Thiết kế hệ thống chữa cháy sử dụng ống CPVC
Các vấn đề liên quan đến thiết kế hệ thống CPVC mà các kỹ sư cần lưu ý.
-
Tính toán thủy lực
Để tính toán thủy lực cho hệ thống đường ống CPVC, bạn cần xem xét các thông số như lưu lượng, cột áp, đường kính ống, và hệ số cản. Dưới đây là một số hướng dẫn cơ bản:
1. Xác định thông số cơ bản:
-
- Lưu lượng (Q): Là lượng chất lỏng (thường là nước) chảy qua hệ thống trong một khoảng thời gian cụ thể.
- Cột áp (H): Độ cao mà chất lỏng phải vượt qua trong hệ thống ống.
- Đường kính ống (d): Kích thước của ống CPVC.
2. Sử dụng Hazem william cho tính toán tổn thất ma sát trên đường ống
LƯU Ý: ĐƯỜNG KÍNH THỦY LỰC LÀ ĐƯỜNG KÍNH TRONG. BẠN CẦN KIỂM TRA THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐƯỜNG KÍNH TRONG CỦA ỐNG VÀ ÁP LỰC HOẠT ĐỘNG DANH NGHĨA ĐỂ XÁC ĐỊNH VÀ LỰA CHỌN ĐÚNG KHI THIẾT KẾ
Công thức Hazen-William tính bằng đơn vị hệ mét
h = 10,67 q1,85 / (c 1,85 d h 4,8655 ) (2)
trong đó
H = tổn thất trên mỗi đơn vị ống (M H2O / m ống)
c = hệ số thiết kế được xác định cho loại ống hoặc ống – hệ số càng cao, ống hoặc ống càng mịn
q = tốc độ dòng chảy (m 3 / s)
d h = đường kính thủy lực bên trong (m)
Áp suất giảm Pa có thể được tính từ tổn thất đầu bằng cách nhân tổn thất đầu với trọng lượng riêng của nước:
p = h γ
trong đó
p = tổn thất áp suất (N / m2, Pa)
γ = trọng lượng riêng (N / m 3 )
Trọng lượng riêng của nước ở 4 oC là 9810 N / m 3
Công thức Hazen William tính theo đơn vị Imperial
Phương trình Hazen-Williams để tính tổn thất đầu trong ống và ống do ma sát có thể được biểu diễn như sau:
P d = 4, 52 q 1, 85 / (c 1, 85 d h 4, 8655 ) (1 )
trong đó
P d = giảm áp suất (ống psi / ft)
c = hệ số thiết kế được xác định cho loại ống hoặc ống – hệ số càng cao, ống hoặc ống càng mịn
Q = Tốc độ dòng chảy (GPM)
d h = đường kính thủy lực bên trong (inch)
3. Vận tốc tuyến tính của dòng chất lỏng
Vận tốc tuyến tính của chất lỏng chảy trong đường ống được tính từ:
Các giá trị trong bảng dưới đây là chính xác cho tất cả các chất lỏng.
Tốc độ dòng chất lỏng tuyến tính trong một hệ thống thường được giới hạn trong 5 ft./s. cho các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt cho các kích thước ống 6-in.
4. Hệ số C – Hazen-Williams trong công thức hazen william
Một lợi thế lớn của đường ống Corzan hơn so với ống kim loại là bề mặt bên trong nhẵn, có khả năng chống co giãn và bám bẩn. Điều này có nghĩa là tổn thất áp suất ma sát trong dòng chất lỏng được giảm thiểu ngay từ đầu và không tăng đáng kể khi hệ thống hoạt động trong dài hạn, không giống như trường hợp ống kim loại có thể bị thay đổi tỉ lệ (co lại/mở rộng).
Công thức Hazen-Williams là phương pháp thường được chấp nhận để tính toán tổn thất đầu ma sát trong các hệ thống đường ống. Các giá trị tổn thất đầu ma sát trong các bảng lưu lượng chất lỏng dưới đây dựa trên công thức này và hằng số độ nhám bề mặt đường ống Corzan CPVC là C = 150.
Để tham khảo, hằng số độ nhám bề mặt cho cả vật liệu đường ống mới và cũ được đưa ra dưới đây.
5. Tổn thất ma sát đường ống
Đặc điểm dòng chảy của nước chảy qua các hệ thống đường ống bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố bao gồm cấu hình hệ thống, kích thước và chiều dài đường ống, ma sát tại đường ống và bề mặt lắp, v.v.
Những yếu tố này và các yếu tố khác gây ra giảm áp lực (tổn thất đầu, cũng được biểu thị bằng giảm áp) theo chiều dài của hệ thống. Phần này chỉ đề cập đến các tổn thất đầu do các lực ma sát trong các kích cỡ khác nhau của ống và phụ kiện Corzan CPVC.
Công thức sau đây được sử dụng để tính vận tốc nước, tổn thất đầu và giảm áp suất là một hàm của tốc độ dòng chảy. Các kết quả được đưa ra trong các bảng dưới đây cho cả Đường ống SCH40 và SCH80. Công thức Hazen-Williams có thể được sử dụng để mô tả đầy đủ những mất mát này.
Một foot nước = 0.4335 psi
6.Tổn thất ma sát phụ kiện
Tổn thất ma sát thông qua các phụ kiện được tính từ chiều dài tương đương của ống thẳng sẽ tạo ra tổn thất ma sát tương tự trong chất lỏng. Chiều dài tương đương của đường ống cho các phụ kiện phổ biến được đưa ra dưới đây:
Chiều dài phụ kiện tương đương (theo feet)
Dữ liệu được cung cấp trong bảng này chỉ mang tính tham khảo. Tham khảo tài liệu của nhà sản xuất phù hợp với tài liệu để biết thêm thông tin.
7.Tổn thất đầu ma sát Van và bộ lọc
Giảm áp suất trong van và bộ lọc được tính bằng cách sử dụng các giá trị hệ số dòng chảy, được công bố bởi nhà sản xuất van. Phương trình tính áp suất giảm theo cách này là:
Các hệ số dòng chảy điển hình cho các van và bộ lọc khác nhau có thể được tìm thấy trong tài liệu của nhà sản xuất van / bộ lọc. Áp suất giảm cho chất lỏng không phải là nước có thể được tính bằng cách nhân giá trị được tính từ phương trình trên với trọng lượng riêng của chất lỏng.
8. Áp suất tăng tối đa – Búa nước
Bất cứ khi nào tốc độ dòng chảy của chất lỏng trong đường ống bị thay đổi, sẽ có sự gia tăng áp lực được gọi là búa nước. Dòng càng dài và chất lỏng di chuyển càng nhanh, cú sốc thủy lực này sẽ càng lớn.
Búa nước có thể được gây ra bằng cách mở hoặc đóng van, khởi động hoặc dừng bơm hoặc chuyển động của không khí bị vướng qua đường ống.
Áp lực tăng búa nước tối đa có thể được tính bằng công thức sau:
Các giá trị trong các bảng lưu lượng chất lỏng sau được dựa trên công thức này ở 73 ° F (23 ° C) với giả định rằng nước chảy với tốc độ gallon nhất định mỗi phút là đột ngột và hoàn toàn dừng lại. Ở 180 ° F (82,2 ° C), áp suất tăng thấp hơn khoảng 15%. Giá trị của chất lỏng không phải là nước có thể được tính gần đúng bằng cách nhân với căn bậc hai của trọng lực riêng của chất lỏng.
ÁP LỰC TĂNG BÚA NƯỚC CỘNG VỚI ÁP SUẤT VẬN HÀNH HỆ THỐNG KHÔNG ĐƯỢC VƯỢT QUÁ 1,5 LẦN SO VỚI ĐỊNH MỨC ÁP SUẤT LÀM VIỆC ĐƯỢC ĐỀ NGHỊ CỦA HỆ THỐNG.
Để giảm thiểu sốc thủy lực do búa nước, tốc độ dòng chất lỏng tuyến tính thường được giới hạn ở mức 5 ft., Đặc biệt đối với kích thước ống 6 in. hoặc lớn hơn. Vận tốc khi khởi động hệ thống nên được giới hạn trong 1 ft./s. trong quá trình làm đầy cho đến khi chắc chắn rằng tất cả không khí đã được xả ra khỏi hệ thống và áp suất được đưa lên đến điều kiện vận hành.
Không khí không được phép tồn dư, tích lũy trong hệ thống trong khi nó đang hoạt động.
Khi cần thiết, thiết bị bảo vệ bổ sung có thể được sử dụng để ngăn ngừa thiệt hại búa nước, có thể bao gồm van giảm áp, giảm xóc, bộ chống sét và van xả khí chân không.
Lưu ý: Công thức Hazen William ước tính tổn thất đầu chính xác do ma sát đối với chất lỏng có độ nhớt động học xấp xỉ 1,1 cSt. Kết quả được chấp nhận đối với nước lạnh ở 60 o F (15,6 o C) với độ nhớt động học 1,13 cSt. Đối với nước nóng có độ nhớt động học thấp hơn (0,55 cSt ở 130 o F (54,4 o C)), sai số sẽ rất đáng kể.
Vì phương pháp Hazen Williams chỉ có giá trị đối với nước chảy ở nhiệt độ bình thường từ 40 đến 75 o F (4 – 14 oC), phương trình Darcy Weisbach nên được sử dụng cho các chất lỏng hoặc khí khác.
9. Hệ số co giãn nhiệt và bù giãn nở
Sự giãn nở nhiệt tuyến tính của vật liệu đường ống
Độ giãn nở hoặc co lại của ống nhựa nhiệt dẻo có thể được tính từ công thức sau hoặc bằng cách sử dụng Máy tính giãn nở nhiệt của Corzan CPVC .
Công thức giãn nở nhiệt
10. Tính toán việc mở rộng và thu hẹp trong thiết kế hệ thống
Phương pháp được khuyến nghị để hỗ trợ sự giãn nở nhiệt là bao gồm các vòng mở rộng, độ lệch hoặc thay đổi hướng khi cần thiết trong thiết kế hệ thống.
Sơ đồ mở rộng
11. Công thức vòng lặp mở rộng
12.Ứng suất làm việc và mô đun đàn hồi của CPVC 4120 chiều dày lớp SCH80
Các vòng mở rộng và độ lệch phải được đặt ở khoảng giữa của đường ống và phải được thi công bằng ống thẳng và khuỷu 90°, được gắn bằng dung môi với nhau. Nếu ống ren được sử dụng trong phần còn lại của hệ thống, vẫn nên xây dựng các vòng giãn nở và bù đắp bằng xi măng dung môi để cho phép các cơ cấu xử lý tốt hơn ứng suất uốn do giãn nở và co lại. Không nên lắp đặt van hoặc bộ lọc trong vòng mở rộng hoặc vòng bù.
13.Ứng suất nhiệt
Nếu sự giãn nở nhiệt không được cung cấp, nó sẽ bị hấp thụ trong đường ống dưới dạng nén bên trong. Điều này tạo ra ứng suất nén trong đường ống, được tính theo công thức sau:
LƯU Ý: Hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu CPVC là không giống nhau của từng nhà sản xuất.
14.Tác động của ứng suất nhiệt lên CPVC so với thép
Do hệ số giãn nở nhiệt của thép thấp hơn 5 lần so với CPVC nên sự thay đổi kích thước do giãn nở nhiệt sẽ ít hơn 5 lần. Tuy nhiên, ứng suất gây ra trong hệ thống đường ống do sự giãn nở nhiệt bị hạn chế phụ thuộc vào mô đun của vật liệu cũng như hệ số giãn nở nhiệt của nó.
Bởi vì mô đun của thép cao hơn CPVC khoảng 80 lần, ứng suất do sự giãn nở hạn chế trong một sự thay đổi nhiệt độ nhất định sẽ cao hơn khoảng 16 lần đối với thép so với CPVC.
Ví dụ, sự giãn nở hạn chế khi thay đổi nhiệt độ 50°F (10°C) sẽ tạo ra ứng suất khoảng 600 psi trong hệ thống CPVC so với 9800 psi ứng suất trong hệ thống thép. Bản chất tương đối linh hoạt hơn của CPVC thường sẽ cho phép nó hấp thụ các ứng suất thấp hơn khi đường dây bị oằn hoặc ngoằn ngoèo nếu cần thiết. Do đường ống thép quá cứng nên không thể khóa được nên ứng suất cao hơn của nó thường truyền sang các kết cấu xung quanh, dẫn đến hư hỏng các giá đỡ, neo hoặc thậm chí là các bức tường tiếp giáp. Đây là một trong nhiều cách mà CPVC thường vượt trội hơn các lựa chọn thay thế kim loại .
15. Suy giảm áp lực bởi nhiệt độ
Như hầu hết các loại nhựa nhiệt, áp lực hoạt động của hệ thống sẽ suy giảm khi nhiệt độ tăng lên. Tra cứu bảng dưới đây để xác định áp lực hoạt động ở các nhiệt độ. Với hệ số này bạn sẽ nhân với áp lực danh nghĩa đường ống để xác định áp lực hoạt động ở nhiệt độ đó.
16. Thiết kế CPVC trong hệ thống PCCC
CPVC được quy định sử dụng trong hệ thống chữa cháy tự động spinkler đường ống ướt. Các loại công trình được sử dụng và cách thiết kế hệ thống tuân thủ hướng dẫn trong TCVN 7336.
Chúng tôi sẽ chỉ bổ sung các thông tin hướng dẫn thiết kế theo hướng dẫn của nhà sản xuất về các nội dung sau:
16.1 Lắp đặt được bảo vệ
Hệ thống đường ống CPVC được bảo vệ bởi yêu cầu bảo vệ tối thiểu :
- Tấm (trần/vách) thạch cao dày 9.5 mm hoặc
- Hệ trần treo với xương trần bằng kim loại và các tấm trần thả hoặc miếng trần đặc có khối lượng trên đơn vị diện tích không nhỏ hơn 1.7 kg /m2, hoặc
- Tấm gỗ dán có chiều dày không nhỏ hơn 12.7 mm.
Các sản phẩm CPVC trong trường hợp này phải được sử dụng với đầu phun tiêu chuẩn, hoặc đầu phun phản ứng nhanh có nhiệt độ kích hoạt 68°C hoặc thấp hơn.
16.2 Khu vực hộp góp gió
Các sản phẩm CPVC có thể được lắp đặt trong khu vực liền kề hộp góp gió, nhưng không nằm ở phía trên, các lỗ trên trần nhà như cửa gió và yêu cầu sử dụng phụ kiện chiều dày lớp Schedule 80 ở kích thước từ 1-1/2 inch (40 mm) trở lên.
16.3 Trục đứng
Sản phẩm BlazeMaster® có thể được sử dụng làm ống đứng theo NFPA 13, 13D và 13R khi đáp ứng các điều kiện sau:
- Khi lắp đặt phải được che chắn (bảo vệ), mức bảo vệ yêu cầu tối thiểu phải bao gồm một lớp vách thạch cao dày 3/8 inch (9,5 mm) hoặc ván ép dày 1/2 inch (12,7 mm).
- Khi lắp đặt không được bảo vệ cần có các biện pháp phù hợp theo hướng dẫn của chúng tôi.
16.4 Chôn ngầm
Rãnh phải có chiều rộng vừa đủ để cho phép lắp đặt thuận tiện, đồng thời càng hẹp càng tốt.
Chiều rộng tối thiểu của rãnh có thể được tận dụng bằng cách nối ống bên ngoài rãnh và hạ nó xuống rãnh sau khi mối nối đã ổn định. Chiều rộng rãnh sẽ phải rộng hơn ở nơi ống được nối vào rãnh hoặc nơi có sự giãn nở và co lại vì nhiệt. Xem mục có tiêu đề “Ống uốn lượn” bên dưới.
- Đường ống CPVC chứa đầy nước phải được chôn sâu ít nhất 12 inch (305 mm) dưới mức đóng băng tối đa dự kiến.
- Đường ống CPVC nên được chạy bên trong vỏ bọc kim loại hoặc bê tông khi nó được lắp đặt bên dưới các bề mặt chịu tải trọng nặng hoặc giao thông liên tục như đường bộ và đường ray tàu hỏa.
Bềm mặt đáy hào(rãnh) phải liên tục, tương đối nhẵn và không có đá. Khi gặp đá gờ, nền cứng hoặc đá cuội, cần phải bảo vệ đường ống khỏi bị hư hại bằng cách sử dụng đất hoặc cát sạch tối thiểu 4 inch (102 mm) để bao phủ như được tham chiếu trong ASTM D 2774.
Phải duy trì lớp phủ đầy đủ để giữ mức ứng suất bên ngoài dưới mức ứng suất thiết kế có thể chấp nhận được. Mã địa phương và quốc gia cũng quyết định bổ sung các yêu cầu với cách thức lắp đặt ngầm này.
Ống uốn lượn
Sau khi ống BlazeMaster ® CPVC được hàn bằng dung môi, nên tuân thủ theo các khuyến nghị dưới đây. HÃY ĐẶC BIỆT CẨN THẬN KHÔNG TÁC DỤNG BẤT KỲ LỰC NÀO LÊN KHỚP NỐI CHƯA KHÔ (Chưa đảm bảo thời gian ổn định mối nối). Việc lắp đặp uốn lượn này là cần thiết để cho phép bất kỳ chuyển động nhiệt nào được dự đoán trước có thể diễn ra trong đường ống mới được nối.
Việc uốn lượn đặc biệt cần thiết đối với các đoạn ống đã được hàn bằng dung môi vào buổi chiều muộn của một ngày nắng nóng, vì thời gian đông kết mối nối của chúng sẽ kéo dài suốt đêm trong thời tiết mát mẻ và khi đó sự co lại do nhiệt của ống có thể gây áp lực lên các mối nối đến mức bị ống bị kéo ra ngoài. Việc uốn lượn này cũng đặc biệt cần thiết với đường ống được đặt trong rãnh của nó (cần rãnh rộng hơn mức khuyến nghị) và được lấp lại bằng đất mát trước khi các mối nối khô hoàn toàn.
16.5 Chôn ống trong bê tông
Lắp đặt (chôn) trong bê tông
Ống và phụ kiện CPVC được chấp nhận để sử dụng chôn trong bê tông. Tiếp xúc trực tiếp với bê tông không có bất kỳ tác dụng hóa học bất lợi nào đối với vật liệu BlazeMaster. Phải tuân thủ các hướng dẫn lắp đặt sau đây. Sản phẩm không được tiếp xúc với các vật hoặc cạnh sắc nhọn, chẳng hạn như đá, kim loại hoặc các bộ phận kết cấu. Bất kỳ đầu ống hở nào cũng phải được bảo vệ khỏi các mảnh vụn hoặc bê tông lọt vào hệ thống. Bạn cần kiểm tra với nhà sản xuất về các dự án tham chiếu và tương thích hóa học với bê tông trước khi thực hiện, nếu không có thể xảy ra tác động hóa học làm hỏng hệ thống đường ống CPVC
16.6 Giá treo
Khoảng cách giữa các đai treo được hiển thị trong bảng sau. (Áp dụng cho đường ống CPVC SDR 13.5)
16.7 Các lưu ý khác
Cẩn thận kiểm tra các điều kiện về tương thích hóa học thông qua ứng dụng kiểm tra tương thích hóa học của chúng tôi. Ứng dụng này chỉ áp dụng cho sản phẩm mà chúng tôi cung cấp từ hệ thống nguyên liệu Lubrizol.
Các lưu ý khác như xác định hàm lượng chất chống đông, vật liệu cách nhiệt, ngăn cháy, hướng dẫn thi công lắp đặt ống CPVC, các câu hỏi thường gặp về CPV-C… và nhiều lưu ý khác cần liên hệ với chúng tôi để được tư vấn chi tiết bởi các chuyên gia về ống CPVC có hơn 50 năm kinh nghiệm.