تست هیدرواستاتیک لوله پلی اتیلن به منظور بررسی استحکام محصول در برابر فشارهای هیدرواستاتیکی، انجام میپذیرد. تست هیدرو استاتیک بر روی خطوط لوله پلی اتیلن در محل سایت و همچنین بر روی نمونههای تولیدی لولهها بصورت آزمایشگاهی انجام پذیر است. تست هیدرواستاتیک لوله پلی اتیلن اغلب پس از خاموشی و تعمیرات به جهت حصول اطمینان ازکارکرد صحیح و مناسب تجهیزات پس از راه اندازی مجدد، لازم است. لذا آزمایش هیدرواستاتیک در هنگام شرایط کاری سیستم انجام نمی پذیرد و همچنین سیستم را در هنگام کار جهت نشتی و یا رشد ترک نمیتوان بررسی کرد. انجام تست هیدرواستاتیک این اطمینان را حاصل میسازد که سیستم در فشار مذکور به درستی کار کرده و از هزینههای گزاف مالی و انسانی جلوگیری میکند. اگر چه هیدروتست یک تست غیر مخرب محسوب میشود ، اما اگر تست هیدرواستاتیک لوله پلی از فشار مشخص شدهی تجهیزات فراتر رود باعث گسیختگی و شکست در آنها میشود. لذا این تست نیازمند کارشناسانی خبره و دستگاههای پیشرفته جهت حفظ ایمنی تجهیزات میباشد. تست هیدرو استاتیک لوله پلی اتیلن به صورت آزمایشگاهی باید در آزمایشگاههای معتبر و همکار اداره استاندارد و مجهز به تجهیزات آکرودیته انجام پذیرد. دو مدل تست هیدرواستاتیک روی لولههای پلی اتیلن انجام میپذیرد :
آزمون کوتاه مدت هیدرواستاتیک لوله پلی اتلین :
در این آزمون(آزمون کوتاه مدت هیدرواستاتیک) لوله در داخل حوضچهای با دمای ثابت شناور شده ، تحت اثر فشار داخلی افزاینده قرار میگیرد ، به گونهای که در طی زمان 60 الی 70 ثانیه لوله دچار تورم وسپس ترکیدگی میگردد. درصورتی نتیجه آزمون قابل قبول است که رفتار لوله از نوع چقرمه باشد .لولهای که بدون بادکردگی دچار ترکیدگی شود و یا شکاف طولی در آن ایجاد گردد، غیر قابل مصرف میباشد آزمون کوتاه مدت هیدرواستاتیک لوله پلی اتلین یک نوع بازرسی است که به منظور تعیین نوع رفتار لولههای پلی اتیلن انجام مییشود .با انجام این آزمون نوع رفتار نمونه هنگامیکه در کوتاه مدت تحت فشار هیدرواستاتیک قرار مییگیرد مشخص میشود .
آزمون بلند مدت هیدرواستاتیک لوله پلی اتلین :
آزمون بلند مدت هیدرواستاتیک از جمله آزمونهای بلند مدت میباشد که به نحوی طول عمر لوله را در زمان کوتاهتر از طول عمر معمولی آن شبیه سازی میکند .در این آزمون نمونههای لوله پلی اتیلن در حوضچه آب در دمای 20 درجه سانتی گراد به مدت 100 ساعت و یا 80 درجه سانتی گراد به مدت 165 ساعت تحت فشار داخلی ثابتی قرار داده میشوند که با توجه به سایز لوله و نوع ماده اولیه آن تعیین میگردد. پس از طی زمان تعیین شده نمونه لولهها نبایستی دچار ترکیدگی ، بادکردگی ، نشتی و یا هرگونه نقیصه گردند .
تست هیدرواستاتیک لوله پلی اتیلن
روش حاضر که براساس استانداردهای بین المللی و مستندات فنی موسسات تحقیقاتی پلیمری میباشد، با هدف کمک به صنعت حاضر لولههای پلی اتیلن تهیه شده، و به مصرفکنندگان لولههای پلیاتیلن ، جهت اطمینان از سلامت سیستم لوله کشی پیشنهاد میگردد.
هدف کلی از تست هیدرو استاتیک خطوط لوله پلی اتیلن :
اطمینان از صحت انجام کار، مناسب بودن لوله ، شیرها ، متعلقات و سایز لوازم به کار گرفته شده و در نتیجه تحمل فشار لازم توسط تمام قسمتهای خط، در مقابل فشار طراحی و عدم نشتی به مقدار بیش از حد مجاز آن نکاتی که پیش از آغاز کار آزمون هیدرو استاتیک باید به آن توجه نمود:
1- فقط گروهی از افراد میتوانند فرآیند تست هیدرواستاتیکی خط را انجام دهند که دارای تجربه کافی در این زمینه بوده و یا آموزشهای مربوطه را گذرانده باشند.
2- لوله و اتصالات و تجهیزات خط قبل از تست بایستی کنترل شده و در صورت مشاهده عیوب ظاهری، باید رفع عیب گردد.
3- پیش از شروع آزمون هیدوراستاتیک تمامی درز جوشها باید کاملاً سرد باشند. همچنین تمامی اتصالات مکانیکی بایستی بهطور کامل سوار شده و تمامی ملزومات آنها از جمله واشرها باید نصب و محکم بسته شوند.
4- در صورت استفاده از مهارهای بتنی باید اجازه داده شود تا پخت بتن کامل شده و استحکام لازم جهت تحمل نیروهای محوری را به دست آورد.
5- بهترین سیالی که برای انجام آزمون هیدرواستاتیک استفاده میشود آب میباشد. استفاده از گاز یا هوا تنها در شرایطی مجاز میباشد که به دلیل شرایط خاص طراحی لوله، نتوان از سیالهای مایع مانند آب استفاده نمود. در زمان انجام آزمون هیدرواستاتیک خط لوله، گاز یا هوا متراکم شده و انرژی را در خود ذخیره میکند. در چنین شرایطی اگر لوله دچار ترکیدگی شود هم انرژی تنشی خط لوله و هم انرژی تراکمی گاز آزاد میشود که بسیار خطرناک میباشد (احتمال آسیبدیدگی جدی برای تجهیزات و اپراتورهای تست وجود دارد). به همین دلیل به هنگام استفاده از آب باید لوله کاملاً هواگیری شود. همچنین در صورت عدم هواگیری مناسب لوله، به دلیل متراکم شدن هوا، افزایش فشار درون لوله پلی اتیلن و تثبیت فشار با مشکل مواجه میشود. در برخی موارد مشاهده شده است به هنگام انجام آزمون، علیرغم آببند بودن سیستم و اعمال زمان مناسب جهت حصول همدمایی و انبساط اولیه لوله،فشار آزمون افت زیادی در اثر نشتی داشته است
6- وسیلهای که برای تأمین فشار آب به کار میرود(پمپ یا هر وسیله دیگر) باید با ظرفیت مناسب پیش بینی گردد تا در هنگام فشار در سیستم ، بتواند در زمان مناسب مجدداً تأمین فشار نماید.
7- تمامی تجهیزات اندازهگیری باید دارای گواهی کالیبراسیون و معتبر باشند.
8- به منظور تخمین میزان آب مورد نیاز، بایستی در وهله اول حجم داخلی خط لوله تحت آزمون را محاسبه نمود
9- تمامی اتصالات قابل انبساط باید کاملاً مهار شوند و یا بطور موقت در طول آزمایش از سیستم حذف گردد.
10- جهت انجام آزمون حتماً باید از آب پاکیزه برای پر کردن سیستم استفاده نمود. این آب باید صاف ، بی بو و عاری از هرگونه مواد معلق قابل رویت با چشم غیر مسلح باشد. همچنین از انجام تست در شرایط بارانی و مه آلودگی و یا خیس بودن ترانشه باید خودداری نمود. دراین شرایط امکان تشخیص نشتی مشکل خواهد بود.
11- فشار آزمون خط لوله پلی اتیلن در شرایط استاندارد (Cº 20 ) به طور معمول برای خطوط لوله با فشار کاری تا 10 اتمسفر ، 1 تا 5/1 برابر فشار اسمی و برای خطوط لوله با فشار کاری بیش از 10 اتمسفر ، 1 تا 25/1 برابر فشار اسمی لوله می باشد(انتخاب فشار تست توسط مهندس مشاور و طراح خط لوله انجام می شود).
12- طول لوله تحت آزمایش در لولههای اقطار کوچک ، حدود 800 متر (مطابق نشریه 303 معاونت برنامهریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری) و در لولههای با قطر بالاتر ، کمتر از مقدار فوق توصیه میگردد.
13- قبل از انجام آزمون هیدرواستاتیک باید خاک ریزی مقدماتی به مقدار حداقل 30 سانتی متر، روی تاج لوله صورت پذیرد . اتصال لولهها به یکدیگر و محل متعلقات باید باز و قابل رویت باشد.
14- پر کردن خط لوله باید به آهستگی و از نقطه پایین دست شروع شود. این عمل باعث می شود تا از محبوس شدن هوا، کف کردن آب و حل شدن هوا در آب جلوگیری شود. هوای حل شده در آب قابلیت ایجاد یک ضربه قوچ بزرگ را دارد که می تواند منجر به ایجاد نشتی شود. در طول پر کردن خط، بخش بالادست خط باید باز بوده و خروج هوا تحت پایش و کنترل باشد.
15- دبی یا نرخ پر کردن آهسته لوله (Q ) با سرعت خطی کمتر از 3 m/min از رابطه زیر تبعیت می کند : که در آن ID قطر داخلی لوله برحسب متر می باشد.
16- پس از پر شدن خط و حصول اطمینان از اشباع لولهها و تخلیه همه هوای موجود (با استفاده از شیر تخلیه هوا یا بازکردن آهسته پیچهای درپوش فلنج در انتهای خط) ، باید به مدت 3 الی 24 ساعت به خط لوله اجازه داد تا با آب به تعادل دمایی رسیده و هوای حل شده و احتمالاً هوای محبوسی به تدریج از درزهای سیستم خارج شود. این مدت زمان به مقدار آب درون لوله ، ضخامت لوله و دمای اولیه آب و لوله بستگی دارد.
17- بر روی در پوش ابتدای لوله در پست ترین نقطه باید یک فشار سنج کالیبره با دقت 1/0 بار (یک متر ستون آب ) نصب شده باشد. فشار آزمون همیشه ترکیبی از فشار پمپ و فشار حاصل از اختلاف ارتفاع آب (هد) درون لوله پلی اتیلن میباشد (به ازای هر 10 متر اختلاف ارتفاع فشار حدود bar1 افزایش مییابد). به همین دلیل بایستی فشارسنج در ابتدای لوله در پست ترین نقطه که دارای بیشترین فشار میباشد، نصب گردد.
18- هیچ گونه عملیات اجرایی در ترانشه در طی مدت انجام آزمون ، مجاز نیست.
19- هر گاه در حین انجام آزمون فشار هیدرولیکی، عیوبی در خط و متعلقات بروز کرد و مشاهده شد، باید عملیات متوقف گردد و آب تا حدود فراهم شدن شرایط کار در محل و یا محلهای مورد نظر، برای اصلاح ، تخلیه شده و شروع مجدد آزمون پس از رفع عیب مجاز است.
20- چنانچه دمای لوله پلی اتیلن بیش از 40 درجه باشد ، نباید آن را مورد آزمایش هیدرواستاتیک قرار داد.
21- شکل زیر نمونهای از اجزاء مختلف آزمون هیدرواستاتیک خط لوله را نشان میدهد:
در هر نوع آزمایش فشار مربوط به لولههای پلی اتیلنی، کل زمان آزمون از 3 بخش تشکیل می شود:
الف : زمان پر شدن نمونه و همدمایی : به مدت زمان لازم برای پر شدن خط لوله از آب و همدمایی لوله و آّب ، اطلاق میشود.پس از پر شدن لوله حداقل 3 تا 24 ساعت باید زمان داد تا خط لوله و آب به تعادل دمایی برسند. در این مدت هوای محبوس شده و همچنین هوای حل شده در آب از درزهای سیستم خارج می شود.
ب : زمان انبساط اولیه : زمانی که فشار در مجموعه لوله کشی به دلیل انبساط کلی لوله های پلاستیکی ، کاهش می یابد و باید مرتباً فشار را تا فشار تست تنظیم نمود که حدود 4 ساعت به طول می انجامد.
ج : زمان آزمون اصلی : این مرحله پس از انبساط اولیه است و یک ساعت به طول می انجامد.
نکته ( زمان بین دو آزمون) : در صورت بروز هر مشکل و قطع آزمون ، فاصله دو آزمون حداقل 5 برابر زمانی خواهد بود که نمونه تحت آزمون بوده است.
هشدارهای ایمنی در تست هیدرو استاتیک :
آزمایش فشار در مجموعههای لوله کشی به منظور پیدا کردن نشتی و یا اطمینان حاصل نمودن از عدم وجود هر گونه مشکل و اشتباه فنی ، صورت میگیرد و ممکن است منجر به نشت مایع و یا ترکیدن قسمتی از لولهکشی شود که در این صورت آزاد شدن ناگهانی فشار، سبب حرکت لحظهای و شتابدار و غیر قابل کنترل مجموعه و خسارت جانبی میگردد. بنابراین :
1- در طول آزمون هیدرواستاتیک تمام سیستم لوله باید تحت نظارت دقیق باشد.
2- توصیه میگردد در هنگامی که کل سیستم و یا بخشی از آن تحت آزمایش میباشد، به دلیل وجود نیروهای محوری و فشاری، نقاطی از مجموعه با روشهای مطمئن ، کاملاً مهار گردد تا از حرکت شدید، به هنگام ترکیدن احتمالی ، جلوگیری گردد.
3- وسایلی چون پمپ تأمین فشار و ابزار آلات آزمایش ، می بایست کاملا در محل خود ثابت و محکم شوند .
4- تمام قطعات و قسمتهایی که تحت فشار کمتری قادر به انجام کار هستند، جداسازی و یا از مسیر فشار حذف گردند.
5- به افرادی که نزدیک خط تحت فشار ، مشغول کار می باشند ، تذکر داده شود تا فاصله ایمنی را از خط ، حفظ نمایند.
6- نشتی معمولاً از اتصالات و درزهای سیستم رخ میدهد. بسته به نوع اتصال و درز، نشتی میتواند به شکل تراوش (چکه)، اسپری (آبپاش) و یا جریان باشد. در صورتی که جوشکاری اتصالات جوشی لولههای پلیاتیلن بهطور صحیح و مناسب انجام شود، استحکام اتصال به اندازه لوله و یا بیشتر از آن خواهد بود و دچار نشتی نخواهد شد. وجود نشتی در اتصالات جوشی حاکی از معیوب بودن اتصال بوده که در هر لحظه احتمال ترکیدن آن وجود دارد. در صورت مشاهده نشتی از اتصالات جوشی، به سرعت از آن فاصله گرفته و فشار لوله را تدریجاً کاهش داده تا به صفر برسد.
7- در صورت مشاهده نشتی نباید کاهش فشار به صورت ناگهانی باشد. چرا که کاهش فشار ناگهانی منجر به ایجاد ضربه قوچ شده که این عامل خود میتواند منجر به ترکیدگی محل نشتی شود.
8- پیش بینیهای لازم برای امدادرسانی و کمکهای اولیه و پزشکی در صورت وقوع حادثه انجام شود.
مراحل انجام آزمون فشار هیدرواستاتیکی روی سیستم لوله کشی پلی اتیلنی :
الف : قبل از شروع آزمون هیدرو استاتیک تمامی تجهیزات تست و کل اتصالات موجود در خط لوله باید کنترل شود که بهطور صحیح بسته شده و دارای عملکرد مناسبی هستند.ابتدا آب پاکیزه را توسط پمپ یا هر وسیله دیگر وارد سیستم نموده و سپس اقدام به هواگیری نمایید. برای هواگیری در مرتفع ترین نقاط می توان از شیر تخلیه هوا و یا شل کردن پیچ فلنج ها استفاده نمود در این صورت باید پس از پر شدن سیستم از آّب و هواگیری کامل ، از محکم و بسته بودن پیچ های شل شده ، اطمینان حاصل نمود.
نکته : لوله باید به آهستگی پر شود. سرعت جریان پرکننده لوله نبایستی از سرعت خروج هوا تجاوز کند (به ویژه هنگامی که از شیرهای تخلیه هوا استفاده نشده و هواگیری توسط شل کردن پیچهای فلنج صورت میگیرد). همچنین به منظور اجتناب از ضربه قوچ، سرعت جریان پرکننده نباید از سرعت طراحی خط لوله تجاوز کند.
ب : در این مرحله باید حداقل 3 تا 24 ساعت برای یکنواخت شدن دمای آب و لوله ، صبر کرد و از همدمایی آنها مطمئن شد. پس از شرایط همدمایی ، دمای لوله ملاک عمل خواهد بود. بطور معمول آبگیری لوله در شب انجام شده تا اثر تابش نورخورشید در همدمایی لوله و سیال، برطرف شود و زمان اعمال فشار تست هیدرو ساعاتی قبل از طلوع آفتاب خواهد بود. در غیر این صورت باید از تابش مستقیم نور خورشید بر روی لوله جلوگیری شود (به عنوان مثال با پوشاندن خود لوله با خاک و گذاشتن سایبان بر روی سرجوش ها) .
ج : در شرایطی که دمای لولهCº 20 میباشد فشار آب درون مجموعه را به اندازه فشار تست، بالا ببرید.به مدت 4 ساعت لوله پلیاتیلنی ماکزیمم افت فشار را خواهد داشت و به علت خاصیت ویسکوالاستیک پلیاتیلن ، اصطلاحاً جا باز میکند. در طول این مدت با اضافه کرن آب به مجموعه، فشار را تا اندازه فشار تست بالابرده و ثابت نگه دارید.
د : فشار آب درون مجموعه را مجدداً تنظیم کنید طوری که 7/0 اتمسفر کمتر از فشار مرحله ( ج ) شود و یک ساعت صبر کنید . در صورت عدم نشتی یا هر گونه نقص دیگر در خط و عدم افت فشار (در این مرحله حداکثر %5 افت فشار قابل قبول خواهد بود) آزمون به اتمام می رسد.
ه : در پایان ، فشار باید به آرامی پایین آورده شود تا به صفر برسد.
تذکرات بسیار مهم در آزمون هیدرواستاتیک :
1- در نظر داشته باشید مجموع زمان آزمایش هیدرواستاتیک بر روی سیستم لولههای پلاستیکی در فشاری بیش از فشار طرح (کاری) هرگز نباید بیش از 8 ساعت به طول بیانجامد . هرگاه قطعهای در طول لوله کشی وجود داشت که طرح، زمان طولانی تری را برای آن توصیه نمود و زمان مذکور بیش از 8 ساعت بود ، در انتهای 8 ساعت اول ، آزمون باید متوقف شود و فشار درون سیستم به صفر برسد . سپس 5 برابر این زمان ، یعنی 40 ساعت ، وقفهای ایجاد شود و به سیستم استراحت بدهند و سپس 8 ساعت بعدی را تحت تست قرار دهند.
2- فشار تست هیدرواستاتیک لوله پلی اتیلن را بر اساس نظر ناظر و مشاور پروژه ، بهتر است بر اساس فشار کاری (کمتر از فشار اسمی لوله ) در محاسبات در نظر گرفته شود تا منجر به خستگی لوله نشود. زمانی که فشار آزمون برابر فشار طراحی سیستم یا کمتر از آن میباشد کل مدت زمان آزمون حدود hr72 یا کمتر لحاظ شود.
3- تعمیر لوله و اتصالات پلیاتیلن آسیبدیده با استفاده از روشهای جوشکاری اکستروژن و یا گاز داغ به هیچ عنوان مجاز نبوده و بایستی قطعه آسیب دیده جایگزین گردد.
4- در صورتی که دمای لوله بیش از Cº40 باشد از انجام تست باید خودداری شود. به دلیل قابلیت بالای لولههای پلیاتیلن در جذب اشعه UV ، دمای لوله در اثر تابش نور خورشید حتی در دماهای محیطی پایین به سرعت بالا میرود. لذا توصیه میشود به هنگام تست از آب خنک استفاده شده و از تابش مستقیم نور خورشید به لوله جلوگیری شود.
هر گاه در زمان استفاده از سیستم و یا در طول آزمایش، دمای لوله بیش از Cº 20 باشد، بایستی از ضرایب کاهش فشار ، مطابق جدول زیر که از استاندارد ISIRI 14563 یا ISO 13761 استخراج شده است ، استفاده نمود. لازم به ذکر است این ضرایب برای مواد پلیاتیلنی قابل کاربرد میباشد که منحنی رگرسیون تنش آن در دمای °C 80 مطابق ISO 9080 هیچ گونه زانویی کمتر از یک سال نشان ندهد (از قبیل مواد PE100 مشکی وارداتی)، در غیر این صورت (از قبیل مواد بی رنگ داخلی) باید از ضرایب Line B استاندارد ISO 13761 استفاده نمود.
دما(سانتی گراد) 20 25 30 35 40 ضریب کاهش فشار 1 93/0 87/0 80/0 74/0
حال با توجه به اینکه نمودار فوق خطی میباشد ، میتوان برای دماهای دیگر، ضریب مربوطه را از طریق درونیابی خطی به دست آورد. مثال : فشار طراحی یک سیستم که در آن لولههای پلی اتیلن آب استفاده شده است ، در ضعیفترین نقطه 10 اتمسفر و دمای آب و لولهC˚20میباشد . مراحل آزمون آن را محاسبه کنید . پس از طی مراحل ( الف ) و ( ب ) ، فشار مرحله ج ، به شکل زیر محاسبه میشود : با توجه به اینکه تا 10 اتمسفر ، باید 5/1 برابر فشار کاری اعمال شود ، بنابراین فشار آزمون در مرحله ( ج ) : اتمسفر 15 ₌ 5/1 ×10 پس از سپری شدن مرحله ( ج ) ، فشار در مرحله د به این صورت است :
اتمسفر 3/14 ₌ 7/0 – 15
در خاتمه آزمایش ، فشار میتواند تا 5 % افت داشته باشد و به عدد زیر برسد :
اتمسفر 58/13 ₌ ( 5% × 3/14- ) 3/14
حال محاسبات فوق را برای دمای لوله و آبC˚40 انجام میدهیم :
فشار در مرحله ( ج ) : اتمسفر 1/11₌74/0 × 5/1 × 10 فشار در مرحله ( د ) : اتمسفر 4/10₌ 7/0 –1/11
فشار در مرحله نهایی میتواند تا 5 % افت داشته باشد ( یعنی 88/9 اتمسفر ) ، حال اگر دمای لوله بالاتر از این حد باشد ، اکیداً توصیه میشود به علت خستگی لوله ، آزمون انجام نشود .
گزارش دهی عملیات تست هیدرواستاتیک لوله پلی اتیلن :
گزارش مربوط به تست هیدرواستاتیکی خط لوله باید حداقل شامل اطلاعات ذیل باشد:
- مایعی که با آن تست انجام شده و مشخصات کیفی آن
- شرایط آب و هوایی در طول انجام تست
- دمای لوله به هنگام انجام تست در طول مراحل مختلف تست
- مقدار فشار تست
4.1 نوع گیج فشار و دقت آن 4.2 محل قرارگیری گیج (ارتفاع و فاصله آن از قطعه تست) 4.3 کالیبراسیون گیج 4.4 ثبت فشار در طول مراحل مختلف تست 4.5 هرگونه تغییر فشار به واسطه افزایش دمای لوله
5. مدت زمان تست در مراحل مختلف
6. شرح مختصری از طول قطعه تست، ارتفاع و موقعیت سایت
7. شرح مختصری از اجزای خط
8. شرح مختصری از نشتی و عیوب مشاهده شده و اصلاحات انجام شده
9. تاریخ و زمان انجام تست
10. معرفی گروهی که مسئولیت انجام تست را به عهده داشتهاند.