"ГОСТ ISO 13760-2024. Межгосударственный стандарт. Трубы из пластмасс для транспортирования жидкостей под давлением. Правило Майнера. Метод расчета накопленного повреждения"
(введен в действие Приказом Росстандарта от 19.02.2025 N 74-ст)

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью "Группа ПОЛИПЛАСТИК" (ООО "Группа ПОЛИПЛАСТИК") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 29 ноября 2024 г. N 179-П)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 февраля 2025 г. N 74-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 13760-2024 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 марта 2025 г. с правом досрочного применения

5 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ISO 13760:1998 "Трубы из пластмасс для транспортирования жидкостей под давлением. Правило Майнера. Метод расчета накопленного повреждения" ("Plastics pipes for the conveyance of fluids under pressure - Miner's rule - Calculation method for cumulative damage", IDT).

Международный стандарт разработан подкомитетом SC 5 "Общие свойства труб, фитингов и арматуры из пластмасс и их комплектующих. Методы испытаний и основные технические требования" Технического комитета по стандартизации ISO/TC 138 "Пластмассовые трубы, фитинги и арматура для транспортирования жидких и газообразных сред" Международной организации по стандартизации (ISO).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

7 Настоящий стандарт подготовлен на основе применения ГОСТ Р ИСО 13760-2021 <*>

--------------------------------

<*> Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 февраля 2025 г. N 74-ст ГОСТ Р ИСО 13760-2021 отменен с 1 марта 2025 г.

Настоящий стандарт устанавливает метод расчета максимально допустимого кольцевого напряжения, применимого к трубам, подверженным воздействию изменяющихся внутренних давлений и/или температур в течение ожидаемого срока их службы. Данный метод известен как правило Майнера.

Правило Майнера следует применять индивидуально к каждому (или разным) механизму разрушения. При механическом разрушении под воздействием внутреннего давления следует пренебрегать другими механизмами разрушения, такими как окислительные или дегидрохлорирующие механизмы разрушения (при условии отсутствия их взаимодействия). Материал для производства труб используют только в том случае, если доказано, что он соответствует всем критериям механизма разрушения.

Примечание - Правило Майнера - это эмпирически обоснованная методика, которая является лишь первым приближением к действительности.

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт [для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения)]:

ISO 10508:1995 <1>, Thermoplastics pipes and fittings for hot and cold water systems (Трубы и фитинги из термопластов для систем горячего и холодного водоснабжения)

--------------------------------

<1> Заменен на ISO 10508:2006. Однако для однозначного соблюдения требований настоящего стандарта, выраженного в датированной ссылке, рекомендуется использовать только указанное в этой ссылке издание.

В настоящем стандарте применены следующие обозначения и сокращения:

a_i - доля за год, выраженная в процентах, применительно к набору условий "i";

t_i - срок службы при заданном наборе условий "i" (i = 1, 2, 3 и т.д.), год;

t_m - срок службы при аварийной температуре T_m в соответствии с ISO 10508;

t_max - срок службы при максимальной рабочей температуре T_max в соответствии с ISO 10508;

t_o - срок службы при рабочей температуре T_o в соответствии с ISO 10508;

t_x - максимально допустимое время эксплуатации при различных условиях, год;

TYD - суммарное годовое повреждение, выраженное в процентах (total yearly damage).

Правило Майнера основано на следующих предположениях:

a) суммарное повреждение материала или изделия, которое может быть причинено определенным видом воздействия, является постоянным (100%);

b) при неизменных условиях причиненные повреждения пропорциональны длительности воздействия. Материал или изделие прослужит до тех пор, пока не будет достигнут уровень повреждения 100%. Необходимое время t_i в этом контексте выражено в годах. За год размер причиненных повреждений составляет 100/t_i, %.

Это правило пропорциональности.

Примечание - Сумма повреждений не обязательно видима или измеряема; это может быть, например, время индукции;

c) если материал подвергают определенному воздействию в течение только части года (например, a_i, % года, а не 100% года), то повреждения составляют не 100/t_i, %, а a_i <1>/t_i, % в год. Это следует из правила пропорциональности;

--------------------------------

<1> Ошибка оригинала.

d) при последовательных повреждениях одного и того же типа, но при разных условиях (разные степень тяжести, температура, давление, напряжение и т.д.), суммарное повреждение за год будет представлять собой совокупное воздействие разных групп условий. Согласно правилу аддитивности суммируют разные виды повреждений. В результате получают накопленные повреждения при разных условиях.

Вычисляют TYD в процентах от общих допустимых повреждений по формуле

Вычисляют максимально допустимое время эксплуатации t_x, год, по формуле

Примечание - Примеры расчетов для оценки окислительной стабильности приведены в приложениях A и B.

В качестве примера приведен расчет ожидаемого срока службы труб горячего водоснабжения 2-го класса эксплуатации в соответствии с ISO 10508.

Настоящий стандарт определяет температурный профиль в течение 50-летнего срока службы, состоящего из 49 лет при стандартной рабочей температуре T_o = 70 °C, одного года - при максимальной рабочей температуре T_max = 80 °C и 100 ч при аварийной температуре T_m = 95 °C для учета ошибок в управлении нагревательным прибором.

Для получения надлежащей толщины стенки трубы (или отношения SDR, т.е. отношения диаметра трубы к толщине ее стенки) необходимо знать максимально допустимое кольцевое напряжение в стенке трубы, которое будет выдерживать данные условия. Однако в предлагаемых спецификациях класса указано, что, например, для полибутена коэффициент безопасности 1,5 следует применять к напряжению при T_o, коэффициент безопасности 1,3 - для напряжения при T_max и коэффициент безопасности 1,0 - для напряжения при T_m (это уже само по себе является коэффициентом запаса).

Для фактических расчетов обоснованно предполагают допустимое расчетное напряжение и ожидаемый срок службы t_o, определяемые при постоянном воздействии на трубу напряжения и температуре T_o = 70 °C, а также t_max при и T_max = 80 °C, t_m при и T_m = 95 °C.

Ожидаемые сроки службы t_i определяют графически или вычисляют по формулам, приведенным в ISO/TR 9080.

Коэффициенты a_i составляют 98%, 2% и 0,0228% соответственно. Заменяя эти значения и значения для t_i (подстрочный индекс "i", обозначающий три компонента температурной кривой) в формуле (1), получают значение TYD.

Максимальное время, в течение которого можно эксплуатировать трубу, составляет .

Если время t_x более или менее требуемого (в данном случае 50 лет), то рабочее напряжение может быть выше или ниже. Выбор нового рабочего напряжения требует полного пересчета, пока не будет найдено правильное значение t_x с помощью последовательных приближений.

Практику последовательных приближений легче проводить с помощью компьютера. Электронная таблица является удобным инструментом, особенно когда можно рассчитать ожидаемое время разрушения при разных температурах и кольцевых напряжениях с помощью модели, подобной приведенной в ISO/TR 9080.

Используя коэффициенты, описывающие lgt как функцию и T, с помощью алгоритма построения электронных таблиц можно легко получить t_x в качестве функции .

Используя для фактического расчета значения кольцевого напряжения для труб из полибутилена (ISO 1167 и ISO 12230), следует начинать, например, со значения и менять это значение на большее, если полученное время t_x слишком большое, и наоборот. Значения для t (t_o, t_max и t_m) получены с использованием уравнений, приведенных в ISO 12230. При вычислениях за единицу времени принимают час как общепринятую единицу измерения на диаграммах кольцевых напряжений. Конечный результат значения времени преобразуют в год.

В таблице A.1 приведены расчеты нескольких этапов. Для фактического расчета t_x используют больше десятичных разрядов, чем указано в таблице A.1.

По результатам вычисления установлено, что для соответствия требованиям 2-го класса по ISO 10508 расчетное напряжение труб из полибутена не должно превышать 5,04 МПа в течение срока службы 50 лет.

Окислительная стабильность полиолефинов в диапазоне от 60 °C до 120 °C, как правило, очень хорошо описывается уравнением Аррениуса:

где t - срок службы при окислении при температуре T;

T - температура, К;

A - постоянная для данной реакции;

E - энергия активации, Дж/моль;

R - универсальная газовая постоянная (приблизительно 8,32 Дж/моль·К).

Энергия активации, выявленная к настоящему времени для полиолефинов в диапазоне от 60 °C до 120 °C, составляет примерно 110 кДж/моль.

В ISO/TR 9080 коэффициент экстраполяции по времени K_e = 50 применяют в диапазоне от 110 °C до 70 °C или 75 °C, что эквивалентно энергии активации 107 кДж/моль или 125 кДж/моль. Коэффициент экстраполяции для экстраполяции во времени на один год при температуре 110 °C соответствует K_e, год, при более низкой температуре, где K_e - коэффициент экстраполяции, зависящий от разности температур.

Рекомендуется использовать значение энергии активации, равное 110 кДж/моль, если экспериментальные данные не указывают на иное. Это представляет собой консервативный (безопасный) подход.

По формуле (B.1) вычисляют коэффициенты экстраполяции при различных температурах (чтобы более точно определить разность температур, например от 110 °C до 70 °C). Когда экспериментально определяют окислительную стабильность в конкретной контрольной точке, например 110 °C, умножение на эти коэффициенты экстраполяции приводит к ожидаемой окислительной стабильности для каждой более низкой температуры. Данные сроки эксплуатации могут быть включены в формулу Майнера, что позволяет рассчитать ожидаемую окислительную стабильность для данного температурного профиля.

Поскольку все указанные сроки службы пропорциональны окислительной стойкости в контрольной точке, результат, полученный по правилу Майнера (расчетный срок службы для температурного профиля), также пропорционален t_110°C. Таким образом, конечным результатом является коэффициент экстраполяции для профиля, а срок службы трубы или фитинга при окислении для профиля равен сроку службы при окислении при 110 °C, умноженному на коэффициент экстраполяции для этого профиля.

Следовательно, при использовании коэффициента экстраполяции по окислению, который составляет более 50 лет, срок службы при окислении для соответствующего температурного профиля превысит 50 лет (стандартное требование к сроку службы при температуре 110 °C составляет один год). И наоборот, при использовании коэффициента экстраполяции по окислению, который менее 50, необходим срок службы при температуре 110 °C более одного года для расчетного срока в 50 лет.