Ống PVC-U công nghiệp là gì và chúng được sản xuất như thế nào?

Ống PVC-U công nghiệp là những ống nhựa nhiệt dẻo cứng được sản xuất từ polyvinyl clorua không hóa dẻo, một dạng PVC không chứa chất phụ gia làm dẻo. Sự vắng mặt của chất hóa dẻo là điểm khác biệt giữa PVC-U với vật liệu PVC dẻo và mang lại cho nó độ ổn định về kích thước, khả năng kháng hóa chất và độ cứng cơ học cần thiết cho các ứng dụng đường ống công nghiệp đòi hỏi khắt khe. Hợp chất PVC-U được sản xuất bằng cách trộn nhựa PVC với chất ổn định nhiệt, chất điều chỉnh tác động, chất hỗ trợ xử lý, chất màu và chất độn trong các công thức được kiểm soát chính xác nhằm xác định tính chất cuối cùng của ống. Sau đó, hợp chất này được xử lý thông qua máy đùn trục vít đôi làm nóng chảy, đồng nhất và ép vật liệu qua khuôn ống để tạo thành ống liên tục, sau đó được định cỡ, làm nguội trong bể hiệu chuẩn, cắt theo chiều dài và kiểm tra trước khi gửi đi.

Các thông số quá trình ép đùn - nhiệt độ nóng chảy, tốc độ trục vít, hình dạng khuôn và tốc độ làm mát - được kiểm soát cẩn thận để đảm bảo độ dày thành, độ tròn và chất lượng bề mặt bên trong nhất quán trong mỗi chiều dài ống. Dây chuyền ép đùn ống PVC-U công nghiệp hiện đại kết hợp phép đo độ dày thành ống nội tuyến bằng máy đo siêu âm, hệ thống kiểm soát đường kính tự động và phần mềm kiểm soát quy trình thống kê liên tục theo dõi các thông số kích thước và cảnh báo người vận hành về những sai lệch trước khi chúng tạo ra sản phẩm ngoài thông số kỹ thuật. Kết quả là tạo ra một đường ống có kích thước được kiểm soát chặt chẽ, lỗ khoan bên trong nhẵn giúp giảm thiểu lực cản dòng chảy và đặc tính kháng cơ học và hóa học nhất quán cho phép các kỹ sư thiết kế hệ thống đường ống với sự tự tin về hiệu suất lâu dài của vật liệu.

Các tính chất cơ lý chính của ống PVC-U

Hiệu suất của ống PVC-U công nghiệp đang được sử dụng bị chi phối bởi một tập hợp các tính chất vật lý và cơ học vốn có của vật liệu PVC không hóa dẻo và quy trình sản xuất ống. Các đặc tính này phải được hiểu và đánh giá theo yêu cầu của ứng dụng dự định trước khi PVC-U được chọn làm vật liệu ống được lựa chọn.

• Độ bền kéo và độ cứng: PVC-U có độ bền kéo khoảng 50 đến 60 MPa và mô đun đàn hồi tương đối cao khoảng 3.000 MPa, khiến nó trở thành vật liệu cứng có khả năng chống biến dạng dưới áp suất bên trong và tải trọng cơ học bên ngoài. Độ cứng này có lợi cho các ứng dụng đường ống chôn trong đó đường ống phải chịu được đất quá tải và tải trọng giao thông mà không bị biến dạng đáng kể.
• Mật độ và kết cấu nhẹ: PVC-U có mật độ khoảng 1.400 đến 1.460 kg/m³ - gần bằng 1/5 mật độ của thép cacbon. Trọng lượng thấp này giúp giảm đáng kể chi phí lắp đặt bằng cách cho phép xử lý thủ công các đường ống và phụ kiện ở nhiều phạm vi kích thước mà ống thép cần có thiết bị nâng hạ cơ khí.
• Tính chất nhiệt và giới hạn nhiệt độ: Nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh của PVC-U là khoảng 80°C, vật liệu bắt đầu mềm đi và mất tính toàn vẹn về cấu trúc ở nhiệt độ đạt đến giá trị này. Ống PVC-U công nghiệp thường được đánh giá để sử dụng liên tục ở nhiệt độ chất lỏng lên tới 60°C, yêu cầu giảm áp suất ở nhiệt độ cao. Ở một thái cực khác, PVC-U ngày càng trở nên giòn ở nhiệt độ dưới khoảng 0°C, điều này phải được xem xét khi lắp đặt ngoài trời trong điều kiện đóng băng.
• Sự giãn nở nhiệt: Hệ số giãn nở nhiệt của PVC-U xấp xỉ 70 × 10⁻⁶ /°C - cao hơn khoảng sáu lần so với thép carbon. Sự giãn nở nhiệt tương đối cao này có nghĩa là hệ thống đường ống PVC-U trên mặt đất phải kết hợp các vòng giãn nở, khe co giãn hoặc bố trí hỗ trợ cố định và dẫn hướng để thích ứng với những thay đổi về kích thước do sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình sử dụng.
• Đặc tính dòng chảy và hiệu suất thủy lực: Bề mặt nhẵn bên trong của ống PVC-U có hệ số nhám Manning xấp xỉ 0,009 và hệ số Hazen-Williams C là 150, là một trong những giá trị tốt nhất của bất kỳ vật liệu ống nào. Độ trơn thủy lực này dẫn đến tổn thất ma sát thấp hơn, vận tốc dòng chảy cao hơn cho một đường kính ống nhất định và giảm chi phí năng lượng bơm so với các hệ thống đường ống bê tông, gang hoặc thép bị ăn mòn có đường kính tương đương.
• Tính chất điện: PVC-U là chất cách điện tuyệt vời với độ bền điện môi và điện trở suất cao. Đặc tính này có giá trị trong các ứng dụng mà sự ăn mòn điện phân của đường ống kim loại là mối lo ngại và điều đó cũng có nghĩa là ống PVC-U không yêu cầu bảo vệ ca-tốt khi chôn dưới đất - một lợi thế đáng kể về chi phí vòng đời so với hệ thống đường ống bằng thép hoặc sắt dễ uốn được chôn dưới đất.

Khả năng kháng hóa chất của ống PVC-U công nghiệp

Một trong những lý do thuyết phục nhất để chỉ định PVC-U trong các ứng dụng đường ống công nghiệp là khả năng chống lại nhiều loại hóa chất ăn mòn. PVC-U có khả năng chống lại hầu hết các axit vô cơ bao gồm axit clohydric, axit sulfuric, axit photphoric và axit nitric ở nồng độ vừa phải, cũng như kiềm, muối, chất oxy hóa và nhiều hợp chất hữu cơ. Khả năng chống chịu này làm cho nó phù hợp để vận chuyển các hóa chất trong quá trình, nước thải axit, dung dịch muối và dòng nước thải công nghiệp có thể ăn mòn nhanh chóng thép cacbon hoặc thậm chí cả hệ thống đường ống bằng thép không gỉ.

Tuy nhiên, PVC-U không có khả năng kháng hóa chất phổ biến và các hạn chế của nó phải được kiểm tra cẩn thận trước khi đưa ra thông số kỹ thuật. Nó bị tấn công bởi axit sulfuric đậm đặc với nồng độ khoảng 70%, bởi các hydrocacbon thơm như benzen, toluene và xylene, bởi các dung môi clo hóa bao gồm methylene chloride và trichloroethylene, và bởi các xeton như axeton và MEK. Este, ete và một số dung môi hữu cơ phân cực cũng có thể gây phồng hoặc làm mềm PVC-U. Đối với bất kỳ ứng dụng nào liên quan đến hóa chất nằm ngoài đặc tính kháng tiêu chuẩn, độ kháng hóa chất cụ thể của loại PVC-U đang được xem xét phải được xác minh dựa trên bảng kháng hóa chất toàn diện do nhà sản xuất ống cung cấp, có tính đến nồng độ, nhiệt độ và thời gian tiếp xúc của hóa chất đang sử dụng.

Xếp hạng áp suất và tiêu chuẩn kích thước

Ống PVC-U công nghiệp được phân loại theo mức áp suất, xác định áp suất vận hành tối đa cho phép của nước ở 20°C mà ống có thể duy trì liên tục mà không bị hỏng. Xếp hạng áp suất được xác định bởi đường kính ngoài của ống, độ dày thành ống và độ bền thủy tĩnh lâu dài của vật liệu PVC-U. Mối quan hệ giữa các tham số này được biểu thị bằng Tỷ lệ kích thước tiêu chuẩn (SDR), là tỷ lệ giữa đường kính ngoài của ống với độ dày thành ống. Giá trị SDR thấp hơn cho thấy thành dày hơn và xếp hạng áp suất cao hơn đối với đường kính ống nhất định.

Bảng dưới đây tóm tắt các loại SDR phổ biến nhất được sử dụng trong hệ thống ống PVC-U công nghiệp và xếp hạng áp suất danh nghĩa tương ứng của chúng ở 20°C:

Điều quan trọng cần lưu ý là mức áp suất của ống PVC-U giảm đáng kể khi nhiệt độ chất lỏng tăng trên 20°C. Ở 40°C, áp suất cho phép thường giảm xuống khoảng 75% định mức 20°C và ở 60°C, áp suất giảm xuống khoảng 50%. Các hệ số suy giảm này phải được áp dụng khi thiết kế hệ thống vận chuyển chất lỏng xử lý nóng hoặc vận hành trong môi trường nhiệt độ môi trường cao để đảm bảo rằng độ dày thành ống đã chọn cung cấp đủ giới hạn an toàn ở nhiệt độ sử dụng thực tế.

Tiêu chuẩn quốc tế áp dụng cho ống PVC-U công nghiệp

Ống PVC-U công nghiệp được sản xuất và cung cấp theo nhiều tiêu chuẩn sản phẩm quốc gia và quốc tế chi phối thành phần hóa học, tính chất cơ học, dung sai kích thước, kiểm tra áp suất và yêu cầu đánh dấu. Việc tuân thủ tiêu chuẩn hiện hành là điều cần thiết để đảm bảo rằng đường ống hoạt động như thiết kế và đáp ứng các yêu cầu về thông số kỹ thuật của dự án, chính sách bảo hiểm và khung pháp lý. Các tiêu chuẩn được tham khảo rộng rãi nhất bao gồm:

• ISO 1452: Tiêu chuẩn quốc tế cơ bản dành cho ống áp lực PVC-U dùng cho cấp nước và sử dụng công nghiệp cho mục đích chung. Nó bao gồm các đường ống có đường kính từ 12mm đến 630mm và chỉ định các yêu cầu về vật liệu, kích thước, tính chất cơ học và phương pháp thử nghiệm bao gồm thử nghiệm áp suất thủy tĩnh và khả năng chống va đập.
• EN 1329 / EN 1401: Các tiêu chuẩn Châu Âu bao gồm ống và phụ kiện PVC-U dùng cho các ứng dụng thoát đất, chất thải và nước mưa trong các tòa nhà (EN 1329) và thoát nước ngầm bên ngoài các tòa nhà (EN 1401). Các tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về vật liệu, kích thước và hiệu suất cho hệ thống thoát nước trọng lực.
• ASTM D1785: Tiêu chuẩn Hoa Kỳ dành cho ống nhựa PVC trong các danh mục 40, 80 và 120, bao gồm đường ống dùng cho các ứng dụng chịu áp lực trong hệ thống đường ống công nghiệp và dịch vụ nước. ASTM D2241 bao gồm ống định mức áp suất PVC được xếp hạng SDR cho các ứng dụng tương đương theo khung tiêu chuẩn của Mỹ.
• BS 3505 / BS 4346: Tiêu chuẩn Anh dành cho ống áp lực và phụ kiện PVC-U, mặc dù phần lớn được thay thế bởi các tiêu chuẩn EN và ISO tại thị trường Anh sau khi được hài hòa hóa, nhưng vẫn được tham chiếu trong nhiều thông số kỹ thuật của dự án cũ và thị trường xuất khẩu nơi các tiêu chuẩn kỹ thuật của Anh vẫn đang được sử dụng.
• GB/T 10002: Tiêu chuẩn quốc gia của Trung Quốc về ống PVC-U dùng để cấp nước, được sử dụng rộng rãi trong các dự án nội địa của Trung Quốc và ngày càng được tham khảo nhiều hơn trong các dự án ở thị trường châu Á và châu Phi nơi áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật và mua sắm của Trung Quốc.

Ứng dụng công nghiệp của ống PVC-U

Sự kết hợp giữa khả năng kháng hóa chất, khả năng chịu áp lực, hiệu suất thủy lực, trọng lượng thấp và chi phí cạnh tranh làm cho ống PVC-U công nghiệp phù hợp với nhiều ứng dụng quy trình và cơ sở hạ tầng trong nhiều ngành công nghiệp.

Chế biến và sản xuất hóa chất

Các nhà máy hóa chất sử dụng rộng rãi đường ống PVC-U để vận chuyển axit loãng, kiềm, dung dịch muối và dòng xử lý nước giữa các lò phản ứng, bể chứa, máy lọc và thiết bị xử lý. Khả năng chống ăn mòn của vật liệu bởi các phương tiện này giúp loại bỏ nhu cầu về đường ống bằng thép lót hoặc thép không gỉ đắt tiền trong nhiều điều kiện sử dụng và lỗ khoan trơn tru của nó giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm sản phẩm từ các sản phẩm ăn mòn đường ống. PVC-U đặc biệt phổ biến trong các nhà máy clo-kiềm, cơ sở sản xuất phân bón, xưởng mạ điện, hệ thống lưu trữ và phân phối axit, nơi tính chất mạnh mẽ của các hóa chất xử lý sẽ nhanh chóng phá hủy các chất thay thế kim loại.

Xử lý và phân phối nước

PVC-U là một trong những vật liệu ống chiếm ưu thế cho đường ống phân phối nước uống, hệ thống cấp nước công nghiệp và đường ống xử lý nhà máy xử lý nước trên toàn thế giới. Tính trơ với nước, không bị ăn mòn và nhiễm lao gây ra hiện tượng lão hóa của đường ống dẫn nước bằng kim loại và việc tuân thủ các tiêu chuẩn phê duyệt tiếp xúc với nước uống như NSF/ANSI 61 khiến nó trở thành lựa chọn lâu dài đáng tin cậy cho cơ sở hạ tầng nước. Trong các nhà máy xử lý nước, PVC-U được sử dụng cho các dây chuyền định lượng hóa chất mang chất đông tụ, chất khử trùng và hóa chất điều chỉnh độ pH, cũng như cho đường ống rửa ngược bộ lọc, đường chuyển bùn và đầu phân phối nước đã xử lý.

Hệ thống nước thải và nước thải công nghiệp

Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp tạo ra nhiều dòng nước thải ăn mòn khác nhau phải được thu gom, vận chuyển và xử lý trước khi thải ra ngoài. Đường ống PVC-U xử lý nước thải axit từ hoạt động hoàn thiện kim loại, dòng chất thải ăn da từ hoạt động làm sạch và chế biến thực phẩm, nước thải mặn từ quá trình khử muối và tái sinh trao đổi ion cũng như nước thải công nghiệp nói chung có chứa muối hòa tan, kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ. Khả năng chống bám bẩn sinh học của vật liệu cũng khiến nó phù hợp để sử dụng lâu dài trong môi trường nước thải, nơi sự phát triển hữu cơ trên bề mặt đường ống bên trong sẽ làm tăng khả năng cản dòng chảy và cần phải làm sạch định kỳ.

Phương pháp nối cho hệ thống ống PVC-U công nghiệp

Việc lựa chọn phương pháp nối cho hệ thống ống PVC-U công nghiệp có ý nghĩa quan trọng đối với tính toàn vẹn của hệ thống, tốc độ lắp đặt, khả năng tiếp cận bảo trì và hiệu suất lâu dài. Các lựa chọn mối nối chính hiện có là mối nối xi măng dung môi, mối nối gioăng đàn hồi (khớp đẩy), mối nối ren và mối nối mặt bích.

Nối xi măng dung môi - trong đó chất kết dính gốc dung môi hòa tan và kết dính các bề mặt ống và khớp nối với nhau để tạo thành một mối nối đồng nhất - là phương pháp phổ biến nhất cho các hệ thống ống PVC-U công nghiệp có đường kính nhỏ hơn có đường kính lên tới khoảng 160mm. Mối nối đạt được mức áp suất đường ống tối đa khi được chế tạo đúng cách và phù hợp với hầu hết các điều kiện sử dụng hóa chất công nghiệp, mặc dù khả năng kháng hóa chất của xi măng dung môi phải được xác minh cho các ứng dụng hóa học mạnh. Mối nối bịt kín đàn hồi sử dụng vòng cao su nằm trong ổ cắm của khớp nối hoặc khớp nối ống mang lại mối nối linh hoạt, kín khít, có khả năng điều chỉnh độ lệch góc nhỏ và chuyển động nhiệt - một lợi thế khi chạy đường ống chôn dài và trong các hệ thống chịu sự thay đổi nhiệt độ đáng kể. Các kết nối mặt bích được sử dụng tại các kết nối thiết bị, trạm van và bất cứ nơi nào hệ thống yêu cầu tháo rời định kỳ để bảo trì hoặc kiểm tra, sử dụng mặt bích gốc PVC-U được hỗ trợ bởi các vòng đệm bằng thép để phân bổ tải trọng bu lông mà chỉ riêng mặt bích PVC-U không thể duy trì một cách đáng tin cậy ở áp suất toàn hệ thống.