بررسي لوله هاي پلي اتيلن چگالي بالا
چکيده
لوله هاي پلي اتيلن سنگين كاربردهاي بسياري دارند. در اين مقاله ضمن بررسي ساختار شيميايي اين دسته از لوله ها و ويژگي هاي آنها، به مقايسه اين لوله ها با ساير لوله ها و اتصالات مي پردازيم. در اين رهگذر اين لوله ها را با لوله هاي بتن مسلح، پي وي سي، چدن نشكن و فولادي مقايسه مي كنيم و مزايا و معايب آنها و رفتار لرزه اي آنها را بررسي مي كنيم.
مقدمه
لوله هاي پلي اتيلن سنگين چگالي بالا در حوزه وسيعي از خطوط لوله شهري، صنعتي، دريايي، حفاري، دفن زباله و كشاورزي به كار مي روند كاربرد مطلوب اين دسته از لوله ها در موقعيت هايي چون سطح زمين،حالت مدفون، شناور و. سطوح زير دريا آزمايش و به اثبات رسيده است
اين لوله ها قابليت انتقال آب آشاميدني، فاضلاب، موادشيميايي،دوغاب، و پسماندهاي خطرناک و گازهاي فشرده را دارند. استفاده از لوله هاي پلي اتيلن در صنايع نفت و گاز سابقه اي طولاني دارد .
درمقايسه با ساير لوله ها كمترين ميزان تعمير و نگهداري را براي توزيع گاز شهري دارند. در گذشته به دليل مسائل مربوط به نگهداري آنها در برابر خوردگي و آثاري كه به مرور در نتيجه خوردگي ناشي از كلر موجود در آب در لوله هاي پلي اتيلن به وجود مي آمد.
ازاين لوله ها در شبكه هاي آبرساني استفاده چنداني نمي شد؛ اما امروزه اين نقيصه ها در لوله هاي پلي اتيلن سنگين برطرف شده است و استفاده از اين لوله ها در شبكه هاي آبرساني رو به رشد است.
بررسي ساختار شيميايي
پلي اتيلن ها خانواده اي از گرمانرم ها ترموپلاستيك ها هستند كه از طريق پليمريزاسيون گاز اتيلن به دست مي آيند. اين پليمريزاسيون تحت فشار و دماي بالا و در حضور كا تاليست هاي فلزي انجام مي شود . تحت اين شرايط، مولكول هاي اتيلن به زنجيره هايي به طول 50 تا 50000 واحد تبديل مي شوند و گاز اتيلن به يك ماده جامد سفيد كريستالي تغيير حالت مي دهد.
پلي اتيلن شامل ساختار بسيار ساده اي است، به طوري كه ساده تر از تمام پليمرهاي تجاري است. يك مولكول پلي اتيلن زنجير بلندي از اتم هاي كربن مي باشد كه به هر اتم كربن آندو اتم هيدروژن چسبيده است.
پلي اتيلني كه تعداد زنجيره هاي جانبي آن كم و طول آنها كوتاه باشد، پلي اتيلن سنگين ) پلي اتيلن خطي ( ناميده مي شود . در اين حالت هيچ شاخه اي در مولكول وجود ندارد
پلي اتيلن خطي سخت تر از پلي اتيلن شاخه اي است، اما پلي اتيلن شاخه اي آسانتر و ارزانتر ساخته مي شود . شكل اين پليمر كريستالي است.
پلي اتيلن خطي محصول نرمالي با وزن مولكولي 200000 تا 500000 گرم است كه آن را941/0تا965/0 گرم بر سانتي متر مكعب / 0 تا 965 / تحت فشار و دماهاي نسبتاً پايين پليمري زه مي كنند.
چگالي آن بين 941 است و آن را بيشتر به وسيله فرايند پليمريزاسيون، كه زيگلر ناتا ناميده مي شود، تهيه مي كنند تفاوت هاي خواص پلي اتيلن نوع سبك و سنگين به اندازه اي زياد است كه كاربردهاي آنها را كاملاً متفاوت ميكند و مي توان آنها را از دو خانواده گوناكون فرض كرد.
ويژگي لوله
اين لوله ها، به دليل عدم امكان نشت، فاسد شدن، نصب آسان و مقاومت در برابر حركت خاك و فشار، حدود نيم قرن است كه مورد مصرف قرار مي گيرند. از طرفي چون پلي اتيلن ماده اي ويسكوالاستيك است و مثل تمامي ترموپلاستيك ها رفتار خزش از خود نشان مي دهد، بر اثر مرور زمان دچار تغيير شكل مي شود.
چنين پديده اي حتي در دماي معمولي و فشار نسبتاً كم نيز صـورت مي پذيرد و همانند ديگر پلاستيك ها، خواص مكانيكي پلي اتيلن به سه پارامتر زمان، حرارت و فشار وابسته است. بنابراين در محاسبات مربوط به طراحي لوله ها، همواره مقادير خواص مكانيكي توسط آزمايشات طولاني مدت تعيين و الزاماً در يك فاكتور به نام فاكتور ايمني تقسيم مي شود. در ادامه به بيان ويژگي هاي اين لوله ها مي پردازيم.
1- مقاومت در برابر مواد شيميايي: اين لوله ها در برابر محيط هاي اسيدي و بازي، همچنين بسياري از محلول ها و مواد شيميايي مقاوم اند.
2- وزن كم: اين لوله ها داراي وزن كمتري نسبت به انواع لوله هاي فولادي، چدني و بتني اند كه باعث سهولت حمل، بارگيري و نصب آسان لوله و اتصالات مي شود.

شكل 1.لوله هاي پلي اتيلن سنگين

3-استحكام و انعطاف پذيري بالا و قابليت تحمل تنش: استحكام و قابليت تحمل تنش هاي كششي و فشاري و انعطاف پذيري بالاي اين لوله ها به كاربر امكان حمل و نصب لوله و اتصالات را در اجراي انواع پروژه هاي صنعتي مي دهد.

4- عدم نشت: اين لوله ها، به دليل دارا بودن ويژگي عدم نشت، گزينه مناسبي براي انتقال گاز هستند و از طرفي باعث كاهش تلفات و هزينه ها در پروژه هاي آبرساني مي شوند.
5- مقاوم بودن در برابر ضربه: مقاومت بسيار بالاي اين لوله ها در مقابل ضربه نياز به كارگيري فشارهاي بالاتر لوله و اتصالات و خريداري تجهيزات ضد ضربه را منتفي مي كند. اين خاصيت در پروژه هاي بزرگ صنعتي باعث سهولت اجرا و كاهش بسيار زياد هزينه هاي اجرا مي شود، ضمن آنكه ضايعات اجرا را به ميزان صفر كاهش مي دهد. اين عامل مي تواند دليل بسيار موجهي براي جايگزيني لوله و اتصالات پلي اتيلن سنگين با انواع لوله هاي بتني باشد.
6- رسوب ناپذيري: به دليل صيقلي و صاف بودن و داشتن زبري بسيار پايين سطح داخلي لوله، سيالات درون آن جريان سريعي دارند.
7-مقاوم بودن در برابر سايش: اين لوله مقاومت بالايي در مقابل ساييدگي دارد. بنابراين انتخابي خوب براي انتقال مايعات داراي مواد جامد غير محلول است.
8- مقاوم در برابر حمله جوندگان و ريز جاندارها: به دليل فقدان ارزش غذايي و سختي سطح لوله و اتصالات پلي اتيلن، جوندگان نمي توانند به آنها آسيبي برسانند.
9- عدم نياز به پوشش و حفاظت كاتدي: اين لوله ها به علت مقاومت در برابر زنگ زدگي و خوردگي نيازي به پوشش و حفاظت كاتدي ندارد.
10- داشتن عمر طولاني: اين لوله داراي دوره مصرف طولاني است. نكته اي كه بايد همواره در مباحث عمر مفيد بدان توجه كرد، كيفيت و نحوه نصب و كارگذاري لوله است. تمامي سازه هاي مدفون به نوعي بخشي از ساختار خاك محسوب شده، لذا نيروهاي وارده را با برهمكنشي كه با يكديگر دارند، تحمل مي نمايند. در نتيجه نصب بي دقت لوله، مي تواند باعث عملكرد ضعيف آن در بستر خاک شود.
11- مقاوم در برابر حلال هاي آلي
12- مقاوم در برابر اشعه بنفش آفتاب
13- مقاوم در برابر سرما و گرماي شديد
14- سهولت در نصب و اجراي سريع و حمل و نقل آسان
15- امكان استفاده از انواع اتصالات