کاربردهای رو زمینی لوله های پلی اتیلن (قسمت اول)

در کاربردهای رو زمینی ، لوله کشی های پلی اتیلن ممکن است در سازه های محافظ به صورت معلق و یا در چارچوب قرار گیرند، گاهی هم آن ها را بسادگی روی سطح زمین قرار می دهند. این نوع تاسیسات را می توان با هر یک از فاکتورهای موجود تعیین نمود. یکی از این فاکتورها، ملاحظات اقتصادی یک سیستم لوله کشی موقتی است. فاکتور دیگر، سادگی بازرسی و نگهداری از سیستم لوله کشی است.

یکی دیگر از فاکتورها این است که گاهی شرایط محلی و حتی ذات خود کاربرد، اقتضا می کند که لوله روی زمین نصب شود. لوله های پلی اتیلن دارای یکپارچگی اتصالات، استحکام، انعطاف پذیری و وزن کم منحصر بفردی هستند. ترکیب این فاکتورها باعث می شود بتوان از این لوله ها در بسیاری از « کاربردهای رو زمینی » استفاده نمود. از این ماده ارتجاعی در خطوط موقت انتقال آب، انواع مختلفی از خطوط مسیر فرعی، خطوط لای روبی، باطله معدن و لوله کشی جداسازی ذرات ریز استفاده شده است.

از لوله های پلی اتیلن در بسیاری از صنایعی که با فسفات و کائولین ها سر و کار دارند، برای انتقال دوغاب استفاده می شود. سهولت نصب و استحکام منحصر بفرد لوله های پلی اتیلن، استفاده از آن ها را در جمع آوری نفت و گاز مقدور می سازد. علیرغم وجود شرایط بسیار سخت آب و هوایی که در برخی از این کاربردهای متنوع وجود دارد، عملکرد پیوسته و مقرون به صرفه اقتصادی این لوله های منحصر بفرد، مشهود و اثبات شده است. همچنان با شرکت توسن صنعت آپادانا تولیدکننده و ارائه کننده انواع لوله های پلی اتیلن ، لوله آبیاری، نوار آبیاری و لوله دریپردار همراه باشید.

 

معیارهای طراحی

شرایط و آثاری که می توانند بر رفتار و نتیجه طراحی سیستم لوله کشی های پلی اتیلن روز مینی تاثیر گذار باشند عبارت اند از:

• دما

• قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی

• تشعشعات ماوراء بنفش

• ضربات مکانیکی و بارگذاری های احتمالی

• فشار داخلی

 

دما

تنوع کاربردهایی که لوله های پلی اتیلن در ان ها بصورت روزمینی مورد استفاده قرار گرفته اند، بازتابی از گستره دمایی وسیعی است که این ماده در آن کارآیی دارد. تاسیسات رو زمینی معمولا در معرض نوسانات شدید دمایی قرار دارند در حالیکه در تاسیسات مدفون، دمای سیستم نسبتا پایدار است. تابش نور خورشید، تغییرات فصلی و گذار از شب به روز می تواند اثر قابل ملاحظه ای بر هر نوع لوله ای که روی زمین نصب شده است، داشته باشد.

 به عنوان یک قانون کلی، می توان از لوله های پلی اتیلن در کاربردهای تحت فشار و به صورت ایمن از دماهایی به کمی ۴۰^oC)-40 ^oF-) تا دماهای بالایی در حدود  ۶۰^oC)140^oF) استفاده نمود. بازه دمایی مجاز در خدمات غیرفشاری تا ۸۲^oC)180^o) گسترده می شود. تعداد اندکی از مواد اولیه لوله های پلی اتیلن، گواهی استفاده تحت فشار در دمای ۱۸۰^oF را دارا هستند. با این حال پلی اتیلن ماده ای گرمانرم است و اینگونه تغییرات بر خواص مهندسی لوله تاثیر می گذارند.

قابلیت های فشاری

از آنجاییکه تاسیسات رو زمینی لوله های پلی اتیلن ممکن است در معرض تغییرات دمایی و نوسانات فشاری گسترده تر و گاهی تاثیرت محیط های مختلف قرار بگیرند، باید در انتخاب لوله های پلی اتیلن با درجه فشار مناسب در دما و محیط مورد نظر، دقت کافی اعمال شود.

کرانه های پایینی دما

بطور کلی، محدودیت موجود در دمای کاری پایین محیط، احتمال شکننده شدن مواد است. با این حال توجه داشته باشید که اکثر مواد سازنده لوله های پلی اتیلن در دماهای بسیار پایین مورد آزمایش قرار گرفته و اثری از شکننده شدن از خود نشان نداده اند.

دماهای پایین اثر منحصر بفردی روی لوله های پلی اتیلن دارند. در پی آن لوله سفت تر می شود اما خواص چقرمگی خود را حفظ می کند. شکننده شدن واقعی در اکثر پلی اتیلن ها در دماهای زیر ۱۱۸^oC)-180^oF-) اتفاق می افتد. لوله های پلی اتیلن در نمونه های عملیاتی در دماهایی در حد ۶۰^oC)-75^oF-) بکار گرفته شده اند. واضح است که شرایط کار در چنین کرانه هایی (کرانه های دمایی)، استفاده از عایق بندی را ایجاب می کند تا بتوان جلوی از دست دادن حرارت را گرفت و از یخ زدن ماده در حال انتقال، جلوگیری نمود.

باید توجه نمود که در شرایط کاری دشوار، در فشارهای بالا و دماهای خیلی پایین، قابلیت برخی مواد پلی اتیلنی در جذب و دفع انرژی هایی مانند انرژی ناشی از یک ضربه ناگهانی، باید مورد ارزیابی قرار گیرد. در چنین شرایطی این احتمال وجود دارد که با اعمال نیرو محرکه یا پیشران یا سایر نیروهای وارده، ترک در دیواره لوله شکل بگیرد و این ترک قابلیت سرایت کردن به فواصل قابل ملاحظه ای در راستای محور طولی لوله را دارد. معمولا از این پدیده با عنوان انتشار سریع ترک (RCP) یاد می شود و می تواند در هر لوله یا وسیله تحت فشاری بدون در نظر گرفتن جنس مواد سازنده آن، اتفاق بیفتد.

معمولا چنین پدیده ای در انتقال مایعات توسط پلی اتیلن دیده نمی شود، زیرا اتلاف انرژی ناشی از آزاد شدن ناگهانی مایع از لوله، با نیروی مانع رشد ترک تعدیل می شود. در جابه جایی گاز یا هوای فشرده، اتلاف انرژی صورت نمی گیرد و در نتیجه ایجاد نیروی پیشرانه یا محرک در ان ها محتمل است. به همین دلایل در استفاده رو زمینی از لوله های پلی اتیلن در محیط های خیلی سرد (<32^oF)، باید تحقیقات مفصلی درباره کاربرد مورد نظر و شرایط کاری متداول انجام شود.

انبساط و انقباض

ضریب انبساط خطی لوله های پلی اتیلن مهار نشده تقریبا ۱۰ برابر مقدار این ضریب در لوله های بتنی یا فلزی است. نتیجه نهایی این مطلب است که نوسانات دمایی می تواند در لوله های پلی اتیلن مهار نشده، تغییرات طولی زیادی ایجاد کند. توجه داشته باشید که اگرچه انبساط(یا انقباض) احتمالی در لوله های پلی اتیلن نسبت به لوله های بتنی، فلزی و یا رس شیشه ای (شکننده) بیشتر است، اما مدول الاستیک ظاهری پلی اتیلن به میزان قابل ملاحظه ای کمتر از اینگونه لوله ها است. این بدان معناست که اگرچه مقدار حرکت ایجاد شده در اثر مقدار خاصی از تغییرات دما در لوله های پلی اتیلنبه میزان قابل ملاحظه ای کمتر است.

نتیجه نهایی آن است که ابزارهای مورد نیاز برای مهار این جابه جایی احتمالی، اغلب کم هزینه تر و ساده تر هستند. تنش های وارد شده در اثر انبساط یا انقباض یک سیستم از لوله های پلی اتیلن معمولا حدود ۵% تا ۱۰% مقدار استرس وارد شده در اثر همین پدیده در لوله های سخت است.

 

قرار  گرفتن در معرض مواد شیمیایی

درجه بندی های استاندارد فشار لوله های پلی اتیلن، برای آب و در دمای ۲۳^oC)73^oF) انجام شده اند. همچنین، به خوبی می دانیم که لوله های پلی اتیلن در تاسیسات متداول رو یا زیر زمینی زنگ نمی زنند، نمی پوسند، دچار خوردگی نمی شوند و تحت اثر خوردگی گالوانیک قرار نمی گیرند. با این حال، در حالتی که انتقال سیالی غیر از آب بوسیله لوله مد نظر باشد، و یا در صورتیکه لوله در محیطی که از نظر شیمیایی مضر است، نصب شده باشد باید ملاحظات لازم در تعیین درجه فشار مناسب برای آن در نظر گرفته شوند. قرار گرفتن پیوسته در معرض برخی مواد می تواند باعث کاهش استحکام دراز مدت مواد پلی اتیلنی بدلیل حمله یا جذب شیمیایی شود.

در برخی موارد، مثل اکسید کننده های قوی یا سایر عوامل که به پلی اتیلن حمله شیمیایی می کنند، کاهش تدریجی و غیر قابل برگشت استحکام، می تواند خواص عملکردی را با چالش های جدی روبه رو کند. طول عمر مفید در اینگونه موارد تابعی از سطح ضرر شیمیایی عامل مورد نظر، غلظت آن، کل زمان در معرض قرار گرفتن و دماست. موارد زیادی وجود دارد که در آن ها لوله های پلی اتیلن با وجود حمله شیمیایی تدریجی، باز هم ظول عمر کافی دارند و بهترین گزینه موجود از نظر اقتصادی هستند.

در مواردی که لوله های پلی اتیلن در معرض هیدروکربن های مایع قرار می گیرند، مقدار اندکی از این مواد جذب دیواره لوله شده و باعث کاهش استحکام دراز مدت لوله می شوند. تاثیر این پدیده به حداکثر مقدار هیدروکربن قابل جذب محدود می شود که به نوع هیدروکربن و دمای کاری بستگی دارد. اثر این پدیده بر استحکام دراز مدت کم است چرا که جذب هیدروکربن باعث حمله شیمیایی بهساختار پلی اتیلن نمی شود. به علاوه باید توجه داشت که ممکن است با از بین رفتن یا کاهش قرار گیری در معرض هیدروکربن، جذب تدریجا حالت معکوس بگیرد.

معکوس شدن روند جذب در هیدروکربن های سبک تر مانند میعانات و هیدروکربن های گازی، ممکن است هفته ها یا ماه ها بعد از توقف تماس بوقوع بپیوندد. با این حال، جذب هیدروکربن های مایع سنگین تر آنقدر کند است که حضور آن ها را دائمی در نظر می گیرند. میدانیم که قرار گرفتن در معرض اغلب هیدروکربن های گازی، باعث کاهش استحکام دراز مدت لوله نمی شود.

ایجاد اتصالات جوش گرمایی بین لوله ها متاثر از هیدروکربن مایعی که قبلا جذب شده است، می باشد. وجود هیدروکربن جذب شده در دیواره لوله موجب شکل گیری اتصالات ذوبی کم استحکام می شود چرا که هیدروکربن جذب شده با حرارت دیدن ذوب و سپس بخار می شود و از جوش ممانعت کرده و یا استحکام آن را کاهش می دهد. معمولا وجود آلودگی های هیدروکربنی را می توان با دیدن حباب یا گودی در مواد مذاب، بعد از برداشتن صفحه حرارت دهی، شناسایی نمود.

از آنجاییکه استحکام و اعتبار اتصالاتی که دچار آلودگی هیدروکربنی هستند، محل سوال است، در چنین شرایطی از روش های اتصال مکانیکی استفاده می شود. استحکام و اعتبار جوش گرمایی که پیش از جذب هیدروکربن ها اجرا شده اند، تحت تاثیر جذب هیدروکربن قرار نمی گیرد.

قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش

وقتی که لوله ی پلی اتیلنی در کاربرد های رو زمینی بکار گرفته می شود، در بازه های زمانی طولانی در معرض نور خورشید قرار خواهد گرفت. اشعه ماوراء بنفش نور خورشید می تواند موجب آثاری زیان آور بر پلی اتیلن شود، مگر آنکه بخوبی از ان (پلی اتیلن) محافظت شده باشد.

مطالعات هوازدگی نشان می دهند که لوله هایی که با غلظت حداقل ۲% کربن سیاه که بخوبی در سطح لوله توزیع شده و بطور یکنواخت پخش شده است، برای مدتی نامحدود از آثار زیان آور تشعشعات ماوراء بنفش محافظت شده است. لوله های پلی اتیلن که به این صورت مورد محافظت قرار گرفته اند، اصلی ترین مواد انتخابی برای تاسیسات رو زمینی هستند. معمولا استفاده از لوله های سیاه (حاوی حداقل ۲% کربن سیاه) در کاربردهای رو زمینی توصیه می شود.

ضربه یا بارگذاری مکانیکی

هر خط لوله ای که بیرون نصب شده است در معرض خشونت محیط پیرامونی اش قرار دارد. این خط لوله ممکن است در اثر عبور و مرور خودروها یا سایر تجهیزات آسیب ببیند و چنین آسیب هایی معمولا منجر به ناودانی شدن، خمش یا مسطح شدن سطح لوله می شوند.

اگر تاسیسات رو زمینی باید در محلی با ترافیک بالا یا فشارهای مکانیکی بیش از اندازه (در راستای یک جاده یا غیره) نصب شود، باید از محافظت های مضاعفی برای لوله استفاده شود. ممکن است با ساختن یک خاکریز هرمی یا با قرار دادن لوله در محافظ در مکان هایی که احتمال آسیب دیدگی بیشتر است، لوله را مورد محافظت قرار داد. متناسب با شرایط ممکن است از ابزارهای دیگری استفاده شود.

در حوزه هایی که سیستم های پلی اتیلنی رو زمینی باید از زیر جاده عبور کنند، و یا در جاهایی که نصب بخشی از خط لوله بصورت زیر زمینی ضرورت دارد، باید از معیارهای نصب لوله های گرمانرم انعطاف پذیر مدفون استفاده شود. بطور کلی، در تاسیسات تحت فشاری که یکی از بخش های پلی اتیلنی آن بیش از ۱۰% حداقل ضخامت دیواره دچار ناودانی شدن گشته است، باید بخش ناودانی شده را برداشت و جایگزین نمود. این عمل از مدت ها پیش یکی از دستورالعمل های شناخته شده در استفاده از لوله های پلی اتیلن با قطر کوچک (تا ۱۶ اینچ) در کاربردهای مربوط به انتقال گاز طبیعی بوده است.

با این حال باید توجه داشت که این قانون فقط در مورد لوله هایی با قطر ضخیم تر، برای دریافت کمک با کارخانه سازنده مشورت نماید. وقتی که لوله پلی اتیلن بیش از اندازه یا در دفعات زیاد مورد خمش یا مسطح شدن قرار می گیرد، ممکن است دچار سفیدک زدن، میکروترک، ترک یا سایر آسیب های قابل رویت شود و هر ناحیه ای که دچار چنین آسیب هایی شود را باید برداشته و با لوله جدید جایگزین نمود.