مزاياي استفاده از لوله‌هاي پلي اتيلن نسبت به لوله‌هاي فولادي (کربن استيل)

آزمايشات عملي انجام شده انستيتو مواد مركب ساختاري (SCI) Structural Composites Incو آزمايشگاه مهندسي پلاستيك (PEL Plastics Engineering Laboratory،و انيسيتو پلاستيک پايپ PPI و اداره استاندارد صنعتي ايران كه همگي مراكز تحقيقاتي معتبر و صاحب نام مي‌باشند، نتايجي استنباط گرديده كه در زير مي‌آيد.

 جهت مقايسه منطقي در آزمايشات از مطلوب‌ترين جنس پلي‌اتيلن فشرده يعني نوع PE 100 به تصريح استاندارد AWWA C906 استفاده شده است.

اين مقايسه بر اساس ويژگي هاي اين دو نوع لوله گردآوري شده است و مقايسه بر اساس مشخصات ارائه شده سازندگان اين نوع لوله ها مي باشد که صرفنظر از استانداردهاي موجود بايد به عنوان مقايسه مورد توجه قرار گيرد.

مقدمه

لوله‌هاي پلي اتيلن سنگين (چگالي بالاHDPE) در حوزة وسيعي از خطوط لوله شهري، صنعتي، دريايي، حفاري، دفن زباله و کشاورزي به کار مي‌روند.

کاربرد مطلوب اين دسته از لوله ها در موقعيت هايي چون سطح زمين، حالت مدفون، شناور و سطوح زير دريا آزمايش و به اثبات رسيده است.

اين لوله ها قابليت انتقال آب آشاميدني، فاضلاب، موادشيميايي، دوغاب، و پسماندهاي خطرناک و گازهاي فشرده را دارند.

کاربرد لوله هاي پلي اتيلن

موارد استفاده از لوله هاي پلي اتيلن سنگين بدين شرح است:

- استفاده در شبکه هاي آبرساني شهري و روستايي
- استفاده در شبکه هاي فاضلاب شهري و روستايي
- استفاده در شبکه هاي گازرساني و زهکشي
- سيستم هاي مايعات و فاضلاب صنعتي
- شبکه هاي آبياري تحت فشار (قطره اي و باراني)
- سيستم هاي آبياري متحرک
- پوشش کابل هاي مخابراتي و فيبر نوري
- پوشش کابل برق
- پوشش لوله هاي فلزي
- به عنوان کانال هاي تهويه

مزاياي کلي لوله پلي اتيلن سنگين نسبت به لوله فولادي

- ارزاني قيمت
- حمل و نقل آسان به علت سبکي
- عدم خوردگي و زنگ زدگي
- يکنواختي ضخامت جدارة لوله ها
- صاف و صيقلي بودن جدارة داخلي و در نتيجه حداقل ته نشين شدن رسوبات
- قابليت انعطاف حتي در سرماي زير صفر
- نشکن و ترک برنداشتن در اثر و فشار خارجي
- توليد در سيستم متريک و غيره با قطرهاي متنوع و به طول هاي مورد نظر به صورت حلقه اي شکل
- عايق بودن در برابر حرارت
- سهولت طريقة اتصال آنها به هم؛ يعني نصب سريع و نياز کمتر به وسايل اتصال
- عدم لزوم ماشين آلات سنگين و حجيم جهت نصب و جوشکاري

ويژگي هاي لوله

اين لوله ها، به دليل عدم امکان نشت، فاسد شدن، لوله فلزي آبنصب آسان و مقاومت در برابر حرکت خاک و فشار، حدود نيم قرن است که مورد مصرف قرار مي گيرند. از طرفي چون پلي اتيلن ماده اي ويسکوالاستيک است و مثل تمامي ترموپلاستيک ها رفتار خزش از خود نشان مي دهد، بر اثر مرور زمان دچار تغيير شکل مي شود. چنين پديده اي حتي در دماي معمولي و فشار نسبتاً کم نيز صورت مي پذيرد و همانند ديگر پلاستيک ها، خواص مکانيکي پلي اتيلن به سه پارامتر زمان، حرارت و فشار وابسته است.

بنابراين در محاسبات مربوط به طراحي لوله ها، همواره مقادير خواص مکانيکي توسط آزمايشات طولاني مدت تعيين و الزاماً در يک فاکتور به نام فاکتور ايمني تقسيم مي شود در ادامه به بيان ويژگي هاي اين لوله ها مي پردازيم.

خزش و استحکام کششي

هنگاميکه لوله هاي پليمري تحت فشار بارهاي خارجي و داخلي قرار مي گيرند ،پس از مدتي مشخصه هاي مکانيکي آنها تغيير شکل مي يابد که اين پديده با نام خزش در لوله هاي پليميري از اهميت بالائي برخوردار مي باشد.

لوله هاي فولادي اصولا رفتار داکتيل دارند و مقاومت خزشي کمتري نسبت به گونه هاي ديگر لوله هاي مورد اشاره دارد برخلاف لوله فولادي، لوله‌هاي پلي‌اتيلن در مقادير تنش كششي دچار خزش مي‌شوند.در اينگونه موارد لوله فولادي از خود رفتار داکتيل نشان مي دهد و مي شکند .

هنگام كاهش سرعت بارگذاري روي لوله پلي‌اتيلن يا هنگامي كه لوله تحت بار ثابت براي مدت زمان طولاني قرار مي گيرد، مولكول‌ها فرصت جداشدن و آزاد شدن از يكديگر را دارند كه اين امر باعث تقليل تنش مورد نياز براي تغيير شكل و جلوگيري از عدم شکست مي شود که دامنه کاربرد آن را براي اجراي پروژه هاي زيرزميني با ريسک جابجائي زمين و يا ناصاف بودن آن ساده تر و کاربردي تر مي نمايد .هرچند تجارب سازندگان و پيمانکاران نشان مي دهد لوله هاي پلي اتيلن در اينمورد از خود مقاومت بيشتري را نشان مي دهد و با توجه به مولفه هاي شيميائي مورد استفاده در مواد اوليه آن مي تواند خزش بيشتري را قبل از پارگي تحمل نمايد.

رويه آزمون‌هاي استاندارد خزش در استاندارد انجمن امريکايي آزمون و مواد ASTM E139 آورده شده‌است.

بارگذاري خمشي و مقاومت فشاري

مستقيم‌ترين روش جهت اندازه‌گيري مقاومت لوله مقابل فشار، تست هيدرواستاتيك است. تمامي لوله‌هاي پلي اتيلن كه تا مرحله شكست تحت فشار قرار گرفتند فقط دچار ترك به طول 37 تا 100 سانتيمتر شدند.

افزايش دائمي قطر نمونه‌هاي پلي‌اتيلن پس از آزادشدن فشار داخلي و پايان تست در جدول 1 آمده است. لوله هاي پلي اتيلن مي تواند تا فشار 10mpa را تحمل نمايد و در برابر تغييرات زمين شناسي و زلزله بسيار مقاوم مي باشد .ولي لوله هاي فولادي در برابر اين تغييرات بسيار شکننده هستند.

سازگاري با محيط زيست

توليد لوله هاي پلي اتيلن هيچگونه آثار زيست محيطي ندارد و لوله هاي پلي اتيلن نيز در مقابل حمله ميکرو ارگانيسم ها مقاوم مي باشند چراکه پلي اتيلن ماده تغذيه کننده اي براي آنها نمي باشد.

با توجه به ترکيب اکسيژن با هوا و زنگ زدگي لوله هاي فولادي اين نوع لوله ها مي تواند به محيط زيست صدمه بزند ولي لوله هاي پلي اتيلن به عنوان لوله هاي دوستدار محيط زيست قلمداد مي شوند .

مقاومت در برابر مواد شيميائي

پلي اتيلن ها خانواده اي از گرمانرم ها (ترموپلاستيک ها) هستند که از طريق پليمريزاسيون گاز اتيلن به دست مي آيند. اين پليمريزاسيون تحت فشار و دماي بالا و در حضور کاتاليست هاي فلزي انجام مي شود.

تحت اين شرايط، مولکول هاي اتيلن به زنجيره هايي به طول 50 تا 50000 واحد تبديل مي شوند و گاز اتيلن به يکداخل لوله کربن استيل مادة جامد سفيد کريستالي تغيير حالت مي دهد.

پلي اتيلن شامل ساختار بسيار ساده اي است، به طوري که ساده تر از تمام پليمرهاي تجاري است. يک مولکول پلي اتيلن زنجير بلندي از اتم هاي کربن مي باشد که به هر اتم کربن آن دو اتم هيدروژن چسبيده است.

پلي اتيلني که تعداد زنجيره هاي جانبي آن کم و طول آنها کوتاه باشد، پلي اتيلن سنگين (پلي اتيلن خطي) ناميده مي شود. در اين حالت هيچ شاخه اي در مولکول وجود ندارد.

پلي اتيلن خطي سخت تر از پلي اتيلن شاخه اي است، اما پلي اتيلن شاخه اي آسانتر و ارزانتر ساخته مي شود. شکل اين پليمر کريستالي است. پلي اتيلن خطي محصول نرمالي با وزن مولکولي 200000 تا 500000 گرم است که آن را تحت فشار و دماهاي نسبتاً پايين پليمريزه مي کنند.

چگالي آن بين 941/0 تا 965/0 گرم بر سانتي متر مکعب است و آن را بيشتر به وسيلة فرايند پليمريزاسيون، که زيگلر ناتا ناميده مي شود، تهيه مي کنند.

تفاوت هاي خواص پلي اتيلن نوع سبک و سنگين به اندازه اي زياد است که کاربردهاي آنها را کاملاً متفاوت مي کند و مي توان آنها را از دو خانوادة گوناکون فرض کرد.

لوله هاي پلي اتيلن از مقاومت قابل توجهي در مقابل مواد شيميائي آلي و غيرآلي برحوردار مي باشد از اين منظر لوله هاي در يك تحقيق كه بوسيله آزمايشگاه تحقيقات مهندسي و محيط زيست دانشگاه بركلي كاليفرنيا انجام شده است گزارش شده كه 15 درصد لوله‌هاي فولادي نفوذ پذيري داشته‌اندو اصولا در برابر مواد شيميائي مقاومت ندارند و نياز به مقاوم سازي دارند. اين در حالي است كه پلي اتيلن در مقابل مواد شيميائي مقاومت دارد.

شرايط بسترسازي

شرايط بستر در مورد لوله هاي فولادلوله فولادي خرابي بسيار مهمتر از لوله پلي اتيلن مي‌باشد. بستر مناسب براي كنترل اعوجاج كه تنها معيار طراحي لوله هاي فولادي در مقابل بارهاي خارجي است مورد نياز است.

استاندارد كارگذاري لوله هاي فولادي بيان مي‌دارد كه بستر لوله آماده سازي گردد. بنابراين خاك اطراف لوله بايد بقدري فشرده باشد كه نيروهاي جانبي را به صورت كاملاً يكنواخت به لوله اعمال ننمايد.

همچنين خاك بايستي عاري از هرگونه مواد آلي باشد. كف بستر بايد مسطح و عاري از سنگ‌هاي بزرگ و كلوخه باشد چون اين سنگ‌ها باعث كاهش استحكام در اثر ايجاد سايش و خراش لوله مي‌گردند. لازم به يادآوريست بسياري از اين تمهيدات در عمل فراهم نمي‌گردد.

برعكس بدليل استحكام ذاتي لوله هاي پلي اتيلن كف مسطح بدون خاك‌ريزي يا كف مسطح با خاك ريزي سبك براي بسياري از كاربردها در مورد لوله هاي پلي اتيلن كافي است. هرچند عدم رعايت اين توع ترانشه گذاري نيز مشکلي براي لوله هاي پلي اتيلن فراهم نمي نمايد.

استفاده از تكيه‌گاه (Saddle) براي نصب شير

استاندارد هاي موجود استفاده از Saddle را براي شيرگذاري اجباري كرده است. برعكس استفاده از Saddle براي لوله‌هاي پلي اتيلن در مصارف معمولي غيرضروري است.

اتصالات و قطعات

اتصال پذيري لوله پلي اتيلن ، ارزانتر و سريعتر از لوله فولادي است. چون سريعتر آب بندي مي شود و نشتي ندارد و سرعت پروژه را افزايش مي دهد با استفاده از مواد پلي اتيلن امکان ساخت انواع اتصالات وجود دارد که با استفاده از انواع روشهاي جوشکاري مي تواند خط لوله مطمئني را طراحي و اجرا نمود .

بررسي اتصالات لوله

اتصالات اين دسته از لوله ها با توجه به کاربردهاي گوناگون شان متفاوت است. اتصالات الکتوفيوژن براي پروژه هاي گازرساني و اتصالات پيچي براي پروژه هاي آبرساني تا فشار 10 اتمسفر استفاده مي شود. براي بقية پروژه ها از اتصالات جوشي پلي اتيلن طبق استاندارد DIN 16963 آلمان استفاده مي شود. فاضلاب خانگي از قوانين اشاره شده تبعيت نمي کنند.

ويژگي اتصالات اين لوله ها بدين شرح است:

- مقاومت بسيار خوب اتصالات پلي اتيلن در برابر شکستگي و ترک خوردگي ناشي از فشارهاي خارجي
- مقاومت بالا در مقابل فشار و ضربه
- مقاوم در برابر مواد شيميايي
- مقاوم در برابر خوردگي و ساييدگي
- مقاومت عالي در برابر ارتعاشات ناشي از زلزله
- مقاوم در برابر زنگ زدگي
- صاف و صيقلي بودن جدارة داخلي و خارجي
- عدم رسوب گيري و افت فشار بسيار کم ناشي از اصطکاک سطح داخلي
- انعطاف پذيري بالا، هزينة بسيار پايين نصب و اجرا، سرعت اجرا و عدم نياز به ماشين آلات سنگين در زمان اجراي خطوط لوله هاي پلي اتيلن

شناوري و اجراي پروژه هاي دريائي

لوله پلي‌اتيلن روي آب شناور مي‌شود. بنابراين هنگامي كه احتمال آمدن سيل در بستر لوله مي‌رود يا سطح آب‌هاي زيرزميني در محل بالاست، تمهيدات خاصي بايستي انديشيده شود.

به اين منظور لوله بايستي مهار شود. اما لوله هاي فولادي با توجه به ماهيت وزن بالا امکان شناوري را ندارند و عملا استفاده هاي در پروژه هاي دريائي ندارند .(بصورت غرقابي استفاده مي شود).

اثر خراشيدگي

در مقايسه با لوله فولادي، پلي‌اتيلن ماده بسيار نرمتري است. بنابراين در مقابل خراش‌ها و ساير صدمات ايجاد شده در حين حمل و نقل کمتر آسيب‌پذيرتر مي‌باشد.

سهولت حمل و نقل

با توجه به مقاومت در برابر ضربه و سهولت بارگذاري و سهولت در جابجائي لوله هاي پلي اتيلن حمل و نقل اين نوع لوله ها بيشتر بوده و درصد از بين رفتن لوله در اثر حمل و نقل صفر بوده و اين نوع لوله ها ضايعات حمل و نقل ندارد.

ضمنا با توجه به وزن کمتر لوله هاي پلي اتيلني هزينه حمل آن بسيار کمتر از نمونه هاي فولادي است.

منبع: پارس اتیلن کیش

ویکی پلاست | توسعه ارتباطات، افزایش اطلاعات