導入

鉱山の排水パイプラインは一定の圧力下では動作しません。

HDPE 採掘パイプ内の圧力は、排水ポンプが起動、停止、または動作条件を変更するたびに変化する可能性があります。バルブの操作により、さらに急激な圧力変化が生じる可能性があります。長い地下または地表の排水ラインでは、これらの現象によって圧力波が発生し、パイプ内を伝わる可能性があります。

この現象は一般にウォーターハンマーまたは圧力サージとして知られています。

採掘排水システムにとって重要な問題は、単に HDPE 採掘パイプが通常の使用圧力に耐えられるかどうかということではありません。パイプは、ポンプやバルブの動作中に発生する圧力条件にも耐える必要があります。

これは、パイプラインの一端で発生した圧力外乱がシステムの広いセクションに伝わる可能性がある、長距離の鉱山排水の場合に特に重要です。-

PE100 ガイダンスでは、サージを、流体速度の急激な変化によって引き起こされる通常の最大動作圧力を超える短期間の圧力上昇として認識しています。-ポンプとバルブの動作を繰り返すと、パイプラインの耐用年数にわたって周期的な圧力負荷が発生する可能性があります。

HDPE 採掘パイプの場合、ポリエチレンは硬い金属パイプよりもはるかに柔軟であるため、材料自体が重要な役割を果たします。この柔軟性により、パイプが過渡的な圧力にどのように反応するかが変わります。

ポンプの停止中に HDPE 採掘パイプ内で何が起こっていますか?

典型的な鉱山の排水パイプラインを考えてみましょう。

ポンプは、地下の収集ポイントから地表の排出ポイントに向かって、長い HDPE パイプを通して水を押し出します。ポンプが作動している間、水は一定の速度を持っています。パイプ壁は、ポンプ システムに関連する内部圧力にさらされます。

ポンプが突然停止しても、水はすぐには止まりません。

水には慣性があります。ポンプが同じ駆動力を提供しなくても、移動する水は前進し続けます。これにより速度が急激に変化し、その変化によって圧力波が発生します。

波はパイプラインに沿って伝わります。

排水パイプラインの長さが数百メートルまたは数キロメートルである場合、システムが通常の動作状態に戻る前に、圧力外乱がかなりの長さの HDPE 採掘パイプを通って移動する可能性があります。

通常の動作中にポンプの吐出ゲージに表示される圧力が、必ずしもパイプが受ける最高圧力であるとは限らないのはこのためです。

パイプは、通常の動作圧力と過渡圧力の両方に対処する必要があります。

HDPE 採掘パイプが圧力サージに対して異なる反応を示す理由

HDPE 採掘パイプの壁は鋼管のように堅くありません。

PE100+ の参照データによると、PE100 は約 200 MPa の長期弾性率、約 0.45 のポアソン比、および 600% を超える破断点伸びを備えています。100+。

内圧が変化するとパイプ壁がわずかに変形する可能性があるため、これらの特性は圧力サージに関連します。

圧力が上昇すると、パイプの直径がわずかに増加し、壁に円周方向の歪みがさらに発生することがあります。この変形により、圧力変化全体が非常に硬いパイプ壁に押し込まれるのではなく、過渡応答の一部が吸収されます。

これは、HDPE マイニングパイプが単にウォーターハンマーを無視できるという意味ではありません。

これは、排水システムの圧力履歴を評価する際に、その材料応答を考慮する必要があることを意味します。

したがって、頻繁にポンプの起動と停止を行うパイプラインは、静圧だけではなく実際の動作サイクルに従って評価する必要があります。

圧力定格はサージ圧力と同じではありません

この区別は鉱山排水の調達にとって重要です。

HDPE マイニング パイプが特定の PN 圧力クラスに指定されているとします。この圧力定格は、定義された設計条件下でのパイプの許容動作圧力を表します。

ポンプが停止すると、圧力が一時的に通常の動作圧力を超えて上昇する可能性があります。

したがって、工学的な質問は次のようになります。

全動作サイクル中の HDPE 採掘パイプ内の最大圧力はどれくらいですか?

答えは、ポンプ、流速、パイプラインの長さ、バルブの動作、標高プロファイル、シャットダウン時間によって異なります。

PE100 ガイダンスでは、サージおよび疲労荷重にさらされるパイプラインのサージ解析を特に推奨しています。

鉱山排水システムの場合、これはパイプラインに地下ポンプ場から地表までの長い上昇部分がある場合に特に関係します。

長い HDPE 採掘パイプでは圧力過渡現象にさらに注意が必要です

パイプラインの長さによって、圧力サージの重要性が変わります。

ポンプ近くの短い排水接続では、比較的早く安定する圧力変動が発生する可能性があります。

長い鉱山排水パイプラインは異なる動作をします。

圧力波はパイプラインに沿って伝わり、パイプの形状、バルブ、タンク、曲がり、またはパイプラインの端の変化で反射し、他の圧力波と相互作用することがあります。

その結果、単に「通常の圧力と 1 回のサージ」よりもかなり複雑な圧力履歴が得られる可能性があります。

このため、長い HDPE 採掘パイプ システムを静圧値だけから選択すべきではありません。

流速は直径によって変化するため、パイプの直径は重要です。同じ流量の場合、内径が小さいほど水速度は速くなります。その速度の急激な変化により、より重大な過渡圧力イベントが発生する可能性があります。

HDPE 採掘パイプの形状が圧力応答に影響するため、壁の厚さと SDR も重要です。

ポンプの始動-も圧力変化を引き起こす可能性があります

ウォーターハンマーは緊急停止に限定されません。

満杯のパイプラインに対してポンプが始動すると、圧力過渡が発生する可能性があります。

これは、排水ポンプが水位に応じて自動的に動作する鉱山では重要になります。

ポンプは、サンプが特定のレベルに達すると始動し、一定期間作動してから停止する場合があります。通常の 1 日を通して、HDPE 採掘パイプはこのような圧力サイクルを何度も経験する可能性があります。

個々の圧力変化は、直ちに故障を引き起こすほど大きくない可能性があります。

より重要な問題は繰り返しです。

繰り返される圧力変動が疲労負荷となります。 PE100 ガイダンスでは、この周期的な荷重を単一のサージ現象と区別し、圧力サイクルの頻度と振幅が重要な要素であると指摘しています。

したがって、鉱山の運転パターンは公称ポンプ圧力と同じくらい重要です。

サージに関連する HDPE 採掘パイプのパラメーター

上記の PE100 値は、メーカーの認定製品データを置き換えるものではなく、材料の参考値です。

実際の採掘プロジェクトでは、選択した PN クラスと壁の厚さが、最大動作圧力、温度、過渡圧力、設置条件と一致する必要があります。

HDPE 採掘パイプが最も露出している場所はどこですか?

圧力サージは、必ずしもパイプライン内のあらゆる場所で同じ機械的状態を引き起こすわけではありません。

ポンプの吐出セクションでは、急激な圧力変化が発生する可能性があります。バルブの位置により、局所的な過渡状態が発生する可能性があります。高度の変化は静圧に影響を与える可能性があります。長い垂直セクションでも、高低差により大きな水圧が発生する可能性があります。

接続には特に注意が必要です。

フランジ、バルブ、またはポンプの接続により、剛性と形状に局所的な変化が生じます。真っ直ぐな HDPE 採掘パイプは、接続アセンブリとは異なる変形をする可能性があります。

したがって、圧力サージ解析は、パイプを独立したコンポーネントとして扱うのではなく、接続設計と併せて考慮する必要があります。

購入者は排水用の HDPE マイニングパイプをどのように評価すべきですか?

「HDPE パイプ、PN10」のみに基づく調達仕様書では、完全な動作条件が記述されていない可能性があります。

鉱山排水パイプラインの場合、サプライヤーは必要な DN、通常の動作圧力、最大圧力、ポンプ流量、ポンプの開始/停止頻度、パイプラインの長さ、標高プロファイルを理解する必要があります。

通常の動作圧力と最大過渡圧力の差は特に重要です。

たとえば、ポンプは通常、公称圧力クラスよりかなり低い圧力で動作しますが、急速に停止すると圧力が一時的に上昇する可能性があります。したがって、パイプの選択では、完全な圧力エンベロープを考慮する必要があります。

PE100+ の設計ガイダンスは、最大動作圧力を材料強度、SDR、および該当するサービス係数に関連付けており、パイプの形状と動作条件を圧力定格から切り離すことができない理由を示しています。

結論

ウォーター ハンマーは、HDPE 採掘パイプの抽象的な水力学的問題ではありません。

これは、鉱山の排水を制御するポンプとバルブによって作り出される実際の動作条件です。

ポンプが停止したり、バルブが閉じたり、水の速度が急激に変化したりすると、パイプライン内の圧力が一時的に通常の動作圧力を超えて上昇することがあります。長い鉱山排水パイプラインでは、結果として生じる圧力波が HDPE パイプの大部分を通過する可能性があります。

PE100 の柔軟性により、パイプがこの過渡荷重にどのように応答するかが変化しますが、パイプの DN、肉厚、SDR、圧力クラスによって構造能力が決まります。

このため、鉱山排水用の HDPE 鉱山パイプの選択は、静圧のみに基づいて行う必要があります。特に頻繁にポンプが動作する長距離の排水システムの場合は、実際のポンプ サイクルと過渡圧力条件も考慮する必要があります。-

鉱山購入者にとって重要な仕様は、単にパイプに印刷されている圧力ではありません。完全な HDPE 採掘パイプ システムが、鉱山の実際の排水作業によって生じる圧力履歴に対処できるかどうかが重要です。

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