Johdanto

Kaivoksen viemäröintiputki ei toimi jatkuvassa paineessa.

HDPE-kaivosputken sisällä oleva paine voi muuttua aina, kun tyhjennyspumppu käynnistyy, pysähtyy tai muuttaa toimintatilaansa. Venttiilin toiminta voi aiheuttaa toisen nopean paineen muutoksen. Pitkässä maanalaisessa tai pinnassa olevassa salaojituslinjassa nämä tapahtumat voivat synnyttää paineaaltoja, jotka kulkevat putken läpi.

Tämä ilmiö tunnetaan yleisesti vesivasarana tai painepiikinä.

Kaivosviemäröintijärjestelmän kannalta tärkeä kysymys ei ole pelkästään se, kestääkö HDPE-kaivosputki normaalin käyttöpaineen. Putken on myös kestettävä paineolosuhteet, joita esiintyy pumpun ja venttiilin käytön aikana.

Tämä on erityisen tärkeää pitkän matkan-kaivoksen tyhjennyskohdassa, jossa putkilinjan toisessa päässä syntyvä painehäiriö voi kulkea järjestelmän suuren osan läpi.

PE100-opastus tunnistaa ylipaineen lyhytaikaiseksi-paineen nousuksi normaalin maksimikäyttöpaineen yläpuolelle, joka johtuu nopeista muutoksista nesteen nopeudessa. Toistuvat pumpun ja venttiilin toiminnot voivat myös aiheuttaa syklistä painekuormitusta putkilinjan käyttöiän aikana.

HDPE-kaivosputkessa itse materiaalilla on tärkeä rooli, koska polyeteeni on huomattavasti joustavampaa kuin jäykkä metalliputki. Tämä joustavuus muuttaa sitä, miten putki reagoi ohimenevään paineeseen.

Mitä tapahtuu HDPE-kaivosputken sisällä pumpun sammutuksen aikana?

Harkitse tyypillistä kaivoksen viemäriputkistoa.

Pumppu työntää vettä pitkän HDPE-putken läpi maanalaisesta keräyspisteestä kohti pintapurkauspistettä. Pumpun ollessa käynnissä vedellä on tietty nopeus. Putken seinämään kohdistuu pumppujärjestelmään liittyvä sisäinen paine.

Kun pumppu yhtäkkiä pysähtyy, vesi ei pysähdy välittömästi.

Vedellä on inertia. Liikkuva vesi jatkaa eteenpäin, kun pumppu ei enää tarjoa samaa käyttövoimaa. Tämä aiheuttaa nopean muutoksen nopeudessa, ja tämä muutos tuottaa paineaallon.

Aalto kulkee putkilinjaa pitkin.

Jos viemäriputkisto on useita satoja metrejä tai useita kilometrejä pitkä, painehäiriö voi siirtyä huomattavan pituisen HDPE-kaivosputken läpi ennen kuin järjestelmä asettuu takaisin normaaliin toimintatilaansa.

Tästä syystä pumpun painemittarissa näkyvä paine normaalin käytön aikana ei välttämättä ole suurin putkeen kokema paine.

Putken on kestettävä sekä normaali käyttöpaine että ohimenevä paine.

info-400-300

Miksi HDPE-kaivosputki reagoi eri tavalla paineen nousuun?

HDPE-kaivosputken seinä ei ole samalla tavalla jäykkä kuin teräsputken.

PE100:n pitkän ajan -kimmomoduuli on noin 200 MPa, Poissonin suhde noin 0,45 ja murtovenymä on yli 600 % PE100+-viitetietojen mukaan.

Näillä ominaisuuksilla on merkitystä paineen nousulle, koska putken seinämä voi hieman muotoutua sisäisen paineen muuttuessa.

Paineen noustessa putken halkaisija voi hieman kasvaa ja seinään kehittyy ylimääräistä kehäjännitystä. Tämä muodonmuutos absorboi osan transienttivasteesta sen sijaan, että se pakottaisi koko paineen muutoksen erittäin jäykkään putken seinämään.

Tämä ei tarkoita, että HDPE-kaivosputki voisi yksinkertaisesti jättää huomiotta vesivasaran.

Se tarkoittaa, että sen materiaalivaste on otettava huomioon viemärijärjestelmän painehistoriaa arvioitaessa.

Putkilinja, jossa pumppu käynnistyy ja pysähtyy usein, tulee siksi arvioida sen todellisen käyttösyklin mukaan eikä vain sen staattisen paineen mukaan.

Paineluokitus ei ole sama kuin ylijännitepaine

Tämä ero on tärkeä kaivoksen ojitusten hankinnassa.

Oletetaan, että HDPE-kaivosputki on määritetty tietylle PN-paineluokalle. Tämä paineluokitus kuvaa putken sallittua käyttöpainetta määritellyissä suunnitteluolosuhteissa.

Pumpun sammutus voi aiheuttaa tilapäisen paineen nousun normaalin käyttöpaineen yläpuolelle.

Siksi tekninen kysymys tulee:

Mikä on suurin paine HDPE-kaivosputken sisällä koko käyttöjakson aikana?

Vastaus riippuu pumpusta, virtausnopeudesta, putkilinjan pituudesta, venttiilin toiminnasta, korkeusprofiilista ja sammutusajasta.

PE100-ohjeet suosittelevat erityisesti ylijänniteanalyysiä putkille, jotka ovat alttiina ylijännite- ja väsymiskuormitukselle.

Kaivosten viemäröintijärjestelmissä tämä on erityisen tärkeää, kun putkilinjalla on pitkä nousuosuus maanalaisesta pumppausasemasta pintaan.

Pitkät HDPE-kaivosputket tarvitsevat enemmän huomiota painetransienteihin

Putkilinjan pituus muuttaa paineiskun merkitystä.

Lyhyt tyhjennysliitäntä pumpun lähellä voi aiheuttaa painehäiriön, joka tasoittuu suhteellisen nopeasti.

Pitkä kaivoksen viemäriputki käyttäytyy eri tavalla.

Paineaalto voi kulkea putkilinjaa pitkin, heijastua putken geometrian, venttiilien, säiliöiden, mutkien tai putken päiden muutoksissa ja olla vuorovaikutuksessa muiden paineaaltojen kanssa.

Tuloksena voi olla painehistoria, joka on huomattavasti monimutkaisempi kuin pelkkä "normaali paine plus yksi aalto".

Tästä syystä pitkiä HDPE-kaivosputkijärjestelmiä ei pidä valita pelkästään staattisen paineen perusteella.

Putken halkaisijalla on merkitystä, koska virtausnopeus muuttuu halkaisijan mukaan. Samalla virtausnopeudella pienempi sisähalkaisija tuottaa suuremman veden nopeuden. Nopeuden nopea muutos voi aiheuttaa merkittävämmän ohimenevän painetapahtuman.

Myös seinämän paksuudella ja SDR:llä on merkitystä, koska HDPE-kaivosputken geometria vaikuttaa sen painevasteeseen.

Pumpun{0}}käynnistys voi myös aiheuttaa paineen muutoksia

Vesivasara ei rajoitu hätäpysäytyksiin.

Pumppu, joka käynnistyy täyttä putkistoa vasten, voi myös aiheuttaa painetransientin.

Tämä tulee tärkeäksi kaivoksissa, joissa tyhjennyspumput toimivat automaattisesti vedenpinnan mukaan.

Pumppu voi käynnistyä, kun öljypohja saavuttaa tietyn tason, käydä jonkin aikaa ja pysähtyä sitten. Normaalin päivän aikana HDPE-kaivosputkessa voi esiintyä monia tällaisia painejaksoja.

Yksittäiset paineenmuutokset eivät välttämättä ole tarpeeksi suuria aiheuttamaan välitöntä vikaa.

Tärkeämpi kysymys on toisto.

Toistuva paineen vaihtelu on väsymiskuormitusta. PE100-opastus erottaa tämän syklisen kuormituksen yhdestä ylijännitetapahtumasta ja toteaa, että painejaksojen taajuus ja amplitudi ovat tärkeitä tekijöitä.

Siksi kaivoksen toimintakuvio on yhtä tärkeä kuin pumpun nimellispaine.

HDPE:n kaivosputkien parametrit, jotka liittyvät jännitteeseen

Parametri	Tyypillinen HDPE-kaivosputkisarja / viite
Nimellinen halkaisija	DN50–DN1200
Paineluokka	PN1.0–PN10
Vakiopituus	9 m / 12 m
PE100 MRS	10 MPa
PE100 vetolujuus myötörössä	Noin . 23 MPa
PE100 murtovenymä	>600%
PE100 pitkän ajan{1}}kimmokerroin	Noin . 200 MPa
Poissonin suhde	Noin. 0.45
Hazen{0}}Williams-kerroin	Noin . 150–155
Colebrook{0}}Valkoinen karheus	Noin . 0.00152 mm

Yllä olevat PE100-arvot ovat olennaisia viitearvoja eivätkä korvaa valmistajan sertifioimia tuotetietoja.

Varsinaisessa kaivosprojektissa valitun PN-luokan ja seinämän paksuuden on vastattava maksimikäyttöpainetta, lämpötilaa, ohimenevää painetta ja asennusolosuhteita.

info-400-300

Missä HDPE-kaivosputki on paljastuimmin?

Paineaalto ei välttämättä luo samaa mekaanista tilaa kaikkialla putkilinjassa.

Pumpun poistoosassa voi esiintyä nopeita paineen muutoksia. Venttiilien sijainnit voivat aiheuttaa paikallisia transienttiolosuhteita. Muutokset korkeudessa voivat vaikuttaa staattiseen paineeseen. Pitkät pystysuorat osat voivat myös tuottaa huomattavaa hydraulipainetta korkeuseroista johtuen.

Yhteydet ansaitsevat erityistä huomiota.

Laippa-, venttiili- tai pumppuliitäntä saa aikaan paikallisen muutoksen jäykkyydessä ja geometriassa. Suora HDPE-kaivosputki voi muotoutua eri tavalla kuin liitoskokoonpano.

Siksi painepaineanalyysiä tulisi harkita yhdessä liitossuunnittelun kanssa sen sijaan, että putki olisi käsiteltävä eristettynä komponenttina.

Kuinka ostajien tulisi arvioida HDPE-kaivosputkia viemäröintiä varten?

Ainoastaan "HDPE-putki, PN10" perustuva hankintaspesifikaatio ei välttämättä kuvaa täydellistä käyttötilaa.

Kaivoksen tyhjennysputkiston osalta toimittajan tulee ymmärtää vaadittu DN, normaali käyttöpaine, maksimipaine, pumpun virtausnopeus, pumpun käynnistys-/pysäytystaajuus, putkilinjan pituus ja korkeusprofiili.

Normaalin käyttöpaineen ja suurimman transienttipaineen välinen ero on erityisen tärkeä.

Esimerkiksi pumppu voi normaalisti toimia selvästi nimellispaineluokan alapuolella, mutta nopea sammutus voi tilapäisesti lisätä painetta. Siksi putkia valittaessa on otettava huomioon koko painevaippa.

PE100+-suunnitteluohjeissa enimmäiskäyttöpaine liittyy materiaalin lujuuteen, SDR:ään ja sovellettavaan käyttökertoimeen, mikä osoittaa, miksi putken geometriaa ja käyttöolosuhteita ei voida erottaa painearvosta.

Johtopäätös

Vesivasara ei ole abstrakti hydraulinen ongelma HDPE-kaivosputkelle.

Se on todellinen toimintatila, jonka luovat pumput ja venttiilit, jotka ohjaavat kaivoksen tyhjennystä.

Kun pumppu pysähtyy, venttiili sulkeutuu tai veden nopeus muuttuu nopeasti, putkilinjan paine voi tilapäisesti nousta normaalin käyttöpaineen yläpuolelle. Pitkässä kaivoksen tyhjennysputkistossa tuloksena oleva paineaalto voi kulkea HDPE-putken suuren osan läpi.

PE100:n joustavuus muuttaa sitä, miten putki reagoi tähän ohimenevään kuormitukseen, kun taas putken DN, seinämän paksuus, SDR ja paineluokka määräävät sen rakenteellisen kapasiteetin.

Tästä syystä HDPE-kaivosputkien valinnan kaivoksen viemäröintiin ei tulisi perustua pelkästään staattiseen paineeseen. Varsinainen pumppausjakso ja ohimenevät paineolosuhteet tulee myös ottaa huomioon, erityisesti pitkän matkan -tyhjennysjärjestelmissä, joissa pumppua käytetään usein.

Kaivosostajien kannalta keskeinen ominaisuus ei ole pelkästään putkeen painettu paine. Kyse on siitä, pystyykö täydellinen HDPE-kaivosputkijärjestelmä käsittelemään kaivoksen varsinaisen kuivatustoiminnan aiheuttaman painehistorian.

Pyydä HDPE-putkitarjous

Vaihe	Käsitellä	Yksityiskohdat
1	Lähetä vaatimukset	DN, paine, väliaine, käyttölämpötila ja käyttö
2	Erittelyn vahvistus	Putkityyppi, materiaaliluokka, paineluokitus, seinämän paksuus/SDR ja liitäntä
3	Lainaus	Hinta, toimitusaika, pakkaus- ja toimitusehdot
4	Tilaus & Tuotanto	Sopimus, maksu ja tuotanto
5	Tarkastus ja toimitus	Laaduntarkastus ja lähetys