ویژگی ها و مزایای لوله های پلی اتیلن

هنگام انتخاب جنس لوله ها، جنسی را انتخاب کنید که قابل اعتماد، با دوام طولانی مدت، و همراه با صرفه اقتصادي باشد.

لوله هاي پلی اتیلن تک جداره ،5راهکاري مقرون به صرفه براي طیف وسیعی از کاربردهاي لوله کشی، از جمله توزیع گاز طبیعی، آب و فاضلاب شهري، صنایع، تأسیسات دریایی، معدنی، دفن زباله، کانالهاي برق و مخابرات هستند. به علاوه لوله هاي پلیاتیلن براي تأسیسات هوایی، زیر زمینی، سطحی، شناور و دریایی، کارآمد هستند.

---

بیشتر بخوانید: مزایای لوله پلی اتیلن تک جداره

---

طبق گفته دیوید آ. ویلوبی 1از شرکت  P.O.E یکی از دلایل اصلی رشد استفاده از لوله هاي پلاستیکی، صرفه جویی در هزینه هاي نصب، تأمین کارگر و تجهیزات مورد نیاز آن در مقایسه با لوله هاي قدیمیِ رایج است. اگر پتانسیلِ داشتن هزینه هاي نگهداري پایین تر و بیشتر بودن عمر مفید را هم به این موارد اضافه کنید علت رقابت شدید لوله هاي    پلی اتیلنی را در بازارهاي جهانی درمی یابیم.

یکی از اولین کاربردهاي لوله هاي پلی اتیلن نیمه چگال (MDPE 2) توزیع گاز طبیعی بود. در واقع بسیاري از سیستمهایی که در حال حاضر مشغول بکار هستند، از سال 1960با موفقیت قابل توجه شروع به کار کرده اند. امروزه %95 لوله هاي زیر 12 اینچ انتقال گازطبیعی نصب شده در آمریکا و کانادا، لوله هاي پلی اتیلن هستند. پلی اتیلن نه تنها در آمریکاي شمالی، بلکه در سراسر جهان کالاي منتخب است. با مقاله ویژگی لوله پلی اتیلن گازی در والا پلیمر همراه باشید تا اطلاعات بیشتری درباره آن ها کسب کنید.

تقریباً 50سال است که لوله هاي پلی اتیلن در کاربردهاي آب آشامیدنی مورد استفاده قرار گرفته اند و بطور پیوسته موفق به دریافت تأییدات و رشد در مصارف شهري شده اند. لوله هاي پلی اتیلن بر طبق استانداردهاي NSF ،AWWA و ASTM کنترل کیفی میشوند.

---

بیشتر بخوانید: کاربرد لوله های پلی اتیلن در زمین های کشاورزی

---

در زیر به برخی از مزایاي خاص لوله هاي پلی اتیلن اشاره میشود:

•صرفه جویی در هزینه هاي چرخه عمر

در کاربردهاي شهري، هزینه هاي چرخه عمر لوله هاي پلی اتیلن میتواند به طرز چشمگیري کمتر از سایر انواع لوله ها باشد. سطح داخلی کاملاً صاف لوله هاي پلی اتیلن موجب حفظ خواص ویژه جریان میشود و جوش گرمایی باعث حذف نشتی ها میگردد. ثابت شده است که این موارد ترکیب موفقی براي کاهش هزینه هاي عملکرد سیستم هستند.

•اتصالات بدون نشتی و کاملاً مهار شده

اتصال پلی اتیلن با استفاده از جوش گرمایی موجب تشکیل اتصالات بدون نشتی میشود که استحکام آنها همانند لوله و یا حتی قوي تر از آن است. استفاده از جوشکاري در کاربردهاي شهري موجب حذف نقاط نشتی احتمالی میشود که این نقاط در سایر انواع لوله ها مانند لوله هاي PVCیا آهنی ضمن استفاده از اتصالات نَري- مادهگی 4متداول در هر 10تا 20فوت وجود دارند.

در همه این اتصالات نَري- مادهگی از واشرهاي لاستیکی استفاده میشود که در طی زمان دچار استهلاك میشوند و احتمال نشتی پیدا میکنند، به همین دلیل(میزان نشتی قابل قبول آب) در آنها %10یا بیشتر است اما این میزان در لوله هاي پلی اتیلن با توجه به امکان استفاده از جوش، بطور نسبی صفر است. به علاوه نقاط جوش خورده پلی اتیلنی خاصیت خود مهاري دارند که ضمن حفظ یکپارچگی اتصالات، باعث حذف نیاز به مهار کنندههاي ضربه گران قیمت و یا بلوكهاي ضربه گیر میشود.

با وجود مزایایی که روش اتصال جوش لب به لب دارد، مهندسان راههاي دیگري هم براي اتصال لوله هاي پلی اتیلن در اختیار دارند که از جمله آنها میتوان از الکتروفیوژن و اتصالات مکانیکی نام برد.

در اتصالات الکتروفیوژن، لوله ها و یا اتصالات با استفاده از گرم کننده الکتریکی تعبیه شده در آنها به یکدیگر اتصال مییابند.
گاهی براي اتصال لوله به سایر قطعات مانند شیرآلات یا دیگر دستگاهها بکاررفته به اتصالات مکانیکی نیاز است. براي اینگونه اهداف، اتصالات بخصوصی ایجاد شده که براي پاسخگویی به اکثر نیازهاي کاربردي به وفور در دسترس است.

•خوردگی و مقاومت در برابر مواد شیمیایی

لوله هاي پلی اتیلن زنگ نمیزنند، نمیپوسند، سوراخ نمیشوند، باد نمیکنند و باعث رشد موجودات زنده درون یا بیرون لوله نمیشوند. لوله پلی اتیلن مقاومت شیمیایی فوق العادهاي دارد و در بسیاري از محیطهاي مهاجم شیمیایی نخستین انتخاب بعنوان ماده مورد استفاده است. اگرچه لوله هاي پلی اتیلن از خاك طبیعی که از نظر شیمیایی فعال است تأثیر نمیپذیرد اما مانند هر لوله دیگري، اگر خاك با حلالهای آلی مانند نفت، گازوئیل آلوده شده باشد ممکن است نیاز به روشهاي نصبی باشد که از لوله پلی اتیلن در برابر تماس با حلال آلی محافظت کند.

باید در نظر داشت که محافظت در برابر نفوذ انحلالی حتی در مورد لوله هاي فلزي و سایر انواع لوله هایی که با استفاده از واشر به یکدیگر متصل میشوند هم لازم است. عموماً براي همه سیستمهاي لوله کشی که در خاك آلوده نصب میشوند، در هنگام نصب استفاده از راهکارهاي حافظتی که تضمین کننده کیفیت سیال مورد انتقال هستند، ضروري است.

•انعطاف پذیري و مقاومت در برابرخستگی 

لوله هاي پلی اتیلن در محل نصب میتوانند نهایتاً تا شعاع حدود 30 برابر قطر اسمی خود خم شوند که بسته به ضخامت دیواره لوله این مقدار میتواند کمتر باشد. به عنوان مثال لوله پلی اتیلن 12 اینچی در محل نصب و در حالت سرد میتواند تا شعاع 32 فوت تغییر شکل دهد. این موضوع باعث حذف بسیاري از اتصالاتی میشود.

که براي تغییرات زاویهاي در سیستم لوله کشی به کار میروند و همچنین باعث سهولت نصب میگردد. دوام طولانی مدت لوله هاي پلی اتیلن به خوبی مورد تحقیق قرار گرفته است. پلیاتیلن در برابر خستگی مقاومتی استثنایی دارد و تحت بالاترین فشار عملیاتی، میتواند چندین نوسان فشار تا %100 بالاي بیشینه فشار کاري خود را بدون هیچ اثر منفی روي قابلیتهاي عملکردي طولانی مدت حفظ کند.

•مقاومت لرزه اي

چقرمگی و انعطاف پذیري لوله هاي پلی اتیلن همراه با دیگر خواص ویژه آن از جمله اتصالات بدون نشتی و کاملاً مهار شده حاصل از جوش، آن را براي نصب در محیطهاي خاکی فعال و محل هاي در معرض زلزله کاملاً مناسب گردانیده است

مزایاي ساختاري

خواصی مانند وزن کم، انعطاف پذیري و اتصالات کاملاً عایق شده و بدون نشتی، مجموعاً روش هاي نصب مقرون به صرفه و منحصر به فردي را فراهم می کند که با سایر مواد امکان پذیر نیستند. در بسیاري از تأسیسات، روش هاي نصبی همچون حفاري جهتدار افقی، نوسازي لوله با استفاده از ترکاندن لوله قدیمی ،1 اسلیپ لاین ،2 حفر و جایگذاري، و نصب لوله- هابصورت نیمه شناور یا شناور، می توانند به طرز چشم گیري ساخت و ساز را تسهیل نموده و موجب صرفه جویی قابل ملاحظه اي در زمان و هزینه شوند.

نصب سیستمهاي لوله کشی پلی اتیلن با وزنی در حدود یک هشتم لوله هاي هم اندازه فولادي و با استفاده از اتصالات بدون نشتی یکپارچه و سازگار با شرایط مختلف کاري، ساده تر است و به تجهیزات سنگین بالابر نیاز ندارد. لوله هاي پلی اتیلن در اندازه استاندارد 50 فوت یا بیشتر تولید و در قطرهایی از 6 اینچ و بیشتر به صورت کلافهاي بزرگ پیچیده می شوند. در برخی از قطرهاي خاص، کلاف هایی با طول بیش از 1000متر در دسترس هستند.

لوله هاي پلی اتیلن ضربه را -بویژه در شرایط آب و هوایی سرد که سایر لوله ها امکان ترك و شکست دارند- بسیار بهتر از لوله هاي PVCتحمل میکنند. از آنجاییکه اتصالات پلی اتیلن جوش خورده با جوش لب به لب به اندازه لوله استحکام دارند، میتوان روي زمین آنها را در طول بسیار زیاد به هم متصل نموده و سپس مستقیماً در ترانشه جاي داد و یا با استفاده از حفاري جهت دار در مسیر چاه کشید و یا در فرآیند بازسازي لوله استفاده کرد. لازم به ذکر است شرایط محل ساخت و ساز تأثیر بسزایی در انتخاب روش نصب دارد.

•دوام- تأسیسات لوله هاي پلی اتیلن به دلیل خواص فیزیکی لوله، اتصالات بدون نشتی و کاهش هزینه هاي نگهداري، مقرون به صرفه هستند و در طولانی مدت کم هزینه تر هستند. صنایع لوله هاي پلی اتیلن، عمر مفید این لوله هارا به شرط اینکه سیستم لوله کشی به درستی طراحی و نصب شده باشد و طبق نمونه هاي منتشر شده صنعتی و پیشنهادات شرکت سازنده لوله مورد استفاده قرار بگیرد، به طور متوسط بین 50تا 100سال تخمین میزنند.

این ماندگاري و طول عمر زیاد باعث نوعی صرفه جویی در هزینه تعویض این لوله ها میشود. در سیستمهاي لوله هاي پلی اتیلن که به درستی طراحی و نصب شده اند، نیاز اندکی به نگهداري مستمر وجود دارد. لوله پلی اتیلن در برابر اغلب مواد شیمیایی متداول مقاوم بوده و مستعد خطر خوردگی گالوانیک و یا الکترولیز نیست. ازده هیدرولیکی -از آنجا که سطح داخلی لوله پلی اتیلن خالی از هرگونه زبري است، این لوله هادر رده لوله هاي صاف قرار میگیرند، گروهی که کمترین مقاومت در برابر جریان سیال را ایجاد میکند.

در کاربردهاي آبی، فاکتور Cهازن ویلیامز برابر با 150است و در طول زمان تغییر نمیکند. در سایر جنس لوله ها، فاکتور Cبا گذشت زمان و در اثر خوردگی، بادکردگی و یا ایجاد بافت هاي زنده ایجاد خزه ها،… به شدت کاهش مییابد. لوله هاي پلی اتیلن بدون خوردگی، بادکردگی و یا رشد بافتهاي زنده، صافی سطح داخلی و قابلیت هاي جریانی خود را حفظ کرده و بازده هیدرولیکی سیستم را در طول عمر مورد نظر طراحی، تضمین میکند.

•مقاومت در برابر دما-

بازه دمایی متداول عملکرد لوله هاي پلی اتیلن در شرایط کاري پرفشار 0تا 140درجه فارنهایت است. اما براي شرایط کاري کم فشار و برخی کاربردهاي خاص، این ماده میتواند دماهاي بسیار پایین تري را تحمل کند(تا -40درجه فارنهایت و کمتر از آن)، همچنین فرمولاسیونهاي خاصی از پلی اتیلن نیز وجود دارد که میتواند در دماهاي نسبتاً بالاتري به کار رود. آزمایشهاي گسترده و بکارگیري بسیار زیاد این لوله ها در محیطهاي بسیار سردا نشان داده است که این شرایط کاري تأثیر زیادي بر استحکام و خواص عملکردي لوله ندارد.

بسیاري از رزین هاي پلی اتیلنی که در لوله هاي پلی اتیلن مورد استفاده قرار میگیرند، نه تنها در دماي استاندارد 73درجه فارنهایت، بلکه در دماهاي بالاتر مانند 140درجه فارنهایت، مورد آزمون تنش قرار گرفته اند. عموماً لوله هاي پلی اتیلن نسبت به سایر مواد گرمانرمی مثل PVC در دماهاي بالا، بیشترِ استحکامشان را حفظ میکنند.

مواد پلیاتیلن تقریباً %50از استحکامشان در دماي 73درجه فارنهایت را در دماي 140درجه فارنهایت حفظ میکنند در حالیکه PVC در 140درجه فارنهایت، نزدیک به %80 از استحکامش در 73درجه فارنهایت را ازدست میدهد در نتیجه لوله هاي پلی اتیلن را میتوان در بسیاري از کاربردهاي لوله کشی در طیف گستردهاي از تغییرات دمایی مورد استفاده قرار داد. ویژگی ها و مزایاي پلی اتیلن بسیار گسترده است و برخی از مهمترین خواص آن در پاراگرافهاي قبل تشریح شد. در سایر فصول این کتاب راهنما اطلاعات دقیق تري درباره خواص و تحقیقاتی که این عملکردها بر پایه آنها بدست آمده، ارائه میگردد.

بسیاري از ویژگی هاي عملکردي لوله هاي پلی اتیلن، نتیجه مستقیم تلفیق دو خاصیت فیزیکی مهم لوله هاي پلی اتیلنی است که در فشارهاي مختلف آزموده شده اند. این دو خاصیت شامل خاصیت چقرمگی و رفتار ویسکو الاستیک هستند. پیشنهاد ما به خواننده این است که در زمان مرور فصلهاي بعدي این کتاب راهنما، این دو خاصیت را در ذهن داشته باشد.
•چقرمگی
چقرمگی عبارت است از قابلیت تغییر شکل یک ماده تحت تأثیر تنش، بدون ایجاد شکستگی و یا نهایتاً گسیختگی. همچنین گاهی از قابلیت افزایش کرنش ازدیاد طول به چقرمگی تعبیر میشود و این یکی از ویژگی هاي مهم لوله هاي پلی اتیلن، هم در هنگام استفاده بصورت رو زمینی و هم بصورت زیرزمینی میباشد. بعنوان مثال، در اثر وارد شدن بار از سطح زمین، لوله پلیاتیلن مدفون در خاك تغییر شکل میدهد و سطح مقطع دایرهاي آن به بیضی تغییر میکند و قطر عمودي آن کاهش و قطر افقی اندکی افزایش یابد.

افزایش قطر افقی باعث میشود دیواره خاکی به عرض لوله فشار آورند، این فشار مانع از تغییر شکل بیشتر لوله شده و نهایتاً به پایداري لوله می انجامد. این مسئله نهایتاً شکل گیري ساختار خاك – لوله را فراهم کرده و قابلیت تحمل بارهاي عمودي زمینی یا سایر بارهاي عمودي را به مواد چقرمه میدهد.

این بارها میتوانند باعث شکست لوله هاي مستحکم تر ولی با قابلیت کرنش پایین تر شوند. مواد چقرمه مانند پلی اتیلن که در لوله کشیهاي آب، گاز طبیعی و صنعتی مورد استفاده قرار گرفته اند، میتوانند افزایش تنش هاي موضعی حاصل از نصب نامناسب را، که در آنها تخته سنگها، قلوه سنگها یا کندههاي درختان ممکن است در موقعیتی قرار بگیرند که به سطح خارجی لوله فشار بیاورند،

بصورت ایمن تحمل کنند. شرایط عمرانی زیاد دیگري وجود دارد که ممکن است منجر به تأثیراتی مشابه موارد فوق گردد، براي مثال میتوان به خمش لوله بیش از حد کرنش مجاز، تقویت ناکافی لوله، هم راستاسازي نا موفق لوله براي اتصال به سازه هاي سخت و غیره اشاره کرد. وقتی لوله هایی با چقرمگی کم تحت چنین شرایط افزایش تنش موضعی قرار میگیرند، عملکرد مناسب مواد چقرمه مانند پلی اتیلن را ندارند.

موادي با چقرمگی و قابلیت کرنش کم، پاسخ متفاوتی به افزایش تنش میدهند. مواد حساس به کرنش، تحلیل تنش پیچیدهاي دارند و در بخشهایی خاص از ماده پتانسیل افزایش تنش وجود دارد. اگر هریک از این تنشها از حد اعلام شده در طراحی تجاوز نماید، توسعه تركها آغاز میشود و ممکن است به گسیختگی کامل قطعه یا محصول بینجامد. در موادي مانند لوله هاي پلی اتیلن چقرمه هستند

قابلیت ایجاد تغییر شکل موضعی بیشتر، بدون ایجاد تخریب غیر قابل برگشت مانند ایجاد ترك، وجود دارد. در واقع تغییر شکل موضعی باعث توزیع و اتلاف قابل ملاحظه تنش موضعی، بدون اثري مضر بر لوله میشود. در نتیجه عموماً طراحی ساختاري موادي را که در حالت چقرمه عمل میکنند، میتوان بر اساس میانگین تنش انجام داد و این واقعیت موجب تسهیل بسزاي پروتکل طراحی میشود. به منظور تضمین چقرمگی کافی قابلیت کرنش، ملزومات خاصی توسعه یافته است که در لیست خواص ساختاري موادي که از آنها انتظار رفتار چقرمه میرود قرار دارد؛

به عنوان مثال میتوان از ملزوماتی که براي لوله هایی از جنس آهن چکش خوار و فولاد نرم منتشر شده اند، نام برد. چقرمگی همواره بعنوان یکی از ویژگی هاي خاص و ذاتی لوله هاي پلیاتیلن مطرح بوده است و این یکی از دلایل اصلی استفاده مستمر از این ماده براي توزیع گاز طبیعی در آمریکاي شمالی در بیش از 30سال اخیر بوده است.

چقرمگی نسل جدید لوله هاي پلی اتیلن به طرز چشم گیري در قیاس با نمونه هاي قدیمی- که به خودي خود در صنعت گاز، آب، فاضلاب، کاربردهاي صنعتی، دریایی و معدنی در 50 سال پیش بسیار موفق عمل کرده بودند- بهبود یافته است.
توصیه میشود براي بحث با جزئیات بیشتر درباره این ویژگی منحصر به فرد مواد پلی اتیلن، بخصوص درباره نسخه هاي پربازده جدید این ماده، و مزیتهاي استثنایی در طراحی که با خود به دنیاي لوله کشی آورده اند، به فصل ،3 خواص مواد، مراجعه شود.

خاصیت ویسکوالاستیک کشسانی گرانرو لوله پلی اتیلن مادهاي با ساختمان ویسکوالاستیک است پلی اتیلن به دلیل طبیعت مولکولی اش، ترکیب پیچیدهاي از رفتار سیال گون و کشسان گون دارد. در نتیجه این ماده خواصی مابین بلورهاي فلزي و سیالات بسیار گرانرو کند روان را از خود نشان میدهد. این مفاهیم در فصل خواص مهندسی این کتاب راهنما به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است.
طبیعت ویسکوالاستیک پلی اتیلن منجر به دو خاصیت مهندسی شده که در طراحی سیستمهاي لوله کشی آب پلی اتیلن بکار میروند:

خزش و میرایی تنش.

خزش مؤلفه اي از تغییر شکل است که به صورت مؤلفه جریان گرانرو وابسته به زمان تعریف میشود. خزش به پاسخ پلی اتیلن به یک بار ثابت در طول زمان نیز تعبیر میشود. هنگامی که پلی اتیلن تحت یک بار ثابت قرار میگیرد، بلافاصله دچار یک تغییر شکل میشود که توسط مدول الاستیک که از منحنی تنش-کرنش کششی قابل پیش بینی است. علاوه بر این تغییر شکل آنی، ماده در بارهاي زیاد با نرخ کند شوندهاي به تغییر شکل ادامه میدهد و اگر بار به اندازه کافی زیاد باشد،

ممکن است ماده دچار پکیدگی یا شکست شود. لوله هاي پلی اتیلن بر طبق استانداردهاي صنعتی، جزء مواد سخت 4 طراحی شده اند که منطبق با نمونه هاي پیشنهادي صنعتی، تغییر شکل حاصل از تحمل بار، یا بعبارتی همان خزش، آنقدر کم شود که از نظر مهندسی قابل چشم پوشی باشد.

میرایی

تنش ویژگی منحصر به فرد دیگري است که حاصل طبیعت ویسکوالاستیک پلی اتیلن است. وقتی پلی اتیلن تحت کرنش ثابتی قرار میگیرد تغییر شکل به یک اندازه مشخص که مدتی حفظ میشود، بار یا تنشی که بواسطه تغییر شکل ایجاد میشود با گذشت زمان به آرامی کاهش مییابد، البته هرگز بطور کامل دفع نمیشود.

این میرایی تنش در پاسخ به بار، اهمیت بسزایی در طراحی سیستمهاي لوله هاي پلی اتیلن دارد. این پاسخی است که موجب کاهش تنش در مقاطعی از لوله که تحت کرنش ثابت قرار گرفته اند، میشود.
پاسخ سیستمهاي لوله هاي پلی اتیلن به بار، به عنوان مادهای ویسکوالاستیک، وابسته به زمان است. مدول الاستیک بدلیل خواص خزش و میرایی تنش پلی اتیلن، به طرز چشم گیري با گذشت زمان بارگذاري کاهش مییابد. مدول الاستیک لحظه ای براي وقایع ناگهانی مانند چکش آبی در دماي 73درجه فارنهایت، در حدود 150،000 psi است. براي اتفاقاتی که اندکی از وقایع ناگهانی طولانی مدت تر و البته هنوز کوتاه مدت هستند مانند نشست خاك و بار حاصل از موجودات زنده، مدول کوتاه مدت پلی اتیلن در دماي 73 درجه فارنهایت در حدود 110،000تا 130،000 psiاست؛ و مدول ظاهري به عنوان در بلند مدت به حدود 20،000تا 30،000 psi کاهش مییابد. مدول چنانکه در فصل هاي آتی خواهیم دید، معیاري کلیدي در طراحی سیستم های لوله کشی پلی اتیلن است.

پاسخِ وابسته به زمان پلی اتیلن به بار، به پلی اتیلن حالت ارتجاعیِ منحصر بفرد و مقاومت در برابر وقایع باري ناگهانی یا نسبتاً کوتاه مدت میدهد. بعنوان نمونه میتوان از مقاومت پلی اتیلن در برابر پدیده چکش آبی نام برد که در بخش هاي بعدي این کتاب با جزئیات بیشتري مورد بحث قرار خواهد گرفت.