خطوط لوله پلی اتیلن نگهداشته شده یا معلق

ویژگی هایی دمایی و خمش های متناظر با آن ها در خطوط لوله پلی اتیلن نگهداشته شده یا آویخته، مشابه ویژگی هایی است که در مورد خطوط لوله نگهداشته نشده گفته شد. در اینجا دو فاکتور دیگر هم باید لحاظ شوند: خمش تیری و پیکربندی نگهدارنده یا قلاب. همچنان با شرکت توسن صنعت آپادانا تولیدکننده و ارائه کننده انواع لوله های پلی اتیلن ، لوله آبیاری، نوار آبیاری و لوله دریپردار همراه باشید.

 

فاصله بندی نگهداری یا تعلیق

محدوده های مجاز در مورد خطوط لوله افقی باید بگونه ای باشد که اهداف زیر را دنبال کند:

– حفظ تنش های خمشی لوله در محدوده مناسب

– محدود سازی خمش (شکم دادن به سمت پایین) برای:

O حفظ ظاهر

O جلوگیری از فرو رفتگی یا گود شدن (به منظور حصول تخلیه کامل لوله)

O جلوگیری از تداخل با لوله ها و قطعات دیگر

 

در بیشتر موارد، محدوده های مجاز لوله به منظور نیل به اهداف فوق را می توان بسهولت با استفاده از معادلاتی که در زیر ارائه شده است، بدست آورد. این معادلات بر اساس رابطه تیر ساده استوارند.

الزامات فاصله بندی نگهدارنده

که در آن:

L      =   فاصله مرکز به مرکز (اینچ)

OD   =   قطر خارجی (اینچ)

ID   =   قطر داخلی (اینچ)

σm  =   حداکثر تنش خمشی مجاز- (psi) به نکته زیر توجه کنید.

=   ۱۰۰ps (برای خطوط لوله تحت فشار)

=   ۴۰۰ps (برای خطوط لوله غیر فشاری)

q    =    بار بر واحد طول (lb/in)

 

نکته: یکی از اهداف متداول و محافظه کارانه در طراحی (در مورد خطوط لوله غیر فشاری)، محدود کردن تنش خمشی به نصف مقدار HDS ماده سازنده لوله در حداکثر دمای کاری است. هدف در لوله های تحت فشار، محدود کردن تنش خمشی به یک هشتم مقدار HDS است. بعنوان مثال برای ماده ای با کد – PE4710 که مقدار HDS آن برای آب و در دمای ۷۳^oF برابر با ۱۰۰۰ psi است – حد خمش در دمای ۷۳^oF برابر با ۵۰۰psi ( خطوط لوله غیر فشاری) و یا  ۱۲۵psi (برای خطوط لوله تحت فشار) می باشد. برای حداکثردماهای کاری متفاوت، این حدود متناسب با فاکتور تنظیم دما که در ضمیمه فصل ۳ داده شده بود، اصلاح می شوند. محیط کاری هم در صورتیکه یکی از عوامل اثر گذار باشد، باید در مطالعات مورد بررسی قرار بگیرد.

 

بار بر واحد طول

که در آن:

q    =    بار بر واحد طول (lb/in)

W   =    وزن لوله (lbs/ft)

σ   =    چگالی سیال داخلی (lb/ft³)

= W وزن لوله (lbs/ft)

۳٫۱۴۱۶ = π

 

این محاسبات در حالتیکه لوله کاملا توسط نگهدارنده، مهار نشده است (لوله می تواند آزادانه در نگهدارنده حرکت کند)، تخمین محافظه کارانه ای بدست می دهند. آنالیزهای پیچیده تر تنش های خمشی را می توان با در نظر گرفتن لوله بصورت یک تیر تحت بارگذاری یکنواخت و با دو انتهای ثابت، انجام داد. مقدار خمش واقعی بین محدوده ها را می توان بر اساس آنالیزهایی مانند معادله زیر بدست آورد.

آنالیز خمش تیر ساده  بر اساس خمش محدود

که در آن:

d    =   خمش یا شکم دادگی (اینچ)

f     =   ضریب خمش

L    =    طول محدوده (اینچ)

q    =    بار بر واحد طول (lb/in)

EL  =    مدول الاستیک ظاهری دراز مدت در میانگین دمای دراز مدت

I    =    گشتاور ماند ^۴(p / 64) (OD 4 – ID4) = (in) 

 

آنالیز تیر ساده، متناسب با فضای در نظر گرفته شده در پیکربندی نگهدارنده و مدول الاستیک ظاهری در دمای کاری مشخص، بازتابی از مقدار خمش به دست می دهد. این آنالیز، افزایش یا کاهش خمش در اثر انبساط یا انقباض ناشی از نوسانات حرارتی را در نظر نگرفته است. این پدیده ها قابل جمع شدن هستند – معادله زیر اثر مجموع را نشان می دهد.

آثار خمشی مجموع

خمش کلی = خمش تیر + خمش انبساط حرارتی= Δy + d

 

در آنالیز تیر ساده، فرض می شود که در هر انتهای هر محدوده، فقط یک نقطه نگهدارنده قرار دارد. بیشتر خط لوله های نگهداشته شده ، شامل بیش از یک تک محدوده می شوند. در حالت عادی، این خطوط لوله از مجموعه ای از محدوده های نسبتا هم طول با فاصله یکنواخت، تشکیل شده اند. طراح می تواند هر یک از قسمت های خطوط لوله چند محدوده ای آویزان را بر اساس آنالیز تیر ساده مورد تحلیل قرار دهد. با این همه، در اکثر خطوط لوله نگهداشته شده چند محدوده ای، این ره یافت پاسخ محافظه کارانه ای بدست می دهد. رهیافت واقع گرایانه تری برای محاسبه خمش بر اساس آنالیز تیر پیوسته، در معادله زیر ارائه شده است.

آنالیز تیر پیوسته

که در آن:

d    =   خمش یا شکم دادگی (اینچ)

f     =   ضریب خمش

L    =    طول محدوده (اینچ)

q    =    بار بر واحد طول (lb/in)

EL  =    مدول الاستیک ظاهری دراز مدت در میانگین دمای دراز مدت

I    =    گشتاور ماند ^۴(p / 64) (OD⁴-ID⁴) = (in) 

 

ضریب خمش یا f تابعی است از تعداد محدوده ها و اینکه لوله در نگهدارنده ها بطور ایمن ثابت شده است و یا فقط در مسیر قرار گرفته است (ثابت نشده است). مقادیر عملیاتی ضریب خمش یا f در جدول ۸- ۱ آمده اند.

 

 جدول ۸-۱٫  ضرایب خمش یا f برای پیکربندی های مختلفی از محدوده ها

 

آنالیز تیر پیوسته هم مثل آنالیز تیر ساده، خمش های ناشی از هندسه خاصی از محدوده ها در دمای کاری مشخصی را توضیح می دهد. این معادله هم خمش های اضافی در اثر انبساط یا انقباض ناشی از نوسانات دمایی را در نظر نمی گیرد. معادله زیر اثر خمش ناشی از هندسه محدوده (با استفاده از آنالیز تیر پیوسته) را با اثر خمش ناشی از انبساط بدلیل افزایش دما ترکیب می کند. حداکثر خمش مجاز محدوده معمولا از ۵/۰ تا ۱ اینچ در نظر گرفته می شود.

کل خمش محدوده بر اساس آنالیز تیر پیوسته و پاسخ حرارتی

 

 

که در آن:

d    =   خمش یا شکم دادگی (اینچ)

f     =   ضریب خمش

L    =    طول محدوده (اینچ)

q    =    بار بر واحد طول (lb/in)

EL  =    مدول الاستیک ظاهری دراز مدت در میانگین دمای دراز مدت

I    =    گشتاور ماند ^۴(p / 64) (OD⁴-ID⁴) = (in) 

 

طراحی قلاب و نگهدارنده

طراحی صحیح قلاب ها و نگهدارنده ها در لوله کشی های پلی اتیلنی هم مانند سایر انواع لوله کشی ها اهمیت دارد. فاکتورهای گوناگونی باید در نظر گرفته شوند.

در برخی از انواع نصب لوله های پلی اتیلن، لوله را مستقیما روی سطح زمین می خوابانند. در این نوع نصب، سطح زیر لوله باید عاری از قلوه سنگ ها، شکاف و سایر ناهمواری هایی که می توانند موجب وارد شدن بار نقطه ای به لوله شوند، باشد. باید از جایگذاری لوله روی بستر سنگی یا »قشر سنگی شده «۱ ، اجتناب کرد مگر در شرایطی که بستری یکنواخت از موادی که از لوله محافظت کنند روی بستر سنگی قرار گرفته باشد. قرار گرفتن مستقیم لوله روی سطحی سخت باعث ایجاد شرایط اعمال بار نقطه ای و افزایش ساییدگی سطح خارجی لوله می شود، چرا که لوله در پاسخ به نوسانات دمایی »پیچ و تاب می خورد « (و به این صورت با سطح سخت زیرین برخورد داشته و ساییده می شود). نگهدارنده های متناوب لوله باید با استفاده از پارامترهای طراحی بحث شده در صفحات قبلی، فاصله صحیحی از یکدیگر داشته باشند. در مواقعی که با دماهای اضافی یا بارگذاری های غیر معمول مواجه هستیم، استفاده از نگهدارنده های پیوسته باید مد نظر قرار بگیرد.

محافظ هایی که به جای استفاده از گیره یا سفت گرفتن لوله، فقط آن را در بر می گیرند، باید از نیم تا یک برابر قطر لوله طول داشته باشند و حداقل ۱۲۰ درجه از قطر لوله را در بر گرفته باشند. همه نگهدارنده ها باید عاری از لبه های نوک تیز باشند.

نگهدارنده ها باید تأمین کننده استحکام کافی برای مهار لوله در برابر خمش های طولی در شرایط کاری مورد نظر باشند. در صورتیکه در طراحی، حرکت آزادانه لوله در طی فرآیند انبساط دیده شده باشد، باید از نگهدارنده هایی لغزنده برای هدایت مهار نشده حرکت لوله استفاده شود. از طرف دیگر در صورتیکه در طراحی، نگهدارنده هایی در نظر گرفته شده باشند که لوله را محکم بگیرند، این نگهدارنده ها یا باید به قدر کافی انعطاف پذیر باشند و یا توان کافی برای تحمل تنش های وارده را داشته باشند.

اتصالات و فلنج های سنگین باید حداقل در فاصله ای برابر با ۱ قطر کامل لوله از هر طرف، بطور کامل نگهداشته شده و مهار شوند. این اتصالات نگهداشته شده، سازه هایی سخت را در خط لوله های انعطاف پذیر ایجاد می کنند و باید کاملاً از تنش های خمشی ناشی از شکم دادگی تیری و خمش حرارتی، جدا شده باشند.

شکل ۸- ۸ شامل تعدادی از گیره های لوله و چیدمان نگهدارنده های مورد استفاده در سیستم های لوله های پلی اتیلن می باشد و شکل ۸-۹ شامل جزئیاتی در مورد قلاب کردن و در چارچوب قرار دادن، می شود.

 

آزمون فشار

یکی از اقدامات معمول، آزمون فشار یک سیستم لوله کشی، قبل از قرار دادن آن در مدار کار است. برای سیستم های روزمینی تشریح شده در این فصل، این آزمون باید از روش هیدرواستاتیک انجام شود. دستورالعمل آزمون هیدرواستاتیک در برخی نشریه ها، از جمله گزارش فنی TR-31 از مؤسسه PPI توضیح داده شده است. مؤسسه لوله های پلاستیکی، آزمون فشار پنوماتیک را در تأسیسات رو زمینی توصیه نمی کند. یک روش آزمون استاندارد ASTM برای آزمون نشتی تأسیسات لوله های پلی اتیلن، در حال تدوین است و می توان از آن استفاده کرد.

 

شکل ۸- ۸٫ گیره ها و نگهدارنده های متداول لوله

 

شکل ۸- ۸٫الف-نگهدارنده رکابی لوله

 

شکل ۸- ۸٫ب-نگهدارنده پوسته منقاری

 

شکل ۸- ۸٫ ج-تیر I معلق یا نگهدارنده کانال پیوسته

 

شکل ۸-۹٫ جزئیات روش های متداول قلاب زدن یا در چارچوب قراردادن

 

 

نتیجه گیری

سالیان درازی است که لوله های پلی اتیلن با مزایایی که دارند، در کاربردهای روزمینی مورد استفاده قرار گرفته اند. وزن کم، یکپارچگی اتصالات و استحکام کلی منحصر بفرد پلی اتیلن منجر به کاربرد نصب روزمینی لوله های پلی اتیلن در زمینه های مختلف معدنی، تولید نفت و گاز و خدمات توزیع شهری شده است. بسیاری از این سیستم ها، سالهاست که خدماتی مقرون به صرفه را بدون بروز هیچ نشانه ای از پوسیدگی، در اختیار گذاشته اند.

نکته کلیدی در حصول به یک سیستم لوله کشی پلی اتیلن روزمینی با کیفیت، دقت در طراحی و نصب است. این فصل برآن بود تا راهنمایی برای طراح یا نصاب برای بهره گیری از خواص منحصر بفرد لوله های پلی اتیلن در این نوع کاربردها باشد. با این روش می توان ارائه سرویسی عالی را، حتی در شرایط طاقت فرسایی که در تأسیسات روزمینی وجود دارد، تضمین نمود.