انواع لوله های پلیمری
لوله پلیمری چیست؟
لوله پلیمری لوله‌هایی هستند که با کشف خواص و مزایای آنها، امروزه در صنعت و تاسیسات ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این لوله‌ها به علت موادی که در ساخت شان به کار رفته، دارای خواص فیزیکی و شیمیایی گسترده بوده که توجه تولیدکنندگان و مصرف کنندگان را به خود جلب کرده است.
کاربرد لوله پلیمری
رایج‌ترین کاربرد این لوله پلیمری که احتمالا در زمین‌های کشاورزی و باغبانی به چشم‌تان خورده باشد، در سیستم‌های آبیاری و آبرسانی است. همچنین در سیستم‌های تخلیه فاضلاب، توزیع آب در باغبانی، کارخانجات، دامداری، پساب صنعتی و شیمیایی، صنعتی فرآوری مواد غذایی و… از لوله های پلیمری استفاده میشود. امروزه این لوله‌های پلیمری جایگزین لوله‌های گالوانیزه در تاسیسات آب و گرم و سرد شده است.
انواع لوله پلیمری
اولین پلیمری که به بازار آمد، نیترات سلولز نام داشت. بعد از آن، نایلون، پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی بوتیلن و پلیمرهای کریستال مایع به ترتیب روانه بازار شد. از انواع رایج لوله پلیمری می‌توان لوله‌های زیر را نام برد:
لوله پلی اتیلن (PE)
لوله پی وی سی یا پلی وینیل کلراید (PVC)
لوله پلی پروپیلن (PP)
لوله پلی بوتیلن (PB)
در ادامه به معرفی هر کدام از لوله‌ها می‌پردازیم:
–لوله پلی اتیلن: از این نوع لوله، چندین نوع لوله پلیمری پر مصرف ساخته میشود. یکی از انواع آن، لوله پلی اتیلن مشبک است که با نماد اختصاری (PEX) شناخته میشود. به علت مقاومت بالایی که در برابر حرارت و تحمل فشار دارد و نسبت به ضربه مقاوم است، از آن در سیستم‌های گرمایشی کف استفاده میشود.
– لوله پروپیلن : کاربرد این نوع لوله، شبیه به لوله پی وی سی است منتها مقاوم‌تر و کاربردی‌تر بوده و حداقل تا ۵۰ سال عمر می‌کنند. اتصالات متنوعی که از این نوع در بازار است، آن را تبدیل به یکی از محبوب‌ترین لوله‌ها در بازار جهانی کرده است. از انواع آن می‌توان به هموپلیمر، کوپلیمر ضربه‌ای و کوپلیمر اندام اشاره کرد.
–لوله پی وی سی : اکثر این لوله‌ها به رنگ خاکستری یا سفید هستند. بر خلاف دیگر لوله‌های پلیمری، این نوع قابل اشتعال هستند و در دمای زیر صفر می‌شکنند. البته اشتعال فقط در قسمتی که دچار اشتعال شده باقی می‌ماند و از بین می‌رود و به دیگر قسمت‌های لوله منتقل نمی‌کند. کیفیت این لوله‌ها تحت تاثیر نور شدید خورشید یا اشعه ماورای بنفش بوده و آسیب پذیرند. به همین خاطر در لوله‌های آب گرم استفاده نمی‌شود. این لوله به دو دسته UPVC و CPVC تقسیم می‌شوند. در لوله‌های سی پی وی سی کلر بیشتری به کار رفته است و مقاومت بیشتری دارند.
–لوله پلی بوتیلن : این نوع لوله جایگزین لوله کشی مسی است و اغلب به رنگ خاکستری است و جدار داخلی آن صاف است که از رسوب آب جلوگیری می‌کند. حداکثر قطر این لوله‌ها یک میلی‌متر است. همانند لوله‌های پی وی سی در انتقال آب گرم از آن استفاده نمی‌شود و فقط برای حمل آب سرد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
با توجه به رشد روزافزون تولید لوله پلیمری در کشور و عدم توانایی مصرف کنندگان در تمییز سره از ناسره، آنالیز مواد اولیه بکار رفته، بررسی نوع رفتار لوله در شرایط مختلف دمایی و فشاری در مقاطع زمانی متفاوت، امری بسیار ضروری است.
همچنین بررسی مشخصه های مهم و تاثیر گذار برروی این لوله ها، تاثیر عوامل محیطی مثل حیوانات جونده ،تعیین شاخصهای مرجع و ارائه راهکار در جهت بهبود کیفیت از ملزومات اساسی در صنعت تاسیسات کشور می‌باشد
همچنین کاربرد انواع مختلف لوله های پلیمری در صنعت به ویژه تاسیسات ساختمان بر اساس بررسی های انجام شده ارائه خواهد شد.
مصرف لوله های پلیمری در سالهای اخیر ، عدم وجود منابع و مراجع معتبر پاسخگو در این زمینه ، تعدد کارخانه های تولید کننده این نوع لوله ها ، تنوع جنس ، پایین بودن سطح آگاهی مصرف کنندگان یک نوع سردرگمی در مشتریان و مصرف کنندگان بوجود می آورد .
به دلیل کاستی های موجود، تنوع کاربری این نوع لوله ها در تاسیسات ساختمان موجب سردرگمی تولید کنندگان و مصرف کنندگان و همچنین شبهاتی در مراجع گوناگون گردیده است. زمانی که جهان به راه صنعتی شدن گام نهاد نیاز به ابزاری مقاوم ،شکل پذیر با دوام و ارزان جهت مصارف گوناگون کاملا حس شد. چون موادی با تمام این خصوصیات را نمی توان بصورت طبیعی یافت لذا تلاشهای گسترده ای برای ساخت موادی این چنین با ساختار غیر طبیعی در مباحث شیمی آلی آغاز شد. (اولین کاربرد تجاری مواد پلیمری در سال ۱۸۴۳ با کشف کائوچو آغاز گردید )
اصولا پلیمرها به سه نوع تقسیم بندی می شوند.
طبیعی
طبیعی اصلاح شده
مصنوعی
اولین پلیمر مصنوعی با نام نیترات سلولز در سال ۱۸۶۲ کشف و در سال ۱۸۶۸ وارد بازار شد.
نایلون در سال ۱۹۳۸،پلی اتیلن در سال ۱۹۴۲، پلی پروپیلن در سال ۱۹۷۵، پلی بوتیلن در سال ۱۹۷۴ و پلیمرهای کریستال مایع برای ساخت اجزاء الکتریکی در سال ۱۹۸۵رایج گردید
در کشورهای جهان لوله های مختلفی جهت استفاده در داخل ساختمان مصرف میشود که این لوله ها به گروه لوله های فلزی شامل لوله های مسی ، گالوانیزه و استیل و گروه لوله های پلاستیکی و تلفیقی شامل لوله های پلی اتیلن مشبک pex ، پلی پروتیلنPPR ، پلی بوتیلن و لوله های چند لایه تقسیم میشود
بعلاوه از نظر مصرف این لوله ها در ساختمان ، سه کاربرد در جهان وجود دارد که شامل (مصرف در سیستم گرمایش ، سیستم حرارتی رادیاتور و سیستم آب سرد و گرم می باشد )
مطالعات نشان میدهد که در آمریکا از لوله های PPR استفاده نمی شود و از لوله های پلی بوتیلن فقط تا سال ۱۹۹۹ استفاده شده است و بیشترین مصرف در امریکا به لوله های مسی اختصاص دارد و پس از آن لوله های PEX و CPVC وچند لایه در مقامهای بعدی قرار دارند.ولی مصرف لوله های فلزی در آمریکا هشت برابر لوله های پلیمری می باشد.
ویژگی های لوله های پلیمری
از شروع کاربرد وسیع فلزات در صنایع گوناگون، تاکنون محققان همیشه در تلاش تولید آلیاژهای برتر و یا انتخاب یک پوشش مناسب به عنوان روکش جهت تقلیل خوردگی و افزایش مقاومت آنها در مقابل عواملی همچون زنگ زدگی بوده اند دراین راستا آبکاری ، تولید فلزات آلیاژی و در نهایت استفاده از رنگ و روکشی از انواع پلیمرها مورد نظر قرار گرفته است.
پاره ای از پلیمرها توانسته اند جایگزین خوبی برای فلزات گردند به عنوان مثال درصنعت تاسیسات لوله کشی ساختمان ها و صنایع گوناگون که مساله خوردگی فلزات همیشه موجب خسارت عمده به صورت مستقیم وغیر مستقیم بوده است این لوله ها جایگزین وسایل فلزی شده اند .
البته این لوله ها نقاط ضعفی مانند محدودیت در انتقال حرارت و یا عدم تحمل فشار و دمای بالا نیز دارند . جهت رفع این نقیصه ، تلفیق مواد پلیمر و فلز مورد توجه محققان قرار گرفته است باید در نظر داشت که نحوه انتخاب هر یک بر اساس کاربری ، محدودیت ها و خواص فیزیکی ، شیمیایی ، مکانیکی آنها تعیین میشود و امروزه مصرف و کاربرد لوله های پلیمری رواج یافته و در حال گسترش است .
از لوله های پلیمری می توان برای انتقال اسیدهای خورنده ، گازهای خورنده ، فاضلاب های خورنده ، نفت خام ، فاضلاب ، گاز طبیعی و آب استفاده کرد. لوله های پلیمری درمقایسه با لوله های سنتی مورد استفاده دارای مزایا و معایبی است .
مزایای لوله های پلیمری
پلیمرها جایگزین خوبی برای لوله‌های فلزی هستند که دچار خوردگی یا زنگ زدگی می‌شوند. این لوله‌ها سبک و ارزان بوده و نصب آن ها راحت است. البته علاوه بر مقاومت بالا در برابر خوردگی و ضربه می توان موارد زیر را به عنوان مزایای لوله های پلیمری نام برد :
افت فشار کمتر
انعطاف پذیری بالا
نارسانای الکتریسیته
خواص بهداشتی مانند مقاومت در برابر حملات میکروبیولوژی و رسوب‌پذیری ناچیز
لوله های پلمیری با وجود مزایای بسیاری که دارند تحمل چندانی در مقابل دما و فشار نداشته و اشتعال‌پذیر هستند که البته نسبت به مزایای زیادی که دارند همچنان در میان صنعت‌گران جزء لوله‌های محبوب به شمار می‌روند.
برای رفع این محدودیت، در برخی از لوله‌ها ترکیبی از پلیمر و فلز به کار بردند که بر اساس نوع کاربری آن، خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی لوله را تعیین می‌کنند.
به طور کلی، ساختار پلیمر از مولکول‌های آلی به نام منومر بوجود آمده است و طول متوسط آن به درجه پلیمریزاسیون و یا تعداد واحد تکراری که در زنجیره پلیمر وجود داشته بستگی دارد. فرایند پلیمریزاسیون یا بسپارش فرایندی است که در آن یک یا چند مونومر به پلیمر تبدیل می‌شوند.
پلیمریزاسیون به دو صورت عمده افزایشی یا مرحله‌ای انجام میشود. در نوع افزایشی تعدادی از مونومر یا واحدهای تکراری جمع شده و مولکول پلیمر را به‌وجود می‌آورند. در نوع مرحله‌ای تعدادی مونومر با هم واکنش داده و پلیمرهای خطی را بوجود می‌آورند.
مقاومت در برابر خوردگی:
سیستم های لوله کشی پلاستیکی در مقابل اکثر مواد شیمیایی متداول خانگی و تعداد زیادی از موادی که ممکن است وارد سیستم فاضلابی بهداشتی شوند مقاوم هستند دیواره های صاف لوله های پلاستیکی امان انتقال موثر و بهتر فاضلاب و آب را ممکن میسازد دراین لوله ها اثری اززنگ زدگی و خوردگی نیست .
استفاده ساده تر:
مواد لوله های پلیمری از مواد لوله های دیگر سبک تر است و بنابراین نیاز به تجهیزات استفاده کننده سنگین ندارد به عنوان مثال ، بریدن و اتصال و نصب لوله های پلیمری ساده تر از روشی است که در مورد لوله های فلزی به کار می رود با توجه به این که امروزه هزینه نیروی کار ، پارامتر مهمی در قیمت نهایی مخصوص سیستم های لوله کشی است مزیت این لوله ها روشن تر می شود .
انعطاف پذیری و سفتی:
اکثر لوله های گرما نرم پلیمری، انعطاف پذیری خوبی نسبت به مواد لوله های دیگر دارند و این ویژگی خصوصیات مهمی برای کاربرد لوله ها در زیرزمین است . این لوله ها می توانند پستی و بلندی های زمین را با تعدد کمتری اتصالات نسبت به موارد مشابه طی کنند . به دلیل انعطاف پذیری خوب این نوع لوله ها در شرایط سخت و ناملایم ، آب و هوایی ، کارایی این نوع لوله ها خوب است .
ارتعاشات:
لوله و اتصالات پلیمری درمقابل ارتعاشات مختلف با توجه به استانداردهای مختلف ارائه شده مقاوم هستند . لوله و اتصالات پلیمری براساس استاندارد ۳۳۸۷ DIN بایستی شرایط فرکانس ۳/۲۳ هرتز و تعداد نوسان ۱۰۴۸۵۰۰۰ مرتبه را با موفقیت سپری کند. باتوجه به انعطاف‌پذیری لوله های پلیمری، این نوع لوله ها می توانند لرزش های ناشی از زمین لرزه و یا ارتعاشات ناشی از کارکرد موتور (کمپرسوره) را تحمل کنند .
تعداد روش های اتصال
روش های زیادی برای اتصال این نوع لوله ها وجود دارد که ازجمله این روش ها می توان به :
- اتصال پرسی
- اتصال همجوشی حرارتی
- اتصال چسبی
- اتصال فلنج
- اتصال رزوه ای
معایب لوله های پلیمری
درجه اشتغال :
از جمله محدودیت های مواد پلیمری ، اشتغال پذیری آنها می باشد . طبق استاندارد ۴۱۰۲ DIN با اضافه کردن بعضی از ترکیبات آبی ، ترکیبهای استرسهای فسفیت و برم دار به این مواد پلیمری ف می توان لوله های اشتعال ناپذیر تولید کرد .در این صورت این مواد پلیمری درکلاس مواد ۲B جا میگیرند که درصورت سوختن هیچ گونه گاز سمی نیز تولید نکند و طبق تاییدهای موجود برای آب آشامیدنی از نظر پزشکی نیز سرطان زا نمی باشد . هر چند که موادی نظیر پی وی سی خود با خود در مقابل شعله مقاوم می باشد.
تغییر انبساط طولی :
این عیب بزرگ لوله های پلیمری با رهنمون های جدید نظیر اضافه کردن لایه های فلزی نظیر الومنیوم ، استفاد از خم های U شکل در نصب و یا تغییر درساختار لوله های پلیمری (مانند مشبک کردن) برطرف شده است.
درنهایت می توان معایب و مزایای لوله های پلیمری و فلزی را در جدول های زیر خلاصه کرد :
| معایب لوله های فلزی | معایب لوله های پلیمری |
| خوردگی از داخل و خارج | عدم مقاومت مکانیکی |
| رسوب پذیری | عدم تحمل فشار و دمای زیاد |
| وزن زیاد | |
| غیراقتصادی بودن | |
| مزایای لوله های فلزی | مزایای لوله های پلیمبری |
| مقاومت مکانیکی زیاد | عدم خوردگی از داخل و خارج |
| تحمل فشار و دمای زیاد | رسوب ناپذیری و افت فشار کم |
| ضریب انبساط طولی کمتر | مونتاژ سریع و آسان |
| نفوذ ناپذیری صد درصد | اقتصادی بودن |
لوله های پلیمری به دو دسته گرما نرم و گرما سخت تقسیم می شوند.
از جمله لوله پلیمری گرما نرم :
لوله های پلی اتیلن (PE)، پی وی سی (PCB) ، پلی بوتیلن (PB) و پلی پروپیلن (PP).
از جمله لوله پلیمری گرما سخت :
لوله های فایبر گلاس مسلح شده (ERP).
تعدد روش های اتصال ، استفاده از این لوله ها را در کاربردهای مختلف امکان پذیرکرده است.
هیدرولیک خوب
به علت دیواره های صاف این نوع لوله ها ، مقاومت آنها دربرابر جریان کم است و باعث افت کمتر فشار می شود .
عمرطولانی
عمر سرویس دهی هر سیستم لوله کشی عامل مهمی است .حدود ربع قرن است که میلیون‌ها سیستم لوله کشی با لوله پلیمری و کارایی خوب آنها در حال اجرا است اگرسیستم لوله کشی با استفاده ازلوله پلیمری درست نصب شود دربعضی از شرایط می توان عمر کارکرد آنها را نامحدود در نظر گرفت .
عایق صوت
این نوع لوله ها عایق صوت و امواج بوده و دارای کاربرد در سیستم های مخاربراتی میباشند ، به عنوان مثال به دلیل لایه محافظ آلومینوم در لوله های چند لایه ، از آن می توان در کاربردهای مخابراتی استفاده نمود .
استفاده درسیستم گرمایش کفی
طی سالیان اخیر سیستم گرمایش کفی به دلیل ظهور نسل جدیدی از لوله های پلیمری تولد دوباره ای یافته اند . محدودیت های اصلی لوله های پلاستیک گرما نرم ، مقاومت و سفتی نسبتاً پایین و حساسیت به دمای بالای آنهاست . به دلیل این محدودیت ها کاربرد لوله های گرما نرم پلاستیکی اساساً به مواردی که فشار و دما کم است محدود می شود. بازهم با وجود این محدودیت ها استفاده ازاین لوله ها درحال گسترش است
نفوذ اکسیژن:
هر چند که لوله پلیمری نسبت به عبور اکسیژن درمقایسه با لوله های فلزی مقاوم نیستند ولی امروزه با تمهیداتی نظیر چند لایه کردن لوله ها به نوعی مساله نفوذ اکسیژن را که در لوله پلیمری وجود داشته را حل کرده اند در نتیجه این تجهیزات از هر گونه خوردگی و آسیب به دیگ های بخار ، منابع ، اتصالات و غیره در شرایط معمولی جلوگیری بعمل عمل می آید .
تاثیر مواد افزودنی در آب آشامیدنی:
آب آشامیدنی باید از وجود فلزات سنگین نظیر جیوه (Hg) ، کادمیوم (Cd) ، سرب (Pb) و آرسنیک (As) عاری باشد . به این منظور آب را بعد از استرلیزه کردن به مدت ۷۲ ساعت در لوله های که می خواهند آزمایش کنند قرار داده و سپس به کمک دستگاه جذب اتمی میزان عناصر سنگین و حتی بعضی از آنیون ها اندازه گیری می شوند .