FluoroLine®チューブおよびPureBond®パイプに関する技術情報
長期間の強度
フロロライン高清浄チューブ、Cynergy®チューブ、ピュアボンドパイプに使用されているPFAの長期間にわたる静水力学強度は、 ASTM D2837 Obtaining Hydrostatic Design Basis for Thermoplastic Pipe Materialsに規定される試験手順に従って測定されています。 この解析は、フロロライン/シナジーチューブ、ピュアボンドパイプについて、11 MPa (1600 psig)、23°Cにおける100,000時間の長期間強度の値を指定しています。
テフロンPFAの長期間の静水力学強度
下にこの数値の測定の概要を示します。
- 440HP PFAチューブの試験片を異なる圧力レベルで持続的な内水圧にさらし、破裂までの時間を計測しました。各試験片の応力は、下の配管設計式で得られる圧力から計算します。
P(D-t)
S= 2t
記号の説明:
S = 応力: psi
P = 圧力: psig
D = 平均外径: インチ
t = 最小肉厚: インチ
試験は10,000時間(約13.6カ月)にわたりASTM D2837の厳格な指定に従って継続されます。フープ応力と破裂までの時間の、正確で再現性のあるリニアプロットを両対数グラフに生成し、上に示します。
- 応力と破裂のデータは統計的回帰によって解析され、フープ応力と時間の式が生成されます。この式を数学的に100,000時間(約11.4年)に外挿し、100,000時間の設計応力を求めます。これが許容応力を算出する最初のステップです。
- 次のステップは、全体の設計応力を規定の間隔(ひとつ前の値の約25%増で漸進)で分割した目盛を活用します。これらの目盛は、800、1000、1260、1600、2000、2500 (psi)などのように進み、PFAには100,000時間の設計応力が収まる目盛の値のしきい値が与えられ、これが静水設計基準と呼ばれます。このしきい値がベースの応力となり、この値から許容応力が計算されます。この評価での判明事項に基づき、11 MPa (1600 psig)、23°Cにおけるフロロライン/シナジーチューブ、ピュアボンドパイプの静水設計基準が定められています。
安全率
フロロライン/シナジーチューブ、ピュアボンドパイプ製品ラインは、エンドユーザーの安全性を考慮して設計されています。チューブ、パイプ、継手、関連部品の製造で実施される品質保証対策により、システムの一貫性を確保しています。各アプリケーションに関わる変動条件を補正するため、安全(設計)率が組み込まれています。これによって、下記などが許容されます。
- 偶発的な圧力の急上昇、水撃
- 一定程度までの不適切なパイプやサポートの取り付け
- 熱による膨張と収縮に起因する応力
- パイプ内の長期的な応力
静水設計に基づき、Plastic Pipe Institute (PPI)の静水力学応力委員会は最小安全(設計)率として200%を推奨していますが、インテグリスは250%の安全率を定め、上記などのより十分な許容を図っています。これにより、静水設計応力は下記になります。
1600 psi
HDS = 2.5
HDS = 2.5
HDS = 640 psi
静水設計応力は、パイプ壁の内側にかかる静水圧に対するフープ応力の最大値と定義されます。これは一定の長期間内にパイプ不良が起きない確実性の高さをもって継続的に適用可能な値です。流量要件フロロラインチューブおよびピュアボンドパイプはいずれもボアが極めて滑らかで、優れた流量性能を発揮します。
高流量時
でも抵抗や乱流が小さく、耐腐食性に優れ、濡れにくいPFA製です。また、細菌の栄養源や有機物が発生しないため、これらの増殖に対する耐性も備えています。フロロラインチューブおよびピュアボンドパイプは、耐用年数にわたってこのような流量特性を維持します。
初期の流量は、特定のチューブまたはパイプサイズの内径を把握し、公称流速を推定することで概算できます。実際に下で説明します。記号の説明:
Q = 流量: ガロン/min
V = 流速: フィート/sec
D = 内径: インチ
V = 流速: フィート/sec
D = 内径: インチ
要求される流量を把握し、公称流量を推定することにより、チューブまたはパイプの内径や流速は概算できます。
これらの3つの式から、チューブまたはパイプの内径、流量、流速のおよその範囲が求められます。
次のステップは、概算されたチューブまたはパイプのサイズが特定の流量要件に基づく許容可能な圧力損失を示すかどうかの判定です。ヘーゼン・ウィリアムスの式を用いて、摩擦による圧力損失を求めます(下記参照)。
記号の説明:
ΔP100 = チューブまたはパイプ100フィートあたりの摩擦による圧力損失: psig
Q = 流量: ガロン/min (比重1.0の液体の場合)
C = 摩擦係数: 155 (PFAチューブまたはパイプの場合)
D = 内径: インチ
ΔP100 = チューブまたはパイプ100フィートあたりの摩擦による圧力損失: psig
Q = 流量: ガロン/min (比重1.0の液体の場合)
C = 摩擦係数: 155 (PFAチューブまたはパイプの場合)
D = 内径: インチ
図2は、ピュアボンドパイプのさまざまなサイズにおける、流量、圧力損失、流速の関係を示しています。比重が1.0以外の流体については、この粘度に起因するおよその圧力損失が、ヘーゼン・ウィリアムスの式に基づく100フィートあたりの摩擦による圧力損失にその流体の比重を乗算することにより求められます。FluoroLine®チューブの流量と圧力損失の関係を示したグラフは本サイトでご確認いただけます。
チューブおよびパイプ内で起きる圧力損失に加え、継手に起因する圧力損失も考慮する必要があります。標準的な手法としては、各継手の相当管長を加算して全長の圧力損失を計算する方法があります。
継手およびバルブの圧力損失も含めた全計算の終了時には、次のことを確認します。
- システムの圧力損失が、一部の部品の圧力定格を超えていないこと
- ポンプ圧はシステムの圧力損失より高く、かつ一部の部品の圧力定格を超えていないこと
Flow Rate vs. Friction Loss of Water for PureBond Pipe
ピュアボンドパイプの水における流量と摩擦損失
チューブサポート
問題なく稼動させるためには、長いPFAチューブはサポートが必要です。チューブサポートは、チューブ壁にかかる応力とひずみを最小化し、排液機能も提供します。チューブサポートの距離は、チューブサイズ(内径および外径)、移送する流体の比重、チューブの平均温度、サポート間の垂直的なチューブの許容偏向量に依存します。チューブサポート間の距離の算出には、下の式が用いられます。
記号の説明:
L = サポート間の距離
Y(max) = サポート間のチューブの最大許容偏向量
E = 弾性率
I = チューブの慣性モーメント
W = チューブおよびチューブ内流体の重さ
パイプサポート
- 長いピュアボンドパイプを問題なく稼動させるためには、サポートが必要です。これによってパイプ壁にかかる応力とひずみを許容レベルまで低減します。パイプサポート間の最小推奨距離は、パイプの重さ、流体量、許容可能応力を考慮して計算されています。サポート間の距離は、パイプサイズおよび温度の影響も受けます(下表を参照)。
| サイズ | 23°C (73°F) | 100°C (212°F) | 177°C 9350°F) |
| 1/4" | 68 cm (26.9") | 55 cm (21.5") | 31 cm (14.5") |
| 1/2" | 82 cm (32.4") | 67 cm (26.4") | 48 cm (18.0") |
| 3/4" | 91 cm (36.0") | 73 cm (28.8") | 49 cm (19.2") |
| 1" | 101 cm (39.6") | 79 cm (31.2") | 55 cm (21.6") |
| 2" | 122 cm (48.0") | 98 cm (38.4") | 64 cm (25.2") |
- 比重1.0を超える流体は、パイプサポートの間隔にマイナスの影響を及ぼす場合があります。推奨間隔距離には、記載の係数を乗算する必要があり、結果としてサポート間の距離は短くなります。
比重
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
2.25
2.50
2.75
3.00
係数
1.00
0.94
0.89
0.86
0.82
0.79
0.76
0.74
0.72
- パイプサポートは、特に熱による膨張と収縮が関わる場合には、パイプをクランプで固定したり動きを制限したりしないタイプに指定する必要があります。このようなタイプのクランプを使用しないことにより、パイプ壁の摩耗や損傷を防げます。断続的なパイプサポートに対する優れた選択肢としては、1本のプラスチックトラフにパイプを置き、連続的に支える方法があります。トラフとしては、角度付きや導管などの押出型形状が通常は適しています。また、この方法は、パイプブラケットを多数使用する方法よりもコストがかかりません。
- パイプの垂直部分(ライザーとも呼ばれる)も支える必要があり、ライザーの上端と下端は常に支える必要があります。ブラケットの垂直間隔は1.5 m (5')にします。
- バルブ、フィルターハウジングなどのアクセサリ部品をパイプで完全に支えてはいけません。パイプシステムに接続する重い部品はすべて、個別のサポートが指定される必要があります。