تأثیرات حرارتی بر لوله پلی اتیلن
لوله پلی اتیلن در دو حالت اصلی تحت تاثیر نیروهای حرارتی قرار می گیرد و این نیروها باید در هنگام طراحی سیستم توزیع گاز در نظر گرفته شوند.
در کشور انگلستان، دمای معمولی زمین در تمام طول سال بیش از 10 درجه سانتیگراد نیست، و با طراحی دمای مواد که به میزان 20 درجه سانتیگراد است، عدم در نظر گرفتن تأثیر دما بر روی استحکام حلقه لوله پلی‌اتیلن (یعنی فشار کاری) ضروری است. این شرایط تنها در صورتی ایجاد می شود که لوله پلی اتیلن در کانال‌ها، تونل‌ها یا مکان های با آب و هوای گرم‌تر که در آنها در نظر گرفتن اثرات حرارتی بر روی لوله های پلی اتیلن مورد نیاز است، نصب می شود
روش محاسبه حداکثر فشار کاری لوله پلی اتیلن در درجه حرارت بالا، در 2 استاندارد مرجع زیر به صورت مشروح بیان شده است:
- استاندارد 5-1555 EN 2002؛ “سیستم های لوله کشی با لوله پلی اتیلن پلاستیکی، برای تأمین سوخت های گازی – لوله پلی اتیلن – بخش 5; ایجاد تناسب لازم برای دستیابی به هدف سیستم”.
- استاندارد 2-12007 ISO؛ “سیستم های تأمین گاز – خطوط لوله پلی اتیلن برای سیستم با حداکثر فشار عملیاتی و شامل فشار 16 بار (bar) – بخش 2؛ توصیه های کاربردی خاص برای استفاده از لوله پلی اتیلن (فشار MOP حداکثر تا 10 بار)
به عنوان یک راهنما، در مشخصات بالا این موضوع توصیه می شود که در جایی که دمای عملیاتی خط لوله پلی اتیلن بیش از 20 درجه سانتیگراد و حداکثر تا دمای عملیاتی 40 درجه سانتیگراد است، حداکثر فشار عملیاتی خط لوله پلی اتیلن باید به ازای هر درجه سانتیگراد بیش از 20 درجه سانتیگراد، به میزان 1/3 بار کاهش پیدا کند. به عنوان یک محاسبه ساده، از فرمول های زیر و جدول مربوطه، برای برآورد حداکثر فشار عملیاتی یک لوله پلی اتیلن که گاز طبیعی را انتقال می دهد، با فرض حداقل ضریب ایمنی کشور انگلستان، به میزان 2/9، برای دماهای بین 20 تا 40 درجه سانتیگراد، برای بکار بردن لوله های پلی اتیلن 80PE و 100PE، استفاده کنید.
DF X 2bar ا = MOP (لوله پلی اتیلن 100PE، 21 SDR)
DF X 4bar ا = MOP (لوله پلی اتیلن زرد 80PE، 17/6 SDR)
برای دماهای بین هر مرحله در جدول بالا، استفاده از روش درون یابی خطی مجاز است.
به همان صورت که فشار عملیاتی لوله پلی اتیلن تحت تأثیر میزان دما قرار می گیرد، استحکام کششی لوله پلی اتیلن نیز تحت تأثیر میزان دما قرار می گیرد، زیرا این دو ویژگی ارتباط نزدیکی با هم دارند. همچنین، این ویژگی را می توان در هنگام بکار بردن تکنیک هایی که در آنها خطوط لوله پلی اتیلن، بدون استفاده از حفاری، یا بدون گذاشتن لوله پلی اتیلن در کانال بکار می رود، که شامل کشیدن لوله پلی اتیلن در داخل زمین است، بکار برد. در بخش 5، نیروهای کششی، اما به عنوان اولین تقریب که دارای ارزش اعمال ضریب کاهش 1/3% درجه سانتیگراد، برای استحکام کششی لوله پلی اتیلن، در هنگام محاسبه حداکثر بارگذاری کششی مجاز برای خط لوله پلی اتیلن در طول نصب لوله پلی اتیلن است، مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.
همچنین، در نظر گرفتن نهایی اثرات حرارتی در هنگام طراحی یک خط لوله پلی اتیلن، شامل در نظر گرفتن تأثیر انبساط و انقباض حرارتی لوله پلی اتیلن است. مواد لوله پلی اتیلن دارای ضریب انبساط حرارتی به میزان در هر درجه سانتی گراد است، که تقریباً 10 برابر میزان ضریب انبساط حرارتی آهن یا فولاد است. برای استفاده از خطوط لوله پلی اتیلن به منظور توزیع گاز که با اتصالات باربری کامل، در زیر زمین قرار می گیرد، این موضوع به عنوان یک مشکل اصلی نیست، زیرا به طور کلی، ماهیت چسبناکی کششی لوله پلی اتیلن، به این معنی است که تنش های تحمیل شده بر روی لوله پلی اتیلن، مقدار کمی ویژگی خزش را به لوله پلی اتیلن وارد می کند.
در جایی که در نظر است یک خط لوله پلی اتیلن به خطوط لوله با اتصالات باربر بدون انتها، به عنوان مثال به خطوط لوله چدنی آب، و لوله های متصل به سوکت، وصل شود، باید از قالب های دارای مهار استفاده شود تا این اطمینان حاصل شود که نیروهای انقباض حرارتی، باعث جدا شدن مفصل ها بوسیله بیرون کشیدن آنها نمی شوند.
راهنمای استفاده از قالب های مهارکننده بتنی و طراحی آنها برای زمین های با شرایط مختلف، و نیروهای رانش در استاندارد 6700BS (1997) با عنوان “طراحی، نصب، آزمایش، و تعمیر و نگهداری خدمات مربوط به تأمین آب برای مصارف خانگی در ساختمانها و حیاط های آنها” درج شده است.
به طور کلی، قالب های مهارکننده در محل انجام کار تولید می شوند و این موضوع توصیه می شود که یک لایه پوششی از ماده پلی اتیلن، (به طور اسمی) حداقل به ضخامت 3 میلی متر، باید دور لوله پلی اتیلن (تقریباً به میزان 150 میلی متر از دو طرف نقطه انتهایی از درون قالب مهارکننده بتنی) پیچیده شود، تا تنش های برشی و خمشی ناشی از نشست نابرابری سطح، بین قالب بتنی و خط لوله پلی اتیلن، به حداقل برسد و از وارد آمدن آسیب به لوله پلی اتیلن ناشی از ساییدگی بر روی بتون، جلوگیری شود. علاوه بر این، این اصل کلی باید اعمال شود که در این سیستم لوله کشی، نباید بتن بر روی هیچیک از قطعات متصل کننده لوله ریخته شود.
در مواردی که قرار است لوله پلی اتیلن در کانال های بالای زمین استفاده شود، اتصالات باربری کامل انتهایی باید در طول نصب لوله پلی اتیلن استفاده شود. در جایی که لوله پلی اتیلن بدون محدودیت در یک کانال با قطر بزرگتر قرار می گیرد، باید ملاحظاتی در مورد استفاده از تکیه گاه، یا فاصله دهنده مورد توجه قرار بگیرد، تا از حرکت لوله پلی اتیلن در داخل کانال و ایجاد سایش لوله پلی اتیلن جلوگیری شود
ملاحظات الکتریکی
ماده پلی اتیلن، یک هادی ضعیف الکتریسیته است و هرگز نباید برای اتصال به زمین تجهیزات الکتریکی استفاده شود.
در هنگام کاربرد لوله پلی اتیلن برای انجام عملیات توزیع گاز، باید احتیاط لازم را در مورد استفاده از اقلام ساخته شده از مواد پلی اتیلن بکاربرد، زیرا مواد پلی اتیلن قادر به نگه داشتن بار الکتریسیته ساکن هستند. این یک روش عادی قبل از انجام عملیات گاز کشی بر روی یک خط اصلی لوله پلی اتیلن است تا این اطمینان حاصل شود که قبل از شروع عملیات، به منظور کاهش خطر، لوله پلی اتیلن با استفاده از پارچه های مرطوب به زمین متصل شده است.
استانداردها
مجموعه اولیه استانداردهای توصیه شده و کدهای عملی هنگام کار با لوله و اتصالات پلی اتیلن، به منظور استفاده در کاربردهای توزیع گاز در زیر فهرست شده است. این موضوع بدین معنی نیست که این لیست یک لیست جامع و کامل است، و بنابراین، طراحان مربوطه باید از به روزترین روش جاری و قانون گذاری در صنعت از طریق نهادهای حرفه ای خود آگاهی لازم را داشته باشند.
مؤسسه مهندسین و مدیران گاز
آدرس: GH3 11LE
لستر شایر
لافبرو
جاده اشبی
چارنوود وینگ
آدرس ایمیل: www.igem.org.uk
1IGE/GL/؛ ویرایش 2؛ 2005 “برنامه ریزی سیستم های توزیع گاز MOP با فشار کمتر از 16 بار”
5IGE/GL/؛ ویرایش 2؛ 2005 “روش هایی برای مدیریت فعالیت های جدید، انجام اصلاحات و تعمیرات”
3/IGE/TD/؛ ویرایش 4؛ 2001 “خطوط لوله فولادی و پلی اتیلن برای توزیع گاز”
2GBE/PL؛ مجموعه مشخصات لوله پلی اتیلن و اتصالات پلی اتیلن
3GBE/PL؛ مشخصات اتصالات مکانیکی باربر انتهایی
مؤسسه استاندارد انگلستان
www.bsonline.bsi-global.com
1555 BS EN؛ مجموعه مشخصات اروپایی برای لوله و اتصالات پلی اتیلن
1-1295 BS EN؛ طراحی ساختاری خطوط لوله پلی اتیلن مدفون شده در شرایط مختلف بارگذاری
انتخاب لوله پلی اتیلن
تعیین اندازه دهانه داخلی لوله پلی اتیلن بر اساس میزان جریان تقاضا
مبنای تعیین اندازه هر خط لوله پلی اتیلن این است که با ارزیابی حداکثر تقاضا (حداکثر میزان جریان حجمی)، طول لوله پلی اتیلن، فشار ورودی و حداقل فشار انتهایی مورد نیاز، آغاز می شود. با استفاده از این بخش های اصلی اطلاعات، حداقل اندازه دهانه خط لوله پلی اتیلن را می توان محاسبه کرد.
برای هر لوله با جنس دیگری غیر از یک طول لوله پلی اتیلن، یا یک شبکه بسیار ساده نوع درختی، این امر
توصیه می شود که از یک برنامه تجزیه و تحلیل مبتنی بر کامپیوتر، امکان ایجاد شرایط ثابت از یک شبکه فراهم شود که باید ایجاد شود و تعیین اندازه لوله های پلی اتیلن بر این اساس، استفاده شود.
به منظور انجام یک تجزیه و تحلیل ساده از یک طول لوله پلی اتیلن، یکی از دو روش، یعنی انجام محاسبه با استفاده از فرمول های اندازه گیری خطوط لوله پلی اتیلن گاز که در بخش 5-3 و 5-4 سند 3IGE/TD/، منتشر شده است، یا انجام یک محاسبه دستی با استفاده از یک ماشین حساب دیسکی، مانند ماشین حساب مدل میر (Mear) (ماشین حساب، برای محاسبه جریان گاز در مقیاس متریک، برای لوله های پلاستیکی)، مطلوب است.
اندازه گیری ضخامت دیواره لوله پلی اتیلن بر اساس کلاس فشار
اینگونه در نظر گرفته می شود که هنگامی که لوله های زیر، طبق توصیه های NJUG (یعنی تا عمق اسمی پوشش حدود 600 میلی متر)، در مسیر پیاده روی یا جاده نصب می شوند، توجه به ملاحظات مربوط به طراحی سازه ای، مورد نیاز نیست. در اینگونه موارد، انتخاب لوله پلی اتیلن SDR، تنها بر اساس کلاس فشار مورد نیاز انجام می شود. توجه؛ در حال حاضر، برای لوله های پلی اتیلن با اندازه‌های 75 میلی‌متر و کمتر، فقط لوله‌های پلی اتیلن با مشخصات 11 SDR 80PE، در دسترس است، و برای فشار تا 5/5 بار درجه بندی شده اند.
- 21/0 SDR 100PE، برای لوله های پلی اتیلن با قطرهای 90 تا 630 میلی متر، حداکثر فشار عملیاتی 2 بار
- 17/6 SDR 100PE، برای لوله های پلی اتیلن با قطرهای 250 تا 500 میلی متر، حداکثر فشار کاری 4 بار
- 11/0 SDR 100PE، برای لوله های پلی اتیلن با قطرهای 63 تا 500 میلی متر، حداکثر فشار کاری 7 بار
لوله‌های پلی اتیلن 21/0 SDR 100PE، که به عنوان لوله‌هایی که بدنه آنها پوسته ای می شود، و با رنگ زرد عرضه می‌شوند، اغلب به آنها به نام محصول آنها “ProFuse”، اشاره می شود. همچنین، لوله های پلی اتیلن با مشخصات 17/6 SDR و 11 SDR، به صورت لوله های پلی اتیلن با دیواره نارنجی رنگ محکم عرضه می شوند و می توان با نام این محصول “PerformOR” به آنها اشاره کرد.
در جدول زیر اندازه های معمول لوله پلی اتیلن و ابعاد آنها درج شده است، و امکان محاسبه لوله های با دهانه دارای ارجحیت (به عنوان مثال، میزان حداقل، متوسط، یا حداکثر) را فراهم می کند.
اندازه گیری ضخامت دیواره لوله پلی اتیلن، بر اساس بارگذاری زمین
اگر بتوان بارهای استاتیکی و دینامیکی زیادی را در ساختار خاک اطراف و پوشش دهنده لوله پلی اتیلن مدفون شده انتظار داشت، آنگاه همانند کلیه مواد مربوط به تولید لوله پلی اتیلن، باید ملاحظات لازم را در هنگام طراحی سازه ای در زیرساخت زمین در زیر لوله پلی اتیلن، مورد توجه قرار داد. در این صورت، ممکن است در جایی در نظر گرفتن این نکته برای مراحل ساخت لوله پلی اتیلن ضروری باشد که سطوح نهایی لوله پلی اتیلن ایجاد نشده باشد و تجهیزات بسیار سنگین متحرک بر روی زمین، بر روی خط لوله پلی اتیلن، برای انجام کاربردهای منحصر به فرد مانند ساختارهای اصلی زیر لوله پلی اتیلن، مانند باند فرودگاه یا کارهای مهندسی شهری (به عنوان مثال درپوش ها و سازه های بتنی سنگین)، و در زیر خطوط راه آهن استفاده شود. در این موقعیت ها، طراح بایستی این موضوع را نشان دهد که لوله پلی اتیلن انتخاب شده به اندازه کافی قوی است که بتواند در برابر بارگذاری های بدون تغییر شکل بیش از حد، فروپاشی یا شکستگی (حالت شکست لوله پلی اتیلن وابسته به نوع ماده، برای یک ماده دارای خاصیت چسبناکی کششی، مانند پلی اتیلن، حالت شکست لوله که احتمالاً دچار فروپاشی ناشی از کاهش ظرفیتی می باشد)، مقاومت کند.
مبنای روش پذیرفته شده برای محاسبه استحکام لوله پلی اتیلن مورد نیاز به منظور کاربرد در کشور انگلستان، استاندارد 1-1295EN است. در هنگام انجام این محاسبات، ویژگی های مواد پلی اتیلن مورد نیاز، به شرح زیر است:
- ضریب کوتاه مدت؛ Mpa800= 80PE، Mpa1100= 100PE
- ضریب بلند مدت؛ Mpa130 = 80PE، Mpa160 = 100 PE
- انحراف طراحی باید به کمتر از 12/5% محدود شود
اگر SDR محاسبه شده مورد نیاز برای محدود کردن انحراف، بیشتر از مقدار مورد نیاز برای در نظر گرفتن فشار داخلی لوله پلی اتیلن باشد، آنگاه واضح است که این معیار باید در هنگام انتخاب مناسب ترین لوله پلی اتیلن، بیشترین اولویت را داشته باشد، و بر عکس.
کاهش حد مجاز برای انجام عملیات در دمای بالا
در جایی که در نظر است لوله پلی اتیلن به صورتی نصب شود که احتمالاً دمای مواد به محدوده 20 تا 40 درجه سانتیگراد افزایش پیدا کند، آنگاه باید از توصیه های مندرج در بخش 1-7، برای کاهش حداکثر قابلیت فشار عملیاتی لوله پلی اتیلن، پیروی شود.
