ท่อ PVC-U อุตสาหกรรมคืออะไร และผลิตได้อย่างไร?

ท่ออุตสาหกรรม PVC-U เป็นท่อเทอร์โมพลาสติกแข็งที่ผลิตจากโพลีไวนิลคลอไรด์ที่ไม่ทำให้เป็นพลาสติก ซึ่งเป็นรูปแบบของพีวีซีที่ไม่มีสารเติมแต่งที่ทำให้เป็นพลาสติก การไม่มีพลาสติไซเซอร์คือสิ่งที่ทำให้ PVC-U แตกต่างจากวัสดุ PVC ที่ยืดหยุ่น และให้ความคงตัวของขนาด ทนต่อสารเคมี และความแข็งแกร่งทางกลที่จำเป็นสำหรับการใช้งานท่ออุตสาหกรรมที่มีความต้องการสูง สารประกอบ PVC-U ผลิตโดยการผสมพีวีซีเรซินกับสารเพิ่มความคงตัวของความร้อน สารปรับแรงกระแทก สารช่วยในการแปรรูป เม็ดสี และสารตัวเติมในสูตรที่มีการควบคุมอย่างแม่นยำซึ่งกำหนดคุณสมบัติสุดท้ายของท่อ จากนั้น สารประกอบจะถูกประมวลผลผ่านเครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่ที่จะละลาย ทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน และบังคับวัสดุผ่านแม่พิมพ์แบบท่อเพื่อสร้างท่อแบบต่อเนื่อง จากนั้นจึงกำหนดขนาด ระบายความร้อนในอ่างปรับเทียบ ตัดตามความยาว และตรวจสอบก่อนจัดส่ง

พารามิเตอร์กระบวนการอัดขึ้นรูป — อุณหภูมิหลอมละลาย ความเร็วของสกรู รูปทรงของแม่พิมพ์ และอัตราการเย็นตัว — ได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าความหนาของผนัง ความกลม และคุณภาพพื้นผิวภายในสม่ำเสมอตลอดความยาวของท่อแต่ละเส้น สายการอัดรีดท่อ PVC-U อุตสาหกรรมสมัยใหม่รวมการวัดความหนาของผนังแบบอินไลน์โดยใช้เกจอัลตราโซนิก ระบบควบคุมเส้นผ่านศูนย์กลางอัตโนมัติ และซอฟต์แวร์ควบคุมกระบวนการทางสถิติที่ตรวจสอบพารามิเตอร์มิติอย่างต่อเนื่อง และแจ้งเตือนผู้ปฏิบัติงานถึงการเบี่ยงเบนก่อนที่จะส่งผลให้ผลิตภัณฑ์ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด ผลลัพธ์ที่ได้คือท่อที่มีขนาดควบคุมอย่างเข้มงวด รูภายในเรียบที่ลดความต้านทานการไหล และคุณสมบัติต้านทานทางกลและสารเคมีที่สม่ำเสมอ ซึ่งช่วยให้วิศวกรสามารถออกแบบระบบท่อด้วยความมั่นใจในประสิทธิภาพในระยะยาวของวัสดุ

คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่สำคัญของท่อ PVC-U

ประสิทธิภาพของท่อ PVC-U อุตสาหกรรมที่ให้บริการนั้นอยู่ภายใต้ชุดคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่มีอยู่ในวัสดุ PVC ที่ไม่ผ่านพลาสติกและกระบวนการผลิตท่อ ต้องเข้าใจคุณสมบัติเหล่านี้และประเมินตามความต้องการของการใช้งานที่ต้องการ ก่อนที่จะเลือก PVC-U เป็นวัสดุท่อที่ต้องการ

• ความต้านทานแรงดึงและความแข็ง: PVC-U มีความต้านทานแรงดึงประมาณ 50 ถึง 60 MPa และโมดูลัสความยืดหยุ่นที่ค่อนข้างสูงประมาณ 3,000 MPa ทำให้เป็นวัสดุแข็งที่ต้านทานการเสียรูปภายใต้แรงกดดันภายในและภาระทางกลภายนอก ความแข็งนี้เป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานท่อแบบฝังซึ่งท่อจะต้องต้านทานภาระดินและภาระการจราจรที่ไม่มีการโก่งตัวอย่างมีนัยสำคัญ
• โครงสร้างที่มีความหนาแน่นและน้ำหนักเบา: PVC-U มีความหนาแน่นประมาณ 1,400 ถึง 1,460 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร — ประมาณหนึ่งในห้าของความหนาแน่นของเหล็กกล้าคาร์บอน น้ำหนักเบานี้ช่วยลดต้นทุนการติดตั้งได้อย่างมาก โดยช่วยให้สามารถจัดการท่อและข้อต่อแบบแมนนวลในช่วงหลายขนาดซึ่งท่อเหล็กต้องใช้อุปกรณ์ยกแบบกลไก
• คุณสมบัติทางความร้อนและข้อจำกัดด้านอุณหภูมิ: อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วของ PVC-U อยู่ที่ประมาณ 80°C และวัสดุเริ่มอ่อนตัวลงและสูญเสียความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่อุณหภูมิใกล้ถึงค่านี้ ท่อ PVC-U อุตสาหกรรมโดยทั่วไปได้รับการจัดอันดับสำหรับการบริการต่อเนื่องที่อุณหภูมิของของเหลวสูงถึง 60°C โดยต้องมีการลดแรงดันที่อุณหภูมิสูง ในอีกขั้วหนึ่ง PVC-U จะเปราะมากขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าประมาณ 0°C ซึ่งจะต้องพิจารณาในการติดตั้งกลางแจ้งภายใต้สภาวะเยือกแข็ง
• การขยายตัวทางความร้อน: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของ PVC-U อยู่ที่ประมาณ 70 × 10⁻⁶ /°C ซึ่งสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนประมาณหกเท่า การขยายตัวทางความร้อนที่ค่อนข้างสูงนี้หมายความว่าระบบท่อ PVC-U เหนือพื้นดินจะต้องรวมลูปส่วนขยาย ข้อต่อส่วนขยาย หรือการเตรียมการรองรับแบบคงที่และเป็นแนวทางเพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงขนาดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในการให้บริการ
• ประสิทธิภาพไฮดรอลิกและลักษณะการไหล: พื้นผิวเจาะภายในเรียบของท่อ PVC-U มีค่าสัมประสิทธิ์ความหยาบของ Manning อยู่ที่ประมาณ 0.009 และปัจจัย Hazen-Williams C เท่ากับ 150 ซึ่งเป็นหนึ่งในค่าที่ดีที่สุดของวัสดุท่อใดๆ ความเรียบของไฮดรอลิกนี้ส่งผลให้สูญเสียแรงเสียดทานน้อยลง ความเร็วการไหลที่สูงขึ้นสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่กำหนด และลดต้นทุนพลังงานในการปั๊มเมื่อเทียบกับคอนกรีต เหล็กหล่อ หรือระบบท่อเหล็กสึกกร่อนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน
• คุณสมบัติทางไฟฟ้า: PVC-U เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมซึ่งมีความเป็นฉนวนและความต้านทานต่อปริมาตรสูง คุณสมบัตินี้มีคุณค่าในการใช้งานที่การกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าของท่อโลหะอาจเป็นปัญหา และยังหมายความว่าท่อ PVC-U ไม่ต้องการการป้องกันแบบแคโทดในบริการแบบฝัง ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบด้านต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่สำคัญเมื่อเทียบกับระบบท่อเหล็กแบบฝังหรือเหล็กดัด

ความทนทานต่อสารเคมีของท่อ PVC-U อุตสาหกรรม

เหตุผลที่น่าสนใจที่สุดประการหนึ่งในการระบุ PVC-U ในการใช้งานท่ออุตสาหกรรมก็คือ ความต้านทานต่อสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหลากหลายชนิด PVC-U สามารถทนต่อกรดอนินทรีย์ส่วนใหญ่ รวมถึงกรดไฮโดรคลอริก กรดซัลฟูริก กรดฟอสฟอริก และกรดไนตริกที่ความเข้มข้นปานกลาง เช่นเดียวกับด่าง เกลือ สารออกซิไดซ์ และสารประกอบอินทรีย์หลายชนิด ความต้านทานนี้ทำให้เหมาะสำหรับการขนส่งสารเคมีในกระบวนการ น้ำทิ้งที่เป็นกรด สารละลายน้ำเกลือ และกระแสน้ำเสียทางอุตสาหกรรมที่อาจกัดกร่อนเหล็กกล้าคาร์บอนอย่างรวดเร็ว หรือแม้แต่ระบบท่อสแตนเลส

อย่างไรก็ตาม PVC-U ไม่สามารถทนทานต่อสารเคมีในระดับสากล และต้องตรวจสอบข้อจำกัดอย่างรอบคอบก่อนกำหนดคุณสมบัติ มันถูกโจมตีโดยกรดซัลฟิวริกเข้มข้นที่สูงกว่าความเข้มข้นประมาณ 70% โดยอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน เช่น เบนซีน โทลูอีน และไซลีน โดยตัวทำละลายคลอรีนซึ่งรวมถึงเมทิลีนคลอไรด์และไตรคลอโรเอทิลีน และโดยคีโตน เช่น อะซิโตนและ MEK เอสเทอร์ อีเทอร์ และตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีขั้วบางชนิดอาจทำให้ PVC-U บวมหรืออ่อนตัวลงได้ สำหรับการใช้งานใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับสารเคมีที่อยู่นอกโปรไฟล์การต้านทานมาตรฐาน ความทนทานต่อสารเคมีเฉพาะของเกรด PVC-U ที่กำลังพิจารณาควรได้รับการตรวจสอบเทียบกับตารางการต้านทานสารเคมีที่ครอบคลุมที่ผู้ผลิตท่อจัดทำ โดยคำนึงถึงความเข้มข้น อุณหภูมิ และเวลาสัมผัสของสารเคมีที่ใช้งาน

พิกัดแรงดันและมาตรฐานมิติ

ท่อ PVC-U อุตสาหกรรมจัดประเภทตามระดับแรงดัน ซึ่งกำหนดแรงดันใช้งานสูงสุดที่อนุญาตของน้ำที่อุณหภูมิ 20°C ซึ่งท่อสามารถดำรงอยู่ได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่เกิดความเสียหาย อัตราแรงดันถูกกำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อ ความหนาของผนัง และความแข็งแรงของอุทกสถิตในระยะยาวของวัสดุ PVC-U ความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์เหล่านี้แสดงโดยอัตราส่วนขนาดมาตรฐาน (SDR) ซึ่งเป็นอัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อต่อความหนาของผนัง ค่า SDR ที่ต่ำกว่าหมายถึงผนังที่หนาขึ้นและพิกัดแรงดันที่สูงกว่าสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่กำหนด

ตารางด้านล่างสรุปคลาส SDR ทั่วไปที่ใช้ในระบบท่อ PVC-U อุตสาหกรรม และพิกัดแรงดันปกติที่สอดคล้องกันที่ 20°C:

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าระดับแรงดันของท่อ PVC-U จะลดลงอย่างมากเมื่ออุณหภูมิของของไหลเพิ่มขึ้นสูงกว่า 20°C โดยทั่วไปที่อุณหภูมิ 40°C ความดันที่อนุญาตจะลดลงเหลือประมาณ 75% ของพิกัด 20°C และที่อุณหภูมิ 60°C จะลดลงเหลือประมาณ 50% ปัจจัยการลดพิกัดเหล่านี้จะต้องถูกนำมาใช้เมื่อออกแบบระบบที่บรรทุกของไหลในกระบวนการร้อนหรือใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง เพื่อให้แน่ใจว่าความหนาของผนังท่อที่เลือกนั้นให้ความปลอดภัยที่เพียงพอที่อุณหภูมิการใช้งานจริง

มาตรฐานสากลที่ใช้บังคับสำหรับท่อ PVC-U อุตสาหกรรม

ท่อ PVC-U อุตสาหกรรมได้รับการผลิตและจัดจำหน่ายตามมาตรฐานผลิตภัณฑ์ระดับชาติและนานาชาติมากมายที่ควบคุมองค์ประกอบทางเคมี คุณสมบัติทางกล ความคลาดเคลื่อนของขนาด การทดสอบแรงดัน และข้อกำหนดในการทำเครื่องหมาย การปฏิบัติตามมาตรฐานที่บังคับใช้ถือเป็นสิ่งสำคัญในการรับรองว่าท่อทำงานได้ตามที่ออกแบบและตรงตามข้อกำหนดของข้อกำหนดเฉพาะของโครงการ กรมธรรม์ประกันภัย และกรอบการทำงานด้านกฎระเบียบ มาตรฐานที่มีการอ้างอิงอย่างกว้างขวางที่สุดมีดังต่อไปนี้:

• ISO 1452: มาตรฐานสากลหลักสำหรับท่อแรงดัน PVC-U สำหรับการจ่ายน้ำและการใช้งานอุตสาหกรรมทั่วไป โดยครอบคลุมท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 12 มม. ถึง 630 มม. และระบุข้อกำหนดสำหรับวัสดุ ขนาด สมบัติทางกล และวิธีการทดสอบ รวมถึงการทดสอบแรงดันอุทกสถิตและการทนต่อแรงกระแทก
• EN 1329 / EN 1401: มาตรฐานยุโรปครอบคลุมถึงท่อและข้อต่อ PVC-U สำหรับการใช้งานระบายน้ำในดิน ของเสีย และน้ำฝนภายในอาคาร (EN 1329) และสำหรับการระบายน้ำใต้ดินภายนอกอาคาร (EN 1401) มาตรฐานเหล่านี้ระบุข้อกำหนดด้านวัสดุ ขนาด และประสิทธิภาพสำหรับระบบระบายน้ำด้วยแรงโน้มถ่วง
• มาตรฐาน ASTM D1785: มาตรฐานอเมริกันสำหรับท่อพลาสติก PVC ตารางที่ 40, 80 และ 120 ครอบคลุมถึงท่อสำหรับการใช้งานแรงดันในระบบบริการน้ำและระบบท่ออุตสาหกรรม ASTM D2241 ครอบคลุมถึงท่อ PVC พิกัดแรงดัน SDR สำหรับการใช้งานที่เทียบเท่าภายใต้กรอบมาตรฐานของอเมริกา
• บี 3505 / บี 4346: มาตรฐานอังกฤษสำหรับท่อและข้อต่อแรงดัน PVC-U ซึ่งแม้ว่าจะมีการแทนที่โดยมาตรฐาน EN และ ISO ในตลาดสหราชอาณาจักรหลังจากการประสานกันเป็นส่วนใหญ่ แต่ยังคงมีการอ้างอิงในข้อกำหนดเฉพาะของโครงการดั้งเดิมและตลาดส่งออกที่ยังคงใช้มาตรฐานวิศวกรรมของอังกฤษอยู่
• GB/ที 10002: มาตรฐานแห่งชาติของจีนสำหรับท่อ PVC-U สำหรับการจ่ายน้ำ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงการภายในของจีน และมีการอ้างอิงมากขึ้นในโครงการในตลาดเอเชียและแอฟริกาที่มีการใช้มาตรฐานทางวิศวกรรมและการจัดซื้อของจีน

การใช้งานทางอุตสาหกรรมของท่อ PVC-U

การผสมผสานระหว่างการทนทานต่อสารเคมี ความสามารถด้านแรงดัน สมรรถนะของไฮดรอลิก น้ำหนักเบา และต้นทุนที่แข่งขันได้ ทำให้ท่อ PVC-U อุตสาหกรรมเหมาะสำหรับกระบวนการและการใช้งานโครงสร้างพื้นฐานที่หลากหลายอย่างน่าทึ่งในหลายอุตสาหกรรม

การแปรรูปและการผลิตสารเคมี

โรงงานเคมีใช้ท่อ PVC-U อย่างกว้างขวางในการขนส่งกรดเจือจาง ด่าง สารละลายเกลือ และกระแสน้ำในกระบวนการระหว่างเครื่องปฏิกรณ์ ถังเก็บ เครื่องฟอก และหน่วยบำบัด ความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุโดยตัวกลางเหล่านี้ช่วยลดความจำเป็นในการใช้ท่อเหล็กหรือสเตนเลสสตีลที่มีราคาแพงในสภาวะการบริการต่างๆ และการเจาะที่เรียบช่วยลดความเสี่ยงของการปนเปื้อนของผลิตภัณฑ์จากผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนของท่อ PVC-U แพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งในโรงงานคลอร์อัลคาไล โรงงานผลิตปุ๋ย ร้านชุบด้วยไฟฟ้า และระบบจัดเก็บและจ่ายกรด ซึ่งลักษณะที่รุนแรงของสารเคมีในกระบวนการจะทำลายทางเลือกที่เป็นโลหะอย่างรวดเร็ว

การบำบัดน้ำและการจำหน่าย

PVC-U เป็นหนึ่งในวัสดุท่อที่โดดเด่นสำหรับท่อจ่ายน้ำดื่มหลัก ระบบประปาอุตสาหกรรม และท่อในกระบวนการบำบัดน้ำทั่วโลก ความเฉื่อยต่อน้ำ ปราศจากการกัดกร่อนและปัญหาวัณโรคที่ส่งผลกระทบต่อท่อน้ำหลักที่เป็นโลหะ และการปฏิบัติตามมาตรฐานการอนุมัติการสัมผัสน้ำดื่ม เช่น NSF/ANSI 61 ทำให้เป็นตัวเลือกระยะยาวที่เชื่อถือได้สำหรับโครงสร้างพื้นฐานด้านน้ำ ในโรงงานบำบัดน้ำ PVC-U ใช้สำหรับสายจ่ายสารเคมีที่มีสารตกตะกอน สารฆ่าเชื้อ และสารเคมีปรับ pH รวมถึงท่อกรองย้อนกลับ สายส่งตะกอน และหัวจ่ายน้ำที่ผ่านการบำบัด

ระบบบำบัดน้ำเสียและบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรม

ระบบบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรมสร้างกระแสน้ำเสียที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหลากหลายรูปแบบ ซึ่งจะต้องรวบรวม ลำเลียง และบำบัดก่อนระบายออก ท่อ PVC-U จัดการกับน้ำทิ้งที่เป็นกรดจากการตกแต่งโลหะ ของเสียที่มีฤทธิ์กัดกร่อนจากการแปรรูปอาหารและการทำความสะอาด น้ำทิ้งจากเกลือจากการแยกเกลือและการสร้างการแลกเปลี่ยนไอออนใหม่ และน้ำเสียทางอุตสาหกรรมทั่วไปที่มีเกลือละลาย โลหะหนัก และสารประกอบอินทรีย์ ความต้านทานของวัสดุต่อการเปรอะเปื้อนทางชีวภาพยังทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในระยะยาวในสภาพแวดล้อมน้ำเสีย ซึ่งการเจริญเติบโตแบบอินทรีย์บนพื้นผิวท่อภายในจะเพิ่มความต้านทานการไหลและจำเป็นต้องทำความสะอาดเป็นระยะ

วิธีการต่อสำหรับระบบท่อ PVC-U อุตสาหกรรม

การเลือกวิธีการต่อสำหรับระบบท่อ PVC-U อุตสาหกรรมมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความสมบูรณ์ของระบบ ความเร็วในการติดตั้ง การเข้าถึงการบำรุงรักษา และประสิทธิภาพในระยะยาว ตัวเลือกการต่อหลักที่มีได้แก่ การต่อซีเมนต์ด้วยตัวทำละลาย การต่อแบบซีลยาง (แบบกดพอดี) การต่อแบบเกลียว และแบบหน้าแปลน

ข้อต่อซีเมนต์ด้วยตัวทำละลาย ซึ่งกาวที่ใช้ตัวทำละลายละลายและหลอมรวมท่อและพื้นผิวข้อต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างข้อต่อที่เป็นเนื้อเดียวกัน เป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดสำหรับระบบท่อ PVC-U อุตสาหกรรมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 160 มม. ข้อต่อได้รับพิกัดแรงดันท่อเต็มเมื่อทำอย่างถูกต้อง และเหมาะสมกับสภาวะการบริการเคมีอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ แม้ว่าจะต้องตรวจสอบความต้านทานต่อสารเคมีของซีเมนต์ตัวทำละลายเองสำหรับการใช้งานทางเคมีที่รุนแรง ข้อต่อซีลยางโดยใช้วงแหวนยางที่อยู่ในช่องเสียบของข้อต่อหรือหัวจุกของท่อทำให้ข้อต่อมีความยืดหยุ่นและป้องกันการรั่วซึม ซึ่งรองรับการโก่งตัวเชิงมุมและการเคลื่อนตัวทางความร้อนเล็กน้อย ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบในการเดินท่อแบบฝังยาวและในระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมาก การเชื่อมต่อแบบหน้าแปลนจะใช้ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ สถานีวาล์ว และทุกที่ที่ระบบต้องมีการถอดชิ้นส่วนเป็นระยะๆ เพื่อการบำรุงรักษาหรือการตรวจสอบ โดยใช้หน้าแปลน PVC-U stub ที่หนุนด้วยวงแหวนสำรองที่เป็นเหล็ก เพื่อให้การกระจายโหลดของโบลต์ ซึ่งหน้าแปลน PVC-U เพียงอย่างเดียวไม่สามารถรักษาแรงดันของระบบได้อย่างน่าเชื่อถือ