انقلابی در صنعت لوله کشی; بررسی لوله و اتصالات پلی اتیلن

پلی‌اتیلن در سال 1933 توسط اریک فاوست و رگینالد گیبسون در شرکت شیمیایی بریتانیایی ICI به طور تصادفی کشف شد. این پلیمر از طریق پلیمریزاسیون اتیلن در فشار بالا و در حضور اکسیژن ساخته شد. پس از آن در سال 1953 کارل زگلر و همکارانش در موسسه ماکس پلانک در آلمان موفق به توسعه فرآیند پلیمریزاسیون با فشار کم برای تولید پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) شدند. این فرآیند به نام فرآیند زگلر-ناتا شناخته شد و زگلر به همراه جولیو ناتا در سال 1963 به خاطر این کشف جایزه نوبل شیمی را دریافت کردند. پس از آن تا به امروز، با پیشرفت‌های قابل توجهی در تولید و کاربرد مواجه بوده‌اند. امروزه این لوله‌ها به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، جزء مهمی از زیرساخت‌های صنعتی و شهری هستند.

لوله‌های پلی‌اتیلن (PE) به دلیل مزایای زیادی که دارند، به طور گسترده‌ای در کاربردهای مختلف صنعتی، کشاورزی و شهری استفاده می‌شوند. این لوله‌ها از پلیمرهای پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بالا ساخته می‌شوند که ویژگی‌های مکانیکی و شیمیایی برجسته‌ای دارند. مهمترین فرایند در ساخت لوله­ های پلی اتیلن اکستروژن می­باشد. در این فرایند ذوب و اختلاط مواد اولیه تحت فشار انجام شده و در قالب­های حلقوی با ابعاد و اندازه های دقیق پلی اتیلن شکل می پذیرد. سپس بر روی این لوله ها عملیات خنک سازی، کشش و برش و … تا تکمیل محصول نهایی انجام می پذیرد. شکل زیر فرایند اکستروژن برای تولید لوله پلی اتیلن چگالی بالا را نشان می دهد.

در ادامه به تفصیل به توضیح ویژگی‌ها، انواع و کاربردهای لوله‌های پلی‌اتیلن می‌پردازیم.

ویژگی‌های لوله‌های پلی‌اتیلن

1. مقاومت در برابر خوردگی: این لوله‌ها مقاومت بسیار بالایی در برابر مواد شیمیایی، اسیدها و قلیاها دارند.
2. انعطاف‌پذیری: به دلیل انعطاف‌پذیری بالا، به راحتی می‌توان آنها را در شرایط مختلف نصب کرد.
3. وزن سبک: نسبت به لوله‌های فلزی، وزن سبک‌تری دارند که حمل و نقل و نصب آنها را آسان‌تر می‌کند.
4. مقاومت در برابر ضربه: حتی در دماهای پایین نیز مقاومت خوبی در برابر ضربه دارند.
5. عمر طولانی: معمولاً بیش از 50 سال عمر مفید دارند.

کاربردهای لوله‌های پلی‌اتیلن

آبرسانی و فاضلاب: انتقال آب های آشامیدنی در شبکه های شهری و جمع آوری فاضلاب های شهری و صنعتی.

زهکشی و آبیاری کشاورزی: استفاده در پروژه‌های زهکشی آب‌های سطحی و زیرزمینی و سیستم‌های آبیاری تحت فشار و آبیاری قطره‌ای.

انتقال مواد شیمیایی و گازرسانی: حمل و نقل مایعات شیمیایی در صنایع مختلف و همچنین انتقال گاز طبیعی و سایر گازهای قابل اشتعال.

محافظت از کابل‌ها: در صنایع برق و مخابرات برای محافظت از کابل‌های زیرزمینی.

لوله‌های پلی اتیلن به دلیل ویژگی‌های برجسته‌ای مانند مقاومت در برابر خوردگی، انعطاف‌پذیری بالا و عمر طولانی، در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این لوله‌ها به چند دسته کلی تقسیم می‌شوند که در ادامه به تفصیل معرفی می‌شوند:

۱. لوله‌های پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)

لوله‌های HDPE از پلی اتیلن با چگالی بالا ساخته می‌شوند از انواع آن می توان به  PE-80 و PE-100 اشاره نمود و به دلیل ویژگی‌های زیر بسیار محبوب هستند:

• مقاومت مکانیکی بالا این لوله‌ها می‌توانند فشارهای بالای آب و گاز را تحمل کنند.
• مقاومت شیمیایی: مقاوم در برابر بسیاری از مواد شیمیایی مانند اسیدها و بازها.
• انعطاف پذیری خوب: امکان انحراف و تنظیم بدون ترک خوردگی را مهیا می کند.
• کاربرد: مورد استفاده در صنایع دریایی، شبکه‌های آبرسانی، گازرسانی، فاضلاب، و زهکشی.

۲. لوله‌های پلی اتیلن با چگالی متوسط (MDPE)

لوله‌های MDPE از پلی اتیلن با چگالی متوسط ساخته می‌شوند و مزایای زیر را دارند:

• انعطاف‌پذیری بیشتر نسبت به HDPE: این لوله‌ها به دلیل انعطاف‌پذیری بیشتر، مناسب برای نصب در محیط‌های با تغییرات دمایی زیاد هستند.
• مقاومت در برابر خوردگی: دارای مقاومت خوب در برابر خوردگی است.
• کاربرد: بیشتر در شبکه‌های گازرسانی و آبرسانی شهری و سیستم های حرارتی و برودتی استفاده می‌شوند.

۳. لوله‌های پلی اتیلن با چگالی پایین (LDPE)

لوله‌های LDPE از پلی اتیلن با چگالی پایین ساخته می‌شوند:

• انعطاف‌پذیری بالا: بسیار انعطاف‌پذیر و مناسب برای کاربردهای خاص مانند سیستم‌های آبیاری و کشاورزی.
• عایق الکتریکی: این ویژگی باعث استفاده از LDPE در کاربردهای خاص صنایع الکترونیک شده است.
• کاربرد: به طور عمده در سیستم‌های آبیاری، انتقال مایعات و برخی کاربردهای صنعتی از جمله الکترونیک استفاده می‌شوند.

۴. لوله‌های پلی اتیلن مشبک (PEX)

لوله‌های PEX از پلی اتیلن با اتصالات عرضی ساخته می‌شوند و ویژگی‌های زیر را دارند:

• مقاومت حرارتی: توانایی تحمل دماهای بالا و پایین، توانایی کارکرد در دماهای بالاتر از 90 درجه سلسیوس
• انعطاف پذیری: انعطاف پذیری بسیار بالا امکان نصب به صورت منحنی بدون نیاز به جوشکاری را می دهد.
• کاربرد: عمدتاً در سیستم‌های گرمایش و سرمایش خانگی، لوله‌کشی آب گرم و سرد، و سیستم‌های گرمایش از کف استفاده می‌شوند.

۵. لوله‌های پلی اتیلن تقویت شده (RTP)

لوله‌های RTP از پلی اتیلن تقویت شده با الیاف مختلف ساخته می‌شوند:

• مقاومت مکانیکی بالا: این لوله‌ها به دلیل تقویت با الیاف، توانایی تحمل فشارها و دماهای بالاتری دارند.
• عدم نیاز به حفره زنی: به صورت نیمه مستقیم (Coiled) عرضه می‌شود که نیاز به حفره‌زنی کمتری برای نصب دارد.
• کاربرد: در صنایع نفت و گاز، سیستم‌های آبرسانی تحت فشار، و برخی کاربردهای خاص صنعتی استفاده می‌شوند.

۶. لوله‌های پلی اتیلن چند لایه (MP)

لوله‌های MP از چند لایه پلی اتیلن با ویژگی‌های مختلف ساخته می‌شوند:

7.لوله‌های پلی اتیلن کلردار (CPE)

لوله های CPE از واکنش کلردار شدن پلی اتیلن (معمولاً پلی اتیلن با دانسیته بالا) در حضور یک عامل کلردار کننده تولید می‌شود.

• مقاومت شیمیایی بالا: این لوله مقاومت بسیار خوبی در برابر مواد شیمیایی مانند اسیدها، بازها و بسیاری از حلال ها دارد.
• مقاومت در برابر حرارت: پلی اتیلن کلردار قابلیت کارکرد در بازه دمایی وسیعی داشته و در برابر دماهای پایین و بالا مقاومت بسیار خوبی دارد
• مقاومت در برابر آتش: این لوله دارای خاصیت خود خاموش شوندگی است و به سختی آتش می گیرد.
• کاربرد: به دلیل ویژگی­های منحصر به فرد در صنایع خودروسازی، دریایی، شیمیایی، الکتریکی بطور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

اتصالات لوله های پلی اتیلن

اتصالات در لوله‌های پلی اتیلن می‌توانند به شکل‌های مختلفی باشند، که هرکدام برای نیازهای خاصی طراحی شده‌اند. در زیر انواع اتصالات پلی اتیلن را بیان می‌کنیم:

۱. اتصالات لحیمی (Heat Fusion Connections):

• لحیم پایین به بالا (Butt Fusion): اتصال دو لوله پلی اتیلن به صورت لب به لب، که با استفاده از گرما و فشار، مولکول‌های پلی اتیلن با یکدیگر ذوب شده و اتصال استحکام بالایی بوجود می‌آورد.
• لحیم از بالا به پایین (Electrofusion): اتصال دو لوله با استفاده از جریان الکتریکی که باعث ایجاد گرما می‌شود و موجب لحیم شدن سطح داخلی لوله‌ها می‌شود. این روش به طور خاص برای اتصالات به لوازم جانبی مانند فلنج‌ها و تی‌ها نیز استفاده می‌شود.

۲. اتصالات مفصلی (Mechanical Connections):

• کوپلرها (Couplers): برای اتصال دو لوله پلی اتیلن به یکدیگر بدون نیاز به لحیم استفاده می‌شود.
• تی‌ها (Tees): برای اتصال سه لوله به یکدیگر به کار می‌روند.
• البو (Elbows): برای تغییر جهت لوله‌ها استفاده می‌شود.
• والوها (Valves): برای کنترل جریان در لوله‌ها.

۳. اتصالات انعطاف‌پذیر (Flexible Connections):

• اتصالات انعطاف‌پذیر (Flex Fittings): برای اتصال لوله‌های پلی اتیلن به تجهیزات دیگر یا لوله‌های دیگر با انعطاف بالا به کار می‌روند.

۴. اتصالات فلنجی (Flanged Connections):

• فلنج‌ها (Flanges): برای اتصال لوله‌های پلی اتیلن به تجهیزات دیگر یا به سیستم‌های مختلف با استفاده از پیچ و مهره‌ها به کار می‌روند.

هر یک از این اتصالات بسته به نوع پروژه، نیازهای فنی و شرایط محیطی مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب روش مناسب اتصالات بسیار مهم است تا کارکرد بهینه و دوام آنها تضمین شود.

خلاصه:

لوله‌های پلی‌اتیلن دارای ویژگی‌های برجسته‌ای هستند که آنها را به گزینه‌ای محبوب در صنایع مختلف تبدیل کرده است. این ویژگی‌ها شامل مقاومت بالا در برابر خوردگی، انعطاف‌پذیری، و وزن سبک هستند که حمل و نقل و نصب را آسان می‌کند. عمر طولانی آنها نیز معمولاً بیش از 50 سال است.

لوله‌های پلی‌اتیلن در کاربردهای مختلفی مانند آبرسانی و فاضلاب، زهکشی و آبیاری کشاورزی، انتقال مواد شیمیایی و گاز، و محافظت از کابل‌ها در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اتصالات مختلفی نیز برای این لوله‌ها وجود دارد، از جمله لحیم پایین به بالا، لحیم از بالا به پایین، اتصالات مفصلی، اتصالات انعطاف‌پذیر و اتصالات فلنجی که بسته به نیازهای پروژه و شرایط محیطی انتخاب می‌شوند.