لوله های پلی اتيلن سنگين

لوله های پلی اتيلن سنگين چگالي بالا در حوزه وسيعي از خطوط لوله شهري، صنعتي، دريايي، حفاري، دفن زباله و كشاورزي به كار مي روند. كاربرد 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 خطرناك و گازهاي فشرده را دارند. استفاده از لوله هاي پلي اتيلن در صنايع نفت و گاز سابقه اي طولاني دارد و در مقايسه با ساير لوله ها كمترين ميزان تعمير و نگهداري را براي توزيع گاز شهري دارند. در گذشته به دليل مسائل مربوط به نگهداري آنها در برابر خوردگي و آثاري كه به مرور در نتيجة خوردگي ناشي از كلر موجود در آب در لوله هاي پلي اتيلن به وجود مي آمد ازاين لوله ها در شبكه هاي آبرساني استفادة چنداني نمي شد؛ اما امروزه اين نقيصه ها در لوله هاي پلي اتيلن سنگين برطرف شده است و استفاده از اين لوله ها در شبكه هاي آبرساني رو به رشد است

بررسی ساختار شيميايی لوله پلی اتیلن

ايـن پليمريزاسـيون تحـت فشـار و دمـاي بـالا و در حضـور كاتاليسـت هـاي فلـزي انجـام مـي شـود. تحـت ايـن شرايط، مولكول هاي اتيلن به زنجيره هايي بـه طـول 50تـا 50000واحـد تبـديل مـي شـوند و گـاز اتـيلن بـه يـك مـادة جامد سفيد كريستالي تغيير حالت مي دهـد. پلـي اتـيلن شـامل سـاختار بسـيار سـاده اي اسـت، بـه طـوري كـه سـاده تـر از تمام پليمرهاي تجاري است. يك مولكول پلي اتيلن زنجيـر بلنـدي از اتـم هـاي كـربن مـي باشـد كـه بـه هـر اتـم كـربن آن دو اتم هيدروژن چسبيده است. پلـي اتيلنـي كـه تعـداد زنجيـره هـاي جـانبي آن كـم و طـول آنهـا كوتـاه باشـد، پلـي اتـيلن سنگين (پلي اتيلن خطـي) ناميـده مـي شـود. در ايـن حالـت هـيچ شـاخه اي در مولكـول وجـود نـدارد. پلـي اتـيلن خطـی سخت تر از پلي اتـيلن شـاخه اي اسـت، امـا پلـي اتـيلن شـاخه اي آسـانتر و ارزانتـر سـاخته مـي شـود. شـكل ايـن پليمـر كريســتالي اســت. پلــي اتــيلن خطــي محصــول نرمــالي بــا وزن مولكــولي 200000تــا 500000گــرم اســت كــه آن را تحت فشـار و دماهـاي نسـبتاً پـايين پليمريـزه مـي كننـد. چگـالي آن بـين 0/941تـا 0/965گـرم بـر سـانتي متـر مكعـب اسـت و آن را بيشـتر بـه وسـيلة فراينـد پليمريزاسـيون، كـه زيگلـر ناتـا ناميـده مـي شـود، تهيـه مـي كننـد. تفـاوت هـاي خواص پلي اتيلن نـوع سـبك و سـنگين بـه انـدازه اي زيـاد اسـت كـه كاربردهـاي آنهـا را كـاملاً متفـاوت مـي كنـد و مـي
توان آنها را از دو خانوادة گوناكون فرض كرد

ويژگی لوله پلی اتیلن

لوله های پلی اتیلن به دليل عدم امكان نشت، فاسد شدن، نصب آسان و مقاومت در برابر حركت خاك و فشار، حدود نيم قرن است كه مورد مصرف قرار مي گيرند. از طرفي چون پلي اتيلن ماده اي ويسكوالاستيك است و مثل تمامي ترموپلاستيك ها رفتار خزش از خود نشان مي دهد، بر اثر مرور زمان دچار تغيير شكل مي شود. چنين پديده اي حتي در دماي معمولي و فشار نسبتاً كم نيز صورت مي پذيرد و همانند ديگر پلاستيك ها، خواص مكانيكي پلي اتيلن به سه پارامتر زمان، حرارت و فشار وابسته
است. بنابراين در محاسبات مربوط به طراحي لوله ها، همواره مقادير خواص مكانيكي توسط آزمايشات طولاني مدت تعيين و الزاماً در يك فاكتور به نام فاكتور ايمني تقسيم مي شود. در ادامه به بيان ويژگي هاي اين لوله ها مي پردازيم

مقاومت در برابر مواد شيميايي

لوله های پلی اتیلن در برابر محيط هاي اسيدي و بازي، همچنين بسياري از محلول ها و مواد شيميايي مقاوم اند.

وزن كم

لوله های پلی اتیلن داراي وزن كمتري نسبت به انواع لوله هاي فولادي، چدني و بتني اند كه باعث سهولت حمل،
بارگيري و نصب آسان لوله و اتصالات می شود

استحکام وانعطاف پذیری بالا قابليت تحمل تنش: استحكام و قابليت تحمل تنش هاي كششي و فشاري و انعطاف  پذيري بالاي اين لوله ها به كاربر امكان حمل و نصب لوله و اتصالات را در اجراي انواع پروژه هاي صنعتي مي دهد.

عدم نشت

لوله های پلی اتیلن به دليل دارا بودن ويژگي عدم نشت، گزينة مناسبي براي انتقال گاز هستند و از طرفي باعث
كاهش تلفات و هزينه ها در پروژه هاي آبرساني مي شوند.
مقاوم بودن در برابر ضربه: مقاومت بسيار بالاي اين لوله ها در مقابل ضربه نياز به كارگيري فشارهاي بالاتر لوله و اتصالات و خريداري تجهيزات ضد ضربه را منتفي مي كند. اين خاصيت در پروژه هاي بزرگ صنعتي باعث سهولت اجرا و كاهش بسيار زياد هزينه هاي اجرا مي شود، ضمن آنكه ضايعات اجرا را به ميزان صفر كاهش مي دهد. اين عامل مي تواند دليل بسيارز موجهي براي جايگزيني لوله و اتصالات پلي اتيلن سنگين با انواع لوله هاي بتني باشد.

رسوب ناپذيري

لوله های پلی اتیلن به دليل صيقلي و صاف بودن و داشتن زبري بسيار پايين سطح داخلي لوله، سيالات درون آن جريان
سريعي دارند.

مقاوم بودن در برابر سايش

لوله های پلی اتیلن مقاومت بالايي در مقابل ساييدگي دارد. بنابراين انتخابي خوب براي انتقال مايعات داراي مواد جامد غير محلول است.

مقاوم در برابر حمله جوندگان و ريز جاندارها

به دليل فقدان ارزش غذايي و سختي سطح لوله و اتصالات، جوندگان نمي توانند به آنها آسيبي برسانند.

عدم نياز به پوشش و حفاظت كاتدي

اين لوله ها به علت مقاومت در برابر زنگ زدگي و خوردگي نيازي به پوشش و حفاظت كاتدي ندارد.

داشتن عمر طولاني

لوله های پلی اتیلن داراي دورة مصرف طولاني است. نكته اي كه بايد همواره در مباحث عمر مفيد بدان توجه كرد، كيفيت و نحوة نصب و كارگذاري لوله است. تمامي سازه هاي مدفون به نوعي بخشي از ساختار خاك محسوب شده، لذا نيروهاي وارده را با برهمكنشي كه با يكديگر دارند، تحمل مي نمايند. در نتيجه نصب بي دقت لوله، مي تواند باعث عملكرد ضعيف آن در بستر خاك شود.

• مقاوم در برابر حلال هاي آلي
• مقاوم در برابر سرما و گرماي شديد
• سهولت در نصب و اجراي سريع و حمل و نقل آسان
• امكان استفاده از انواع اتصالات

کاربرد لوله ها پلی اتیلن

موارد استفاده از لوله هاي پلي اتيلن سنگين بدين شرح است

• استفاده در شبكه هاي آبرساني شهري و روستايي
• استفاده در شبكه هاي فاضلاب شهري و روستايي
• استفاده در شبكه هاي گازرساني و زهكشي
• سيستم هاي مايعات و فاضلاب صنعتي·شبكه هاي آبياري تحت فشار )قطره اي و باراني
• سيستم هاي آبياري متحرك
• پوشش كابل هاي مخابراتي و فيبر نوري
• پوشش كابل برق
• پوشش لوله هاي فلزي
• به عنوان كانال هاي تهويه

بررسي اتصالات لوله ها

اتصالات اين دسته از لوله ها با توجه به كاربردهاي گوناگون شان متفاوت است. اتصالات الكتوفيوژن براي پروژه هاي آبرسانی تا فشار10اتمسفر استفاده می شود.برای بقیه پروژه ها از اتصالات جوشی طبق استانداردDIN16963 آلمان استفاده می 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 شكستگي و ترك 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 كم ناشي از اصطكاك 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 پلی اتيلن
• مقايسة لوله های پلی اتیلن با ساير لوله ها

در اين بخش به مقايسة لوله هاي پلي اتيلن سنگين با چهار نوع ديگر لوله، كه داراي مصرف زيادي هستند، مي پردازيم

لولة پلي اتيلن سنگين و لولة بتني مسلح

اين دو لوله در موارد زير با هم مقايسه شده اند
فني و اجرايي
لوله پلي اتيلن سنگين به دليل داشتن وزن كمتر نسبت به لوله بتني داراي حمل و نصب آساني است و سرعت لوله گذاري با آن بيشتر مي باشد.
عمر مفيد بسيار بالاتر لوله پلي اتيلن سنگين نسبت به لوله بتني با توجه به مقاومت بالاي آن به فاضلاب روش هاي متنوع اتصال عمر انبارداري بالا و اشغال فضاي كم انبار

• عدم نشت
• انعطاف پذيري
• روش هاي متنوع اتصال

جنبه اقتصادی لوله پلی اتیلن

قيمت لوله هاي بتني در قطرهاي مساوي يا بالاتر 600ميلي متر بيشتر از لوله هاي پلي اتيلن سنگين است.هزينة حمل به دليل سبكي و هزينة انبارداري به علت اشغال فضاي كم براي لولة پلي اتيلن سنگين كمتر است.
هزينه هاي تأمين سيمان، ميلگرد و شن و ماسه، كه از عوامل توليد لوله هاي بتني اند، باعث بالا بودن هزينة توليد لوله هاي بتني نسبت به لوله هاي پلي اتيلنسنگين مي شود.
هزينة لوله گذاري براي قطرهاي معادل در لوله هاي پلي اتيلني سنگين بين 25تا 40درصد لوله هاي بتني است.

دوام لوله پلی اتیلن

لوله های پلی اتيلن سنگين در برابر سليش مقاومت بالايي دارند.

بهره برداری از پلی اتیلن

لوله های پلی اتيلن سنگين از نظر انجام عمليات ترميمي و مقاومت در برابر جابجايي هاي زمين نسبت به لوله هاي بتني داراي مزاياي بسياري هستند. اين عوامل، عمر مفيد شبكه هاي اجرا شده و دورة طرح را افزايش مي دهد و نياز به اصلاح شبكه را به تأخير مي اندازد.
در لوله هاي پلي اتيلن سنگين، امكان ايجاد انشعابات و اتصالات پس از اجرا و در طول بهره برداري بيشتر، ارزانتر و آسانتر است.
لوله پلي اتيلن سنگين و لوله پي وي سي در بررسي هاي انجام شده ميان چند جنبه فني و اقتصادي اين دو نوع لوله، مزاياي آنها نسبت به هم به صورت زير بيان شده است

لوله پلی اتیان سنگین ولوله چدن نشکن

در بررسی انجام شده بین این دولوله چدن نشکن به لوله پلی اتیلن سنگین اینگونه بیان شده است:

1-استحکام کششی:

استحکام کششی لوله چدن نشکن 24 برابربیشتروبرخلاف آن لوله های پلی اتیلن سنگین حتی در مقادیر پایین تنش کششی دوچار خزش می شوند.

2-عملکرد درشرایط دمایی:

تغییرات ونوسانات معمول دردمای نصب وعملکرد لوله چدن نشکن تاثیری روی استحکام آنها ندارد.در دمای سرویس کاری لوله نشکن هیچ تغییر محسوسی حتی در محدوده دمای بالاتراز60درجه سانتی گراد در استحکام کششی ایجاد نمی شود.اما به دلیل طبیعت پلیمری وترموپلاستیکی لوله پلی اتیلن وعملکرد آن به شدت دردمای سرویس وکارکرد آن بستگی دارد.چون ضریب انبساط حرارتی پلی اتیلن 18 برابرچدن نشکن است. این احتمال وجود دارد که در حین قرار گرفتن در معرض تغییرات دمایی شدید دستخوش جابجایی سراسری خط لوله گردد شکل زیر نشان می دهدکه در دمای 43 درجه سانتی گراد(110درجه فارنهاریت) استحکام کششی پلی اتیلن سنگین تقریبا70درصد استحکام آن در دمای 23درجه سانتی گراد(4/73درجه فارنهایت) است این کاهش استحکام دردمای 60درجه سانتی گراد(140درجه فارنهایت) به 50درصد می رسد.

3-مقاومت فشاری:

مقاومت در برابرفشار هیدرولستاتیک ترکیدگی لوله چدن داکتیل 1/6برابر لوله پلی اتیلن سنگین است .مستقیم ترین روش برای اندازه گیری مقاومت لوله در برابر فشارتست هیدرولیک است .تمامی لوله های چدن نشکن که تامرحله شکست تحت فشار قرار گرفتند فقط دوچار ترک شدنددرحالیکه تمامی لوله های پلی اتیلن سنگین پس از شکست دوچار بادکردگی –انحنا-پیچش واعوجاج گردیدند.

استحكام در برابر ضربه

استحکام در برابر لوله نشکن 12 برابرلوله پلی اتیلن سنگین است این ویژگی بخصوص در شرایط حمل ونقل ونصب موثر است. آزمايشات به هر دو روش شارپي و ايزود در دماي 21 ± 2 درجه سانتی گراد تنظیم شده است همانند استحكام كششي، استحكام ضربه نيز در لولة چدن نشكن از دماي نصب تأثيرنمی پذیرد.

لولة پلي اتيلن سنگين و لولة فولادي

مزاياي لولة پلي اتيلن سنگين نسبت به لولة فولادي بدين قرار است:
o ارزاني قيمت
o حمل و نقل آسان به علت سبكي
o عدم خوردگي و زنگ زدگي
oیكنواختي ضخامت جدارة لوله ها
o صاف و صيقلي بودن جدارة داخلي و در نتيجه حداقل ته نشين شدن رسوبات
o قابليت انعطاف حتي در سرماي زير صفرO نشكن و ترك برنداشتن در اثر و فشار خارجي

O توليد در سيستم متريك و غيره با قطرهاي متنوع و به طول هاي مورد نظر به صورت حلقه اي شكل
o عايق بودن در برابر حرارت
o سهولت طريقة اتصال آنها به هم؛ يعني نصب سريع و نياز كمتر به وسايل اتصال
o عدم لزوم ماشين آلات سنگين و حجيم جهت نصب و جوشكار