همه چیز را در ارتباط با لوله و اتصالات پلی اتیلن بدانید

پس از تولید فولاد، شبکه های انتقال آب به کلی چهره ای دیگر یافت و کاربرد لوله های فولادی برای این منظور آغاز گردید و به سرعت با توسعه ای چشمگیر رو به رو شد. در رابطه با این نوع لوله ها از همان ابتدا مهندسین طراح شبکه ها و مهندسین ساختمان و شهر سازی با چند مشکل اساسی روبرو شدند. امکان فساد پذیری و خوردگی لوله ها، نصب و تعویض اتصالات، شکستگی ها ی ناخواسته، شکستگی های وسیع در اثر رانش زمین و زلزله، اما آن موضوع به کلی دگرگون شد و بشر به سوی استفاده از لوله های پلاستیک برای انتقال مایعات و گازها روی آورد.تا زمان پیدایش پلاستیک ها، بشر ناچار بود با تمامی ناسازگاری های سیستم های چدنی و فلزی بسازد و زیان های آن را تحمل نماید.

با پیدایش پلاستیک هااستفاده از لوله های پلاستیکی در تاسیسات، به قبل از جنگ جهانی دوم و اواسط دهه ۱۹۳۰ میلادی بر می گردد. در آن زمان برای اولین بار آلمان ها از لوله های پلاستیکی برای سیستم های تخلیه فاضلاب استفاده کردند،و در سال ۱۹۳۵ انگلیسی ها نیز موفق به تولید پلی اتیلن گردیدند. اولین کاربرد پلی اتیلن جهت عایق سازی کابل های رادار توسط انگلیسی ها و در حین جنگ جهانی دوم اتفاق افتاد.استفاده از لوله های پلی اتیلن تحت فشار با استفاده از پلی اتیلن چگالی کم در سال ۱۹۵۰ انجام پذیرفت که هر چند در برابر تنش ترک پذیر بود ولی به دلیل عدم خوردگی و سبکی مورد توجه عموم قرار گرفت و برای رفع مشکلات مطرح شده و در سال ۱۹۵۵ اولین لوله از پلی اتیلن سنگین ساخته شد و به همین جهت آقای زیگلر موفق به دریافت جایزه نوبل در رشته شیمی شد.نخستین تولید انبوه این نوع لوله به سال ۱۹۵۹ بر می گردد که در سایزهای ۱۶ تا ۲۵۰ میلی متر با پلی اتیلن نوع ۶۳ و به منظور انتقال آب، فاضلاب و سیالات شیمیایی تولید گردید.سپس برای ارتقا خواص مقاومت در برابر خوردگی و عوامل شیمیایی، انعطاف پذیری، نصب سریع و جوش پذیری، کیفیت پلی اتیلن تولیدی به PE80 که پلی اتیلنی با چگالی متوسط است افزایش یافت. با افزایش چگالی مواد، امکان تولید لوله با ضخامت کمتر و استحکام مناسب فراهم شد که این امر وزن کمتر و تحمل فشار بیشتری را در لوله باعث شد.در اواخر دهه ۸۰ میلادی PE100 به بازار عرضه گردید که در نتیجه تولید لوله پلی اتیلن با مقاومت فشاری بیشتر و با همان ضخامت جداره لوله امکان پذیر گردید.

لوله های پلاستیکی هر چند دارای معایب و مشکلات خاص خود هستند اما انواع خاصی از آن ها در کاربردهای ویژه،همیشه بهترین انتخاب هستند. با توجه به پیشرفت های روز افزون در دانش و فناوری علوم مهندسی پلیمر، روش های زیادی برای مقاوم سازی و کیفیت بخشی به لوله های پلاستیکی و بر طرف سازی عیب شان ابداع شده که بسیار مثمر ثمر هستند و هم اکنون نیز تحقیقات گسترده ای در این زمینه و تولید مواد جدید به ویژه پلیمرهای کامپوزیت و آلیاژ پلیمرها در دست انجام است.

عاملی که باعث تشدید میزان خسارت ناشی از خرابی لوله ها و اتصالات می شود، این حقیقت است که آن ها معمولا دور از انظار هستند ویا به صورت پنهان در پشت دیوار ساختمان ها قرار گرفته اند. لوله زیر زمینی به ویژه در معرض مشکلاتی است که می تواند ناشی از تغییرات در خاک محیط باشد. اتصالات و زانویی ها که در کف شو، فاضلاب و هواکش خانه ها به کار می روند، هم چنین لوله های متصل به آن ها دچار خرابی می شوند. وزن مولکولی و میزان تبلور برای پلیمرهای کریستالی عوامل اصلی موثر بر شکست، چقرمگی و پیشرفت ترک هستند. پلی اولفین ها برای محافظت در مقابل تخریب اکسیدی نیاز به آنتی اکسیدانت های مناسب و کافی دارند.

لوله های پلی اتیلنی برای گاز و آب به کار می روند و برای افزایش طول لوله ها از عملیات جوشکاری استفاده می شود. چنانچه عملیات جوشکاری به خوبی انجام شده باشد یک اتصال همگون از دو لوله به وجود خواهد آمد. لوله های پلی اتیلنی باید مقاومت خوبی در برابر ترک ناشی از تنش محیطی داشته باشند زیرا مایعات می توانند تحت فشار متراکم شده و به صورت یک عامل تنش زا عمل کنند. مقاومت در برابر ترک ناشی از تنش محیطی با مقاومت طولانی در برابر شکست ناشی از تنش رابطه دارد. مقاومت در برابر تنش در غیاب یک عامل ترک زا نیز برای طول عمر و دوام بیشتر یک عامل مهم است. برای اندازه گیری میزان مقاومت رزین های پلی اولفینی و لوله های ساخته شده از آن ها در برابر رشد آهسته ترک آزمون های ویژه ای وجود دارد.

لوله های پلی اتیلن مانند لوله های دیگر دارای ویژگی های مثبت و منفی هستند که با توجه به نوع کاربرد، هر کدام از این ویژگی ها می توانند اهمیت یابند.

ویژگی های مثبت لوله های پلی اتیلنی

• سبکی و سهولت نصب
• مقاوم در برابر خوردگی
• طول زیاد لوله های پلی اتیلنی استفاده کمتر از اتصالات را در بر دارد، این امر موجب کاهش احتمال نشت از محل اتصالات خواهد شد.
• جریان پذیری راحت میعانات به دلیل عدم زبری داخل لوله
• جوش پذیری راحت
• ایجاد انحنا در لوله به دلیل انعصاف پذیری زیاد، بدون نیاز به زانویی و اتصالات
• عدم نیاز به تجهیزات ویژه جهت نصب

ویژگی های منفی لوله های پلی اتیلنی

• نیاز به زمینه و بستر مناسب جهت نصب لوله به منظور جلوگیری از فشار بار و تنش های احتمالی
• ضعف در برابر پرتو فرا بنفش و نیاز به استفاده از مواد افزودنی پایدارکننده
• کاهش مقاومت لوله با حرارت وزمان
• خورندگی برخی حلال های نفتی و آروماتیک، مواد شیمیایی وهالوژن ها
• خراش پذیری لوله در هنگام نصب و حمل و نقل
• ضعف در برابر فشار و واکیوم
• عدم ردیابی مسیر لوله با فلز یاب
• در تمامی لوله ها، تنها میزان کمی از انبساط قابل پذیرش است. چنین مشکلاتی با افزایش یا کاهش دما نسبت به لوله ای که کار گذاشته شده است، نمود بیشتری پیدا می کند.
• اتصالات لوله با روش قالبگیری تزریقی تولید می شوند و همان مشکلات متداول قطعات تزریقی را دارند. از جمله تنش باقیمانده در قطعه، که معمولا نسبت به قطعات اکسترود شده بیشتر است.اتصالات پل ارتباطی بین دو یا چند لوله هستند. وزن لوله ها و دیگر تنش ها موجب می شود که اتصالات نیز تحت تنش باشند. لوله کشی باید به گونه ای طراحی و نصب شود که هیچ گونه تنش زیاد و مداومی روی یک اتصال یا لوله نباشد. گاهی اوقات در عملیات لوله کشی، مثل لوله کشی در زیر زمین، در مسیری که لوله ها کار گذاشته می شوند جنس خاک یا سنگ تغییر می کند، که ممکن است نتیجه آن تنش های موضعی باشد، یعنی دیر یا زود منجر به خرابی می شود. سنگ های بزرگ و کوچکی که روی لوله ها قرار می گیرند می توانند در اثر اعمال فشار، موجب خرابی آن ها شوند، به ویژه اگر روی یک نقطه ضعیف، (ناشی از ذوب نامناسب و یا وجود ناخالصی ها در ماده اولیه) فشار آورند.

لوله های پلی اتیلنی توزیع گاز

خرابی ناشی از انتخاب ناصحیح مواد اولیه و مشکلات فرایند اکستروژن می تواند یکی از دلایل افت کیفی لوله های پلی اتیلن در شبکه های توزیع گاز باشد. هر گونه تغییری در مواد اولیه مصرفی قبل از ارسال به خط تولید، باید با آزمایشات کیفی کنترل شوند. استفاده از افراد با تجربه به هنگام استفاده از مواد اولیه جدید، می تواند از این ماده لوله مناسب بسازد و از آنجا که چنین لوله ای ممکن است پتانسیلی برای خرابی های مصیبت بار باشند، استفاده از مواد اولیه مشکوک و تولید کنندگان ناوارد همیشه با آسیب های جبران ناپذیری همراه خواهد بود.

خرابی لوله های گاز می تواند در اثر برخورد سنگ اتفاق افتد، نقطه برخورد در سطح بیرونی، منطقه آغاز ترک در محل برخورد هستند و خرابی در اثر رشد آرام ترک ادامه خواهد داشت.

خرابی دیگر این لوله ها می تواند در اثر له شدن اتفاق افتد. بخش تغییر شکل یافته که در اثر فشردگی به وجود آمده است، با رشد آرام ترک در اثر فشردگی بیش از حد شتاب می گیرد.

خمش لوله در حین خدمت و وجود ناخالصی ها درمواد اولیه از دیگر عوامل تنش زا و مخرب در لوله هستند.

لوله های فاضلاب پلی اتیلن

لوله های فاضلاب پلی اتیلن سنگین در اثر شکنندگی سطح داخلی لوله توسط تخریب پراکسیدی آسیب می بینند. در این گونه مواقع شکنندگی به صورت ترک هایی بسیار گسترده در سطح دیده می شود. چیزی که باعث خرابی می شود مقاومت کم لوله در برابر تنش های ترک زا است. البته نوع مواد اولیه و شرایط فرایندی نیز تاثیر به سزایی در کیفیت این گونه لوله ها دارند.

لوله های توزیع آب پلی اتیلنی

نا کافی بودن مواد آنتی اکسیدانت موجب اکسید شوندگی لوله می شود. گاه مواد آنتی اکسیدانت از لیست ترکیبات حذف می شوند یا در اثر گرم شدن و کار بیش از حد روی ماده اولیه در حین تولید از ماده پلیمری دفع می شوند.از دیگر عوامل مخرب می توان ایجاد نشتی را به واسطه تنش سنگ های ریز و درشت که به لوله فشار می آورند دانست.

لوله های پلاستیکی در صورت خرابی موجب خسارات فراوان هستند. سیستم های لوله کشی آب و گاز با لوله های پلاستیکی شامل کیلومترها لوله می شوند. خرابی های اصلی نه تنها بازتاب ضعف لوله های پلاستیکی است بلکه این مصنوعات را نیز تحت شعاع کاربردی قرار می دهند.

بسیاری از سیستم های لوله کشی قابل رویت نیستند به طوری که ممکن است بدون هیچ اخطار قبلی خرابی فاجعه انگیزی اتفاق بیافتد. چنین اتفاقاتی می توانند خسارات مالی و جانی شدیدی به وجود آورند. ضریب ایمنی بالا در هر مرحله تولید لوله کاری عاقلانه و ضروری است. این مطلب شامل مشخصات فنی رزین، اکستروژن، اتصال و نصب نیز می شود.تنها بایر از رزین لوله سازی مورد تایید استفاده شود و ترجیحا باید شرکت های متخصص و دارای امکانات آزمایشگاهی مجهز اقدام به تولید لوله کنند. در صد زیادی از خرابی ها ناشی از مشکلات اتصال باید مورد شناسایی قرار گیرند و در حین فرآوری مورد توجه باشند. به ویژه در لوله های قطربزرگ، باید از سیستمی که قادر به بازبینی و رد یابی ترک های ریز در اتصال یا ج.ش باشد استفاده کرد.

معمولا در تولید رزین های پلی اتیلن نوع لوله سازی و احتمالا دیگر پلیمرها تغییرات در بچ های مختلف هر چند به مقدار کم وجود دارد که روی سرعت رشد آرام ترک اثر می گذارند. لذا این نکته آنقدر اهمیت دارد که هر محموله رزین قبل از مصرف در فرایند تولید لوله به منظور تایید مورد آزمون قرار گیرد.

از آن جا که مشکلات بست ها و اتصالات درصد بالایی از خرابی لوله ها را تشکیل می دهند، باید توجه ویژه ای به اتصال لوله ها و بست ها معطوف داشت. برای تمام انواع بست ها و اتصالات متصل شده، میزان بهینه ای از ماده ای اتصالی وجود دارد، چه چسب حلالی باشد و چه جوشکاری. طراحی و انتخاب ماده اولیه نامنسب اتصالات در امور خدماتی مربوط به آب موجب خرابی های زیادی شده اند.

بهترین لوله ساخته شده از مناسب ترین مواد اولیه و با اتصال خوب، چنانچه نگهدارنده زیر آن برای نصب پایدار نباشد، یا چنانچه سنگ به لوله برخورد کند، دوام نخواهد آورد. تراکم و تغییر خاک در اثر زه کشی آب می توانند به سرعت یک سیستم لوله کشی خوب را دچار تخریب کنند. چنانچه عمر خدمت طولانی مد نظر باشد، لوله باید به طور مناسب نصب شود.

تغییرات دما از حد کم تا حد زیاد می تواند موجب تغییر طول لوله شود به گونه ای که اتصالات را، به ویژه تحت تنش قرار دهد و احتمالا باعث خرابی شوند. به همین منظور باید به توصیه های سازندگان لوله توجه شود تا از چنین مشکلاتی پرهیز شود. سیستم های لوله کشی و اتصالات در کاربردهای تخلیه و فاضلاب خانه و ساختمان در معرض تغییرات زیاد دما از سوی جریان آب سرد و گرم می باشند، هم چنین از سوی شرایط دمای هوا، زمانیکه یک ساختمان به هنگام زمستان خالی باشد.

در مورد لوله های با قطر زیاد دقت بیشتری لازم است. این مطلب به ویژه برای پلی اتیلن که در آن دیواره داخلی با آب سرد نمی شود حقیقت داردذ، به طوری که دما در حین ساخت و تولید لوله برای یک مدت طولانی در حد بالا باقی می ماند. اکسید شدن و شکنندگی ناشی از این علت عاملی است برای شکست در حین خدمت. برای مواد کریستالی مثل پلی اتیلن، سرد شدن آرام ممکن است کریستال های نسبتا بزرگ در حین فرایند سرد شدن به وجود آورد. هم چنین، این روند می تواند گستره ای از درجات کریستالی و یا اندازه های کریستال از یک دیواره تا دیوار دیگر را موجب شود. تنش های حاصله می توانند منجر به مشکلات در حین خدمت شوند.

آزمون های های ترکیدگی سریع موکب شناسایی یا رد یابی اولیه ترک های ریز یا نواقص می شوند، در حالیکه آزمون های دراز مدت عمر واقعی یک لوله مناسب را پیش بینی می نمایند. مصرف کنندگان لوله باید لوله ای با بهترین ترکیب را برای نیازمندی های خود انتخاب نمایند.

در اشکال زیر(۱ تا ۴) چهار عامل اصلی تخریب لوله های آبیاری نشان داده شده است.

شکل۱) لوله در معرض مستقیم نور خورشید

شکل۲) فشار زیاد آب باعث ایجاد ترک در لوله می شود

شکل۳) نصب لوله بر روی زمینی حاوی خاک نامناسب و حاوی سنگریزه

شکل۴) مونتاژ و نصب غیر اصولی لوله

منبع: شماره ۳۳۶ ماهنامه صنایع پلاستیک

نویسنده: مهندس حمیدحامد موسویان