تمام چیزهایی که درباره لوله های پلیمری باید بدانیم !

با توجه به استفاده روز افزون از لوله‏ های پلاستیکی در تأسیسات صنعتی و ساختمان‏های کشور و تولید و توزیع انواع مختلف لوله‏ های  پلاستیکی با نام‏ها و جنس‏های  مختلف به موازات توسعه صنعت پتروشیمی، انتخاب و خرید بهترین و مناسب ترین نوع لوله‏ی پلاستیکی برای یک کاربرد  خاص آسان نمی‏باشد و نیازمند مطالعه و شناخت  انواع معمول این لوله‏هاست.
در این مجموعه  کلیه مزایا و معایب لوله‏ های پلاستیکی بیان گردیده و خواننده با معمول‏ترین  انواع لوله‏های پلاستیکی مصرفی در صنعت تأسیسات و موارد کاربردشان آشنا می‏شود.
بکارگیری لوله‏ های پلاستیکی در تأسیسات به اواسط دهه‏ی 1930میلادی برمی‏گردد. در آن زمان برای اولین بار آلمان‏ها از لوله‏ های پلاستیکی برای سیستم‏های تخلیه فاضلاب استفاده کردند. بعدها شناخت هر جه بیشتر معایب و نقاط ضعف لوله‏های فلزی باعث گردید تا لوله‏های پلاستیکی به مرور زمان و در بسیاری موارد جایگزین لوله‏های فلزی گردند.
از مهمترین معایب لوله‏ های فلزی می‏توان به خوردگی، رسوب‏گیری سطوح داخلی، وزن زیاد، حمل و نقل و نصب مشکل آن‏ها (در مقایسه با لوله‏های پلاستیکی) اشاره نمود.
لوله‏های پلاستیکی نیز اگرچه دارای معایب و مشکلات خاص خود می‏باشند اما انواع خاصی از آن‏ها برای کاربردهای خاصی از آن‏ها برای کاربردهای خاصی مناسب‏ترین انتخاب می‏باشند و ضمناً با توجه به پیشرفت‏های روز‏افزون در دانش و فن‏آوری صنایع پتروشیمی و علوم مهندسی پلیمر روشهایی برای مقاوم‎سازی و کیفیت بخشی به لوله‏های پلاستیکی و برطرف‏سازی عیوبشان ابداع گردیده که بسیار موثر بوده‏اند و هم اکنون نیز تحقیقات گسترده‏ای در زمینه و همچنین تولید پلاستیک‏ها و پلیمرهای جدید به ویژه پلیمرهای کامپوزیتی برای تولید لوله‏های صنعتی در حال انجام است.
پلاستیک‏ها مواد دست‏ساز بشر هستند که پایه‏ی اصلی آن‏ها پلیمرهای آلی می‏باشد و از تنوع فراوانی برخوردارند. اصولاً پلاستیک‏ها را براساس رفتارشان در برابر حرارت به دو دسته کلی تقسیم‏بندی می‏کنند که عبارتند از:

1- ترموپلاستیک‏ها (Thermoplastics).
2-
ترموست‏ها (Thermosets).

بطور کلی ترموپلاستیک‏ها در درجه حرارت معمولی محیط جامد بوده و با افزایش درجه حرارت نرم و شکل‏پذیر می‏شوند. آن‏ها را می‏توان با اعمال حرارت تغییر شکل داد و مجدداً به شکل اولیه بازگرداند غالب مواد بکار رونده در ساخت لوله‏های پلاستیکی از نوع ترموپلاستیک‏ها هستند که از جمله می‏توان به پلی‏پروپیلن (p.p)، پی‏وی‏سی (PVC) یا پلی‏اتیلن (PE) اشاره نمود. اما ترموست‏ها مواد نسبتاً تردی می‏باشند. بطوریکه براحتی نمی‏توان آن‏ها را حتی با اعمال حرارت تغییر شکل داد. آن‏ها یکبار برای همیشه شکل داده می‏شوند و شکل تغییرناپذیر و ثابت خود را حفظ می‏کنند.

خواص لوله‏ های پلاستیکی

انتخاب ماده‏ی مناسب برای ساخت لوله‏ها به سیال منتقل شونده و مشخصه‏های سرویس و شرایط کاری سیستم بستگی دارد. بسته به نوع پلاستیک‏ها ممکن است برخی از خصوصیات پلاستیک‏ها برای سیستم و تأسیسات مورد نظر ما مطلوب و برخی نیز نامطلوب می‏باشد.
به هر حال برخی از خصوصیات نامطلوب را می‏توان از طریق طراحی و نصب اصولی کاهش داد یا حذف نمود اما آنچه مسلم است انتخاب جنس مناسب لوله برای کاربردهای متفاوت مستلزم داشتن دانش کافی درباره‏ی خواص، مزایا و معایب انواع لوله‏ های پلاستیکی است. در زیر به بررسی مهمترین خصوصیات و ویژگی‏های لوله‏های پلاستیکی می‏پردازیم.

مقاومت به سایش و خوردگی
بطور کلی لوله‏ های پلاستیکی از مقاومت چشمگیری در برابر انواع اسیدها، محلول‏های نمکی، مایعات و گازهای خورنده برخوردارند. در مورد سایش (erosion) میزان مقاومت لوله‏های پلاستیکی به نوع سیال منتقل شونده از داخل لوله و شرایط سرویس و سیستم بستگی دارد.
میزان مقاومت به خوردگی لوله‏ های پلاستیکی با افزایش غلظت برخی از مواد شیمیایی خاص تغییر می‏کند. برای مثال لوله‏های پلی‏اتیلن می‏تواند اسید سولفوریک 70 درصد را در °C 23 (°F 73) انتقال دهد در حالیکه برای انتقال اسیدسولفوریک 95 درصد مناسب نمی‏باشد.
درجه حرارت نیز عامل مهم و تعیین کننده‏ای برای مقاومت لوله‏های پلاستیکی در برابر خوردگی است. برای مثال برخی از لوله‏های پلی‏اتیلن که برای انتقال گازهای حاوی اکسیدهای نیتروژن در  °C23 مناسب می‏باشند نباید برای انتقال این گازها در °C50 مورد استفاده قرار گیرند.
فرمولاسیون خاص یک ماده‏ی پلاستیکی مشخص نیز می‏تواند عاملی در تعیین میزان مقاومت کلی ماده در برابر مواد شیمیایی خورنده و میزان غلظت آن‏ها باشد.

صافی جداره‏ ی داخلی

لوله‏ های پلاستیکی جداره‏ های داخلی فوق‏العاده صافی را دارند که باعث جلوگیری از تجمع هر نوع رسوب بر روی جداره‏ های داخلی‏شان می‏گردد و بنابراین بروز مشکل گرفتگی و انسداد به واسطه‏ی کاهش تدریجی قطر داخلی در اثر تجمع رسوبات در مورد لوله ‏های پلاستیکی منتفی می‏گردد. در حالیکه لوله ‏های فلزی به مرور زمان در اثر خوردگی از بین رفته و در اثر تجمع رسوبات بر روی سطوح داخلی‏شان افت فشارهای اصطکاکی در آن‏ها افزایش یافته و در نتیجه ظرفیت آن‏ها برای انتقال سیالات کاهش خواهد یافت.

خواص حرارتی

بطور کلی قابلیت هدایت حرارتی لوله‏ های پلاستیکی نسبت به دیگر لوله ‏ها پائین‏تر است که در نتیجه تلفات حرارتی یا بالعکس جذب حرارت از طریق جداره این لوله‏ها به حداقل ممکن (در مقایسه با دیگر لوله‏ها) می‏رسد. این خصوصیت لوله‏های پلاستیکی در مواردی که از این لوله‏ها برای سیستم‏های فاضلاب استفاده گردد یک مزیت به حساب می‏آیند چرا که از ته‏نشین شدن مواد چرب همراه فاضلاب در لوله‏ها و کاهش نرخ تخلیه جلوگیری به عمل می‏آید نرخ انبساط حرارتی لوله‏های پلاستیکی در مقایسه با دیگر لوله‏ها بالاتر است و این نکته را باید به هنگام طراحی تأسیساتی که دارای نوسانات زیاد درجه حرارت می‏باشند، مدنظر داشته باشیم. برای مثال ضریب انبساط حرارتی P.V.C نوع I (/C°6- 10×50 تا 63) پنج برابر فولاد (/C°6- 10× 12) است. به همین علت تعداد بست‏ها و نگه‏دارنده‏های مورد نیاز جهت نصب لوله ‎‏های پلاستیکی در مقایسه با لوله‏ های فلزی به مراتب بیشتر بوده و در فواصل کمتری نسبت به یکدیگر (در مقایسه با لوله‏های فولادی) باید نصب گردند. به همین دلیل در صورتیکه لوله‏های پلاستیکی بدرستی مهربندی نشوند به هنگام نوسانات زیاد حرارتی مستعد پیچ و تاب خوردگی (Snaking) خواهند بود. لوله‏های پلاستیکی وقتی در معرض درجه حرارت بالا قرار گیرند نرم می‏شوند و به همین دلیل باید از عبور دادن این لوله ‏ها از نقاط خیلی گرم یا از مجاورت وسایلی که حرارت بالایی تولید می‏کنند خودداری نمود. حد بالای تحمل درجه حرارت در لوله‏ های پلاستیکی بسته به جنس و نوعشان از °C50 تا حداکثر °C150 متغیر است.

مشخصه‏ های الکتریکی

بطور کلی پلاستیک‏ها هادی جریان الکتریسیته نیستند و به همین علت هیچگاه در معرض خوردگی‏های گالوانیکی و الکتروشیمیایی قرار نمی‏گیرند. همان طور که می‏دانید بروز پدیده‏ی خوردگی گالوانیک در لوله‏های فلزی مدفون در زیر خاک یکی از مهمترین دلایل آسیب دیدن و از بین رفتن تدریجی این لوله‏ هاست.

چگالی

لوله‏ های پلاستیکی بسیار سبک‏تر از لوله‏ های فولادی، آزبستی، بتنی و سیمانی هستند و از نظر چگالی در محدوده‏ی 9/0 تا 3cm/gr2 (بسته به نوع و فرمولاسیون) قرار دارند. سبکی لوله‏های پلاستیکی مزیت‏های فراوانی را برای این نوع لوله به ارمغان آورده است. از جمله آنکه هزینه‏های حمل و نقل و نصب آن‏ها به مراتب کمتر شده و حمل و نقل آن‏ها به آسانی و با سرعت بیشتری در مقایسه با دیگر لوله‏ها صورت می‏گیرد. اغلب لوله‏های پلاستیکی به راحتی با دست نصب می‏شوند و در بیشتر موارد نیاز به ماشین آلات و ابزار خاصی ندارند.

خواص مکانیکی

آنچه مسلم است پلاستیک‏ها مقاومت مکانیکی فلزها را ندارند اما قابلیت انعطاف بالاتری برخوردارند. مقاومت پلاستیک‏ها در برابر نیروهای کششی بیش از حد لازم می‏باشد. با افزایش درجه حرارت سیستم لوله‏کشی مقاومت مکانیکی لوله‏های پلاستیکی پائین‏تر آمده اما مقاومت در برابر ضربه بیشتر می‏گردد. از آنجا که لوله‏های پلاستیکی عموماً چقرمه (محکم و در عین‏حال بسیار انعطاف‏پذیر) هستند ضربات خارجی وارده به سطح خود را با حداقل خسارت یا حتی هیچگونه صدمه‏ای به خوبی جذب می‏کنند. در حالیکه همین ضربات در مورد لوله‏های با جنس ترد می‏تواند باعث بروز صدمات جدی گردد.

قابلیت اشتعال

لوله‏های پلاستیکی عمدتاً از پلیمرها ساخته می‏شوند و ترکیبات آلی دیگری نیز به همراه دارند و بنابراین قابل اشتعال می‏باشند. البته پلاستیک‏های مختلف رفتارهای کاملاً متفاوتی را در برابر آتش از خود نشان می‏دهند در اغلب موارد آتش باعث تجزیه شیمیایی در ساختار لوله‏های پلاستیکی گردیده و محصولات حاصل از احتراق این لوله‏ها باعث گسترش و افزایش حجم آتش می‏شوند.

رده‏ بندی لوله‏ های پلاستیکی از نظر تحمل فشار

به جز لوله‏های مورد استفاده در فاضلاب و سیستم‏های تخلیه تمام لوله‏های پلاستیکی از نظر تحمل فشار رده‏بندی شده‏اند.بطور کلی سه روش استاندارد برای رده‏بندی لوله‏های پلاستیکی از نظر تحمل فشار موجود است که عبارتند از:

1- عدد شجول (schedule number):
که از رابطه (P/S)×1000 قابل محاسبه است که در آن (P) فشار سیستم (سرویس) مورد نظر و (S) حد مجاز تنش (allowable stress) است و مسلم است که هر دو باید با واحدهای یکسان در این فرمول قرار داده شوند.

2- نسبت ابعادی استاندارد (SDR):
SDR که مخفف (Standard dimension Ratio) است از تقسیم قطر خارجی لوله به ضخامت آن قابل محاسبه است.

3- رده‏بندی عددی برای سطح فشار قابل تحمل:
 در این روش برای هر لوله فشار قابل تحمل به صورت عددی مشخص می‏گردد. برای مثال معمول‏ترین رده‏های فشاری لوله‏های پلاستیکی عبارتند از 50، 100، 125، 160، 200، PSI 315. برخی اوقات نیز برای رده‏بندی فشاری و شناسایی لوله‏های ترموپلاستیکی از کدهای چهار رقمی و یک پیشوند الفبایی که نشان دهنده‏ی نوع پلیمر است، استفاده می‏گردد. رقم اول و دوم این کد چهار رقمی به ترتیب نشانگر نوع و پایه‏ی رزین و رقم سوم و چهارم میزان فشار لازم جهت تست هیدرواستاتیکی لوله را به صورت تقسیم شده بر 100 و برحسب Psi بیان می‏دارند. برای مثال کد “1120 “ PVC نشانگر لوله‏ای است که از جنس پلی‏ وینیل کلراید PVC نوع 1 و پایه (grade) 1 شاخه شده است و فشار تست هیدرواستاتیک آن psi 2000 ( معادل Mpa 8/13) می‏باشد.

دوام و پایداری لوله‏ های پلاستیکی

آزمایش‏های گوناگون انجام شده در آزمایشگاه‏های مجهز صنعتی و همچنین تجربیات عملی در محیط‏های عملیاتی حاکی از آن است که لوله‏های پلاستیکی (از نوع ترموپلاستیک‏ها) مدفون در زیر خاک در مقابل حملات هرگونه باکتری، قارچ و دیگر میکرو ارگانیسم‏ها (موجودات ذره بینی) کاملاً ایمن می‏باشند.

مقاومت در برابر عوامل جوی

لوله‏های پلاستیکی وقتی در معرض اشعه‏ی ماوراءبنفش (UV) قرار گیرند مستعد تجزیه شیمیایی و فساد و تباهی به واسطه‏ی آن هستند تابش اشعه‏ی ماوراءبنفش بر سطح لوله‏های پلاستیکی باعث ترد و شکننده شدن آن‏ها و در نتیجه مستعد شدن آن‏ها برای ترک خوردگی می‏گردد. امروزه توسط افزودن مواد بازدارنده‏ی تابش‏های ماوراءبنفش و تغییر در فرمولاسیون لوله‏های پلاستیکی این لوله‏ها را در برابر عوامل جوی مقاوم می‏نمایند.

کاربرد لوله‏ های پلاستیکی

مهمترین موارد کاربرد لوله‏های پلاستیکی عبارتند از سیستم‏های فاضلاب، آب‏رسانی، آبیاری، توزیع آب، باغبانی، تصفیه خانه‏های فاضلاب، صنایع غذایی، کارخانجات داروسازی و ...
در سالیان اخیر در صنایع نفت و گاز نیز برای خطوط انتقال گاز طبیعی و نفت خام در بسیاری از موارد از لوله‏های پلاستیکی استفاده شده است.
موم ته‏نشین شونده در لوله‏های انتقال نفت خام باعث گرفتگی و کاهش قطر مؤثر این لوله‏ها می‏گردد که با استفاده از لوله‏های پلاستیکی این مشکل رفع می‏شود.

روش‏ های مقاوم‏سازی پلاستیکی و افزایش طول عمر آن‏ها

جهت بالابری مقاومت مکانیکی و افزایش طول عمر پلیمرها تحقیقات وسیعی به عمل آمده و امروزه یکی از مهمترین روش‏هایی که بدین منظور اتخاذ می‏گردد روش مشبک (Gross link) کردن پلیمرهاست. در این روش ساختار مولکولی طولی و زنجیره‏ای پلیمرها به ساختار شبکه‏ای (فضایی) تغییر می‏یابد و بدین وسیله پلیمرها در برابر تنش‏های وارده مقاوم خواهند شد.
یکی دیگر از روش‏های بالابری مقاومت مکانیکی لوله‏های پلاستیکی تلفیق فلز و پلاستیک در ساخت این لوله‏ها به طریقی است که یک لایه فلزی برای مثال آلومینیوم در میانیک لایه داخلی و خارجی از جنس پلاستیک قرار می‏گیرد. در واقع یک لوله‏ی فلزی با جداره‏ی نازک در دل یک لوله‏ی پلاستیکی قرار می‏گیرد.

حافظه‏ ی حرارتی لوله‏ های پلاستیکی

در اکثر موارد که خم یا هرگونه تغییر شکل نادرست و غلطی به لوله‏های پلاستیکی داده شود با اعمال حرارت لوله به حالت و شکل اولیه‏ی خود باز می‏گردد و به همین دلیل اصطلاحاً گفته می‏شود که لوله‏های پلاستیکی (البته از نوع ترموپلاستیک‏ها) از " حافظه حرارتی (Thermal memory) " برخوردارند.

سر و صدا (Noise) در لوله‏ های پلاستیکی

در صورتیکه جهت سیستم‏های تخلیه‏ی فاضلاب از لوله‏ های پلاستیکی استفاده شود. صدای تولیدی به هنگام تخلیه‏ی فاضلاب در مقایسه با لوله‏های چدنی بیشتر خواهد بود. زیرا همانطور که می‏دانید یکی از مهمترین خواص مهندسی چدن‏ها قابلیت بالای جذب صدا و ارتعاشات است. همانطور که می‏دانید PVC یک پلیمر قابل انعطاف و ABS یک پلیمر سخت و انعطاف ناپذیر است. بر اساس نتایج به دست آمده در آزمایشگاه‏های فنی صدای تولیدی در نتیجه‏ی تخلیه فاضلاب در لوله‏های PVC در مقایسه با لوله‏های چدنی بین 6 تا 10 دسی‏بل (DB) بیشتر و در لوله‏های ABS در مقایسه با لوله‏های چدنی بین 8 تا 15 دسی‏بل (DB) بیشتر است.
تجربیات آزمایشگاهی حاکی از آن است که با افزایش سطح صدا در لوله‏ها به اندازه‏ی 10 دسی‏بل انسان تصور می‏نماید که سطح صدا دو برابر شده است.

معمول‏ترین پلیمرهای مصرفی جهت ساخت لوله‏های پلاستیکی
معمول‏ترین و معروف‏ترین پلیمرهای مصرفی جهت ساخت و تولید لوله‏های پلاستیکی عبارتند از:

• پلی وینیل کلراید (PVC)
• پلی وینیل کلرایدکلره (CPVC)
• پلی اتیلن (PE)
• پلی پروپیلن (PP)
• اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
• پلاستیک‏های مقاوم شده با الیاف شیشه‏ای (GRP).

لوله‏ های پلی ‏پروپیلنی (PP)

پلی‏پروپیلن نوعی ترموپلاستیک دارای استحکام بالا است. برای مثال چمدان‏های مسافرتی نیز عمدتاً از پلی‏‏پروپیلن ساخته می‏شوند.