaaring gawin sa bansa at ibang bansa ay 630 mm lamang, mas mababa ang produksyon kumpara sa iba pang tatlong uri ng tubo, at parehong mataas ang gastos sa formula at proseso ng paggawa.

Talahanayan 9: Mga Pangangailangan sa Pagganap para sa Tubo ng PVC-O na Ginagamit sa Suplay ng Tubig (CJ/T 445-2014)

Tandaan: Ang adhesive-bonded flat mouth na istruktura ay hindi dapat gamitin para sa mga tubo ng PVC-O.