لوله پلی اتیلنی و انواع آن (بخش اول)

یکی از بزرگترین موارد مصرف آنها در تولید لوله ها می باشد که بدلیل اهمیت بالای آنها در این مقاله به انواع لوله های پلی اتلنی پرداخته می شود. جهت اشنایی بیشتر با خواص و کاربردهای انواع پلی اتیلن ها، می توانید به مقاله انواع گریدهای پلی اتیلن مراجعه کنید.

لوله پلی اتیلن دارای مزایایی همچون سهولت بارگیری، حمل و نقل آسان به دلیل وزن نسبتا پایین، نصب سریع و آسان ، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر سایش , مقاومت و واکنش عالی در برابر مواد شیمیایی , جریان پذیری عالی سیال در داخل لوله، اتصال پذیری راحت، انعطاف پذیری بسیار بالا و دارا بودن اتصالات متنوع می باشد. 

به همین دلیل استفاده از این لوله ها روز بروز در حال افزایش می باشد. یکی از مهمترین فاکتورها در جایگزینی لوله های فولادی با لوله های پلی اتیلنی، ویژگی نفوذ پذیری آنها در برابر مواد شیمیایی می باشد، مطابق تحقیقات صورت گرفته در آزمايشگاه تحقيقات مهندسي و محيط زيست دانشگاه بركلي كاليفرنيا، لوله های پلی اتیلن دارای 15درصد مقاومت نفوذ پذيري بهتر در برابر مواد شیمیائی آلی و غیرآلی در مقایسه با فلزات دارند که عملکرد آنها را تحت تاثیر قرار داده است.

عوامل مختلفی بر کیفیت لوله های پلی اتیلن اثرگذار هستند که از مهمترین آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
-    عامل مواد اولیه : نوع رزین – افزودنی (میزان و یکنواخت اضافه شدن آن) – تقویت کننده (مثل پلی اتیلن تقویت شده با الیاف شیشه)
-      فرآیند تولید : این بخش از تولید به ماشین آلات و مهارت پرسنل فنی نیز بستگی زیادی دارد
-    عامل محیطی : کاربرد لوله پلی اتیلن ( لوله آب یا فاضلاب و حتی برای چه نوع مصرفی آب صنعتی و یا ..)
-    پرتو فرابنفش : کاربردهای خاص (امواج رادیواکتیو – امواج مغناطیسی) – اثرات میکروبیولوژی
-    عامل تنشی : دما (در استاندارد عمر لوله پلی اتیلن با فرض دمای 20 درجه 50 سال تعیین شده است. در جایی که دما 20 درجه نیست عمر لوله پلی اتیلن متفاوت خواهد بود. منظور از دما دمای سیال است نه محیط. اگر لوله پلی اتیلن روی زمین باشد دمال سیال با محیط یکی است ولی اگر زیر، زمین باشد دمای سیال کمتر از محیط است)
-    نوسانات دمایی : (درلوله فاضلاب نوسانات دمایی داریم ولی در لوله های آب نداریم که این نوسان دمایی موجب فرسوده شدن لوله می گردد) 
-    بار استاتیک : یا بار مرده (لوله‌ای که در زیر خاک قرار دارد به اندازه وزن خاک به آن فشار وارد می شود اگر لوله تحت فشار سیال هم باشد، این دو فشار تاحدودی اثر هم را خنثی می کنند در غیر اینصورت لوله آسیب می بیند) 
-    باردینامیکی : یا بار ترافیکی (اگر لوله از مسیری رد شود که ماشین تردد می کند فشار وارده بر آن بیشتر خواهد بود, تحمل این فشار برای لوله های فاضلابی که فشار سیال ندارد مشکل خواهد بود)
-    شکاف و خراش
-    جوشها: (عمده اتصال‌ها جوش لب به لب است. اگر دما از حدی بیشتر شود بر روی عمر لوله تاثیر خواهد گذاشت و سیستم در محل جوش دچار مشکل خواهد شد)

انواع لوله پلی اتیلن
لوله های پلی اتیلن را در چند دسته بندی کلی می توان طبقه بندی نمود:
•    لوله پلی اتیلن تک جداره
•    لوله پلی اتیلن دوجداره کاروگیت
•    لوله های آبیاری
•    PEX
•    PERT

لوله پلی اتیلن تک جداره
لوله پلی اتیلن تک جداره، از جمله لوله‌های پلیمری است كه مي‌توان از آنها در فشارهاي بين 2 تا 40 بار، با قطرهاي مختلف استفاده کرد.

ويژگي‌هاي منحصر بفرد لوله‌هاي پلي اتيلني نسبت به انواع ديگر لوله، منجر رشد سریع استفاده از اين محصول در شبكه‌هاي انتقال و توزيع آب رسانی و گاز رسانی  نسبت به ديگر موارد شده است.

( لوله های تک جداره بنا به استاندارد داخلی isiri 14427 -1,2 برای آب رسانی و IGS-M-PL-014-1(3) برای گازرسانی مورد استفاده قرار می گیرد.)

به گونه ای که در پنجاه سال گذشته اين صنعت با پيشرفت هایی که در زمينه توليد انواع لوله های پلی اتیلن و اتصالات پلی اتیلن کرده است خود را به عنوان جايگزين مناسبی برای لوله های فلزي،PVC ، GRP و چدنی مطرح نموده است و توانسته است در اکثر موارد به عنوان جايگزين اين قبيل لوله ها خود را مطرح نمايد.

این نسل از لوله ها در طبقه بندی لوله های پلی ااتیلن در دسته  PE 40,32 , 80 ,100قرار دارند.  عدد مشخصه ذکر شده در گرید این پلی اتیلن ها، نوع ماده MRS گفته می‌شود که عبارت است از حداقل مقاومت فشار داخلی مورد نیاز بعد از ۵۰ سال کارکرد در دمای سیال۲۰ درجه سانتیگراد است.

بالاتر رفتن عدد نشان دهنده بهبود بیشتر کیفیت محصولات تولیدی می‌باشد. به گونه ای که حداقل فشار داخلی برای PE 80 حدود 8 مگا پاسکال و برای PE100  حدود 10 مگا پاسکال گزارش شده است.

 بر این اساس است که در بسیاری از کشورها تلاش های زیادی  برای جایگزینی PE100 به جای PE80 صورت گرفته است.

در جدول زیر مقایسه خواص این دو گرید آمده است: 

مقادیر معمول بر روی ماده اندازه گیری شده است. این مقادیر نباید برای اهداف طراحی در لوله مورد استفاده قرار گیرد.

پلی اتیلن عمدتا برای خطوط گاز و آب دفن شده  ودر ساخت لوله ساختمانی، استفاده می شود.  برای این طیف وسیعی از کاربردها، پلی اتیلن به مواد غالب در مواد مختلف کشور تبدیل شده است.

از مهمترین ویژگی های آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- پلی اتیلن مقاومت  بسیار بالا نسبت به ضربه حتی در دماهای پایین نشان می دهد. رفتار مناسب پلی اتیلن در مقابل ضربه با انقباض زیاد برای شکستن، از مزایای مهم آن در بسیاری از برنامه های کاربردی است، مثلا در مناطقی که دارای خطر بالای زلزله است.

2- با توجه به ماهیت غیر قطبی پلی اتیلن به عنوان یک هیدروکربن با وزن مولکولی بالا، پلی اتیلن دارای مقاومت بالا در برابر حمله شیمیایی است. PE مقاومت مناسبی به اسیدها، قلیاها دارد. PE مقاوم در برابر اکسید کننده اسیدها، کتون ها، هیدروکربن های معطر و هیدروکربن های کلر دار است.

3- اگر پلی اتیلن در طول مدت زمان طولانی در معرض نور مستقیم خورشید قرار گیرد، مانند بسیاری از مواد طبیعی و پلاستیکی، توسط موج UV نور خورشید آسیب خواهد دید و همراه با اکسیژن در هوا، تحت فرآیند اکسیداسیون  تخریب می شود. از این رو است که اکثر لوله های پلی اتیلنی با افزودن کربن بلاک، در مقابل نور UV مقاوم می شوند.

4- لوله های پلی اتیلن را می توان در محدوده دما از -50 ° C تا +60 ° C.استفاده کرد. در دمای بالاتر، استحکام کششی و سختی مواد کاهش می یابد.

PE  ها دارای ضریب گسترش حرارتی خطی 0.15 تا 0.20 میلی متر بر متر مربع است که 1.5 برابر بیشتر از پی وی سی تا زمانی که این در هنگام برنامه ریزی نصب در نظر گرفته شود، هیچ مشکلی در این زمینه وجود ندارد.

هدایت حرارتی  0.38 W / m K است. از آنجا که خواص عایق حاصل شده است، سیستم لوله های PE به طور قابل توجهی نسبت به یک سیستم ساخته شده از فلز مانند مس، ارزان تر است.

5- پلی اتیلن متعلق به پلاستیک های قابل اشتعال است. شاخص اکسیژن به 17٪ می رسد. (مواد با 21٪ اکسیژن در هوا سوختگی در نظر گرفته می شود).

6- با توجه به جذب کم آب پلی اتیلن، خواص الکتریکی آن به سختی تحت تاثیر تماس آب پیوسته قرار می گیرد. با این حال، این خواص می تواند به علت آلودگی، اثرات رسانه های اکسیداسیون و یا هوای محیط به شدت کاهش یابد. مقاومت حجمی خاص آن> 1017 Ωcm است؛ قدرت دی الکتریک 220 کیلو ولت / میلی متر است.

کاربردهای عمده لوله های پلی اتیلن تک لایه:
•    شبکه های تامین آب شهری و روستایی
•    شبکه های فاضلاب شهری و روستایی
•    شبکه های زهکشی
•    سیستم های مایع و فاضلاب صنعتی
•    سیستم های آبیاری تحت فشار (سیستم آبیاری قطره ای و آبیاری)
•    حرکت سیستم های آبیاری
•    کابل کشی کابل / پوشش فیبر نوری
•    پوشش کابل برق
•    پوشش لوله های فلزی
•    کانال های تهویه
•    گازرسانی  ( با نوار زرد مشخص می شود .)

نوار قطره ای و لوله قطره ای (لوله های آبیاری )
این دسته از لوله ها را می توان زیر مجموعه ای از لوله های تک لایه در نظر گرفت ولی با توجه به ماهیت پر کاربرد آنها در دسته بندی مجزا بررسی می شود. این لوله ها بر اساس استاندارد ISO 9261: 2004 برای اهداف آبیاری می باشد.

لوله های پلی اتیلن با ضخامت کم (کامپاندی از جنس LDPE) لوله های آب را در اطراف یک سیستم آبیاری از منبع آب تا لوله های میکرو (یا فیدر) برای تحویل به فرستنده ها فراهم می کنند.

مناسب برای نصب و راه اندازی زمین، لوله های تحویل معمولا بسیار انعطاف پذیر نیست و بنابراین اتصالات را می توان برای هدایت جریان لوله در اطراف گوشه استفاده می شود.

استفاده از اتصالات خاردار برای لوله های تهیه شده به عنوان آنها یک مهر و موم و بدون انبساط فراهم می کند که به معنی فشار آب را در معرض خطر نیست.

سیستم آبیاری قطره آب را به هر گیاه از طریق یک نوار پلی اتیلن نازک (یا لوله) با سوراخ های کوچک به طور مرتب فاصله می گیرد، که به نام فرستنده ها نامیده می شود.

انتخاب نوار قطره باید بر اساس فاصله امیتر و جریان جریان باشد. فاصله ی معمولی برای سبزیجات 12 اینچ، اما 8 اینچ یا 4 اینچ قابل قبول است.

در صورتی که یک فاصله بزرگتر از حد مجاز (18 اینچ) در خاک های شنی استفاده می شود، ممکن است بخش های خشک خاک ممکن است بین فرستنده های متوالی ایجاد شوند.

جریان جریان به صورت جریان کم (<20gal / 100ft / hr)، جریان متوسط (20 تا 30 گال / 100ft / hr) و جریان بالا (> 30 gal / 100ft / hr) طبقه بندی شده است و یک سیستم آبیاری قطره ای کامل شامل یک واحد کنترل سر، خطوط اصلی و زیرین، هیدرنت ها، منیفولدها و خطوط جانبی با قطره چکان است.

انواع لوله‌های پلی اتیلن آبیاری

لوله پلی اتیلن با دانسیته بالا HDPE Pipe
لوله‌های اصلی و نیمه اصلی در شبکه‌های آبیاری تحت فشار از این نوع لوله‌های پلی اتیلن می‌باشند که تا سایز 110 لوله‌ها به صورت کلاف تولید می‌شوند و لوله‌های کلاف هزینه جوشکاری و اتصال را به صورت قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهند.

لوله های پلی اتيلن آبیاری از سايز 16 الی 2000 ميليمتر، با فشار کاری 2 تا 40 بار با مواد HDPE-PE100 تولید می‌شوند. طول عمر این لوله‌های پلی اتیلن آبیاری به دلیل استفاده از مواد اولیه مناسب بسیار بالا بوده و برای مدت 100 سال کار مداوم در خطوط اصلی و فرعی شبکه‌های آبیاری قابل استفاده می‌باشند.

لوله پلی اتیلن با دانسیته پائین LDPE Pipe
لوله‌های پلی اتیلن در قسمتهای آبده و در سیسستم‌ آبیاری قطره‌های با توجه به فشار کاری کم از لوله‌های پلی اتیلن با دانسیته پائین استفاده می‌شود و این لوله‌ها از سایز 16 الی 32 میلیمتر با فشارهای کاری 2.5 , 4 و 6  بار تولید می‌شوند.

طول عمر لوله پلی اتیلن آبیاری با دانسیته پائین به واسطه مواد اولیه تولیدی آنها و بنا به شرایط و محیط استفاده از 10 ال 15 سال می‌باشد.

نوار آبیاری پلی اتیلن Irrigation Tape
نوار آبیاری پلی اتیلن، لوله نواری دریپر سرخودی است که به سادگی و به سرعت نصب می‌گردد و از كارایی بالایی برخوردار می‌باشد. این لوله به گونه‌ای طراحی شده است كه روزنه‌های ورودی آب، لوله زیگزاكی كناری، دریپر، یك واحد منسجم را تشكیل می‌دهند.

آب از روزنه‌های ورودی آب به داخل لوله زیگزاكی كه برای پایین آوردن فشار خروجی آب پیش بینی شده است هدایت می‌شود.

نوار آبیاری جهت آبیاری قطره‌ای در زمین‌های کشاورزی و باغات و گلخانه‌ای جهت استفاده بهینه از منابع آبی بکار می‌رود.

استفاده از نوار آبیاری یکی از متداولترین روشها در چند سال اخیر به شمار می رود و در کشور ما نیز به لحاظ واقع شدن در مناطق خشک و بیابانی این روش با استقبال چشمگیری روبرو گردیده و کشاورزان این گزینه را مناسبترین مسیر جهت زیر کشت بردن زمینهای زراعی خود در مناطق خشک و بیابانی می‌دانند.

در روش آبیاری قطره‌ای و با استفاده از نوارهای آبیاری دریپر دار پلی اتیلن کل سطح خاک زیر کشت مرطوب نشده و از رویش علفهای هرز در اطراف محصولات کشاورزی جلوگیری می‌کند میزان هدر رفت آب در این روش تقریبا صفر می‌باشد چرا که آب کود و املاح معدنی موجود در آب مستقیما به ریشه رسیده و باعث مرطوب ماندن محیط رشد ریشه می‌شود.

نوار آبیاری تیپ (Tape)،مناسب آبیاری قطره ای کشت های متراکم، ردیفی، آبیاری قطره ای روی سطحی و زیر سطحی کم عمق است ولی برای آبیاری زیر سطحی عمیق،بهتر است از لوله های قطره چکان دار استفاده شود.

موارد استفاده از نوار آبیاری قطره ای به طور کلی عبارتند از:
•    گیاهان صنعتی مانند: چغندرقند، پنبه، نیشکر، ذرت، آفتابگردان، سویا، کلزا و …
•    صیفی جات و سبزیجات مانند : سیب زمینی، پیاز، هندوانه، خربزه، گوجه فرنگی، خیار، کدو، بادمجان، گل کلم، کاهو، فلفل، هویج و …
•    غلات مانند : گندم، جو، برنج و …
•    حبوبات مانند: عدس، نخود، انواع لوبیا، ماش، نخودفرنگی و …
•    باغات : درختان سیب پایه مالینک، اسمالینک، کیوی، نهال کاری، تاکستان ها، چای، جنگلکاری و درختانی که فاصله کشت آنها کمتر از ۳ متر در ردیف است.

دیگر انواع لوله های پلی اتیلنی در بخش دوم مقاله ارائه خواهد شد.

منبع: آریا پلیمر