1 - сталева труба; 2 - електронагрівач; 3 - випробувальний матеріал; 4 - ізоляція; 5 - термопари; 6 - вольтметр; 7 - амперметр; 8 - автотрансформатор; 9 - перемикач; 10 - гальванометр; 11 - ємкість з льодом; 12 - самописний гальванометр
Рисунок 4
Нагрівальний елемент розділяють на три самостійні секції за довжиною труби. Центральна секція, що займає 1/3 довжини труби, є робочою, бічні секції служать для усунення витоків тепла через торці.
Трубу встановлюють на підставках на відстані від 1,5 м до 2 м від підлоги і стін приміщення, у якому проводять випробування.
Вимірювання температури труби і поверхні випробувального матеріалу проводять термопарами. Шляхом регулювання електричної потужності, що споживається охоронними секціями, необхідно домогтися відсутності перепаду температури між робочою та охоронною секціями. Випробування проводять при сталому тепловому режимі, коли температура на поверхні труби та ізоляції постійна в часі.
Витрата електричної енергії робочим нагрівачем може визначатися як ваттметром, так і окремо вольтметром і амперметром.
Ефективну теплопровідність теплової ізоляції λ, Вт/м °С, обчислюють за формулою
,(10.7)
де t1 і t2 - температури на поверхні труби та ізоляції, °С;
l - довжина робочої секції, м;
d - зовнішній діаметр сталевої труби, м;
D - зовнішній діаметр труби-оболонки, м.
Тепловий потік Q, Вт, обчислюють за формулою
Q = 0,86 lV,
де l - середнє заміряне значення сили струму, А;
V- заміряна напруга робочого нагрівача, В.
10.10 Міцність на зсув в осьовому напрямку при температурі (23 ± 2) °С визначають не менше ніж на трьох зразках труб ПТПУ з виступом провідної труби N ≥ 0 mm, завдовжки L, що дорівнює 2,5 і кратна товщині ізоляції А, але не менше (200 ± 5) мм, вирізаних з поперечного перерізу однієї проби продукції, відібраної згідно з 9.7 (рисунок 5).
Випробування проводять при температурі (23 ± 2)°С. Перед випробуванням зразки кондиціонують протягом не менше 2 год згідно з ГОСТ 12423.
До зразка прикладають осьове навантаження зі швидкістю не більше (5 ± 1) мм/хв і фіксують максимальне значення зусилля, за якого відбувається зсув провідної труби і (або) ізоляції відносно оболонки.
За результат випробувань приймають нижню межу довірчого інтервалу за статистичною обробкою даних трьох випробувань.
Міцність на зсув в осьовому напрямку Такс , МПа, обчислюють за формулою
де Fакс - осьове навантаження, Н;
L - довжина зразка, мм;
D- зовнішній діаметр провідної труби, мм.
1 - вектор прикладання осьового навантаження; 2 - провідна труба; 3 - оболонка; 4 - напрямне кільце; 5 - плита основи машини для випробувань; 6 - альтернативний засіб прикладання осьового навантаження
Рисунок 5
10.11Міцність на зсув в осьовому напрямку при температурі (140 ± 2)°С для провідної труби зісталі і при температурі (100 ± 2)°С для провідних труб із ПП-80тип 3 і РЕ-Х визначають згідно з 10.10 при кондиціонуванні провідної труби при температурі відповідно (140 ± 2)°С і (100 ± 2)°С протягом не менше 1 год.
Осьове навантаження до зразків прикладається протягом не більше 2 хв після закінчення кондиціонування провідної труби.
10.12Міцність на зсув у тангенційному напрямку при температурі (23 ± 2)°С визначають не меншеніж на трьох зразках труб ПТПУ завдовжки 0,75 зовнішнього діаметра провідної труби, але не менше(100 ± 5) мм (рисунок 6), вирізаних з однієї проби продукції, відібраної згідно з 9.7.
Випробування проводять при температурі (23 ± 2)°С. Перед випробуванням зразки кондиціонують протягом не менше 2 год відповідно до ГОСТ 12423.
Тангенційне навантаження прикладають до оболонки за допомогою двох важелів завдовжки А = 1000 мм, закріплених співвісно з двох сторін оболонки. До зразка прикладають осьове навантаження зі швидкістю не більше (25 ± 1) мм/хв і фіксують максимальне значення зусилля, за якого відбувається зсув провідної труби, з зовнішнім діаметром d і (або) ізоляції відносно оболонки.
За результат випробувань приймають нижню границю довірчого інтервалу за статистичною обробкою даних трьох випробувань.
Міцність на зсув в тангенційному напрямку Ттанг, МПа, обчислюють за формулою
Ттанг = 2lFтанг / πD2L ,(10.9)
де Fтанг - тангенційне навантаження, Н;
L - довжина зразка, мм;
D - зовнішній діаметр провідної труби, мм;
l - довжина кожного важеля, мм.
1 - провідна труба; 2 - оболонка; 3 - ізоляція; 4 - хомут; 5 - важіль; 6 - нерухома опора
Рисунок 6
10.13 Міцність на зсув у тангенційному напрямку при температурі (140 ± 2)°С для провідної труби зі сталі і при температурі (100±2)°С для провідних труб із ПП-80тип 3 і РЕ-Х визначають згідно з 10.12 при кондиціонуванні провідної труби проби продукції завдовжки не менше (3000 ± 5) мм при тем-пературі відповідно (170 ± 2)°С і (115 ± 2)°С протягом не менше 1450 год. Потім температуру теплоносія знижують відповідно до(140±2)°С і (100±2)°Сі витримують протягом не менше 24 год.
Зразки для випробувань згідно з 10.12 вирізують із зразків продукції, відібраних згідно з пунктом 7.7 на відстані не менше 1000 мм від торця. Випробування проводяться згідно з 10.12 протягом не більше 2 год після закінчення кондиціонування провідної труби.
10.13.1 Довговічність теплової ізоляції визначають за критерієм міцності на зсув в тангенційному напрямку.
У залежності від температури довговічність пінополіуретану в загальному вигляді повинна відпо-відати експоненційному закону
,(10.10)
де , - час старіння відповідно для однакового рівня властивостей того чи іншого критерію довговічності, діб;
Т - температура теплоносія, °С;
Ту - температура прискорених випробувань, °С;
Е - ефективна енергія активації процесу старіння (≈150 кдж/моль °С);
R - універсальна газова стала (8,33 Дж/моль).
Контрольні значення довговічності в залежності від температури обчислюють за наступним рівнянням:
.(10.11)
Для визначення кривих довговічності зразки сталевих труб (наприклад, діаметром 76 мм) з теплоізоляцією з пінополіуретану в поліетиленовій оболонці завдовжки (3000 ± 5) мм піддають тепловому старінню в повітряному середовищі на стенді шляхом пропуску по сталевих трубах теплоносія з температурами 165, 155, 145, 140 °С (по два зразки на кожну температуру) протягом часу, наведеного в таблиці 16.
Таблиця 16
|
Температура теплоносія, °С |
Час випробувань, діб |
|
165 |
7; 15; 30; 45 |
|
155 |
15; 30; 45; 60 |
|
145 |
30; 45; 60; 75 |
|
140 |
45; 65; 75; 90 |
Після кожного циклу теплового старіння теплоізоляцію зразків у середній частині розрізають впоперек по периметру (до поверхні сталевої труби), видаляючи відрізок завдовжки 200 мм. Після чого температуру теплоносія встановлюють на рівні 140 °С та пропускають його протягом доби, а потім визначають міцність на зсув на тангенційному напрямку згідно з 10.13.
За результатами випробувань на зсув у тангенційному напрямку визначають експериментальну залежність міцності на зсув від часу теплового старіння при різних температурах теплового старіння.
Після встановлення функціональної залежності міцності на зсув від часу при температурах теплового старіння визначають значення довговічності при температурах 140, 145, 155 і 165 °С при значенні міцності на зсув 0,13 МПа.
Після визначення значень довговічності: - при температурі 140 °С, - при температурі 145°С, - при температурі 155 °С и - при температурі 165 °С встановлюють експериментальну залежність довговічності від температури.
Значення довговічності, обчислені за отриманою емпіричною залежністю при різних температурах теплового старіння, повинні бути не менше контрольних значень довговічності, розрахованих за рівнянням (8.11) при тих самих температурах.
10.14 Радіальну повзучість ізоляції визначають не менше ніж на трьох зразках труб ПТПУ завдовжки 250 мм. Зусилля (рисунок 7) прикладають до звільненого від оболонки кільця ізоляції завширшки 100 мм, розташованого на рівних відстанях від торців зразка.
Радіальну повзучість при температурі (140 ± 2)°С для провідної труби зі сталі і при температурі (100 ± 2)°С для провідних труб із ПП-80 тип 3 і РЕ-Х визначають при кондиціонуванні провідної труби при температурі відповідно (140 ± 2)°С і (100 ± 2)°С протягом не менше 100 год і (або) не менше 1000 год при постійному прикладанні вертикального навантаження (1,5 ± 0,01) кН до звільненого від оболонки кільця ізоляції.
Вимірювання радіальної повзучості проводять індикатором годинникового типу з точністю до 0,05 мм.
За результат випробувань приймають нижню межу довірчого інтервалу за статистичною обробкою даних трьох випробувань.
1 - провідна труба; 2 - індикатор; 3 - оболонка з поліетилену; 4 - пристрій для прикладання навантаження; 5 - опорне пристосування
Рисунок 7
10.15 Визначення об'ємного вмісту відкритих комірок проводиться способом вимірювання об’єму повітря, витиснутого зразком у процесі випробування за допомогою повітряного пікнометра (рисунок 8), ваг з похибкою не більше 0,01 г і лінійки металевої згідно з ГОСТ 427.
Повітряний пікнометр утворено двома симетрично розташованими і рівними за об'ємом системами (робочою і контрольною), з'єднаних через два рівнобіжних манометри. Один з манометрів - ртутний (2), внутрішнім діаметром (5 ± 0,5) мм і висотою (60 ± 0,5) см використовується для одночасної зміни об'ємів систем на визначену величину, а також для вирівнювання тисків у процесі проведення випробувань; інший манометр із дибутилфталатом 1 внутрішнім діаметром (3 ± 0,3) мм і висотою (40 ± 0,5) см - для спостереження за різницею тисків в обох системах.
Робоча система об'ємом (320 ± 10) см3 містить у собі камеру 3 для зразка 4 і ліву половину манометрів 1 і 2. Камера для зразка об'ємом (300 ± 10) см3 представляє собою циліндричну ємність з ретельно пришліфованою кришкою. За допомогою вентиля 5 обидві системи можуть сполучатися з навколишньою атмосферою або бути ізольованими від неї та одна від одної. Колба зі ртуттю служить для зміни тиску в обох системах приладу.
Для випробування із середньої частини теплоізоляційного шару вирізують три зразки - кубики розмірами (25 ± 0,5) мм. Допускається виготовляти зразки розміром 25 мм × 25 мм × t мм, де t - товщина пінополіуретану.
На поверхні зразків не повинно бути порожнин, тріщин і інших видимих дефектів.
Перед випробуванням зразки кондиціонують протягом 24 год при температурі (23 ± 2) °С.
Перевіряють симетричність обох систем приладу (відсутність різниці тисків в обох системах при максимальному розрідженні їх без зразка), для цього використовують монолітний зразок з поліуретану, об'єм якого VM вимірюють з похибкою не більше 0,1 см3.
1 - манометр із дибутилфталатом; 2 - ртутний манометр; 3 - камера; 4 - зразок; 5 - повітряний вентиль; 6 - колба (ємність) з ртуттю; 7 - гвинт; 8 - підставка; 9 - вентиль
Рисунок 8
Обидві системи з навколишньою атмосферою з'єднують вентилем 5. Переміщаючи колбу 6 за допомогою підставки 8 (грубо) і гвинта 7 (точно), установлюють рівень ртуті за нижньою частиною меніска на позначці А.
Закривають камеру кришкою і обидві системи ізолюють одну від одної та від навколишньої атмосфери. Колбу 6 плавно опускають і встановлюють рівень на поділці Б. Після закінчення (30 ± 1)с вимірюють рівень ртуті (Ro) у лівому коліні манометра 2.
Обидві системи з'єднують з навколишньою атмосферою і повторюють випробування, поки три послідовних виміри не дадуть однакові результати. Розбіжність між послідовними вимірами більше ніж на 1 мм указує на можливість витоку в приладі.
Монолітний зразок зважують з похибкою не більше 0,01 г, розміщують у камері та щільно закривають кришкою. Потім встановлюють рівень ртуті на позначці А і обидві системи ізолюють oдну від одної та від навколишньої атмосфери. Рівень ртуті встановлюють на позначці Б і після закінчення (30 ± 1)с вентиль 9 перекривають. Переміщенням колби 3 зрівнюють тиск в обох системах за манометром 1 і після закінчення (30 ± 1)с вимірюють рівень ртуті R1 у лівому коліні манометра 2.
Визначають постійну приладу К за формулою VМ = K(R1 - Ro). Позначки А і Б повинні знаходитись на такій відстані одна від одної, щоб постійна приладу складала (1 ± 0,1) см3/мм.
Вимірюють лінійні розміри і визначають об'єм та масу зразків з пінополіуретану.
Зразок з пінополіуретану розміщують у камері і проводять випробування за наведеною вище методикою.
Об'ємний вміст закритих комірок V3 , %, обчислюють за формулою
,(10.12)
де V - об'єм випробовуваного зразка, см3.
За результат випробувань приймають середнє арифметичне паралельних визначень.
10.16 Міцність поліетиленової оболонки при вдавлюванні індентора визначають не менше ніж на трьох зразках продукції завдовжки (50 ± 5) мм, вирізаних перпендикулярно до поздовжньої осі з однієї проби продукції, відібраної згідно з 9.7.
Випробування проводять при температурі (23 ± 2)°С. Перед випробуванням зразки кондиціонують протягом не менше 2 год згідно з ГОСТ 12423.
Апаратурне оформлення - згідно з ГОСТ 11262, що забезпечує вимір навантаження з похибкою не більше 1% і деформації з точністю до 0,1 мм. Швидкість вдавлювання індентора (5 ± 1) мм/хв. Діаметр індентора (2 ± 0,1) мм. Індентор закріплюється на верхньому затискачі розривної машини.
При проведенні випробувань фіксують максимальне зусилля, за якого індентор проникає через оболонку в западині гофра. Вимір проводять у трьох точках у кожному з двох перерізів кожного зразка на відстані не менше 200 мм від торців.
За результат випробування приймають нижню межу довірчого інтервалу за статистичною обробкою даних не менше шести результатів випробувань.
11ТРАНСПОРТУВАННЯ ТА ЗБЕРІГАННЯ
11.1 Труби, вироби та арматуру ПТПУ в пакетах і на котушках не відносять до категоріїнебезпечних вантажів згідно з ГОСТ 19433 і транспортують будь-яким видом транспорту відповідно доправил перевезення вантажів, що діють на даному виді транспорту. Допускається транспортуваннятруб, виробів і арматури ПТПУ згідно з ГОСТ 15150, розділ 10, умови 8 (ОЖ 3).
