لوله های HDPE از پلیمریزاسیون اتیلن، محصول جانبی نفت ساخته می شوند. مواد افزودنی مختلفی (تثبیت کننده ها، پرکننده ها، نرم کننده ها، نرم کننده ها، روان کننده ها، رنگ ها، بازدارنده های شعله، عوامل دمنده، عوامل اتصال عرضی، مواد افزودنی تجزیه پذیر فرابنفش و غیره) برای تولید لوله و اجزای نهایی HDPE اضافه می شوند. طول لوله HDPE با گرم کردن رزین HDPE ساخته می شود. سپس از طریق یک قالب اکسترود می شود که قطر خط لوله را تعیین می کند. ضخامت دیواره لوله با ترکیبی از اندازه قالب، سرعت پیچ و سرعت تراکتور حمل و نقل تعیین می شود. معمولاً 3 تا 5 درصد کربن سیاه به HDPE اضافه می شود تا در برابر اشعه ماوراء بنفش مقاوم شود که رنگ لوله های HDPE را سیاه می کند. انواع رنگ های دیگر موجود است اما معمولاً اغلب استفاده نمی شود. لوله HDPE رنگی یا راه راه معمولاً 90-95٪ مواد سیاه است که در آن یک نوار رنگی در 5٪ از سطح بیرونی وجود دارد.
خواص لوله پلی اتیلن
خواص فیزیکی و مکانیکی یک لوله HDPE معمولی در زیر ذکر شده است:
- کدهای حاکم: ISO 1183، ISO 4427، AS/NZS 4130، BS EN 12201، EN 12056، AWWA C901، AWWA C906، و غیره
- محدوده اندازه موجود: DN 16 تا 1600 (با این حال، اندازه های سفارشی دیگری نیز قابل تولید هستند)
- چگالی لوله HDPE: 930-970 کیلوگرم بر متر مکعب
- خصوصیات مکانیکی معمولی لوله HDPE در جدول 1 در زیر آورده شده است. با این حال، این مقادیر از تولید کننده ای به سازنده دیگر متفاوت است. بنابراین، باید با سازنده مشورت شود.
| ویژگی های مکانیکی | خواص HDPE |
| قدرت تسلیم | 18-26 مگاپاسکال |
| ازدیاد طول | 10% |
| مدول الاستیک | 900 مگاپاسکال |
| سختی | 61 راکول (ساحل) |
| نسبت پواسون | 0.45 |
| ضریب خطی انبساط حرارتی | 0.17 میلی متر بر متر - 0 درجه سانتی گراد |
| دمای شکنندگی | <-70 0 C |
جدول 1: خواص مکانیکی لوله HDPE
انواع لوله پلی اتیلن
بسته به قابلیت تحمل فشار حداکثر، لوله پلی اتیلن به چندین درجه فشار معروف به درجه های PN طبقه بندی می شوند. آن ها هستند
- PN 2.5 – حداکثر فشار 2.5 بار
- PN 4 - حداکثر فشار 4 بار
- PN 6 – حداکثر فشار 6 بار
- PN 10 - حداکثر فشار 10 بار
- PN 16 – حداکثر فشار 16 بار
- PN 20 – حداکثر فشار 20 بار
- PN 25 – حداکثر فشار 25 بار
باز هم بر اساس نوع مواد مورد استفاده لوله پلی اتیلن به انواع زیر دسته بندی می شوند:
- PE 63 - سیستم های لوله کشی فشار متوسط
- PE 80 - لوله گاز برای شبکه توزیع گاز طبیعی با فشار تا 4 بار یا لوله آب آشامیدنی با فشار تا 16 بار - فاضلاب، لوله های خروجی، لوله های صنعتی
- PE 100 - کاربردهای لوله کشی با تقاضای بالا
اعداد زیر PE نشان دهنده حداقل استحکام مورد نیاز در میله در دمای 20 درجه سانتیگراد برای طول عمر 50 سال مطابق با ISO-4427 است. فشار کاری نامی لوله‌های HDPE در 20 0 C تعیین می‌شود. برای دماهای بالاتر، از یک ضریب کاهش (جدول 2 زیر) برای تعیین حداکثر فشاری که لوله HDPE می‌تواند تحت آن قرار گیرد استفاده می‌شود.
| دمای سیال ( 0 C) | عامل کاهش دما |
| 0-20 | 1 |
| > 20-25 | 0.9 |
| > 25-30 | 0.8 |
| > 30-35 | 0.7 |
| > 35-40 | 0.6 |
| > 40-45 | 0.5 |
| > 45-50 | 0.4 |
جدول 2: ضریب کاهش دما برای لوله های HDPE
طول لوله پلی اتیلن
از آنجایی که تولید لوله HDPE یک فرآیند مداوم است، لوله‌هایی با هر طولی قابل تولید هستند. با این حال، به دلیل شرایط حمل و نقل و سهولت جابجایی در محل، طول لوله HDPE محدود است و معمولاً در طول های استاندارد 6، 10، 12، 15، 24 و 30 متر تولید می شود. لوله HDPE به طول 50 و 100 متر در صورت درخواست قابل تولید می باشد.
اتصال لوله پلی اتیلن
لوله ها و اتصالات HDPE توسط جوش یا اتصالات مکانیکی به یکدیگر متصل می شوند. دو نوع روش جوشکاری برای اتصال لوله های HDPE وجود دارد. آن ها هستند
- جوشکاری الکتروفیوژن: الکتروفیوژن یک روش ساده و سریع برای اتصال دائمی لوله‌ها و اتصالات HDPE یا بخش‌های پیش ساخته در مکان‌های تنگ است. این روش برای اتصالات در محل مناسب است.
- جوش لب به لب: جوش لب به لب به طور همگن لوله ها و اتصالات HDPE را با استفاده از گرما و فشار بدون استفاده از اتصالات اتصال اضافی به بخش های پیش ساخته متصل می کند.
برای اتصال لوله های HDPE به HDPE یا لوله های غیر مشابه می توان از انواع اتصالات مکانیکی استفاده کرد. آن ها هستند
- اتصال پلاگین
- اتصال محکم
- مفصل پیچ
- مفصل فلنج دار
- آستین انقباضی
- کوپلینگ آستین
- کوپلینگ فلزی
- مفصل یقه لاستیکی
شکل 1: روش های اتصال لوله HDPE
اتصالات برای لوله پلی اتیلن
طیف کاملی از اتصالات لوله HDPE برای هر منظوری موجود است. اتصالات لوله HDPE معمولی عبارتند از:
- خم می شود
- آرنج
- کاهنده ها
- شاخه ها
- کلاهک های انتهایی
- کوپلرهای الکتروفیوژن
- اتصالات اتصال مکانیکی
- تله ها
- لوازم بهداشتی
- قطعات یدکی
شکل 2: اتصالات لوله HDPE معمولی
معیارهای طراحی برای لوله پلی اتیلن بالای زمین
عواملی که می‌توانند بر رفتار و در نتیجه طراحی سیستم‌های لوله‌کشی HDPE روی زمین تأثیر بگذارند
- دما: برای سیستم های تحت فشار، استفاده از لوله پلی اتیلن معمولاً به 400- تا 500 درجه سانتیگراد محدود می شود. برای خدمات بدون فشار می توان از دمای بالاتر استفاده کرد. برای دریافت اطلاعات در مورد محصول خود با سازنده مشورت کنید. توجه داشته باشید که ضریب انبساط حرارتی خطی برای لوله‌های HDPE تقریباً 10 برابر بیشتر از لوله‌های فلزی است. بنابراین پتانسیل انبساط حرارتی ناشی از نوسانات دما بسیار زیاد است و باید در طراحی مورد توجه قرار گیرد. یک قانون معمولی این است که لوله‌های HDPE 0.2 میلی‌متر بر متر در هر درجه سانتیگراد افزایش یا کاهش دما منبسط یا منقبض می‌شوند.
- فشار داخلی
- قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی
- ضربه یا بارگذاری مکانیکی بالقوه: اگر لوله HDPE در منطقه ای با ترافیک زیاد یا سوء استفاده مکانیکی نصب شده باشد، باید محافظت بیشتری انجام شود.
- اشعه ماوراء بنفش: برای محافظت در برابر اثرات اشعه ماوراء بنفش، لوله های HDPE مشکی حاوی حداقل 2 درصد کربن سیاه انتخاب می شوند.
در نظر گرفتن فشار برای لوله پلی اتیلن
تعدادی متغیر ظرفیت فشار هیدرواستاتیک لوله پلی اتیلن را تعیین می کند. آنها هستند
- نسبت ابعاد استاندارد یا SDR به عنوان نسبت بین قطر لوله پلی اتیلن خارجی و ضخامت دیواره تعریف می شود.
- تنش طراحی هیدرواستاتیک مواد HDPE مورد استفاده (PE63، PE 80، PE100) برای تولید لوله پلی اتیلن .
- حداکثر و حداقل دمای عملیاتی
- مدت زمان و تغییرپذیری تنش اعمال شده توسط فشار هیدرواستاتیک داخلی در طول آزمایش هیدرواستاتیک.
- مقاومت شیمیایی لوله پلی اتیلن برای مواد شیمیایی سرویس (رده بندی فشار استاندارد بر اساس لوله حامل آب است).
معمولاً لوله پلی اتیلن می تواند فشارهای کوتاه مدت آب هیدرواستاتیک را که بطور قابل توجهی بالاتر از درجه فشار یا کلاس است تحمل کند. اما وظیفه لوله پلی اتیلن باید همیشه با توجه به استحکام طولانی مدت لوله در دمای 20 درجه سانتیگراد تعیین شود تا عمر طراحی حداقل 50 سال تضمین شود.
فرمول بارلو برای لوله های HDPE که مربوط به فشار داخلی، قطر بیرونی لوله، ضخامت دیواره و تنش حلقه محیطی است نیز قابل استفاده است و توسط
p = 2 xtx σ /d یا به طور متناوب t = pxd/(2.σ + p)
اینجا:
- p = فشار داخلی (MPa)
- t = حداقل ضخامت دیوار (mm)
- d = میانگین قطر خارجی (mm)
- σ = تنش حلقه محیطی (MPa)
تنش های حلقه طراحی برای مواد لوله HDPE به شرح زیر در ISO 4427 در نظر گرفته شده است:
- PE 63: 5 مگاپاسکال
- PE 80: 6.3 مگاپاسکال
- PE100: 8 مگاپاسکال
مزایای لوله پلی اتیلن
لوله پلی اتیلن مزایای مختلفی نسبت به سایر مواد لوله کشی مانند
- مقرون به صرفه. از این رو، به راحتی مقرون به صرفه است
- سرعت جریان بالا به دلیل سطح داخلی صاف
- محدوده دمایی گسترده
- غیر شسته شدنی
- حمل و نقل آسان به دلیل وزن کم
- مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش
- دوام شگفت انگیز (بیش از 50 سال)
- در برابر اکثر حلال های شیمیایی مقاوم است
- مواد سفت
- محیط دوستانه
- هزینه نگهداری کمتر
- کیفیت بالا
- کاهش هزینه نصب
- به دلیل شکل انعطاف پذیر آن، استفاده از آن در شیب ها ساده است.
- روش های ساده اتصال
- تحت تأثیر حرکات زیرزمینی (مقاوم در برابر لرزه)
- هادی بد الکتریسیته
- اصطکاک کم
- قابلیت تعدیل شوک آب
- مقاوم در برابر آفتاب
- سطح نچسب.
- به دلیل ماهیت بدون درز، بدون نشتی.
- لوله های پیش ساخته HDPE به راحتی قابل نصب هستند
معایب لوله پلی اتیلن
معایب اصلی لوله های HDPE عبارتند از
- مقاومت ضعیف در برابر هوا
- به شدت قابل اشتعال
- به ترک خوردگی استرس حساس است
- پیوند دادن مشکل است
- قابلیت ضعیف در دمای بالا
- انبساط حرارتی بالا
سوالات متداول لوله پلی اتیلن
معنی کامل لوله HDPE چیست؟
شکل کامل HDPE پلی اتیلن با چگالی بالا می باشد. این پلیمر هیدروکربنی از نفت با فرآیند کاتالیزوری تولید می شود. پلی اتیلن با چگالی بالا که به دلیل استحکام کششی در دسته محصولات مشابه معروف است ، نوعی ترموپلاستیک است.
آیا HDPE همان PVC است؟
HDPE و PVC هر دو پلاستیک محسوب می شوند. با این حال، آنها یکسان نیستند. HDPE یک ترموپلاستیک ساخته شده از نفت است و PVC یک پلیمر وینیل بادوام است. در حالی که HDPE و PVC را مقایسه می کنیم، HDPE به دلیل انعطاف پذیری، نسبت استحکام به چگالی بالا، عدم خوردگی و پایداری شیمیایی یک انتخاب قوی برای کاربردهای کم فشار و دمای پایین است.
لوله های HDPE برای چه مواردی استفاده می شود؟
لوله پلی اتیلن HDPE یا با چگالی بالا به طور گسترده ای برای حمل آب آشامیدنی، دوغاب، فاضلاب، مواد شیمیایی، زباله های خطرناک و گازهای فشرده استفاده می شود. آنها در صنایع مختلف مانند گاز، نفت، معدن، آب و سایر صنایع مورد استفاده قرار گرفته اند.
لوله HDPE چقدر دوام می آورد؟
سیستم‌های لوله‌کشی HDPE که به درستی طراحی شده‌اند، عملکرد طولانی‌مدتی را در مقایسه با سایر سیستم‌های لوله‌کشی ارائه می‌کنند. طبق برآورد موسسه لوله های پلاستیکی، قرار است 50 تا 100 سال عمر کنند.
آیا لوله HDPE برای آب آشامیدنی ایمن است؟
بله، HDPE برای حمل آب آشامیدنی کاملاً ایمن است. این یکی از دلایلی است که در صنعت آب و آب شیرین کن ها از لوله های پلی اتیلن با چگالی بالا استفاده زیادی می شود. استفاده از لوله های HDPE برای کاربردهای آب آشامیدنی دارای تاییدیه NSF می باشد. ضدعفونی کننده های مختلفی مانند کلر و کلرامین برای استفاده در لوله های HDPE تایید شده اند.
