المواصفات الفنیة للمنتج
إطار من المنتجات
قطر
یتم إنتاج أنابیب فراتیک بالأقطار التالیة. کما یتم إیضاً إنتاج أقطار أصغر أو غیر تلک المذکورة عند الطلب. الرجاء الإتصال بالشرکة المصنعة لمزید من المعلومات.
الضغط
فئات الضغط الشائعة لأنابیب فراتیک موضحة في الجدول أدناه. في حالة طلب ضغط أعلی، إتصل بالشرکة المصنعة، یمکن إنتاج أنابیب فراتیک بأقطار أصغر، بضغط تشغیل 100 بار.
یتم حساب ضغط العمل للأنابیب وفقاً لمعیار AWWA في کتاب تصمیم أنابیب الألیاف الزجاجیه (m45). یتم تحدید معدل الضغط بناءً علی الحد الأقصی للضغط أثناء التشغیل و لا یعتمد علی عمق دفن الأنبوب. یُصنع أنابیب فراتیک بأقطار تصل إلی 4000 مم (157 بوصة) و ضغوط عمل قصوی تبلغ 100 بار (1450 رطل / بوصة مربعة). نظراً لترکیبها، یمکن تصمیم هذه الأنابیب لجمیع أنواع السوائل ذات الأس الهیدروجیني المختلف (الحمضي أو القلوي) و لها مقاومة عالیة جداً ضد جمیع أنواع التأکل في البیئات الکیمیاویة. بعض الخصائص المیکانیکیة لأنابیب Bi Axial , Uni Axial الفراتیک مقارنة بالأنابیب المعدنیة و أنابیب GRE مذکورة في الجدول أدناه.
صلابة
یتم تصنیع أنابیب فراتیک بدرجات الصلابة القیاسیة التالیة:
الطول
یبلغ الطول القیاسی للأنابیب لأقطار أکبر من 300 مم هو 12 متراً و بالنسبة لأقطار من 100 إلی 300 مم فهو 6 أمتار و لأقطار أقل من 100 مم، 3 أمطار.
بالطبع في التطبیقات الخاصة، من الممکن إنتاج أنابیب بأطوال أخری. الاختیار المائي أو
هیدروتست
مناطحة
سرعة التیّار
السرعة المسموح بها للسائل داخل أنابیب فراتیک هی 3 أمتار في الثانیة، و یمکن زیادتها حتی 9 أمتار في الثانیة إذا لم یکن هناک مواد متأکلة في السائل.
لمزید من المعلومات، إتصل بالشرکة المصنعة.
درجة حرارة التشغیل
یمکن تصمیم أنابیب فراتیک لنقل السوائل حتی 160 درجة مئویة. درجة الحرارة المسموح بها للسائل في الأنابیب القیاسیة، و التي تتکون من راتنجات البولیسترالشائعة (بدون إعادة تصنیف فئة الضغط) بحد أقصی 45 درجه مئویة. من المستحسن النظر في فئة ضغط أعلی للعمل المستمر في درجات حراره تتراوح بین 50 و 60 درجة مئویة. علی سبیل المثال، لضغط العمل 6 بار، إستخدم أنبوب 10 بار. في درجات الحرارة المرتفعة، یتم إستخدام راتنجات أخری ذات مقاومة أعلی لدرجة الحرارة بالإضافة إلی تصمیمات خاصة. في هذا الصدد، إستشر الشرکة.
معامل التمدد الحراري
معامل التمدد و الإنکماش الحراري لأنابیب فراتیک في الإتجاه المحوري یقع في النطاق التالي
هذا المعامل في الاتجاه المحوري هو حوالي 1.5 إلی 2 مرة من الفولاذ. بالطبع، في تصمیم و بناء أدوات التوصیل في التطبیقات تحت الأرض، یتم أخذ المعامل أعلاه في الاعتبار. و بهذه الطریقة، یتم تعویض تمدد و تقلص الأنبوب في أداة التوصیل، و نتیجة لذلک، تتم إزالة التوترات الناتجة عن زیادة أو نقصان طول الأنبوب. في التطبیقات علی السطح حیث یتم توصیل الأنابیب بشکل صلب أوصارم و لایتم تفیید تغییر طول الأنبوب، یجب تحلیل الضغط علی خطوط الأنابیب و إذا لزم الأمر، یوصی بإستخدام وصلة التمدد (expansionjoint) أو حلقة التمدد (expansion loop) في هذا النوع من التوصیل.
معامل هیدرولیکی
یحدث إنحفاض ضغط الأنبوب بسبب تغیر الارتفاع، و إضطراب التدفق الناجم عن التغیرات المفاجئة في منطقة المقطع العرضي في المسار و إحتکاک السوائل بجدار الأنبوب. تستخدم طرق مختلفة لقیاس إنخفاض ضغط الإحتکاک في أنابیب فراتیک. تتضمن الطرق الشائعة معادلة (Hazven Williams و Manning و Dercy – weisbach – یتم إستخدام المعاملات التالیة في المعادلات ذات الصلة للتصمیم.
1- في معادلة Hazen Willams: معامل الخشونة C یساوی 150-165.
2- في معادلة Manning: معامل الخشونه یساوی = 0.009n
3- في معادلة Darcy – Weisbach: عدد خشونة السطح یساوی = =Surface Roughness Number 0.00518e
4- في معادله Colebrook White معادل K یساوی = mm 0.029 K
مِن مزایا أنابیب فراتک مقارنة بالأنابیب المعدنیة، خشونة داخلیة منخفضة، ستکون تأثیرات هذه المیزة في أنظمة نقل السوائل تحت الضغط کمایلی:
1- تقلیل مقدار هبوط الضغط (HF)
2- تخفیض تکلفة الکهرباء المستهلکة في محطة الضخ (CP)
3- زیادة سعة تدفق السوائل (QF)
4- تقلیل قطر الأنبوب المستخدم (D)
ضغوط عابره، صدمة الکبش
الصدمات الداخلیة، و أشهرها صدمة الکبش، تنتج عن تغیر مفاجئ في سرعة السائل في النظام، و السبب العام عادة مایکون غلق و فتح الصمامات أو البدء المفاجئ أو التوقف مضخات الضغط. یؤدي معامل المرونة المنخفض في أنابیب GRP، مقارنة بالأنابیب المعدنیة، إلی قدرة عالیة علی صد القوة من الموجة و تقلیل تأثیر الموجة في النظام. أنابیب فراتیک في فئات الضغط المختلفة قادرة علی تحمل تأثیر الکبش وفقاً للصیغة التالیه. یتم إستخدام العلاقة التقریبیة التالیة لتحدید تغیرات الضغط عند نقاط معینة في خط أنابیب مستقیم، مع تجاهل الانخفاض الصغیر الناتج عن الإحتکاک.
| ΔH: التغیرات في الضغط (م)
W: سرعة موجة الضغط (م/ث) ΔV: التغیرات في سرعة السائل (متر في الثانیة) G: تسارع الجاذبیة (متر في الثانیة المربعة) |
ΔH=(W.ΔV)/g |
یمکن استخلاص سرعة موجة الضغط في أنابیب فراتیک من الجدول التالي
نسبة بواسون (Poisson`s Ratio)
یعتمد هذا المعامل علی هیکل الأنبوب. تتراوح نسبة بواسون في أنابیب فراتیک للأحمال الدوریة و التفاعل المحوري بین 0.22 و 0.29 و بالنسبة للأحمال المحوریة و التفاعل الدوري فهي أقل قلیلاً من القیمة أعلاه، مقاومة للأشعة فوق البنفسجیة.
یتکون حوالي 5% من ضوء الشمس من الأشعة فوق البنفسجیة، والتي تشمل أطوال موجیة من 280 الی 400 نانومتر. عادةً یتم قیاس الطاقة الإشعاعیة للشمس بوحدة لانجي (Ly).
متوسط الإشعاع الشمسي في البلدان المختلفة بناءً علی الکیلو لانجی (KLy) مُدرج في الجدول التالي:
تظهر الأبحاث و الاختبارات أن الأشعة فوق البنفسجیة لها أي تأثیر علی أنابیب فراتیک إذا تم اختیار الأنابیب بشکل صحیح.
بشکل عام، تنقسم الأنابیب إلی نوعین: السطح و المدفون. في الأنابیب العلوي أو السطحي، یتم إستخدام مرکبات ماصة للأشعة فوق البنفسجیة (کیمیائیة) أو طاردة للأشعة فوق البنفسجیة (فیزیائیة). إذا تعرضت أنابیب الدفن للشمس لأکثر من عام، یوصی بإستخدام إضافات مقاومة للأشعة فوق البنفسجیة.
مقاومة التأکل
أنابیب فراتیک مقاومة للتأکل. یمکن أن یتنبأ معامل مقاومة التأکل بتأثیر الرمل أو الجسیمات الأخری علی السطح الداخلي للأنبوب. یتم إجراء اختبار التاکل لأنابیب فراتیک باستخدام طریقة DARMSTADT ROCKER.
مقاومة السوائل الکیمیائیة و ظروف الصرف الصحي.
مقاومة السوائل الکیمیائیة
مِن أجل إطالة العمر النافع للمنتجات في الظروف الکیمیائیة، یتم اجراء اختبارات طویلة الأجل تصل إلی 10000 ساعة مع أنواع مختلفة من السوائل الکیمیائیة (أنواع الأحماض و القلویات و غیره ذلک). تؤدي نتائج هذه الاختبارات إلی اختیار المواد الخام المناسبة والتصمیم الصحیح و العمر الإفتراضي البالغ 50 عاماً في ظروف کیمیائیة مختلفة. یوصی بالتشاور مع الشرکة المصنعة للاختیار الصحیح للمواد الخام.
ظروف الصرف الصحي
لایمکن التنبؤ بمحتویات میاه الصرف الصحی البلدیه أو الصناعیة، تحت ملاحظة مجموعة واسعة من السوائل المسببة للتاکل ذات HP مختلفة (قلویة أو حمضیة) مثل المنظفات و المطهرات و فتحات الصرف الصحی و السموم الحیوانیة، جنباً إلی جنب مع الجسیمات العالقة و حتی المواد الصارمة في میاة الصرف الصحي. لهذا السبب، یجب ألایکون الأنبوب المستخدم في نقل میاه الصرف الصحي مقاوماً للمنظفات فحسب، بل یجب أن یتمتع أیضاً بمقاومة میکانیکیة جیدة.
معامل الخشونة الثابت للأنابیب یجعل منحدراً منخفضاً مطلوباً لظروف الجاذبیة و یعمل علی النحو الأمثل بمرور الوقت. أنابیب فراتیک لظروف الصرف الصحي مقاومة تماماً لجمیع أنواع المواد الکیمیائیة و لها خصائص میکانیکیة مستقرة خلال عمرها الإنتاجي بالغ 50 عاماً. الجدیدر بالذکر أنه وفقاً للخصائص الکیمیائیة وجودة السائل، یوصی بإنتاج النوع المناسب من المنتج. تتعفن الأنابیب المعدنیة المدفونة من جانب الجدار الخارجي بمرور الوقت بسبب وجود الشحنات الکهربائیة في البیئة و تأکل التربة المحیط بها.
تتعفن أنابیب الصرف الصحي الخرسانیة غیر المحمیة بسرعة من الداخل بسبب البیئة الحمضیة و الغازات المسببة لتأکل من میاه الصرف الصحي. کما تتعرض الأنابیب المعدنیة غیر المحمیه للتأکل و التأکل تدریجیاً بسبب مرور السوائل بالداخل.
الأنابیب شبه فولاذیة (ثنائیة المحور أو Bi Axial)
یمکن إستخدام الأنابیب شبه الفولاذیة (ثنائیة المحور) في جمیع أنواع أغراض إمدادات المیاه (میاه الشرب أو المیاه الخام)،و التطبیقات الصناعیة، و تطبیقات صناعة النفط، إلخ.
یمکن تصمیم هذا الجیل من الأنابیب فی صناعات مختلفة:
الخصائص الفیزیائیة للأنابیب شبه الفولاذیة (ثنائیة المحور أو (Bi Axial) تصمیم الأنابیب ثنائیة المحور تجعلها تتمتع بمقاومة عالیة جداً في الإتجاه المحوري و کذلک في الإتجاه الشعاعي. لذلک هذه الأنواع من الأنابیب أکثر مقاومة من أنابیب الدفن القیاسیة. لتثبیت هذه الأنابیب، یمکنک إستخدام طرق ترکیب مختلفة مثل الذکور و الإناث باستخدام غراء ایبوکسي (Spigot & Bell)، أو وضع طبقات (Butt – Wrap) أو أداة التوصیل اللاصقة. بعض الخصائص الفیزیائیة للأنابیب المذکور أعلاء و المفاصل (Butt-wrap) موضحة في الجدول التالي.
مقارنة بین أنابیب فراتیک GRP مع الأنابیب الفولاذیة من الناحیه التقنیة و الهندسیة
جدول 2-1. مقایسه کمی مشخصات فنی لوله های GRP و فولادی
لجدول 2-1- المقارنة الکمیة للمواصفات الفنیة لأنابیب GRP و الأنابیب الفولاذیة
یقدم الجدول 2-1 قیم الخصائص المیکانیکیة المعلقة بأنابیب GRP و الأنابیب الفولاذیة إلی جانب وصف کل معاملة . کما تظهر مقارنة هذه الکمیات في الشکل 2-1 کما هو معروف، المعلمة الوحیدة هي القوة المحوریة لأنابیب GRP، والتي تمثل حوالي 60% من الأنابیب الفولاذیة، والتي یمکن توفیرها إذا لزم الأمر بناءً علی التحلیلات ذات الصلة عن طریق تغییر تصمیم الأنبوب أو ملحقات الخط، و الجدیر بالذکر ألی أن تدني جودة التربة فی منطقه المشروع (بسبب الملوحة العالیة و وجود العدید من المرکبات الکیمیائیة المسببة للتأکل) یمکن أن یؤدي إلی تأکل شدید في الأنابیب المعدنیة، و هو مایبرز أهمیة إستخدام الأنابیب المقاومة للتأکل.
نقطة أخری مهمة هي أنه إذا تم تحمیل الأنابیب الفولاذیة أکثر من المعتاد، فإن لها معامل مرونة منخفض و تصبح بیضاویة الشکل و لاتعود إلی حالتها الأصلیة.
الشکل 2-1- المقارنة الکمیة للمواصفات الفنیة لأنابیب GRP و الأنابیب الفولاذیة
کما هو مبین فی الجدول 2-1، فإن الخشونة المنخفضة لأنابیب GRP و مقاومتها العالیة و متانتها ضد التأکل (إستقرار کمیة الخشونة خلال العمر الإنتاجي) تتطلب طاقة أولیة أقل و فقدان طاقة أقل خلال فترة الخدمة. بینما بالنسبة للأنابیب الفولاذیة، لیس فقط الخشونة الأولیة أعلی من تلک الخاصة بالأنابیب الفولاذیة (معامل الخشونة هازن ویلیامز هو 110 مقارنة بأنابیب GRP150)، ولکن بمرور الوقت تزداد خشونة الأنابیب بسبب الترسیب و تأکل السائل المار. وفقاً لعلاقة هایزن ویلیامز (العلاقة 1) مع الأخذ في الاعتبار نفس الطول و القطر و معدل التدفق لکل من الصلب و خطوط GRP، یمکن القول أنه فی المتوسط، یقلل إستخدام أنابیب GRP من فقد الطاقة بنسبة 77% و هو ما یتسبب في تقلیل الحد الإجمالي للمضخة و بالتالي تقلیل تکلفة الضخ.
| رابطه 1 |  |
یوضح الشکل 2-3- تقدیر کمیة الطاقة المستهلکة أثناء تشغیل أنابیب GRP و الأنابیب الفولاذیة في مشروع خط نقل المیاه. في هذا الشکل، یتم تحدید إستقرار الطاقة اللازمة لضخ أنبوب GRP مقارنةً بالأنبوب الفولاذي، نظراً لانخفاض الفقد الهیدرولیکي و إستقرار الخشونة و العمر النافع للأنبوب.
شکل 2-3- تقدیر کمیة الطاقة المستهلکة أثناء تشغیل أنابیب GRP و الأنابیب الفولاذیة
إعتبارات تحلیل التوتر
مِن أجل توفیر التسامح ضد القوس المحوریة و الشعاعیة، یتم إستخدام نظام إتصال صلب في الأنابیب أثناء التشغیل (مثل الوصلات الملصقه أو الملحومة) فإنَّ معامل التمدد الحراري لِـ GRP هو ضعف معامل التمدد الحراری للصلب او الفولاذ لکن معامل مرونة GRP أقل من معامل مرونة الفولاذ، لذلک تقل القوة إلی حدٍّ ما، لهذا الغرض، یمکن إستخدام أنظمة وصلة التمدد أو أنظمة حلقة التوسیع. في أنظمة الدفن یتم استخدام أنظمة کتملة الدفع أو أنظمة کتلة المرساة عند الرکبتین، اعتماداً علی نوع الأنبوب.
مقارنة أنابیب فراتک بأنابیب البولی إیثیلین
1- یمکن تصمیم مقاومة أنابیب فراتیک الکمبوزیتیة للحرارة حتی درجة حرارة 160 درجة مئویة. إذ کانت أنابیب البولی إثیلین حساسة بشکل خاص في المناطق الحارة.
2- تتمتع أنابیب GRP الفراتیک بعمر إفتراضي مفید یصل إلی 50 عاماً، والتي یمکن إستخدامها في أعماق مختلفة و أیضاً ضد الأحمال المروریة الثقیلة.
3- إنَّ الصلابة العالیة لأنابیب فراتیک (الصلابة 7 علی مقیاس موس) تجعلها غیر متضررة من الحشرات و الحیوانات الضارة.
4- یؤدي معامل التمدد الحراري العالي في أنابیب البولي إثییلین کاروغیت في بعض الحالات إلی فصل الأنابیب عند المفصل.
5- یمکن إنتاج أنابیب GRP حتی ضغط 100 بار، و هو أمر محدود في حالة أنابیب البولي إیثیلین.
6- ترکیب أنابیب GRP أرخص من أنابیب البولي إیثیلین
للحصول علی أداء موثوق لأنابیب فراتیک، تخضع الکمیات الرئیسیة، بما في ذلک الصلابة، لإختبارات طویلة المدی. الغرض مِن إختبار طویل المدی هو التأکد مِن أنَّ مشتري الأنبوب لدیه عامل موثوقیة کافٍ بعد 50 عاماً. بالنظر إلی تعریف ISO، بالاشارة إلی کتالوجات مصنعي أنابیب البولي إیثیلین، فإن أقصی صلابة یمکن إنتاجها في هذا النوع من الأنابیب هي حوالي 2000 باسکال (حوالي 123 في معیار ASTM)، و هو أقل بکثیر من صلابة أنابیب فراتیک. و تجدر الإشاره إلی أن هذه الصلابة تبدأ في التناقص مع زیادة قطر الأنبوب البولي إیثیلین إلی الحد الذي لاتصل فیه صلابة أنبوب البولي إیثیلین إلی 2000 باسکال بقطر 1000 مم. المقاومة المیکانیکیة لأنابیب فراتیک أعلی بکثیر مقارنة بجمیع أنواع أنابیب.
الصرف الصحي البلاستیکیة. یقارن الرسم البیاني أعلاه أقصی ضغط لأنواع مختلفة مِن الأنابیب البلاستیکیة.