ABS Piping Australian Presentation (0)

A  Course  In the Design of ABS Piping
Our Objectives 
Presented by  Geoffrey  D Stone FIMechE C.Eng
http://waterhammer.hopout.com.au/
  Provide  an insight into what piping 
designers need & expect
  Define  the  role  of the  supplier  & designer
 Learn some fundamentals of piping design
 Discover  failure   analysis  techniques
  Share   experiences  of problems
A Course In the Design of ABS Piping
What We  Shall  Look at This Week
 ABS  Material  Properties
 Thermoplastic  Pipe  Design
 Waterhammer Analysis
  Typical  Applications of ABS  Pressure  Pipe
 Some Anticipated  Events
Stages of the Design  Process
 Representation-Drawings & Specification
 Calculation- Engineering  & Assumptions
 Visualisation-Presentation of Information
 Validation- Testing  & Commissioning
Role of the ABS Pipe Supplier
What the Customer Expects
Avoid the  following :
 Material Properties
 Accept design risk for a  sale
 Design Criteria
 Accept MTO risk
 Design Guidance
What you should do
 Material take off (MTO)
 Provide only accurate 
 Applicable Standards
information
  Final  Inspection
 Take photographs or 
records on site visits
 Your company to take 
the design risk!!!
  Insist  on client drawings 
design assistance  required
 Advise that inspections do 
NOT infer responsibility
ABS Material Properties
  Modulus
 Temperature 
 Hoop  stress
Variation  
 Ring Bending  Strain
 Design Life
 Creep
 Toxicity & Taint
 Stiffness
 Abrasion Resistance
 Chemical Resistance
  Ultraviolet  
Resistance
Modulus
 Published as 
 Strain  rate  & loading 
2200MPa at 20ºC 
changes  modulus 
(instantaneous)
values  
  Resin  properties 
  Value  determined 
by ASTM test
change  modulus values
 Modulus affects 
– Standard dog 
wavespeed in surge 
bone test 
events
specimen
 Modulus important in 
–  Fixed  strain  rate
buried   pipeline  design
 Modulus is needed to 
 Modulus values at 
other  temperatures 
determine deflection 
and design life are 
and buckling from 
design loads
required for design
Determination of Modulus
1% Proportional  Limit
85% of Tangent Modulus
Properties of Materials
Hoop Stress
Ring Bending Strain
  Importance  of Strain Property
  Comparison  to other materials
– ABS 1%
– PE 4.0%
– PVC-U 1% 
– PVC-O 1.3%
–  Steel  & DICL Not  relevant
– GRP 0.2 to 0.6 %
Stiffness AS 2566.1
ABS is classified as a rigid thermoplastic over its 
working  temperature range of -30º to 70ºC
Stiffness AS 2566.1
•2 year  value can be used where  soil   support  is  provided
•50 year value should be used in poor soils
Creep
 Variation of properties in time
 Long  Term  Loading/Stress Relaxation
  Reverse  Loading/Stress Magnitude
  Repetitive  Loading/ Fatigue
Creep Intermittent Loading
This is also 
known  as 
ratchet creep
The strain 
increases  
incrementally as 
the sample is 
loaded 
repetitively
Te
T mper
e
ature
The design temperature may  vary  due to :-
• Ambient  diurnal or seasonal temperature 
variations
•Flow rate affecting  heat  transfer
•Fluid temperature range
•Wind speed
•Installation ambient temperature
•Soil or air temperature
Design Life
 Design Life Criteria 50  years
 It does not mean  ABS has a 50 year life
 50 Years is an arbitrary  period  to provide 
comparative  data
 No  matter  how old it is ABS will still  
exhibit instantaneous properties when 
subjected to high rates of strain  such  as 
waterhammer or impact
To
T x
o icity & Ta
T int
a
 Complies with AS 4020
 Used for:-
 No heavy  metals
– Potable water
 No heavy metal 
–  Beer
stabilisers
– Food
 Test for taint with food 
– Caramel &  chocolate
stuffs  before  design 
–  Wine
– Creams
–  Grade  1  Medical  water
– Renal dialysis
– Electronics
Abrasion Resistance
  Size  distribution of  particles
 Concentration of solids by 
Some relationships predicting 
volume
wear in pipelines :
 Relative  density  of solids
Wear   Velocity  (2.5-4.5)
  Shape  of particles
E=6.1 dm^2.15*U^3.7
 Sharpness of particles
 Flow regime affects angle of 
Where  :- 
impingement, sliding bed etc
E= wear rate (at  bottom  of 
pipe, mm/year
 Temperature of fluid
dm = mean  particle  size, 
 Velocity of slurry
U= mean slurry velocity, 
 Chemical resistance
m/s
Chemical Resistance
 ABS  offers  high 
chemical resistance
 Chemical resistance 
charts are a  guide  only
 Contaminated fluids can 
be  highly  corrosive
 Stress test recommended
 Preferred material for 
sewage treatment 
processes
Ultra   Violet  Resistance
 ABS is suitable  for 
outdoor  installation
 Surface discolouration 
occurs only to a depth of 
25μm
 Structure of pipe 
wall  is not weakened
 Glossy appearance 
changes to  light  grey
  Maintenance  is 
reduced as  there  is 
no need to  paint  
Questions ?
Thermoplastic Piping Design
 Comparison to Steel
 Thermal: 
 Comparison with 
Expansion/Contraction
GRP
  Cold Cut &  Pull
 Codes & Standards
 Unsustained Loads
 Hydraulic Analysis
– Wind
  Selection  of Pipe 
– Earthquake
Class
–  Ship Pitch & Roll
 Fittings Class
– Vibration
 Piping  Layout
 Buried Pipeline Design
Thermoplastic Piping Design
Comparison with Steel
Steel Piping
 International and national standards define the design, fabrication, 
installation and testing clearly for  different  industries and processes
 Codes require  design for  primary  and secondary stress in static and 
dynamic   modes not just hoop stress
 Material properties are defined for steel but are tenuous for 
thermoplastics
 Properties isotropic
 Manufacturer independent of design
 Thermal strain limited