The strength of pipes is important for human life and for preventing resource waste and environmental pollution. The hydrostatic internal pressure test determines whether produced pipes are suitable for use.
What Is a Hydrostatic Internal Pressure Test?
Hydrostatics is the branch of science that examines the behaviour of fluids at rest. The pressure arising from the accelerations occurring in these fluids is called hydrostatic pressure. It is the test in which the deformation caused by hydrostatic internal pressure in plastic or thermoplastic pipes such as polypropylene (PP), polyethylene (PE) and polyvinyl chloride (PVC) is measured under constant temperature and pressure to determine the strength and lifetime of the material. Values such as temperature and pressure and other required conditions are determined by standards such as ISO 1167, BS EN 921 and ASTM D1598.
Why Is the Hydrostatic Internal Pressure Test Performed?
Today, the transmission of many important resources is provided with the help of pipes. The robustness of the pipes is important in terms of human life and the prevention of resource waste and environmental pollution. For this reason, the produced pipes must comply with the standards determined according to the area where they will be used. For PE, PP, PVC and PE-RT pipes to be used safely, their working conditions and service life at certain temperature and pressure values according to the area of use must be known. To determine these conditions, the pipes must pass the hydrostatic internal pressure test. By comparing the obtained values with the standards, it is determined whether they are suitable for use.
Standards
ISO 1167, BS EN 921 and ASTM D1598 are standards in which the rules to be followed in a hydrostatic internal pressure test, and the conditions the test environment and test elements must meet, are explained in detail. The shapes of the connection elements and the methods of connecting them are determined therein. It is stated that the dimensioning of the sample to be tested must comply with the ASTM D2122 and ASTM D3567 standards. According to the BS EN 921 and D1598 standards, the precision of the conditioning and pressure devices to be used in the test must be at the ±2% level. The temperature of the environment, the connection elements and the test fluid must be 23 °C. According to the D2122 standard, the length of pipes with a diameter of 150 mm (6 in.) and smaller must be at least five times the outer diameter of the pipe. For pipes with a larger diameter, this value must be at least three times the outer diameter.
Test Equipment
The test system consists of one lower and one upper end cap each, a clamp to fix these caps, assembly and sealing elements, a conditioner, a fluid tank and a pressure device.
Performing the Test
The sample selected in accordance with the standards is closed at both ends with end caps so that it does not leak. It is filled with fluid brought to the desired temperature by means of the conditioner until no air remains inside. Then, supported so that it does not deform due to weight, it is fully immersed in the conditioned environment and the sample is made ready for testing. According to the EN 921 standard, samples with a wall thickness less than 3 mm must be conditioned for 1 hour, those 3-8 mm for 3 hours, those 8-16 mm for 6 hours and those greater than 16 mm for 16 hours. The pressure level is set with the pressure machine and applied to the prepared sample, and at the same time the counter is started, thus starting the test. The change in the deformation occurring in the sample over time is recorded. The pressure to be applied is calculated with a formula relating the pressure (P), the hoop stress (σ), the pipe outer diameter (D) and the wall thickness (t). Hoop stress is the tensile stress induced throughout the entire circumference of the pipe due to the applied pressure.
If a puncture or leak occurs on the sample while the test continues, the test is stopped and the type of deformation is recorded as brittle or ductile. According to EN 921, if the failure that occurs is closer to the end caps than 0.1 times the length of the pipe, the test is cancelled and repeated with a new sample.
In case of any explosion during the test, precautions must be taken; and if a gas is used instead of a fluid, the potential energy-storage capabilities of gases must not be ignored. The equipment to be tested and the environment must be free of oil and dirt.
Evaluation of Test Results
If the pipes subjected to pressure throughout the test do not burst within the periods determined by the standards — 100 hours at 20 °C and 165 hours at 80 °C — or do not show values above the deformation determined in the graphs, the pipe is deemed suitable for use.
Areas of Use
Due to reasons such as easy workmanship, low cost, low maintenance requirement and non-exposure to rust, plastic and thermoplastic pipes have found a wide area of use. In addition to resources such as natural gas, clean water and geothermal water, they are also widely used in network systems because of their ability to transport wastewater. They also continue to be used in agricultural irrigation. The hydrostatic pressure test comes into play in ensuring that plastic pipes are used safely in these sectors.
Boruların sağlamlığı insan hayatı, kaynak israfının ve çevre kirliliğinin önlenmesi açısından önemlidir. Hidrostatik iç basınç testi, üretilen boruların kullanıma uygun olup olmadığını belirler.
Hidrostatik İç Basınç Testi Nedir?
Hidrostatik, durgun haldeki sıvıların davranışlarını inceleyen bilim dalıdır. Bu sıvılarda oluşan ivmelenmelerden doğan basınç, hidrostatik basınç olarak adlandırılır. Polipropilen (PP), Polietilen (PE), Polivinil klorür (PVC) gibi plastik veya termoplastik borularda hidrostatik iç basıncın sebep olduğu deformasyonun sabit sıcaklık ve basınç altında ölçülerek malzeme dayanımı ve ömrünün belirlenmesi testidir. Sıcaklık, basınç vb. gibi değerler ve diğer gereken koşullar ISO 1167, BS EN 921 ve ASTM D1598 gibi standartlarla belirlenmiştir.
Hidrostatik İç Basınç Testi Neden Yapılır?
Günümüzde pek çok önemli kaynağın aktarımı borular yardımı ile sağlanmaktadır. Boruların sağlamlığı insan hayatı, kaynak israfının ve çevre kirliliğinin önlenmesi açısından önem arz etmektedir. Bu sebeple üretilen boruların kullanılacağı alana göre belirlenmiş standartlara uyması gerekmektedir. PE, PP, PVC ve PE RT boruların güvenle kullanılabilmeleri için kullanılacağı alana göre belirli sıcaklık ve basınç değerlerinde çalışma şartları ve kullanım ömrü bilinmelidir. Bu şartların belirlenmesi için boruların hidrostatik iç basınç testinden geçmesi gerekmektedir. Elde edilen değerlerin standartlarla karşılaştırması yapılarak kullanıma uygun olup olmadığı belirlenir.
Standartları
ISO 1167, BS EN 921, ASTM D1598 bir hidrostatik iç basınç testinde uyması gereken kuralların ve test ortamının ve test elemanlarının olması gereken koşulların detaylıca açıklandığı standartlardır. İçerisinde bağlantı elemanlarının şekilleri ve elemanların bağlanma usulleri belirlenmiştir. Burada test edilecek numunenin boyutlandırmasının ASTM D2122 ve ASTM D3567 standartlarına uygun olması gerektiği belirtilmiştir. BS EN 921 ve D1598 standartlarına göre testte kullanılacak şartlandırma ve basınç cihazlarının hassasiyeti ±%2 seviyesinde olmalıdır. Ortamın, bağlantı elemanlarının ve test sıvısının sıcaklığı 23 °C olmalıdır. D2122 standardına göre çapı 150 mm (6 in.) ve daha küçük boruların uzunluğu borunun dış çapının en az beş katı olmalıdır. Çapı daha büyük borular için ise bu değer dış çapın en az üç katı olmalıdır.
Test Ekipmanları
Test sistemi birer adet alt ve üst kapama başlıkları, bu başlıkları sabitlemeye yarayan kelepçe, montaj ve sızdırmazlık elemanları, şartlandırıcı, sıvı tankı ve basınç cihazından oluşmaktadır.
Testin Yapılışı
Standartlara uygun seçilen numune iki ucundan kapama başlıkları ile sızdırmayacak şekilde kapatılır. İçinde hava kalmayıncaya kadar şartlandırıcı yardımıyla istenilen sıcaklığa getirilmiş sıvı ile doldurulur. Ardından ağırlık sebebiyle yamulmaması için desteklenerek şartlandırılmış ortama tamamen daldırılarak numune teste hazır hale getirilir. EN 921 standardına göre et kalınlığı 3 mm'den küçük olan numuneler 1 saat, 3-8 mm olanlar 3 saat, 8-16 mm olanlar 6 saat ve 16 mm'den büyük olanlar 16 saat süreyle şartlandırma işlemine tabi tutulmalıdır. Basınç makinesi ile basınç seviyesi ayarlanarak hazır hale gelen numuneye uygulanır ve aynı anda sayaç başlatılarak test başlatılmış olur. Numunede meydana gelen deformasyonun zamana göre değişimi kaydedilir. Uygulanacak basınç; basınç (P), hup stres (σ), boru dış çapı (D) ve et kalınlığı (t) değerlerini ilişkilendiren bir formül ile hesaplanır. Hup stres, uygulanan basınç sebebiyle borunun tüm çevresi boyunca indüklenen çekme gerilmesidir.
Test devam ederken numune üzerinde bir delinme veya sızma meydana gelirse test durdurulur ve deformasyonun türü kırılgan veya esnek olarak kaydedilir. EN 921'e göre meydana gelen hata kapama başlıklarına borunun boyunun 0,1 katından daha yakınsa test iptal edilir ve yeni numune ile test tekrar edilir.
Test esnasında herhangi bir patlama olması durumuna karşın önlemler alınmalı ve eğer sıvı yerine bir gaz kullanılıyor ise gazların potansiyel enerji depolama kabiliyetleri göz ardı edilmemelidir. Test edilecek ekipmanlar ve ortam yağdan ve kirden arındırılmalıdır.
Test Sonuçlarının Değerlendirilmesi
Test boyunca basınca maruz bırakılmış boruların, standartlarca belirlenmiş süre olan 20 °C'de 100 saat, 80 °C'de ise 165 saat içerisinde patlamaması veya grafiklerde belirlenen deformasyonun üstünde değerler görülmemesi halinde borunun kullanıma uygun olduğuna karar verilir.
Kullanım Alanları
Kolay işçilik, düşük maliyet, düşük bakım gereksinimi ve paslanmaya maruz kalmaması gibi nedenlerden dolayı plastik ve termoplastik borular kendilerine geniş kullanım alanı bulmuştur. Doğalgaz, temiz su ve jeotermal su gibi kaynakların yanı sıra atık suların da taşınabilmesi sebebiyle şebeke sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunların yanı sıra tarımsal sulamada da kullanılmaya devam etmektedir. Plastik boruların bu sektörlerde güvenle kullanılması hususunda devreye hidrostatik basınç testi girmektedir.
تُعد متانة الأنابيب مهمة لحياة الإنسان ولمنع هدر الموارد والتلوث البيئي. ويحدد اختبار الضغط الداخلي الهيدروستاتيكي ما إذا كانت الأنابيب المُنتَجة مناسبة للاستخدام.
ما هو اختبار الضغط الداخلي الهيدروستاتيكي؟
الهيدروستاتيكا هي فرع العلم الذي يدرس سلوك السوائل الساكنة. ويُسمى الضغط الناشئ عن التسارعات التي تحدث في هذه السوائل الضغط الهيدروستاتيكي. وهو الاختبار الذي يُقاس فيه التشوّه الناتج عن الضغط الداخلي الهيدروستاتيكي في الأنابيب البلاستيكية أو الحرارية مثل البولي بروبيلين (PP)، والبولي إيثيلين (PE)، وكلوريد البولي فينيل (PVC) تحت درجة حرارة وضغط ثابتين لتحديد متانة المادة وعمرها. وتُحدَّد قيم مثل درجة الحرارة والضغط والشروط الأخرى المطلوبة بمعايير مثل ISO 1167 وBS EN 921 وASTM D1598.
لماذا يُجرى اختبار الضغط الداخلي الهيدروستاتيكي؟
يُوفَّر اليوم نقل العديد من الموارد المهمة بمساعدة الأنابيب. ومتانة الأنابيب مهمة من ناحية حياة الإنسان ومنع هدر الموارد والتلوث البيئي. لهذا السبب، يجب أن تتوافق الأنابيب المُنتَجة مع المعايير المحددة وفقًا للمنطقة التي ستُستخدم فيها. ولكي تُستخدم أنابيب PE وPP وPVC وPE-RT بأمان، يجب معرفة ظروف عملها وعمرها الافتراضي عند قيم درجة حرارة وضغط معينة وفقًا لمجال الاستخدام. ولتحديد هذه الظروف، يجب أن تجتاز الأنابيب اختبار الضغط الداخلي الهيدروستاتيكي. وبمقارنة القيم المُحصَّلة مع المعايير، يُحدَّد ما إذا كانت مناسبة للاستخدام.
المعايير
ISO 1167، وBS EN 921، وASTM D1598 معايير تشرح بالتفصيل القواعد الواجب اتباعها في اختبار الضغط الداخلي الهيدروستاتيكي، والشروط التي يجب أن تستوفيها بيئة الاختبار وعناصره. وتُحدَّد فيها أشكال عناصر التوصيل وطرق توصيلها. ويُذكَر أن تحديد أبعاد العينة المراد اختبارها يجب أن يتوافق مع معياري ASTM D2122 وASTM D3567. ووفقًا لمعياري BS EN 921 وD1598، يجب أن تكون دقة أجهزة التكييف والضغط المستخدمة في الاختبار عند مستوى ±2%. ويجب أن تكون درجة حرارة البيئة وعناصر التوصيل وسائل الاختبار 23 °C. ووفقًا لمعيار D2122، يجب أن يكون طول الأنابيب التي يبلغ قطرها 150 mm (6 بوصة) أو أقل خمسة أضعاف القطر الخارجي للأنبوب على الأقل. أما بالنسبة للأنابيب ذات القطر الأكبر، فيجب أن تكون هذه القيمة ثلاثة أضعاف القطر الخارجي على الأقل.
معدات الاختبار
يتكون نظام الاختبار من غطاء نهاية سفلي وآخر علوي، ومشبك لتثبيت هذين الغطاءين، وعناصر تجميع وإحكام، وجهاز تكييف، وخزان سوائل، وجهاز ضغط.
إجراء الاختبار
تُغلَق العينة المُختارة وفقًا للمعايير من طرفيها بأغطية نهاية بحيث لا تُسرِّب. وتُملأ بسائل تم إحضاره إلى درجة الحرارة المطلوبة بواسطة جهاز التكييف حتى لا يبقى هواء بالداخل. ثم تُدعَم بحيث لا تتشوّه بسبب وزنها، وتُغمَر تمامًا في البيئة المُكيَّفة، وتُجهَّز العينة للاختبار. ووفقًا لمعيار EN 921، يجب تكييف العينات التي تقل سماكة جدارها عن 3 mm لمدة ساعة واحدة، والعينات من 3-8 mm لمدة 3 ساعات، والعينات من 8-16 mm لمدة 6 ساعات، والعينات الأكبر من 16 mm لمدة 16 ساعة. ويُضبَط مستوى الضغط بواسطة جهاز الضغط ويُطبَّق على العينة المُحضَّرة، وفي الوقت نفسه يُشغَّل العداد، وبذلك يبدأ الاختبار. ويُسجَّل تغير التشوّه الحادث في العينة مع مرور الوقت. وتُحسَب القوة المراد تطبيقها بمعادلة تربط بين الضغط (P)، وإجهاد الطوق (σ)، والقطر الخارجي للأنبوب (D)، وسماكة الجدار (t). وإجهاد الطوق هو إجهاد الشد المُستحث على طول محيط الأنبوب بأكمله بسبب الضغط المطبَّق.
وإذا حدث ثقب أو تسريب على العينة أثناء استمرار الاختبار، يُوقَف الاختبار ويُسجَّل نوع التشوّه على أنه هش أو مرن. ووفقًا لمعيار EN 921، إذا كان العطل الحادث أقرب إلى أغطية النهاية من 0.1 ضعف طول الأنبوب، يُلغى الاختبار ويُعاد بعينة جديدة.
في حال حدوث أي انفجار أثناء الاختبار، يجب اتخاذ الاحتياطات؛ وإذا استُخدم غاز بدلًا من سائل، يجب عدم إغفال قدرات الغازات على تخزين الطاقة الكامنة. ويجب أن تكون المعدات المراد اختبارها والبيئة خاليتين من الزيت والأوساخ.
تقييم نتائج الاختبار
إذا لم تنفجر الأنابيب المُعرَّضة للضغط طوال الاختبار خلال الفترات التي تحددها المعايير — 100 ساعة عند 20 °C و165 ساعة عند 80 °C — أو لم تُظهر قيمًا تفوق التشوّه المحدد في الرسوم البيانية، يُعتبَر الأنبوب مناسبًا للاستخدام.
مجالات الاستخدام
بفضل أسباب مثل سهولة التصنيع، وانخفاض التكلفة، وانخفاض متطلبات الصيانة، وعدم التعرض للصدأ، وجدت الأنابيب البلاستيكية والحرارية لنفسها مجال استخدام واسعًا. وإضافة إلى موارد مثل الغاز الطبيعي، والمياه النظيفة، والمياه الجيوحرارية، تُستخدم أيضًا على نطاق واسع في أنظمة الشبكات بفضل قدرتها على نقل مياه الصرف الصحي. كما تستمر في الاستخدام في الري الزراعي. ويأتي دور اختبار الضغط الهيدروستاتيكي في ضمان استخدام الأنابيب البلاستيكية بأمان في هذه القطاعات.
Прочность труб важна для жизни человека, а также для предотвращения потерь ресурсов и загрязнения окружающей среды. Гидростатическое испытание внутренним давлением определяет, пригодны ли изготовленные трубы к эксплуатации.
Что такое гидростатическое испытание внутренним давлением?
Гидростатика — раздел науки, изучающий поведение жидкостей в состоянии покоя. Давление, возникающее вследствие ускорений, происходящих в этих жидкостях, называется гидростатическим давлением. Это испытание, при котором деформация, вызванная гидростатическим внутренним давлением в пластиковых или термопластичных трубах, таких как полипропилен (PP), полиэтилен (PE) и поливинилхлорид (PVC), измеряется при постоянной температуре и давлении для определения прочности материала и срока его службы. Значения температуры и давления, а также другие необходимые условия определяются такими стандартами, как ISO 1167, BS EN 921 и ASTM D1598.
Зачем проводится гидростатическое испытание внутренним давлением?
Сегодня транспортировка многих важных ресурсов обеспечивается с помощью труб. Прочность труб важна с точки зрения жизни человека и предотвращения потерь ресурсов и загрязнения окружающей среды. По этой причине изготовленные трубы должны соответствовать стандартам, определённым в зависимости от области их применения. Чтобы трубы PE, PP, PVC и PE-RT можно было безопасно эксплуатировать, необходимо знать условия их работы и срок службы при определённых значениях температуры и давления в соответствии с областью применения. Для определения этих условий трубы должны пройти гидростатическое испытание внутренним давлением. Сравнивая полученные значения со стандартами, определяют пригодность труб к эксплуатации.
Стандарты
ISO 1167, BS EN 921 и ASTM D1598 — стандарты, в которых подробно разъяснены правила, которым необходимо следовать при гидростатическом испытании внутренним давлением, и условия, которым должны соответствовать испытательная среда и элементы испытания. В них определены формы соединительных элементов и способы их соединения. Указано, что размеры испытуемого образца должны соответствовать стандартам ASTM D2122 и ASTM D3567. Согласно стандартам BS EN 921 и D1598, точность приборов кондиционирования и создания давления, используемых в испытании, должна находиться на уровне ±2%. Температура окружающей среды, соединительных элементов и испытательной жидкости должна составлять 23 °C. Согласно стандарту D2122, длина труб диаметром 150 мм (6 дюймов) и менее должна составлять не менее пяти наружных диаметров трубы. Для труб большего диаметра это значение должно составлять не менее трёх наружных диаметров.
Испытательное оборудование
Испытательная система состоит из одной нижней и одной верхней торцевых заглушек, хомута для их фиксации, монтажных и уплотнительных элементов, кондиционера, резервуара для жидкости и прибора для создания давления.
Проведение испытания
Выбранный в соответствии со стандартами образец герметично закрывается с обоих концов торцевыми заглушками, чтобы исключить утечку. Он заполняется жидкостью, доведённой до нужной температуры с помощью кондиционера, до тех пор, пока внутри не останется воздуха. Затем, будучи закреплённым во избежание деформации под собственным весом, образец полностью погружается в кондиционируемую среду и подготавливается к испытанию. Согласно стандарту EN 921, образцы с толщиной стенки менее 3 мм должны кондиционироваться в течение 1 часа, от 3 до 8 мм — в течение 3 часов, от 8 до 16 мм — в течение 6 часов, а более 16 мм — в течение 16 часов. Уровень давления устанавливается с помощью прибора создания давления и прикладывается к подготовленному образцу, при этом одновременно запускается счётчик, и таким образом начинается испытание. Регистрируется изменение деформации, возникающей в образце, с течением времени. Прикладываемое давление рассчитывается по формуле, связывающей давление (P), кольцевое напряжение (σ), наружный диаметр трубы (D) и толщину стенки (t). Кольцевое напряжение — это растягивающее напряжение, индуцируемое по всей окружности трубы вследствие приложенного давления.
Если во время испытания на образце возникает прокол или утечка, испытание прекращается, и тип деформации регистрируется как хрупкий или пластичный. Согласно EN 921, если возникшее повреждение находится ближе к торцевым заглушкам, чем 0,1 длины трубы, испытание аннулируется и повторяется с новым образцом.
В случае любого взрыва во время испытания необходимо принять меры предосторожности; а если вместо жидкости используется газ, нельзя игнорировать потенциальную способность газов накапливать энергию. Испытуемое оборудование и среда должны быть свободны от масла и загрязнений.
Оценка результатов испытания
Если трубы, подвергавшиеся давлению в течение всего испытания, не разрываются в течение периодов, установленных стандартами — 100 часов при 20 °C и 165 часов при 80 °C — и не показывают значений деформации выше определённых на графиках, труба признаётся пригодной к эксплуатации.
Области применения
Благодаря таким преимуществам, как простота монтажа, низкая стоимость, низкие требования к обслуживанию и отсутствие подверженности коррозии, пластиковые и термопластичные трубы нашли широкое применение. Помимо транспортировки таких ресурсов, как природный газ, чистая вода и геотермальная вода, они также широко используются в сетевых системах благодаря способности транспортировать сточные воды. Кроме того, они продолжают применяться в сельскохозяйственном орошении. Гидростатическое испытание давлением играет ключевую роль в обеспечении безопасного использования пластиковых труб в этих отраслях.