ویژگی های نصب روزمینی لوله های پلی اتیلن

کاربردهای رو زمینی لوله های پلی اتیلن (قسمت سوم)

در مطالب قبل با شرایط و معیارهای طراحی سیستم لوله کشی های پلی اتیلن روز مینی و نحوه طراحی آن ها آشنا شدید. در ادامه همچنان با شرکت توسن صنعت آپادانا تولیدکننده و ارائه کننده انواع لوله های پلی اتیلن ، لوله آبیاری، نوار آبیاری و لوله دریپردار همراه باشید تا ویژگی های نصب روزمینی لوله های پلی اتیلن را بررسی کنیم.

ویژگی های نصب روزمینی لوله ها

نصب روزمینی لوله ها در دو نوع اصلی وجود دارند. یکی از آن ها عبارت است از »رشته کشی «۱ لوله روی سطح زمین یا عوارض طبیعی موجود در مسیر لوله. دومین نوع شامل آویختن لوله ها از سازه های نگهدارنده مختلفی است که در حریم قانونی مسیر خط لوله در دسترس هستند. برخی از تأسیسات متداول از هر دو نوع نصب، در شکل ۸- ۲ نشان داده شده اند. از آنجاییکه روش های طراحی در هر یک از انواع نصب، متفاوت است، آن ها را بصورت جداگانه مورد بحث قرار می دهیم.

نصب روی سطح زمین

چنانکه قبلاً نیز بیان شد، لوله هایی که در معرض نوسانات دمایی قرار می گیرند، در پاسخ به این نوسانات دمایی، منقبض و منبسط می شوند. طراح برای مواجهه با این پدیده، دو گزینه در پیش دارد. اساساً می توان لوله را در وضعیت مهار نشده نصب کرد تا بتواند در پاسخ به تغییر دما، آزادانه حرکت کند. یا می توان لوله را با برخی وسایل قلاب کرد تا بتوان تغییر ابعاد فیزیکی آن را کنترل نمود؛ با قلاب کردن می توان از خاصیت منحصر بفرد میرایی تنش در پلی اتیلن برای کنترل مکانیکی حرکت و خمش، بهره برد.

 

حرکت آزادانه

نصب بدون مهار لوله نیازمند جایگذاری لوله روی یک بستر یا معبر قانونی است که عاری از موادی باشد که می توانند سطح خارجی لوله را دچار ساییدگی و یا سایر آسیب ها کنند. هدف آن است که به لوله اجازه داده شود آزادانه و بدون محدودیت یا آسیب های نقطه ای احتمالی، »پیچ و تاب «۳ بخورد. در این روش نصب معمولا لوله پلی اتیلن در محدوده معبر قانونی مانند مار است. در بخش اضافی لوله کشی لوله قدری شل است که بعد از افت دما و انقباض لوله، از بین می رود.

 

شکل ۸-۲ نصب های روزمینی متداول لوله های پلی اتیلن

شکل ۸-۲ الف. نصب رو زمینی لوله های پلی اتیلن در یک کاربرد صنعتی. به شکل »مار گونه « در معبر قانونی توجه کنید

 

شکل ۸-۲ ب. نگهدارندگی پیوسته لوله های پلی اتیلن در گذر از دره

 

شکل ۸- ۲ -ج. نگهدارندگی متناوب لوله های پلی اتیلن آویخته از یک سازه سخت

یک لوله پلی اتیلن آزاد، در همه موارد مشابه، باید در نهایت به یک سازه سخت منتهی یا متصل شود. به شدت توصیه می شود که ناحیه گذار از یک لوله پلی اتیلن آزاد به لوله سخت، کاملا پایدارسازی شود تا از تمرکز تنش در محل گذار، جلوگیری شود. روش های متداول مهار لوله در فاصله ای برابر با ۱ تا ۳ برابر قطر لوله از انتهای سخت، در شکل ۸- ۳ نشان داده شده اند. این کار با رهاسازی تنش ناشی از انقباض یا انبساط حرارتی در دیواره خود لوله، تمرکز تنش ناشی از حرکت های جانبی لوله در نقاط انتهایی را از بین می برد.

 

شکل ۸-۳روش های متداول مهار کردن در انتهای سخت قطعه لوله های پلی اتیلن آزاد

شکل ۸-۳ الف. اتصال به گنبد بتنی ( Concrete Vault ) با استفاده از تیرچه حائل

 

شکل ۸-۳ ب. اتصال به سازه سخت با استفاده از خاکریز زمینی متراکم شده

خطوط لوله مهار شده

در طراحی نصب های روزمینی که شامل مهار می شوند، باید ابزارهایی که برای کنترل حرکت بکار می روند و همچنین نیروی مهار یا قلاب لازم برای جبران تنش های انقباضی یا انبساطی، در نظر گرفته شوند. روش های متداول برای مهار عبارت اند از خاکریزهای زمینی ۳، تیرک ها ۴، قلاب های مته ای ۵ و چارچوب های بتنی ۶ یا بلوک های ضربه گیر ۷٫ خاکریز زمینی می تواند پیوسته و یا متناوب باشد. ممکن است خط لوله را بطور کامل با لایه کم عمقی از خاک همجنس زمین محل بپوشانند و یا آن را در بازه هایی خاص بین محل های قلاب، با خاکریزهای زمینی، پایدار سازی کنند. آرایش های متداول خاکریزهای زمینی در شکل ۸- ۴ ارائه شده اند.

شکل ۸-۴٫ پیکر بندی های خاکریز های زمینی

از خاکریزهای زمینی پیوسته نه تنها برای پایدار سازی لوله و مهار آن در برابر حرکت استفاده می شود، بلکه برای متعادل سازی نوسانات دمایی نیز بهره برداری می گردد. تمایل لوله برای جابجایی، با نوسانات دمایی کمتر، کاهش می یابد. نصب متناوب خاکریزهای زمینی، باعث پایدار سازی لوله را در مقاطع ثابتی در طول خط لوله می شود. لوله روزمینی در هر یک از نقاط پایدار سازی، به طول ۱ تا ۳ قطر لوله با خاکریزی از جنس زمین، پوشانده می شود. صرفه اقتصادی این روش مهار خط لوله، واضح است.

ابزارهای پایدارسازی متناوب دیگری هم در دسترس هستند که مهارهایی به همان اندازه کارا و البته با سهولت بیشتر در اجرا و نگهداری را در اختیار می گذارند. این ابزارها عبارت اند از تیرک ها، قلاب های مته ای و یا چارچوب های بتنی. این روش های مهار به صورت شماتیک در شکل های ۸- ۵ تا ۸- ۷ نشان داده شده اند.

 

شکل ۸-۵ پایدارسازی با تیرک

 

شکل ۸-۶٫  پایدارسازی با قلاب مته ای

 

شکل ۸-۷٫  پایدارسازی با چارچوب بتنی یا بلوک ضربه گیر

لوله ای که بصورت متناوب قلاب شده است، در پاسخ به تغییرات دما، خمش جانبی پید ا می کند، و حرکت جانبی موجب شکل گیری تنش و کرنش در دیواره لوله می شود. رابطه بین این متغیرها بصورت زیر بدست می آید:

خمش جانبی (تخمینی از معادله کاتنری )

که در آن:

y∆    =    خمش جانبی (اینچ)

L      =    فاصله بین نقاط قلاب شده (اینچ)

∝     =    ضریب انبساط / انقباض حرارتی

T∆    =    تغییر دما (T2 – T1) بر حسب درجه فارنهایت

 

تعیین کرنش خمشی

که در آن:

ε      =    کرنش در دیواره لوله (%)

D     =    قطر خارجی لوله، اینچ

∝     =    ضریب انبساط / انقباض حرارتی

T∆    =    تغییر دما (T2 – T1) بر حسب درجه فارنهایت

L      =    فاصله بین نقاط قلاب شده (اینچ)

 

به عنوان یک قانون کلی می توان گفت، تعیین تعداد نقاط پایدار سازی، یک تصمیم اقتصادی است. بعنوان مثال اگر لازم باشد خمش جانبی به شدت محدود شود، تعداد نقاط پایدار سازی افزایش چشم گیری پیدا می کند. از طرف دیگر در صورتیکه خمش جانبی ایجاد شده، در محدوده مجاز باشد، به تعداد نقاط قلاب کمتری نیاز است و هزینه مربوطه کاهش می یابد. مقدار خمش جانبی مجاز پلی اتیلن، نامحدود نیست. حد بالای آن برابر با حداکثرکرنش مجاز در دیواره لوله است. این حد در اکثر کاربردهای روزمینی، برابر با مقدار محافظه کارانه ۵% منظور می شود. این مقدار با استفاده از معادله بالا و با فرض اینکه لوله در بین دو نقطه با فاصله L قلاب شده، بدست آمده است. از معادلات تعیین کرنش خمش برای تعیین خمش جانبی تئوری یا کرنش در خطوط لوله روسطحی استفاده می شود. خمش واقعی و کرنش به دلیل وجود اصطکاک با عوارض زمینی در مسیر خط لوله، وزن لوله و جریان سیال، و اینکه بیشتر نوسانات دمایی در حالت عادی بصورت آنی بوقوع نمی پیوندند، ممکن است بسیار کمتر از مقادیر محاسبه شده باشد. این عوامل باعث میرایی تنش در طی فرآیند نوسان دمایی می شوند.

 

مثال ۵

لوله ای ۱۰ اینچی( قطر خارجی=۷۵/۱۰ ) از سری SDR11 با مشخصات PE4710 را فرض کنید که روی زمین کشیده شده و در بازه های ۱۰۰ فوتی، قلاب شده است. در صورت افزایش دما به میزان ^oF50 (^oC8/27)  ، حداکثر خمش جانبی تئوری ممکن چقدر خواهد بود؟ با این مقـدار تغییر دمـا، چه مقدار کرنـش در دیـواره لـوله بوجـود

می آید؟ اگر لوله در مقاطع ۵۰ فوتی قلاب شده باشد چطور؟

محاسبات مربوط به بازه های ۱۰۰ فوتی:

 

محاسبات مربوط به بازه های ۵۰ فوتی:

از محاسبات انجام شده در مثال ۵ مشخص است که مقداری از خمش های جانبی که ممکن است قابل ملاحظه به نظر برسند، باعث کرنش نسبتاً اندکی در دیواره لوله می شوند. رابطه بین خمش جانبی و آهنگ کرنش، به شدت وابسته به فاصله انتخاب شده بعنوان بازه بین نقاط قلاب شده می باشد. هرچه فاصله بین نقاط قلاب شده بیشتر باشد جابه جایی جانبی بیشتر و درصد کرنش کمتر است.