لوله پلی اتیلن گاز رسانی | معرفی و آشنایی

لوله پلی اتیلن جهت مصارف گازرسانی لوله و اتصالات پلی اتیلن  برای مصارف گازرسانی باعث کاهش هزینه و زمان اجرای پروژه‌های گازرسانی در سطح کشور شده است. لوله پلی اتیلن گاز رسانی  با استانداردهایی بسیار بالاتر از استاندارد ارائه شده توسط شرکت گاز و اداره استاندارد ایران تولید می‌شود.

کاربرد محصولات پلی اتیلن در انتقال گاز

آغاز استفاده از لوله‌های پلی اتیلن تحت فشار، از اوایل سال 1950 میلادی بوده است. از جمله کاربری‌های این لوله‌ها ( لوله پلی اتیلن )، انتقال آب، مواد شیمیایی، سیالات خنک کننده و گرم کننده، گازها، هوای فشرده و سیستم‌های آتش نشانی، چه در روی زمین و چه در زیر زمین است.

از اولین موارد کاربرد لوله پلی اتیلن (با دانسیته متوسط) در زمینه انتقال گاز بوده است که از سال 1960 میلادی مورد استفاده قرار گرفته است. در حال حاضر بیش از 90% خطوط انتقال گاز ایالات متحده و کانادا از مواد پلاستیکی است که 99% آن نیز از جنس پلی اتیلن است. لوله های پلی اتیلن در شبکه های انتقال گاز نه تنها در آمریکای شمالی، بلکه در سرتاسر جهان استفاده می‌شوند.

کاربرد لوله پلی اتیلن  در گاز رسانی

با توجه به مشخصات گازطبیعی استفاده از لوله‌های پلی اتیلن در سیستم‌های انتقال گاز یکی از اولین کاربردهای این لوله در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی می‌باشد. به هر حال در بسیاری از سیستم‌های انتقال گاز از سال 1960 از این نوع لوله‌ها استفاده شده است که می‌تواند دلیل معتبری بر کیفیت و قابل اطمینان بودن لوله پلی اتیلن و اتصالات پلی‌اتیلن می‌باشد . امروزه ، بیش از 90 ٪ از لوله‌های نصب شده برای توزیع صنعت گاز طبیعی در آمریکا و کانادا از لوله‌های پلاستیکی استفاده شده است، که 99 درصد از آنها از جنس پلی‌اتیلن می‌باشد.

کاربرد لوله‌ پلی اتیلن برای انتقال گاز

به کارگیری روش‌های جدید، مانند استفاده از مواد پلیمری، از چند دهه گذشته در صنعت گاز کشور‌های توسعه یافته مورد توجه قرار گرفته است. از دستاورد‌های تازه در این زمینه، میتوان به استفاده از مواد پلی اتیلن جهت بازسازی و نوسازی لوله‌های انتقال گاز نام برد. در زیر، مزیت‌های به‌کارگیری مواد پلیمری در انتقال گاز و کاربرد محدود آن در ایران مورد اشاره قرار گرفته است: مواد پلی اتیلن در چند دهه اخیر، انقلابی جدید در صنعت گازرسانی شهری به حساب می آید. لوله های پلی اتیلن در مقیاس محدود، از اوایل دهه 1960 برای گازرسانی به منازل در کشورهای پیشرفته مورد استفاده قرار‌ گرفته است. اما امروزه به خاطر پیشرفت در زمینه ساخت مواد پلی اتیلن، استفاده از این لوله‌ها گسترش چشمگیری یافته است، به طوری که بیش از 95 درصد خطوط گازرسانی در شبکه گاز شهری آمریکای شمالی، از جنس پلی اتیلن است. کاربرد محصولات پلی اتیلن در انتقال گازلوله پلی اتیلن در بسیاری از کشورها، نظیر انگلستان، آلمان و اتریش و روسیه مورد توجه قرار گرفته است. ویژگی ها و مزایا: به خاطر خاصیت های منحصر به فرد مواد پلی اتیلنی، لوله های ساخته شده از این مواد نسبت به لوله های معمول گازرسانی (جنس فولاد) دارای مزایایی ویژه هستند که در اینجا به ذکر چند مورد از آنها اشاره می شود:

 

1- سبکی وزن و انعطاف پذیری : این موضوع باعث می شود که حمل و نقل و همچنین نصب این لوله‌ها آسان صورت پذیرد. در ضمن، انعطاف پذیری زیاد، منجر به مقاومت مناسب در برابر ضربه‌های احتمالی می گردد.

2- عدم نیاز به تجهیزات زیاد برای نصب : تجهیزات مورد نیاز برای نصب این لوله‌ها، اندک میباشد و به علت عدم نیاز به جوشکاری و اتصالات مانند لوله های فولادی، نصب آن سریع می باشد. این امر باعث می شود که هزینه های نصب این لوله ها بسیار کمتر از لوله های مشابه باشد.

3- مقادیر بسیار کم نشست گاز : طبق آزمایشات انجام شده، مقادیر نشست گاز از لوله های پلی اتیلن بسیار ناچیز می باشد.

4- قیمت مناسب این لوله‌ها نسبت به لوله‌های فولادی : لوله های پلی اتیلن با پیشرفت تکنولوژی و افزایش رقابت شرکت‌های سازنده، هر روز شاهد کاهش قیمت هستند. این امر منجر به طراحی و ساخت لوله‌هایی با تحمل فشار بیشتر و قیمت پایین‌تر شده است.

 

خط لوله گاز – نیروگاه‌های آبی گازی

مزایای استفاده از لوله پلی اتیلن گازی

1- قابلیت اتصال آسان

لوله پلی اتیلن قادر به اتصال جوشی است، به طوری که اتصالات به وجود آمده نه تنها به استحکام خود لوله هستند، بلکه در برخی موارد از خود لوله نیز مستحکم­تر می­‌باشند. از آنجاییکه عمده نقطه ضعف خطوط تحت فشار محل اتصالات است، می‌توان نتیجه گرفت که اتصالات پلی اتیلن در مقایسه با سایر مواد از استحکام مناسب‌تری برخوردارند.

2-قابلیت انعطاف
لوله پلی اتیلن تا حدود 25 برابر قطر لوله قابل خم شدن است. این مسأله باعث می‌شود در بسیاری از موارد برای تغییر زاویه خط لوله نیازی به استفاده از اتصالات نباشد. از سوی دیگر انعطاف پذیری لوله پلی اتیلن استفاده از آن را در مناطق زلزله خیز توجیه پذیرتر می‌کند.

انعطاف پذیری لوله پلی اتیلن یکی از مهمترین مزایای لوله پلی اتیلن است که باعث بکار بردن این لوله‌ها به عنوان لوله گازرسانی میشود.

3-مزایای نصب
روش‌های نصب بی‌نظیری که به خاطر انعطاف پذیری و اتصالات بدون نشتی لوله های پلی اتیلنی قابل استفاده‌اند، استفاده از این لوله‌ها را در مقایسه با لوله‌های فولادی از نظر اقتصادی و فنی توجیه پذیرتر است و باعث صرفه جویی زیادی در هزینه و زمان می‌شود.

4- مقاومت در مقابل خوردگی و اثر مواد شیمیایی
لوله پلی اتیلن گازرسانی از مقاومت شیمیایی بسیار خوبی برخوردارند و در مقابل ترکیبات فعال گاز و سایر ترکیبات شیمیایی بسیار مقاوم می‌باشند.

5- عمر طولانی، دوام و کاهش هزینه ها
عمر کاری لوله‌های پلی اتیلن بین 50 تا 100 سال برآورد می‌شود و این به معنای کاهش هزینه‌های جایگزینی برای طولانی مدت است. از سوی دیگر هزینه کارگزاری، نصب و نگهداری این محصول نسبت به سایر محصولات بسیار توجیه پذیر و پایین می‌باشد.

استانداردها و آزمون‌ها

آزمون‌هایی که در کنترل کیفی لوله‌های پلی اتیلن گازی انجام می‌شوند، به سه گروه تقسیم می‌شود:

خط لوله گازی پلی اتیلن

1- آزمونهای بعد از تولید (BRT):به آزمون‌هایی می‌گویند که قبل از ترخیص هر دسته از تولیدات روی آنها انجام می‌شود تا از کیفیت تولید اطمینان حاصل شود.

2- آزمونهای تأیید فرایند (PVT):به آزمون‌هایی اطلاق می‌شود که جهت بررسی کیفیت و پیوستگی خط تولید در فواصل زمانی خاص بر روی مواد، اجزا و یا مجموعه انجام می‌شود.

3- آزمونهای نوعی (TT):به آزمون‌هایی می‌گویند که برای اثبات احراز تأییدیه‌های مورد نظر استاندارد در مورد مواد، اجزا و توانایی مجموعه انجام می‌شود. در زیر جدول استانداردهای مرتبط با هر یک از این آزمونها ارائه می‌گردد.

مشخصات لوله پلی اتیلن گاز

کاربرد لوله پلی اتیلن جهت انتقال گاز و استفاده از آن در شبکه‌‌های توزیع گاز شهری یکی از اولین کاربردهای حساس لوله‌های پلی اتیلن بوده است که بعد از مدت بسیار کوتاهی در مقیاس جهانی به سرعت فراگیر شد. خواص مکانیکی لوله‌های پلی اتیلن و ایمن بودن بسیار بالای آنها باعث این رشد و اعتماد بوده است. در گزارشهای مختلف از نقاط زلزله خیز جهان مانند ژاپن و مقایسه لوله‌های تاسیسات شهری و مشخصا لوله‌های گاز مشخص گردیده است که لوله‌های گاز پلی اتیلن صدمه‌ای ندیده‌اند و 100 درصد سالم هستند.

به دلیل حساسیت بالایی که بر روی شبکه‌های انتقال گاز وجود دارد همیشه این سامانه‌ها را مورد تحقیق و بررسی انجام میدهند و آزمایشهای مختلف بر روی آنها انجام میشود تا اگر عیب و ایرادای وجود دارد نمایان شود و بتوانند این ایرادات را در زمان مناسب و قبل از بوجود آمدن فاجعه‌ای , رفع نمایند و لوله‌های پلی اتیلن گاز از این آزمایشها مستثنی نبوده و آزمایشهای فراوانی بروی آنها انجام شده است که برخی از مقالات دانشگاهی و علمی در زیر این مطلب لیست شده است.

مشخصات لوله پلی اتیلن گاز در رابطه مستقیم با مواد اولیه آن است , عموما لوله پلی اتیلن گاز از مواد پلی اتیلن MDPE تولید میشوند و این مواد از لحظه ورود به کارخانه تا لحظه نهایی که لوله پلی اتیلن از کارخانه خارج میشود تحت آزمایشهای بسیار سخت‌گیرانه قرار میگیرد و این آزمایشها بر اساس استانداردهای بین المللی زیر انجام میپذیرد :

EN-1555 : ویژگی و خواص مواد اولیه و لوله های پلی اتیلن
ISO-1133 : اندازه‌گیری شاخص جریان مذاب
ISO-1183 : اندازه‌گیری چگالی لوله
ISO-6964 : اندازه‌گیری میزان دوده در لوله
ISO-11420 : اندازه‌گیری میزان پراکنش دوده
EN-743 : اندازه‌گیری میزان بازگشت حرارتی در لوله پلی اتیلن
ASTM DI599 : آزمون ترکیدگی سریع
EN-921 : آزمون‌های هیدرواستاتیک
ISO-6259 : اندازه‌گیری میزان کشش در آستانه نقطه پارگی

مشخصات ابعاد لوله پلی اتیلن گاز

سایز استاندارد لوله پلی اتیلن گازی از ۱۶ تا حدود ۶۳۰ میلی متر می باشد؛ مگر در موارد خاص که بنا بر سفارش شرکت پیمانکار گاز، این لوله ها با قطرهای متفاوت تولید می شوند. لوله‌های گازرسانی می‌توانند در فشارهای کاری ۵/۲ تا ۲۰ اتمسفر به خوبی پایدار بمانند. انواع لوله پلی اتیلن گازی مطابق با استاندارد EN 1555 و IGS-M-PL-014-01 تولید می شوند. لوله و اتصالات پلی اتیلن گازی در برابر عوامل مخرب محیطی نظیر خوردگی، مواد شیمیایی، نشت از محل جوشکاری و ترک خوردگی بسیار مقاوم هستند؛ این لوله‌ها استحکام، انعطاف پذیری بالا، دوام و عمر طولانی دارند. استفاده از لوله های پلی اتیلن برای حوزه گازرسانی موجب کاهش هزینه‌ها و زمان اجرای پروژه شبکه گازرسانی می‌شود. جدول مشخصات وزنی و ابعادی لوله پلی اتیلن گاز

جدول مشخصات وزنی و ابعادی لوله پلی اتیلن گاز

مشخصات لوله گازی پلی اتیلن

چگالی
خواص پلی اتیلن وابستگی زیادی به چگالی آن دارد. پلی اتیلن ساخت فرآیندهای مختلف ممکن است دارای چگالی در محدوده 90/0 تا 0/98gr/cm^2 باشند. برای ساخت لوله از انواع مختلف پلی اتیلن استفاده می شود ،لیکن دو نوع نیم سنگین (PE.MD) و سنگین (PE.HD)برای ساخت لوله های مورد استفاده در گاز رسانی به کار می روند. بر اساس استاندارد(1988) 4437-ISO چگالی اسمی رزین پلی اتیلن مصرفی در ساخت لوله های گاز رسانی(که نمونه براساس 1872-ISO تهیه و چگالی آن طبق روش ISO-1183اندازه گیری شده است) دست کم باید 0/93gr/cm^2 باشد.اجزای تشکیل دهنده آمیزه این رزین عبارت از مواد ضد اکسنده پایدار کننده ها در برابر پرتو فرابنفش و رنگدانه است. چنین پلی اتیلنی براساس بند 3 در استاندارد 1872-ISO در درجه بندی 4۰3 یا 5 قرار می گیرد.

شاخص جریان مذاب(MFI)

شاخص جریان مذاب معیاری از وزن مولکولی پلی اتیلن است.وزن مولکولی نیز مانند پگلی نقش مهمی در خواص پلی اتیلن دارد ، از این رو شاخص جریان مذاب پلی اتیلن مورد استفاده در ساخت لوله باید مشخص باشد. این خاصیت معمولا مطابق روش 1123-ISO اندازه گیری می شود (مقدار بارگذاری ۵ کیلوگرم در دمای °190C است). شاخص سیالیت مذاب پلی اتیلن برای ساخت لوله های گاز کمتر از یک می باشد.

انقباض گرمایی

آزمون انقباض گرمایی لوله در دمای °110Cبه مدت 30 دقیقه براساس استاندارد ISO-4427 انجام میشود. در این آزمون میزان انقباض نباید بیشتر از3درصد باشد و پس از انجام آزمون نیز لوله باید عاری از هرگونه تاول زدگی و ترک خوردگی باشد.دستور کار آزمون در ISO-2506 مندرج است.

استحکام کششی

در آزمون کششی براساس دستور کار 6259-ISO در دمای °23C، میزان درصد ازدیاد طول تا پارگی نباید کمتر از 350 باشد.در این روش سرعت کشش50mm/min برای لوله با قطر110mm و 100mm/min برای لوله با قطر32mm است. نمونه ها برای آزمون کشش از راه منگنه زنی (punching)لوله ها به دست می آیند.

پایداری شیمیایی

لوله های پلی اتیلن برای گازرسانی باید از پایداری کافی در برابر برخی مواد موجود در گاز طبیعی برخوردار باشند ، زیرا این مواد می توانند در لوله به صورت مایع (مقطر) در آیند. میزان پایداری لوله در برابر این مواد از راه انجام آزمون غشاء داخلی با گاز مصنوعی متراکم (مخلوط تری متیل بنزن و دکان نرمال به نسبت مساوی) در داخل و آب در خارج لوله سنجیده می شود. قبل از انجام این آزمایش لوله برای مدت 1500 ساعت در دمای °C232 و تحت فشار معمولی نگهداری می شود.

براساس استاندارد 4437-ISO لوله پلی اتیلن باید فشار داخلی MPa2 را در دمای °C80 با مواد شیمیایی مورد نظر برای دست کم 30 ساعت تحمل کند. نمونه‌های لوله پلی اتیلن گاز را می‌توان قبل از آزمایش در دمایC°80 به مدت 24 ساعت نگهداری کرد.این آزمایش روی لوله های به قطر 32 ، 40 ، 50mm و SDR11 انجام می شود SDR) مخفف standard dimension ratio و نسبت قطر اسمی خارجی لوله به ضخامت دیواره آن است). معمولا نتیجه آزمایش پایداری شیمیایی به صورت نمودار های تغییرات تنش حلقه ای (hoop stress) برحسب زمان در دماهای مختلف نشان داده می شود.

استحکام هیدروستاتیک لوله

میزان تحمل لوله در برابر فشار داخلی روی لوله به قطر32mm (SDR11)در دماهای مختلف °20C ،°60C و ° 80Cاندازه گیری می شود. محیط داخل و خارج لوله در این آزمون آب است و بر اساس استاندارد ۴۴۳۷-ISO استحکام هیدروستاتیک دراز مدت لوله برای زمان شکست 100 هزار ساعت در دمای°20C باید دست کم 8MPaتنش حلقه ای باشد. این آزمون ممکن است در دماهای بیشتر و به صورت تسریع شده انجام گیرد. در این صورت برای زمان شکست 50سال استحکام هیدروستاتیک لوله باید دست کم 6/5MPa باشد.

در اندازه گیری استحکام هیدروستاتیک کوتاه مدت باید تمام انداز های مختلف لوله تولید شده مورد آزمایش قرار گیرند. در استاندارد جهانی ISO 4437 لوله های پلی اتیلن بر پایه میزان استحکام هیدروستاتیک در شرایط مختلف به سه دسته تقسیم میشوند. همان طور که ملاحظه می شود لوله های دسته الف در دمای معمولی استحکام بیشتری دارند در حالی که لوله‌های دسته به در دمای زیاد استحکام بیشتری نشان می دهند. لوله های دسته ج در دمای زیاد عملکردی نظیر دسته Aدارند ، ولی در دمای عادی ضعیفتر از آن عمل می کنند. دستور کار انجام آزمایش تعین استحکام هیدروستاتیک لوله در سند ISO-1167 ارائه شده است. دوام و استحکام دراز مدت لوله از طریق برون بابی (Extrapolation)نتایج به دست آمده در آزمون فشار داخلی در دمای°C20 تعیین می شود و آزمون ترکیدن(Burst) در دمای °C60 انجام می گیرد. در صورتی که در دمای °C60 و تنش محیطی 5MPa ترکیدن لوله بیش از 10 هزار ساعت طول بکشد ، تعیین استحکام در °C20 از طریق انجام آزمون در دماهای °60C و °80C و تعمیم آن بر پایه قانون آرنیوس ضروری خواهد بود.

قابلیت جوشکاری

در ارزیابی قابلیت جوشکاری لوله های ساخته شده از رزین پلی اتیلن لازم است که این لوله ها به صورت لب به لب جوش گرمایی داده شوند و تحت آزمونهای مربوط قرار گیرند کیفیت اتصال بین دو لوله به وسیله روشهای مختلفی قابل بررسی و سنجش است که آزمونهای کشش ، خمش و کشش سریع و همچنین آزمون استحکام در برابر فشار داخلی آب و آزمون بارگذاری ساکن دراز مدت از آن جمله اند. تجربه نشان می دهد که از میان روشهای مختلف قابل اجرا ، آزمون کشش نمونه های لوله دارای اتصال جوش و آزمون استحکام در برابر فشار داخلی آب سودمندترند.اتصال نامطلوب باعث ایجاد شکست از ناحیه اتصال می شود، در حالی که در اتصال قابل قبول شکست در دو قطعه لوله پدید می آید. با توجه به تنوع نسبتا زیاد پلاستیکهای مورد استفاده در ساخت لوله های گاز رسانی ،لازم است که استحکام و پایداری اتصال از نظر سازگاری دو نوع پلاستیک نیز مورد بررسی قرار گیرد.

به طور خلاصه ، محل اتصال دو لوله پس از جوشکاری ابتدا از نظر ظاهری مورد بررسی عینی قرار می گیرد و سپس آزمونهای کشش و عملکرد دراز مدت روی آن انجام می یابد. این آزمونها شامل پایداری مکانیکی در برابر فشار داخلی آب در دمای °80Cو استحکام در برابر نیروی ساکن در دمای ° 80Cمی باشند. در این آزمونها باید شکست از نواحی غیر اتصالی و در طول دو لوله صورت گیرد.

فرسایش لوله بر اثر عوامل جوی

لوله های پلی اتیلن گازرسانی در فاصله زمانی ساخت و مصرف در شرایط مختلف نگهداری می شوند. هنگام نصب نیز ممکن است لوله برای مدت نسبتا” طولانی در معرض عوامل طبیعی نظیر آفتاب و باران قرار گیرد. با توجه به احتمال تخریب مولکولی پلی اتیلن و تغییر خواص آن لازم است که ارزیابی نسبتا دقیقی از این تغییر و میزان فرسایش به عمل آید. بر اساس استاندارد 4437-ISO درصد ازدیاد طول تا پارگی و استحکام در برابر فشار هیدرولیک داخلی نمونه های لوله باید در محدوده مجاز یاد شده باشند. طول تقریبی نمونه ها یک متر و قطر آنها مختلف است و در معرض انرژی تابشی دست کم معادل 3/5GJ/ m^2قرار گرفته اند.