بررسی لوله های مختلف مورد استفاده در خطوط انتقال آب

فاکتورهای مهم در خوردگی لوله عبارتند از دما،  ،pHمیزان قلیایی بودن، میزان کلسیم، کلر، سولفات، ترکیبات عالیو جنس لوله و اتصالات. انواع جنس های فلزی مورد استفاده عبارتند از مس، سرب و فولاد. علاوه بر فلزات از لوله های پایه پلاستیک و سیمانی نیز در خطوط انتقال آب استفاده می گردد. لوله های فولادی نیز خود به تنهایی به سه دسته فولاد معمولی ساده ( ،)Mild steelفولاد گالوانیزه ( )galvanized steelو فولاد ضد زنگ ( Stainless steel) تقسیم می شوند. لوله های گالوانیزه با قرار دادن فولاد در حمام روی مذاب تولید می شوند. روی ( )Znدر حمام روی سطح فولاد نشسته و از سطح آن در مقابل خوردگی حفاظت می کند. فولاد های ضد زنگ با استفاده از

عناصری مانند کروم و نیکل دارای توانایی تشکیل یک لایه غیر فعال روی سطح می شوند که از تماس سیال با سطح فلز جلوگیری می کند. از این فولاد ها در مکان هایی با نرخ خوردگی متوسط و زیاد استفاده می شود و تنها عامل محدود کننده در استفاده از آنها قیمت بالای آنها می باشد. کلر دشمن اصلی این فولاد ها می باشد و در مکان هایی که میزان کلر قابل توجه است انتخاب نامناسب فولاد ضد زنگ نرخ خوردگی به مراتب بالاتری نسبت به فولاد معمولی ایجاد می کند. جدول  ،1انواع مختلف فولاد ضد زنگ را برای محیط هایی با درصد کلر متغیر نشان می دهد.باید در طراحی اجزای درگیر با فولاد ضد زنگ دقت شود که در تماس با فولاد معمولی قرار نگیردو یا حداقل در محل تماس عایق بندی الکتریکی صورت پذیرد. عمر بسیار زیاد این لوله ( حدود  05سال) در صورت استفاده صحیح در مقابل لوله های معمولی (  05سال) استفاده از آنها را حتی با توجه به قیمت بالاتر توجیه می کند

لوله های سیمانی می توانند از جنس های زیر تولید شوند:  -1بتن تقویت شده (-0 ،)pre stresses concrete خطوط سیمانی معمولی و  -3ترکیب سیمان و آزبست. در لوله های سیمانی در ابتدای بکار گیری در اثر تجزیه سیمان،

هیدروکسید کلسیم تولید می شود که باعث افزایش  pHآب شده و سختی آب را به شدت بالا می برد. همچنین در مورد سوم از لوله های پایه سیمانی آزاد شدن آلومینیوم و آزبست در آب می تواند به شدت برای سلامت انسانخطرناک باشد. این لوله ها در دراز مدت تغییر کمی در آب ایجاد می کنند اما بدلیل ترد بودن حمل و کارگذاری آنها سخت تراز لوله های فولادی است.

لوله های پایه پلاستیک شامل جنس هایی مانند  ،PVCپلی اتیلن و  PVCکلر داده شده ( )Chloride PVCمی باشند. یکی از مشکل اصلی این لوله ها آزاد کردن ترکیبات معدنی در خط انتقال آب است. قبل از  ،1711این لوله ها دارای درصد بالایی از کلرید ونیل بودند که به شدت مستعد به جدایش و حل شدن در آب بود. امروزه از پایدار

کننده هایی در تولید لوله های پایه پلاستیک استفاده می شود که از تجزیه  PVCدر دمای بالا جلوگیری می کنند

عوامل موثر بر خوردگی و تجزیه لوله ها

عمر لوله ها

وقتی لوله برای اولین بار در مسیر جریان آب قرار می گیرد بالاترین نرخ خوردگی را نشان می دهد، اما با تشکیل رسوبات روی سطح لوله نرخ خوردگی کاهش می یابد. این رسوبات جلوی تخریب بیشتر لایه های پایین را می گیرند. در لوله های سیمانی با گذشت زمان میزان کلسیم و آهک جدا شده کم شده و سختی آب کاهش شدیدی می یابد

زمان ایستایی آب

در اثر توقف آب یا سرعت کم سیلان آن نرخ خوردگی در خط به شدت افزایش می یابد و در نتیجه رسوبات سرخ

رنگ بیشتری در این دسته از خطوط مشاهده می شود. در لوله های سیمانی با افزایش زمان نگهداری آب،  pHو

میزان هیدروکسید ها زیاد تر می شود

pH

در محدوده  ،7-1 pHنرخ خوردگی با افزایش  pHزیادتر می شود اما میزان آهن درون آب کاهش می یابد زیرا میزان حلالیت آهن در آب با افزایش  pHکاهش می یابد. در لوله های سیمانی، زمانی که  pHآب کم باشد، کلسیم موجود در سیمان به سرعت حل شده و با تولید هیدروکسید کلسیم، pHرا به سرعت بالا می برد. این میزان حتی تا بالای  7/0نیز می تواند افزایش یابد. با گذشت زمان یا افزیش سیلان،  pHمجددا به میزان اولیه خود باز می گردد.

بهمین استفاده از آب لوله های سیمانی بلافاصله بعد از کارگذاری توصیه نمی شود

میزان قلیایی بودن

عبارت است از میزان یون های قلیایی که باید دارای یک میزان حداقلی برای کنترل نرخ خوردگی باشند. در مواردی از تصفیه مانند استفاده از فیلتر های نانو یا ایجاد فشار اسمزی معکوس، سدیم، سولفات، کلسیم و بیکربنات ها حذف می شوند و در نتیجه نرخ خوردگی افزایش می یابد. بهمین دلیل در این موارد باید قیلیایی بودن آب مجددا احیا شود.

با افزایش قلیایی بودن، نرخ خوردگی در فولاد به شدت کاهش می یابد. در مواردی مشاهده شده است که با ثابت نگه داشتن  pHو کم کردن قلیایی بودن آب نرخ رسوب آهن  %05-00افزایش می یابد. با افزایش قلیایی بودن به بالاتر از  05 mg/litبوسیله کربنات کلسیم میزان رسوب درون لوله ها کاهش شدیدی نشان می دهد. در لوله های سیمانی آب با خاصیت قلیایی کم می تواند آهک سیمان را حل کرده و افزایش  pHمی تواند حتی تا دو سال در طول خط دیده شود

دما

دما بر روی فاکتور های متفاوتی از قبیل اکسیژن حل شده، سیالیت، نرخ نفوذ، ضریب اکتیویته، آنتالپی واکنش، انحلال ترکیبات، نرخ اکسیداسیون و فعالیت های بیولوژیک اثر می گذارد. معمولا نرخ خوردگی در فولاد، مس و سرب با افزایش دما افزایش می یابد. در مورد لوله های سیمانی اطلاعات دقیق و موثقی در دست نیست و در اکثر موارد بدون تاثیر گزارش شده اند

کلسیم

در اکثر موارد کلسیم با تشکیل کربنات کلسیم و تشکیل یک لایه محافظ روی سطح جلوی خوردگی فولاد را می گیرد. در لوله های سیمانی کلسیم جز اصلی سیمان محسوب می شود.

کلر آزاد باقیمانده

اسید هایپوکلوروس ()Hypochlorous acidیک اکسید کننده قوی است که برای سالم سازی آب به آن افزوده می شود. این اسید تولید ذرات ریز کلر آزاد می کند که  pHرا کاهش می دهد و نرخ خوردگی را در فولاد افزایش می دهد. در مقابل خوردگی الکتروشیمیایی، نرخ خوردگی بیولوژیک در حضور یون کلر آزاد به شدت کاهش می یابد

کلراید و سولفات

در مورد اثر کلراید و سولفات اثر کاملا مشخصی وجود ندارد. لارسون نشان داد که جمع سولفات و کلراید و نسبت آن به بی کربنات دارای اهمیت بسیار زیادی است. اکثر محققان نشان داده اند که کلراید نرخ خودگی را افزایش می دهد در حالی که سولفات باعث کاهش انحلال اکسید آهن شده و نرخ خوردگب را کم می کند. همچنین نشان داده شده است که درصد بالای سولفات باعث تخریب شدید لوله های سیمانی می شود زیرا با کلسیم سیمان واکنش داده و تولید سولفو آلومینات هیدراته کلسیم ( ) calcium sulphoaluminatehydrateمی کند که بدلیل حجم زیاد در سیمان تولید ترک می کند. اثر مخرب سولفات در این موارد با افزایش کلراید جبران می شود

انواع لوله

جدول  0-0مزایا و معایب لوله های مختلف را به اختصار بیان می کند

لوله های بزرگ

تا سال  1795از لوله های چدنی استفاده بسیار وسیعی در خطوط انتقال آب می شد، اما بدلیل مشکلات اجرا استفاده از آنها تا حد زیادی محدود شد. این لوله ها با لوله های فولادی و  PVCجایگزین شدند. از لوله های  PVCبجز در محل های عمیق و نهرها استفاده می شود. لوله های فولادی قابلیت شکل دهی بسیار خوبی دارند و قیمت نهایی آنها در مقابل سایر لوله ها بسیار کم است. از این لوله ها بیشتر در کنار منابع اصلی آب استفاده می شود. لوله های فولادی امکان پوشش دهی دارند. برای مثال پوشش سیمانی از پوشش های مرسوم مورد استفاده در خطوط انتقال آب است که با روش گریز از مرکز اعمال می شود. ضخامت این پوشش متغیر است و از  1/9اینچ آغاز می شود و در حین کارگذاری باید دقت زیادی برای نشکستن آنها مبدول داشت. بر خلاف لوله های فولادی که د تمام قطر ها تولید می شوند، لوله های سیمانی و بتن تقویت شده تنها در قطر های بزرگ تولید می شوند که در خط اصلی انتقال آب می توان از آنها استفاده کرد. این لوله ها ارزان قیمت هستند اما بدلیل تردی بسیار زیاد و احتمال شکست در حین اجرا معمولا در خطوط فاضلاب از آنها استفاده می شود. لوله های سیمان آزبست دار، وزن کمتر، استحکام بیشتر و تردی بیشتری از سیمان معمولی دارند اما بدلیل مشکلات زیست محیطی آزبست استفاده از این لوله ها ممنوع شده است

لوله های کوچک

از لوله های پلاستیکی در قطر های کمتر از  15اینچ استفاده می شود. در زمان استفاده حتما باید دقت کرد که لوله مورد استفاده برای انتقال آب فاقد آلودگی بودهه و در صورت استفاده تولید مسمویت شیمیایی نکند. علاوه بر PVCاز لوله های پلی اتیلن و پلاستیک غیر ترد نیز در انتقال آب استفاده می شود. لوله های پلی اتیلن وزن مولکولی زیادی دارند و اتصال آنها با روش های ذوبی خاصی شامل الکترو فیوژن و  butt- fusionانجام می گیرد

تخریب لوله ها

لوله های فولادی در محیط آب و خاک به سرعت تخریب می شوند. برای جلوگیری از تجزیه این لوله ها باید خط را از داخل و بیرون حفاظت کرد. برای کارگذاری، بهتر است لوله را پوشش دهند و جنس خاک قبل از کارگذاریبررسی شود. جنس خاک در لوله های  PVCنیز دارای اهمیت بالایی است زیرا حلال های آلی و گازوییل در صورت

وجود، به شدت لوله را تخریب می کنند. گازوییل از دیواره لوله نفوذ کرده و آب را آلوده می کند. بهمین دلیل توصیه می شود که در نزدیک پمپ های بنزین و مراکز صنعتی از استفاده از لوله های  PVCبه شدتاجتناب شود.

بالاترین دمای قابل تحمل توسط این لوله ها  05ºCاست واستفاده از این لوله ها بیشتر در مناطق سردسیر توصیه می شود. لوله های  uPVCتا دمای  75 ºCنیز کارایی قابل قبولی دارند و تجزیه نمی شوند

مقایسه لوله ها

با توجه به این واقعیت که نمونه های پلاستیکی و  PVCدر آزمون خوردگی با روش پلاریزاسیون نتیجه مشخصیبدلیل نارسانا بودن ارائه نمی کنند و با توجه به عدم استفاده از لوله های سیمانی و چدنی در خطوط انتقال آب، در این مرحله سه لوله مختلف فولاد  ،ST2فولاد گالوانیزه و فولاد زنگ نزن مورد بررسی قرار گرفتند.

نتایج نشان می دهد که عمر لوله های زنگ حدود  00-05سال است که بیشتر از  0/3برابر لوله های معمولی است. از طرفی عمر لوله های گالوانیزه  05-30است که حدود  1/0برابر فولاد معمولی مورد استفاده در لوله می باشد. هزینه بالای تهیه لوله های ضد زنگ و حساسیت بالای آنها به کلر باعث محدودیت در استفاده از این فولاد ها می شود.

بهمین دلیل توصیه می شود در مواردی که استفاده از لوله های پلی اتیلن یا  GRPمقدور نیست حتما از لوله هایگالوانیزه استفاده شود، زیرا با هزینه کمتر از  1/0برابر، می توان عمر لوله را حداقل  1/0برابر افزایش داد و کلیه هزینه های جانبی تعمیرات لوله از بین خواهد رفت