Introduction
La pression à l’intérieur d’une canalisation de drainage minier est rarement aussi simple qu’un chiffre fixe.
Un tuyau minier en PEHD peut fonctionner à une pression relativement stable pendant plusieurs heures, puis subir un changement rapide lorsqu'une pompe démarre, qu'une pompe s'arrête, qu'une vanne change de position ou que le niveau d'eau dans le système change.
Le drainage minier en profondeur ajoute un autre facteur.
La différence d'altitude entre les points de pompage souterrains et la surface crée une pression d'eau statique. Le pompage ajoute ensuite une pression en plus de cette condition hydraulique.
En conséquence, différentes sections d’un même tuyau minier en PEHD peuvent subir des conditions de pression différentes.
Un tuyau situé près du fond d'une section verticale profonde peut être soumis à une pression statique beaucoup plus élevée qu'un tuyau situé près du point de rejet.
Pour les acheteurs miniers, c'est pourquoi la pression requise d'un tuyau minier en PEHD ne peut pas être déterminée simplement en regardant la plaque signalétique de la pompe.
La pression réelle le long du pipeline doit être comprise.
La pression de l'eau change avec l'altitude
La pression de l’eau augmente avec la profondeur en raison du poids de l’eau au-dessus.
Pour une colonne d’eau verticale, la relation hydrostatique peut être exprimée comme suit :
P=ρghP=\\rho gh
où PP est la pression hydrostatique, ρ\\rho est la densité de l'eau, gg est l'accélération gravitationnelle et hh est la hauteur d'eau.
La formule est simple.
L’élément important pour un tuyau minier en PEHD est ce qui se passe lorsque la différence d’élévation devient importante.
Un système de drainage minier peut déplacer l’eau d’un niveau souterrain profond vers la surface.
La section inférieure du pipeline peut donc subir une charge statique importante.
La pression de la pompe et la hauteur statique sont ensuite combinées dans le système d'exploitation proprement dit.
C'est pourquoi une spécification de canalisation basée uniquement sur la pression de refoulement de la pompe peut être trompeuse si le profil d'élévation n'est pas pris en compte.
La pression n'est pas la même partout
Un long tuyau minier en PEHD ne subit pas une pression uniforme.
Changements de pression le long du pipeline.
La pression à la station de pompage dépend de la pompe et des conditions locales.
À mesure que l’eau monte, l’élévation consomme la charge hydraulique.
La pression disponible plus loin dans le pipeline change donc.
Si le pipeline s’élève de manière significative, les sections inférieures peuvent subir une pression plus élevée.
Ceci est important lors de la sélection de la classe de pression.
Un tuyau adapté à une section ne convient pas nécessairement à une autre si les conditions de pression sont sensiblement différentes.
Cependant, dans de nombreux systèmes de drainage minier, l’utilisation de plusieurs classes de pression le long d’un même tracé peut ne pas être pratique. Le profil de pression complet doit donc être pris en compte avant de spécifier le tuyau minier en PEHD.
La pression interne modifie légèrement la forme du tuyau
Lorsque la pression de l’eau augmente à l’intérieur du tuyau minier en PEHD, la paroi du tuyau est poussée vers l’extérieur.
Le diamètre augmente légèrement.
Le mur subit également des contraintes circonférentielles.
Lorsque la pression chute, le tuyau retrouve ses dimensions antérieures.
Pour un tuyau rigide, cette déformation est relativement faible.
Le PEHD se comporte différemment car le polyéthylène est plus flexible.
Les données de référence PE100 donnent un module à long-terme d'environ 200 MPa et un coefficient de Poisson d'environ 0,45.
Ces propriétés influencent la façon dont le tuyau minier en PEHD réagit aux changements de pression interne.
Le tuyau ne reste pas absolument dimensionnellement fixe lorsque la pression change.
Il répond.
Cette réponse fait partie du comportement normal des tuyaux en PEHD.
Pourquoi la pression de fonctionnement normale n'est pas suffisante
Un système de drainage minier peut avoir une pression de fonctionnement normale, par exemple de plusieurs MPa.
C'est une information utile, mais elle ne représente pas nécessairement la pression maximale subie par la conduite minière en PEHD.
Une pompe peut démarrer.
Une vanne peut se fermer.
Le flux peut changer.
La pression peut temporairement dépasser la valeur de fonctionnement stable.
C’est la même raison pour laquelle les coups de bélier doivent être considérés séparément de la pression normale.
Les conseils PE100+ identifient le fonctionnement de la pompe et le fonctionnement des vannes comme causes potentielles de surpression et recommandent une analyse des surtensions lorsque les conditions transitoires sont importantes.
Par conséquent, un tuyau minier en PEHD doit être évalué par rapport à l’enveloppe de pression plutôt qu’à une lecture de jauge constante.
Le drainage minier en profondeur crée un problème de pression différent
Considérons une station de pompage souterraine située à une profondeur importante.
Le pipeline s'élève du niveau souterrain vers la surface.
La pompe doit surmonter le dénivelé.
La colonne d’eau elle-même crée une pression.
Cela signifie que la partie inférieure du système peut être exposée à une pression interne importante même lorsque le débit n'est pas extrêmement élevé.
C'est l'une des raisons pour lesquelles les systèmes de drainage minier nécessitent souvent des tuyaux miniers en PEHD à pression- plutôt qu'un tuyau de drainage ordinaire à basse pression-.
Le tuyau n’est pas choisi uniquement en fonction de la quantité d’eau qu’il transporte.
Elle est sélectionnée en fonction de la pression créée par le déplacement de cette eau dans la mine.
La pression et la capacité de débit des tuyaux sont différentes
Il est facile de manquer cette distinction.
Un gros tuyau minier en PEHD peut supporter un débit élevé tout en fonctionnant avec une perte de friction relativement faible.
Un tuyau plus petit peut nécessiter une charge hydraulique plus importante pour transporter le même débit.
Mais aucune de ces affirmations ne nous indique si la paroi du tuyau peut résister à la pression du système.
La capacité de débit dépend fortement du diamètre interne et de la résistance hydraulique.
La capacité de pression dépend de la résistance du matériau, de l’épaisseur de la paroi, du SDR, de la température et des conditions de conception.
Les deux sont liés par la géométrie physique du tuyau, mais ce ne sont pas la même propriété.
C'est pourquoi les spécifications d'un tuyau minier nécessitent à la fois un diamètre et une classe de pression.
La température modifie la capacité de pression
La température ne doit pas être ignorée lorsqu’on discute de la pression des conduites minières en PEHD.
Les propriétés de référence du PE100 sont généralement basées sur des conditions de test définies.
À mesure que la température augmente, le polyéthylène devient moins rigide et ses performances de pression admissibles à long terme peuvent diminuer.
Les directives PE100+ indiquent qu'un déclassement de pression peut être nécessaire à des températures élevées, en fonction de la norme applicable.
Pour le drainage minier souterrain, la température de l’eau peut rester relativement stable.
Les pipelines de surface peuvent subir une plage de températures beaucoup plus large.
Un long tuyau minier en PEHD exposé à la lumière directe du soleil peut atteindre des températures très différentes de celles de l’eau ou du sol environnant.
La spécification de pression doit donc correspondre à la plage de température de fonctionnement réelle.
Que se passe-t-il lorsque la pression chute soudainement ?
La réduction de la pression est une autre condition qui mérite attention.
Si une pompe s'arrête ou si les conditions de débit changent rapidement, la pression interne peut chuter.
Selon le système, la pression peut descendre en dessous de la pression atmosphérique dans certaines sections.
Maintenant, la direction du chargement change.
Au lieu que l’eau pousse vers l’extérieur contre la paroi du tuyau, la pression externe peut devenir plus importante.
Si les eaux souterraines entourent un tuyau minier enterré en PEHD alors que la pression interne chute de manière significative, le tuyau peut subir une condition de pression externe.
Cela relie la variation de pression à la résistance au flambage.
Un tuyau doit donc résister à la fois à une pression interne élevée et à des conditions inverses dans lesquelles le support interne est réduit.
Paramètres des tuyaux miniers en PEHD pour la sélection de la pression
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Paramètre |
Gamme/Référence typique |
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Diamètre nominal |
DN50–DN1200 |
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Classe de pression |
PN1.0–PN10 |
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Longueur standard |
9 m / 12 m |
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PE100 MME |
10 MPa |
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Résistance à la traction à la limite d'élasticité |
Environ . 23 MPa |
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Allongement à la rupture |
>600% |
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Module à long-terme |
Environ . 200 MPa |
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Coefficient de Poisson |
Environ. 0.45 |
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Coefficient de dilatation thermique |
Environ. 1.3 × 10⁻⁴/degré |
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Hazen-coefficient de Williams |
Environ. 150–155 |
Ce sont des propriétés de référence PE100. La classe de pression réelle et la pression de fonctionnement admissible d'un tuyau minier en PEHD spécifique doivent être tirées de ses spécifications de produit certifiées et de la norme de conception applicable.
Classe de pression et SDR
Pour les tuyaux PE100, le SDR est directement lié à l'épaisseur de la paroi par rapport au diamètre extérieur.
Un SDR inférieur signifie un mur plus épais.
Un SDR plus élevé signifie une paroi plus fine.
Les données de conception de référence PE100+ donnent des valeurs de pression de fonctionnement maximales typiques selon des hypothèses spécifiées, illustrant la relation entre le SDR et la capacité de pression.
Pour un acheteur de drainage minier, cela est plus utile que de simplement demander un « tuyau à paroi épaisse ».
La classe de pression doit être clairement définie.
Si le système nécessite PN10, la géométrie des tuyaux doit correspondre à la spécification PN10 applicable.
Si la pression requise est inférieure, un SDR différent peut fournir un diamètre interne plus grand pour le même diamètre extérieur.
Cela peut améliorer la capacité hydraulique.
Encore une fois, la pression et le débit sont reliés par la géométrie réelle du tuyau.
La station de pompage fait partie de l'environnement sous pression de la canalisation
Une conduite minière en PEHD ne doit pas être évaluée indépendamment de la station de pompage.
La pompe détermine la manière dont la pression est générée.
Les vannes déterminent la manière dont la pression peut changer.
Le profil d'élévation détermine la quantité de hauteur statique existante.
Le diamètre du pipeline détermine l’ampleur des pertes hydrauliques.
La paroi du tuyau détermine la manière dont le tuyau contient la pression résultante.
Ces composants forment un seul système.
Ceci est particulièrement important à proximité du refoulement de la pompe.
La première section du tuyau minier en PEHD peut subir des changements de pression rapides lorsque la pompe démarre ou s'arrête.
Le tuyau plus en aval peut subir la même onde de pression à un moment différent et avec des conditions de pression locales différentes.
C’est pourquoi les longues canalisations de drainage minier doivent être considérées comme des systèmes complets.
Quelles informations un acheteur doit-il fournir ?
Lors de la demande de tuyaux miniers en PEHD pour le drainage minier, plusieurs informations rendent la sélection beaucoup plus fiable.
Le DN requis est nécessaire.
La pression de service normale est nécessaire.
La pression maximale est encore plus importante.
Le débit requis est nécessaire pour vérifier la capacité hydraulique.
La longueur du pipeline et la différence d'élévation indiquent la charge hydraulique impliquée.
Les conditions de démarrage et d’arrêt de la pompe aident à identifier une éventuelle pression transitoire.
La méthode d'installation est importante car un tuyau enterré peut subir une pression externe du sol et des eaux souterraines.
La température de fonctionnement doit également être connue, en particulier pour les canalisations à surface exposée.
Ces détails permettent d'adapter le tuyau à la mine réelle plutôt que de le sélectionner à partir d'un seul numéro de pression.
Conclusion
La pression à l’intérieur d’un tuyau minier en PEHD n’est pas nécessairement constante.
Un drainage minier profond peut créer une charge statique importante en raison de l'élévation.
Les pompes ajoutent de la pression de fonctionnement.
Les arrêts de vannes et de pompes peuvent créer une pression transitoire.
La température peut modifier les performances de pression admissibles du matériau PE.
Une réduction soudaine de la pression peut même faire passer le problème de la pression interne à la pression externe.
Pour les tuyaux miniers PE100, MRS, SDR, l'épaisseur de paroi et la température de fonctionnement font tous partie de la conception de la pression.
C'est pourquoi un tuyau de drainage minier ne doit pas être sélectionné uniquement en demandant une taille DN ou en faisant correspondre la pression normale de la pompe.
Le tuyau doit être adapté à l’environnement sous pression complet.
Pour un acheteur minier, la spécification utile n’est donc pas simplement :
"Tuyau en PEHD pour le drainage minier."
C'est un tuyau avec unDN, classe de pression, épaisseur de paroi ou SDR, débit requis et conditions de fonctionnement.
Une fois ces conditions claires, le tuyau minier en PEHD peut être sélectionné comme un véritable pipeline sous pression plutôt que comme un simple tuyau en plastique d'un diamètre nominal.
Demander un devis pour tuyaux en PEHD
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Étape |
Processus |
Détails |
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1 |
Exigences d'envoi |
DN, pression, fluide, température de travail et application |
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2 |
Confirmation des spécifications |
Type de tuyau, qualité du matériau, pression nominale, épaisseur de paroi/SDR et connexion |
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3 |
Citation |
Prix, délais, conditions d'emballage et d'expédition |
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4 |
Commande et production |
Contrat, paiement et production |
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5 |
Inspection et livraison |
Contrôle qualité et expédition |
Pour les tuyaux miniers en PEHD, envoyez-nous :
DN + PN/SDR + Fluide + Température de fonctionnement + Méthode d'installation + Longueur du pipeline + Quantité
Pour les applications de drainage minier et d’assèchement, veuillez également fournir :
Application + Pression de service + Environnement d'installation
Pour les eaux de mine contenant des minéraux-, si disponibles :
Chimie de l'eau / pH + Température + Matières en suspension
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