ما هي الميزات التي تجعل البولي إيثيلين مميزًا؟

عندما يبحث أصحاب العمل والمقاولون عن اختيار أنبوب قوي وموثوق واقتصادي لمشاريعهم ، فإن البولي إيثيلين هو خيارهم الأول. تعتبر أنابيب البولي إيثيلين أحادية الجدار حلاً فعالاً من حيث التكلفة لمجموعة واسعة من تطبيقات الأنابيب ، بما في ذلك توزيع الغاز الطبيعي والمياه والصرف الصحي والصناعات والبحرية والتعدين ومدافن النفايات والطاقة ومرافق الاتصالات.

أيضا ، هذه الأنابيب فعالة للمنشآت الجوية ، تحت الأرض ، السطحية ، العائمة والبحرية. وفقًا للسيد “ويلابي” من P.O.E. أحد الأسباب الرئيسية لنمو استخدام الأنابيب البلاستيكية هو توفير تكاليف التركيب وتزويد العمال والمعدات اللازمة مقارنة بالأنابيب الشائعة القديمة. إذا أضفت إمكانية وجود تكاليف صيانة أقل وعمر مفيد أطول لهذه الأشياء ، فسوف نفهم سبب المنافسة الشديدة لأنابيب البولي إيثيلين في الأسواق العالمية.

يعد الاستخدام في توزيع الغاز الطبيعي أحد التطبيقات الأولى لأنابيب البولي إيثيلين شبه الكثيفة (MDPE). اليوم ، 95٪ من أنابيب نقل الغاز الطبيعي أقل من 12 بوصة المثبتة في أمريكا وكندا هي أنابيب البولي إيثيلين. يعتبر البولي إيثيلين الخيار الأول من حيث الأنابيب الصناعية في جميع أنحاء العالم.

بعد 50 عامًا من الاستخدام المستمر لأنابيب البولي إيثيلين في نقل مياه الشرب ، تمكن هذا النوع من الحصول على الموافقات الدولية والنمو في الاستخدام الحضري. يتم التحكم في جودة أنابيب البولي إيثيلين وفقًا لمعايير NSF و AWWA و ASTM.

سنشرح الآن ما الذي يجعل الأنابيب المصنوعة من البولي إيثيلين خاصة

دورة حياة عالية: الاستخدام الحضري لأنابيب البولي إيثيلين له تكاليف دورة حياة منخفضة للغاية. يحافظ السطح الداخلي الأملس تمامًا لأنابيب البولي إيثيلين على خصائص التدفق الخاصة ويلغي اللحام بالحرارة التسرب. لقد ثبت أن هذه العناصر هي مزيج ناجح لتقليل تكاليف تشغيل النظام.
توصيلات خالية من التسرب ومقيدة تمامًا: تخلق الوصلات المصنوعة من البولي إيثيلين باستخدام اللحام الحراري وصلات مانعة للتسرب تكون قوية مثل الأنابيب أو حتى أقوى. يزيل استخدام اللحام في التطبيقات الحضرية نقاط التسرب المحتملة الموجودة في أنواع أخرى من الأنابيب مثل PVC أو أنابيب الحديد بسبب استخدام الوصلات بين الذكور والإناث كل 10 إلى 20 قدم .. في جميع هذه الوصلات. يتم استخدام جوانات مطاطية للذكور والإناث ، والتي تبلى بمرور الوقت وقد تتسرب ، ولهذا فإن “معدل تسرب المياه المقبول” فيها هو 10٪ أو أكثر ، ولكن هذه الكمية موجودة في أنابيب البولي. الإيثيلين هو صفر نسبيًا بسبب إمكانية استخدام اللحام. بالإضافة إلى نقاط الغليان
تآكل البولي إيثيلين له خاصية الاحتفاظ الذاتي التي ، مع الحفاظ على سلامة التوصيلات ، تلغي الحاجة إلى امتصاص الصدمات باهظة الثمن أو كتل امتصاص الصدمات. على الرغم من المزايا التي تتمتع بها طريقة توصيل اللحام التناكبي ، فإن المهندسين لديهم طرق يستخدمها الآخرون لربط أنابيب البولي إيثيلين ، والتي تشمل الصهر الكهربائي والتوصيلات الميكانيكية.
في مفاصل الصهر الكهربائي ، يتم توصيل الأنابيب أو الوصلات ببعضها البعض باستخدام سخان كهربائي مدمج فيها. في بعض الأحيان تكون هناك حاجة إلى توصيلات ميكانيكية لتوصيل الأنبوب بأجزاء أخرى مثل الصمامات أو الأجهزة الأخرى. لهذه الأغراض ، تم إنشاء اتصالات خاصة متوفرة بكثرة لتلبية معظم الاحتياجات العملية.
مقاومة التآكل والكيماويات: أنابيب البولي إيثيلين آمنة من الصدأ والتعفن والثقوب. كما أنها لا تسبب نمو الكائنات الحية داخل الأنبوب أو خارجه. تتميز أنابيب البولي إيثيلين بمقاومة كيميائية كبيرة. على الرغم من أن أنابيب البولي إيثيلين لا تتأثر بالتربة الطبيعية النشطة كيميائيًا ، ولكن مثل أي أنبوب آخر ، إذا كانت التربة ملوثة بالمذيبات العضوية (مثل الزيت والديزل) ، فقد تكون هناك حاجة لطرق التثبيت التي تستخدم أنابيب البولي إيثيلين. حماية ضد ملامسة المذيبات العضوية. بالطبع ، الحماية من اختراق المذيبات ضرورية حتى في الأنابيب المعدنية وأنواع الأنابيب الأخرى المتصلة ببعضها البعض باستخدام الغسالات. بشكل عام ، لجميع أنظمة الأنابيب الموجودة في التربة الملوثة. أثناء التثبيت ، من الضروري استخدام حلول السلامة التي تضمن جودة السائل المراد نقله.
المرونة ومقاومة التعب: يمكن أن تنحني أنابيب البولي إيثيلين في موقع التركيب إلى نصف قطر يبلغ حوالي 30 مرة قطرها الاسمي ، والذي يمكن أن يكون أقل اعتمادًا على سمك جدار الأنبوب. على سبيل المثال ، يمكن أن يتشوه أنبوب البولي إيثيلين مقاس 12 بوصة حتى نصف قطر 32 قدمًا في الحالة الباردة. تؤدي هذه المشكلة إلى التخلص من العديد من التوصيلات المستخدمة في التغييرات الزاويّة في نظام الأنابيب وتسهيل التثبيت أيضًا. يتمتع البولي إيثيلين بمقاومة استثنائية للإجهاد وتحت أعلى ضغط تشغيل ، يمكنه تحمل العديد من تقلبات الضغط حتى 100٪ للحفاظ على أقصى ضغط عمل دون أي آثار سلبية على الأداء الوظيفي على المدى الطويل
المقاومة الزلزالية: الصلابة ، مرونة أنابيب البولي إيثيلين إلى جانب خصائصها الخاصة الأخرى ، مثل الوصلات الخالية من التسرب والمقيدة تمامًا الناتجة عن اللحام ، جعلتها مناسبة للتركيب في بيئات التربة النشطة والأماكن المعرضة للزلازل.
المزايا الهيكلية: تتحد خصائص مثل الوزن الخفيف والمرونة والوصلات المعزولة بالكامل والخالية من التسرب لتوفير طرق تركيب فعالة من حيث التكلفة وفريدة من نوعها غير ممكنة مع المواد الأخرى. في العديد من المرافق ، يمكن أن تسهل طرق التركيب مثل الحفر الاتجاهي الأفقي ، وتجديد الأنابيب باستخدام نسف حفر خط الانزلاق القديم ووضعه ، وتركيب الأنابيب شبه العائمة أو العائمة البناء بشكل كبير. وتوفير الكثير من الوقت والمال. من الأسهل تركيب أنظمة أنابيب البولي إيثيلين بوزن حوالي ثُمن الأنابيب الفولاذية من نفس الحجم واستخدام وصلات متكاملة خالية من التسرب ومتوافقة مع ظروف العمل المختلفة ولا تتطلب معدات رفع ثقيلة. يتم إنتاج أنابيب البولي إيثيلين بأحجام قياسية تبلغ 50 قدمًا أو أكثر ويتم لفها في ملفات كبيرة بأقطار 6 بوصات وأكثر. في بعض الأقطار الخاصة ، تتوفر ملفات بطول يزيد عن 1000 متر. تتحمل أنابيب البولي إيثيلين الصدمات – خاصة في ظروف الطقس البارد حيث قد تتشقق الأنابيب الأخرى وتنكسر – أفضل بكثير من أنابيب PVC. نظرًا لأن وصلات البولي إيثيلين الملحومة تناكبًا قوية مثل الأنابيب ، يمكن توصيلها على الأرض بأطوال طويلة جدًا ثم وضعها مباشرة في الخندق أو باستخدام الحفر الموجه على طول الطريق. قام بحفر بئر أو استخدامه في عملية إعادة بناء الأنبوب 4. وتجدر الإشارة إلى أن ظروف موقع البناء لها تأثير كبير على اختيار طريقة التركيب.
المتانة: تعتبر تركيبات أنابيب البولي إيثيلين اقتصادية وأقل تكلفة على المدى الطويل بسبب الخصائص الفيزيائية للأنابيب والتوصيلات الخالية من التسرب وانخفاض تكاليف الصيانة. صناعات أنابيب البولي إيثيلين ، يقدر العمر الإنتاجي لهذه الأنابيب ما بين 50 و 100 عام في المتوسط ، بشرط أن يكون نظام الأنابيب مصممًا ومركبًا بشكل صحيح ويستخدم وفقًا للعينات الصناعية المنشورة واقتراحات الشركة المصنعة للأنابيب. ضربوا هذه المتانة والعمر الطويل سيوفر تكلفة استبدال هذه الأنابيب. في أنظمة أنابيب البولي إيثيلين المصممة والمركبة بشكل صحيح ، هناك حاجة قليلة للصيانة المستمرة. أنابيب البولي إيثيلين مقاومة لأكثر المواد الكيميائية شيوعًا ولا تتعرض لخطر التآكل الجلفاني أو التحليل الكهربائي.
الكفاءة الهيدروليكية: نظرًا لأن السطح الداخلي لأنبوب البولي إيثيلين خالٍ من أي خشونة ، يتم وضع هذه الأنابيب في فئة الأنابيب الملساء ، وهي المجموعة التي تخلق أقل مقاومة لتدفق السوائل.
مقاومة درجة الحرارة: تتراوح درجة الحرارة الشائعة لأنابيب البولي إيثيلين في ظروف العمل عالية الضغط من 0 إلى 140 درجة فهرنهايت. ولكن بالنسبة لظروف العمل ذات الضغط المنخفض وبعض التطبيقات الخاصة ، يمكن لهذه المادة أن تتحمل درجات حرارة أقل بكثير من العديد من راتنجات البولي إيثيلين المستخدمة في أنابيب البولي إيثيلين ، ليس فقط عند درجة حرارة قياسية تبلغ 73 درجة فهرنهايت ، ولكنها خضعت لاختبار الإجهاد عند درجات حرارة أعلى مثل 140 درجة فهرنهايت. بشكل عام ، تحتفظ أنابيب البولي إيثيلين بقوتها أكثر من المواد البلاستيكية الحرارية الأخرى مثل PVC في درجات حرارة عالية. تحتفظ مواد البولي إيثيلين بحوالي 50٪ من قوتها عند 73 درجة فهرنهايت عند 140 درجة فهرنهايت ، بينما يفقد PVC عند 140 درجة فهرنهايت ما يقرب من 80٪ من قوته عند 73 درجة فهرنهايت. نتيجة لذلك ، يمكن استخدام أنابيب البولي إيثيلين في العديد من تطبيقات السباكة في نطاق واسع من التغيرات في درجات الحرارة.
المتانة: المتانة هي القدرة على تغيير شكل المادة تحت تأثير الإجهاد ، دون أن تنكسر أو تنكسر في النهاية. أيضًا ، أحيانًا يتم تفسير القدرة على زيادة الضغط 2 (زيادة الطول) على أنها صلابة ، وهذه إحدى الخصائص المهمة لأنابيب البولي إيثيلين ، سواء عند استخدامها فوق الأرض وتحت الأرض. على سبيل المثال ، نتيجة التحميل من سطح الأرض ، يغير أنبوب البولي إيثيلين المدفون في التربة شكله ويتغير المقطع العرضي الدائري إلى شكل بيضاوي ، وينخفض قطره الرأسي ويزداد قطره الأفقي قليلاً. تؤدي الزيادة في القطر الأفقي إلى ضغط جدار التربة على عرض الأنبوب ، ويمنع هذا الضغط مزيدًا من تشوه الأنبوب ويؤدي في النهاية إلى استقرار الأنبوب. توفر هذه المشكلة أخيرًا تشكيل هيكل أنبوب التربة وتعطي القدرة على تحمل الأحمال الرأسية للأرض أو الأحمال الرأسية الأخرى للمواد الخرسانية. يمكن أن تتسبب هذه الأحمال في فشل الأنابيب القوية ولكن مع قدرة إجهاد أقل. يمكن أن تزيد المواد المسببة للتآكل مثل البولي إيثيلين ، والتي تُستخدم في المياه والغاز الطبيعي وخطوط الأنابيب الصناعية ، من الضغوط المحلية الناتجة عن التركيب غير السليم ، حيث قد تكون الصخور أو الأنقاض أو جذوع الأشجار في وضع يسمح لها بالضغط على السطح الخارجي للأنبوب ، تحملها بأمان. هناك العديد من شروط البناء الأخرى التي قد تؤدي إلى تأثيرات مشابهة لما سبق ، على سبيل المثال ، ثني الأنبوب الذي يتجاوز الضغط المسموح به ، وعدم كفاية التعزيز للأنبوب ، والمحاذاة غير الناجحة للأنبوب للاتصال بهياكل صلبة ، وما إلى ذلك. هناك المزيد تشوه موضعي دون التسبب في ضرر لا يمكن إصلاحه مثل التشقق. في الواقع ، يتسبب التشوه الموضعي في توزيع وفقد كبير للضغط المحلي ، دون أي تأثير ضار على الأنبوب. نتيجة لذلك ، بشكل عام ، يمكن إجراء التصميم الهيكلي للمواد التي تعمل في حالة الالتواء بناءً على متوسط الضغط ، وهذه الحقيقة تسهل بشكل كبير بروتوكول التصميم.
خاصية المرونة اللزجة: أنبوب البولي إيثيلين عبارة عن مادة ذات هيكل مطاطي لزج. نظرًا لطبيعته الجزيئية ، يحتوي البولي إيثيلين على مزيج معقد من السلوك المرن والمرن. نتيجة لذلك ، تُظهر هذه المادة خصائص بين البلورات المعدنية والسوائل شديدة اللزوجة (التدفق البطيء).

أدت الطبيعة اللزجة المرنة للبولي إيثيلين إلى خاصيتين هندسيتين تستخدمان في تصميم أنظمة أنابيب المياه المصنوعة من البولي إيثيلين: الزحف والتخميد بالإجهاد.

الزحف هو أحد مكونات التشوه الذي يتم تعريفه على أنه مكون تدفق لزج يعتمد على الوقت. يتم أيضًا تفسير الزحف إلى استجابة البولي إيثيلين لحمل ثابت بمرور الوقت. عندما يتعرض البولي إيثيلين لحمل ثابت ، يخضع على الفور لتشوه يمكن التنبؤ به بواسطة معامل المرونة من منحنى إجهاد الشد والانفعال. بالإضافة إلى هذا التشوه اللحظي ، تستمر المادة في التشوه عند الأحمال العالية بمعدل أبطأ ، وإذا كان الحمل إذا كان الحجم كبيرًا بدرجة كافية ، فقد تكون المادة معبأة أو مكسورة.

يعد التخميد بالإجهاد ميزة فريدة أخرى ناتجة عن الطبيعة اللزجة المرنة للبولي إيثيلين. عندما يتعرض البولي إيثيلين إلى إجهاد مستمر ، وهو تشوه إلى حد معين يتم الحفاظ عليه لفترة من الوقت ، يحدث الحمل أو الإجهاد الناجم عن التشوه ، ويتناقص ببطء بمرور الوقت ، ولكن لا يتم التخلص منه تمامًا. يعتبر إجهاد التخميد هذا استجابة للحمل مهمًا جدًا في تصميم أنظمة أنابيب البولي إيثيلين. هذا هو الجواب الذي يسبب يتم تقليل الضغط في أقسام الأنبوب التي تتعرض لضغط مستمر.

البولي إيثيلين ، مادة ذات خصائص عالية الأداء

من أهم خصائص البولي إيثيلين أنه غير موصل للكهرباء مما يجعله يعمل بشكل صحيح في مختلف الظروف. هذه الأنابيب آمنة من عمليات التآكل الكهروكيميائية التي تسببها الإلكتروليتات مثل الأملاح والأحماض والقواعد. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أنابيب البولي إيثيلين ليست عرضة للهجمات الميكروبية ، كما أن سطحها الداخلي الأملس وغير اللاصق له عامل احتكاك منخفض.

ميزة وظيفية فريدة أخرى لأنابيب البولي إيثيلين هي المرونة العالية. تسهل هذه الميزة عملية التثبيت لأنها تتيح إمكانية إجراء تغييرات زاوية باستخدام أقل عدد من الاتصالات. كما أن المرونة تمنح أنابيب طويلة بقطر أقصى يبلغ 6 بوصات ، والقدرة على اللف. خاصية وظيفية فريدة أخرى لأنابيب البولي إيثيلين هي قابلية الإجهاد ، مما يشير إلى القدرة على تغيير الشكل دون كسر. يمكن لأنبوب البولي إيثيلين المدفون ، استجابة للحمل المطبق عليه من سطح الأرض ، أن يميل بأمان ويستخدم التربة المحيطة كدعم. بمعنى أنه إذا تم تركيب أنبوب البولي إيثيلين بشكل صحيح ، فيمكنه تحمل ضغط التربة والحمل من الكائنات الحية على السطح ، في حين يمكن حمل نفس كمية الحمل في أنابيب أقوى بكثير ، ولكن بسبب صغر حجمها تشوهات. تتشقق وتتكسر ، مما يسبب الفشل. أيضًا ، أثبتت الاختبارات العملية أن القدرة العالية على إجهاد أنابيب البولي إيثيلين تجعلها شديدة المقاومة للاهتزازات.

باستخدام عمليات اللحام الحراري ، يمكن جعل أنابيب البولي إيثيلين والوصلات مانعة للتسرب ومعزولة تمامًا ، وهي قوية مثل الأنبوب نفسه. إن الجمع بين هذه المزايا يجعل أنابيب البولي إيثيلين مفضلة لتطبيقات معينة مثل الحفر الاتجاهي الأفقي وانفجار الأنابيب القديمة ومنافذ التفريغ في البحر.

تحافظ أنابيب البولي إيثيلين على صلابتها حتى في درجات الحرارة المنخفضة.

بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع أنابيب البولي إيثيلين بمقاومة عالية جدًا للإجهاد ومقاومة جدًا للقوى المختلفة والمتتالية المطبقة.

على الرغم من المزايا المذكورة والمزايا الأخرى لأنابيب البولي إيثيلين ، فإن تصميمها الصحيح واستخدامها يتطلب معرفة كافية بسلوكياتها الأكثر تعقيدًا من الإجهاد والضغط والكسر. لا تعمل أنابيب البولي إيثيلين على أساس التناسب البسيط بين الإجهاد والانفعال في قانون هوك ، وهو سمة من سمات الأنابيب المعدنية ، ولكن قدرتها على مقاومة الفشل تتناقص مع زيادة وقت تحمل الحمولة. بالإضافة إلى هذه الخصائص والخصائص الميكانيكية الأخرى ، فهي أكثر حساسية لدرجة الحرارة وبعض البيئات الخاصة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تختلف الاستجابات الميكانيكية لأنبوب البولي إيثيلين اعتمادًا على مادة البولي إيثيلين الخام التي صنع منها الأنبوب. تعتمد هذه المشكلة في الغالب على طبيعة بوليمر البولي إيثيلين ، والوزن الجزيئي ، وتوزيع الوزن الجزيئي ، ودرجة الكثافة المتفرعة ، وأيضًا إلى حد ما على نوع وكمية المواد المضافة المستخدمة في تكوين الأنبوب. يجب أن يكون سلوك أنبوب البولي إيثيلين المحدد الذي تم اختياره لتطبيق معين متناسبًا مع التصميم والأداء.