Introduzione

Quando gli acquirenti confrontano i tubi minerari in HDPE, la discussione solitamente inizia con il diametro, la pressione nominale, lo spessore delle pareti e il prezzo.

Tali precisazioni sono necessarie, ma non raccontano tutta la storia.

L'HDPE è un polimero e i polimeri non si comportano esattamente come l'acciaio o la ghisa quando rimangono sotto carico per un lungo periodo. Il materiale può modificare gradualmente il proprio stato tensionale interno mantenendo la stessa deformazione generale. Questo comportamento è noto comerilassamento dello stress.

Non è qualcosa che un operatore minerario normalmente nota durante i primi giorni di funzionamento dell'oleodotto. Diventa rilevante quando si prevede che un tubo rimanga sotto pressione continua, vincolato a una connessione o esposto a deformazione a lungo-termine.

Comprendere il rilassamento dello stress offre all'acquirente un altro strumento utile per giudicare la qualità dei tubi in HDPE. Ancora più importante, aiuta a evitare un errore comune: presumere che il comportamento meccanico di un nuovo tubo in HDPE rimanga esattamente lo stesso per tutti gli anni di servizio.

L'HDPE non si comporta come un tubo metallico rigido

Immagina una sezione di tubo in HDPE sottoposta a un carico costante.

Inizialmente la parete del tubo sviluppa un certo livello di stress interno. Se il tubo rimane in quella condizione, le catene polimeriche all'interno del materiale si riorganizzano gradualmente.

La deformazione può rimanere approssimativamente la stessa, mentre lo stress interno necessario per mantenere tale deformazione diminuisce gradualmente.

Questo è il rilassamento dallo stress.

Questo comportamento è strettamente correlato alla natura viscoelastica del polietilene. Ciò non significa che il tubo si indebolisca improvvisamente, né significa che un tubo in HDPE progettato correttamente perderà semplicemente la sua capacità di pressione.

Il punto importante è che la risposta materiale cambia nel tempo.

Per una pipeline di mining che dovrebbe funzionare per molti anni, il comportamento-dipendente dal tempo è più importante di quanto lo sarebbe per una pipeline temporanea a breve-termine.

Perché un acquirente minerario dovrebbe interessarsene?

Le condutture minerarie vengono raramente installate per brevi periodi di servizio.

Una linea di approvvigionamento idrico di miniera può funzionare ininterrottamente durante tutto il ciclo di produzione. Una conduttura interrata può rimanere in posizione per anni. Raggiungere la tubazione per l'ispezione o la sostituzione può richiedere l'arresto di parte del sistema o il trasporto di apparecchiature in aree di lavoro difficili.

Ciò rende importante il comportamento materiale a lungo termine.

Se un tubo è continuamente esposto alla pressione interna, la parete rimane sotto tensione. Se una sezione è vincolata da una connessione o da un supporto, anche il materiale può rimanere in deformazione.

La pipeline ha quindi una cronologia dei caricamenti anziché un singolo evento di caricamento.

Un acquirente che guarda solo la resistenza alla trazione iniziale potrebbe perdere questa parte del quadro.

Il rilassamento dallo stress non è la stessa cosa del creep

Questi due termini vengono spesso confusi.

Strisciamentodescrive come cambia la deformazione quando un materiale rimane sottoposto a un carico sostenuto.

Rilassamento dello stressdescrive come cambia lo stress interno quando un materiale viene mantenuto a una deformazione relativamente costante.

Entrambi sono comportamenti-dipendenti dal tempo dei materiali polimerici ed entrambi possono essere rilevanti per i tubi in HDPE.

Ad esempio, un tubo in HDPE interrato può subire un carico esterno a lungo-termine proveniente dal terreno. Un tubo in pressione può subire sollecitazioni continue dovute alla pressione interna dell'acqua. Una sezione vincolata può subire deformazioni mentre la sua connessione limita il movimento.

La pipeline vera e propria può comportare contemporaneamente sia il creep che il rilassamento dello stress.

Per un acquirente, la lezione importante è semplice:L'HDPE deve essere valutato utilizzando dati sulle prestazioni a lungo-termine anziché solo valori meccanici a breve-termine.

Dove il rilassamento dallo stress può diventare più rilevante?

Un esempio è una sezione di conduttura vincolata.

Supponiamo che una lunga tubazione in HDPE sia collegata a una struttura rigida. Il tubo vuole rispondere alla pressione, alla temperatura e al movimento, ma la connessione limita tale movimento.

Il materiale rimane in una condizione tesa.

Nel tempo, il rilassamento dello stress modifica la distribuzione interna dello stress.

Un altro esempio è una connessione vincolata meccanicamente. Il tubo potrebbe subire una deformazione locale attorno alla connessione e il-comportamento a lungo termine del polimero diventa parte della progettazione della connessione.

La temperatura è un altro fattore.

Il comportamento del polimero è fortemente influenzato dalla temperatura. Con l'aumento della temperatura, il movimento molecolare diventa più semplice e i processi di deformazione a lungo termine possono diventare più significativi.

Ciò significa che un tubo che funziona continuamente a una temperatura più elevata non può essere valutato automaticamente esattamente allo stesso modo di un tubo che funziona in condizioni ambientali normali.

Perché i dati-a lungo termine contano più di un semplice numero di forza

Una scheda tecnica può fornire un valore di resistenza alla trazione come 20 MPa o superiore.

Questo numero è utile, ma non è una descrizione completa delle prestazioni del tubo a lungo termine-.

La resistenza alla trazione generalmente descrive ciò che il materiale può sopportare in una particolare condizione di prova.

Un oleodotto minerario, tuttavia, potrebbe rimanere sotto pressione per anni.

Per questo motivo, i materiali dei tubi-a pressione vengono normalmente valutati utilizzando le prestazioni idrostatiche a lungo-termine e altre proprietà-dipendenti dal tempo.

Lo scopo è capire come si comporta il materiale dopo una prolungata esposizione a pressione, temperatura e stress.

Ciò è particolarmente importante quando si confrontano diversi prodotti HDPE che appaiono simili su un foglio di quotazione di base.

Il rilassamento dello stress significa che l'HDPE non è adatto per applicazioni a pressione?

NO.

Il contrario è più vicino al punto.

Il fatto che l'HDPE abbia un comportamento-dipendente dal tempo è uno dei motivi per cui la progettazione dei tubi-a pressione in polietilene si basa sulle prestazioni del materiale a lungo-termine piuttosto che sulla sola resistenza-a breve termine.

Un tubo in pressione in HDPE adeguatamente progettato tiene conto di queste caratteristiche.

Il tipo del materiale, lo spessore delle pareti, la classe di pressione, la temperatura e il periodo di servizio previsto contribuiscono tutti al progetto finale.

Il compito dell'acquirente non è quello di eliminare il comportamento del polimero. Questo non è realistico.

Il compito dell'acquirente è quello di assicurarsi che il materiale selezionato e la struttura del tubo siano adeguati alle condizioni operative previste.

Cosa significa questo per l’estrazione mineraria sotterranea?

Le condutture sotterranee dell'acqua nelle miniere possono essere particolarmente sensibili all'affidabilità a lungo-termine.

Una volta installata una pipeline, l'accesso potrebbe essere limitato. Un guasto può interrompere la fornitura o il drenaggio dell'acqua e richiedere ulteriore manodopera e attrezzature.

Per questo motivo, il processo di selezione dovrebbe considerare come si comporta il tubo dopo l'installazione, non semplicemente come si comporta il nuovo tubo durante un'ispezione in entrata.

L'HDPE offre diverse caratteristiche utili nel sottosuolo, tra cui resistenza alla corrosione, tenacità e flessibilità.

Il suo comportamento a lungo-termine dovrebbe essere considerato come parte della prestazione complessiva piuttosto che trattato come un argomento di laboratorio separato.

Parametri che gli acquirenti dovrebbero verificare

I valori esatti dipendono dal tipo di materiale selezionato e dalle specifiche del produttore.

Cosa dovrebbe essere incluso in una richiesta di acquisto?

Una richiesta utile dovrebbe contenere più di:

"Tubo in HDPE DN500, PN1,6 MPa."

È meglio comunicare al fornitore la pressione di esercizio effettiva, la temperatura prevista, l'ambiente di installazione e il servizio previsto.

Se la tubazione rimarrà costantemente pressurizzata, ciò dovrà essere dichiarato.

Se la tubazione sarà collegata ad apparecchiature rigide, sezioni vincolate o raccordi speciali, anche questa informazione è utile.

Quanto più accuratamente viene descritta la condizione operativa, tanto più facile sarà determinare se il tubo in HDPE proposto è appropriato.

Domande frequenti

Il rilassamento dello stress riduce la resistenza del tubo in HDPE?

Il rilassamento dello stress modifica nel tempo lo stato di stress interno del polimero. Ciò non significa che il tubo perde improvvisamente la sua integrità strutturale. La progettazione dei tubi-a pressione-a lungo termine tiene conto del comportamento-dipendente dal tempo del materiale.

Il rilassamento dallo stress è la stessa cosa del creep?

No. Il creep riguarda l'aumento della deformazione sotto carico sostenuto, mentre il rilassamento dello stress riguarda la diminuzione dello stress interno sotto deformazione sostenuta. Sono correlati ma descrivono risposte materiali diverse.

Perché la temperatura è importante?

La temperatura influenza il comportamento del polimero. Temperature operative più elevate possono accelerare la deformazione-dipendente dal tempo e influenzare le prestazioni di pressione-a lungo termine.

Gli acquirenti dovrebbero confrontare i tubi in HDPE utilizzando solo la resistenza alla trazione?

No. La resistenza alla trazione è solo una delle proprietà dei materiali a breve-termine. Per le applicazioni a pressione, le prestazioni idrostatiche a lungo-termine e le condizioni operative effettive forniscono molte più informazioni.

Il rilassamento dello stress è importante per ogni tubo in HDPE?

Diventa particolarmente rilevante quando il tubo è esposto a pressione sostenuta, deformazione o vincolo a lungo termine-. Il significato dipende dall'applicazione.

Conclusione

L'HDPE non è un materiale che dovrebbe essere giudicato solo in base alla resistenza di un nuovo tubo.

La sua struttura polimerica gli conferisce flessibilità e tenacità utili, ma significa anche che la sua risposta al carico a lungo termine-dipende dal tempo-.

Il rilassamento dallo stress è una parte di questo comportamento.

Per gli acquirenti minerari, comprendere questa proprietà aiuta a mettere in prospettiva i valori di forza a breve termine. Una tubazione destinata a funzionare interrata per anni va valutata in base a quanto accade in quegli anni, non solo a quanto avviene durante la prima prova in pressione.

Conoscere meglio il comportamento a lungo-termine del materiale è un altro modo per evitare di scegliere un tubo da miniera sulla base di specifiche incomplete.

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