مشخصات فنی محصول
محدوده تولیدات
قطر
لوله هاي فراتک با قطرهاي اسمي زير توليد مي شوند. قطرهاي كوچكتر يا غير از قطرهاي اشاره شده نيز درصورت سفارش توليد مي گردند. لطفا جهت اطلاعات بیشتر با شرکت سازنده تماس گرفته شود.
فشار
کلاس های فشاري معمول لوله هاي فراتك در جدول زير فهرست شده اند. درصورت درخواست برای فشارکاری بالاتر با شرکت سازنده تماس حاصل نمایید.
لوله های فراتک در قطرهای کمتر، تا فشار کاری 100 بار قابل تولید می باشد.
فشار كاري لوله ها طبق استاندارد AWWA و در كتابچه طراحي لوله هاي فايبر گلاس (M45 ) محاسبه شده اند.
رده بندي فشاري بر اساس حداكثر فشار در زمان كاركرد تعيين مي شود و بستگي به عمق دفن لوله ندارد.
لوله های فراتک تا قطر 4000 میلی متر (157 اینچ) و حداکثر فشار کاری 100 بار (1450Psi) تولید می شوند.
این لوله ها به دلیل ساختار خود قابلیت طراحی جهت انواع سیالات با PH های گوناگون (اسیدی یا بازی) را دارا هستند و دارای مقاومت بسیار بالا در برابر انواع خوردگی ها در محیط های شیمیایی می باشند.
برخی مشخصات مکانیکی لوله های Uni Axialو Bi Axial فراتک در مقایسه با لوله های فلزی و لوله های GRE در جدول زیر درج شده است.
سفتی
لوله هاي فراتک در سفتي هاي استاندارد زير تولید مي شوند :
طول
طول استاندارد لوله ها براي قطرهاي بزرگتر از 300 ميليمتر، 12 متر و براي قطرهاي 100 تا 300 ميليمتر 6 متر و برای قطرهای زیر 100 به صورت 3 متری می باشد.
البته در مصارف خاص، امكان توليد لوله با طول هاي ديگر نيز وجود دارد.
هیدروتست
ضربه قوچ
سرعت جریان
سرعت مجاز سيال درون لوله هاي فراتك 3 متر در ثانيه است كه اين سرعت در صورت عدم حضور مواد ساينده درون سيال تا 9 متر در ثانيه قابل افزايش مي باشد. جهت اطلاعات بیشتر با شرکت سازنده تماس حاصل فرمایید.
دمای کارکرد
لوله هاي فراتك قابليت طراحی برای انتقال سیال تا دماي 160 درجه سانتيگراد را دارا مي باشند.
دماي مجاز سيال در لوله هاي استاندارد كه در تركيب آنها از رزين هاي پلي استري متداول استفاده گرديده است ( بدون طبقه بندي مجدد رده فشار ) حداكثر 45 درجه سانتيگراد مي باشد.
توصيه مي شود كه براي كاركرد پيوسته در دماي بين 50 تا 60 درجه سانتيگراد رده فشاري يك رده بالاتر در نظر گرفته شود.
به عنوان مثال، برای فشار كاري 6 بار از لوله 10 بار استفاده شود. در دماهای بالاتر از رزین های دیگر با مقاومت دمایی بیشتر و همچنین طراحی ویژه استفاده می گردد.
در این خصوص با شرکت مشاوره گردد.
ضریب انبساط حرارتی
ضريب انبســاط و انقـباض حــرارتي لوله هاي فراتـك در جهت محــوري در محـدوده زیر می باشد:
اين ضريب در جهت محوري حدود 1/5 الي 2 برابر فولاد است. البته در طراحي و ساخت كوپلينگ ها در مصارف زيرزمينی، ضريب فوق مورد توجه قرار میگیرد. بدين ترتيب كه انبساط و انقباض لوله در كوپلينگ جبران مي شود و در نتيجه تنشهاي بوجود آمده به علت افزايش يا كاهش طول لوله حذف مي گردد. در مصارف روي كاري كه اتصال لوله ها بصورت صلب انجام مي گيرد و تغيير طــول لوله ها مهار نمي شود، می بایست خطوط لوله تحلیل تنش شوند و در صورت نیاز استفاده از expansion joint يا expansion loop در این نوع اتصال توصیه می گردد.
ضریب هیدرولیکی
افت فشار خطوط لوله بدليل تغيير ارتفاع ، اغتشاش جريان ناشي از تغييرات ناگهاني سطح مقطع در مسير و اصطكاك سيال با ديواره لوله ايجاد مي گردد. روش هاي مختلفي جهت اندازه گيري افت اصطکاکی فشار در لوله هاي فراتک بكار مي رود .
روش هاي متداول شامل معادله Hazen Williams ، Darcy-Weisbach,Manning مي باشد . ضرايب ذيل در معادلات مربوطه جهت طراحي به كار مي روند.
1- در معادله Hazen Williams : ضریب زبری C برابر است با 150 الی 165
2- در معادله Manning : ضریب زبری برابر است با n=0.009
3- در معادله Darcy-Weisbach : عدد زبری سطح برابر است با
e=0.00518 =Surface Roughness Number
4- در معادله Colebrook White ضریب K برابر است با K=0.029 mm
از جمله مزاياي لوله هاي فراتك نسبت به لوله هاي فلزي مي توان به پايين بودن زبري داخلي اشاره نمود. اثرات حاصل از اين مزيت در سيستم هاي انتقال سيال تحت فشار بصورت هاي ذيل خواهد بود :
1- كاهش ميزان افت فشار (HF)
2- كاهش هزينه برق مصرفي در ايستگاه پمپاژ (CP)
3- افزايش ظرفيت عبور سيال (QF)
4- كاهش قطر لوله مصرفي (D)
فشارهای گذرا، ضربه قوچ
شوک های داخلی که شناخته ترین آنها ضربه قوچ می باشد در اثر تغییر ناگهانی در سرعت سیال درون سیستم ایجاد میشود که علت عمومی آن معمولا بستن و باز کردن شیرها و یا شروع ناگهانی یا قطع پمپ های فشار می باشد. مدول الاستیسیته کم در لوله های GRP در قیاس با لوله های فلزی باعث توانایی بالا در دفع نیروی حاصل از موج و کاهش تاثیر موج در سیستم می شود . لوله های فراتک در رده های فشاری مختلف قادر به تحمل ضربه قوچ مطابق با فرمول زیر می باشد. رابطه تقریبی ذیل برای تعیین تغییرات فشار در نقطه های معین در خط لوله مستقیم با صرف نظر کردن از افت اندک ناشی از اصطکاک استفاده میشود.
ضریب پوآسون (Poisson’s Ratio)
اين ضريب وابسته به ساختار لوله مي باشد. ضريب پوآسون درلوله هاي فراتك براي بارهاي حلقوي و عكس العمل محوري بين0/22 تا 0/29 و براي بارهاي محوري و عكس العمل حلقوي اندكي كمتر از مقدار فوق مي باشد.
مقاومت در برابر اشعه uv
حدود 5 درصد از نور خورشید را اشعه U.V تشکیل می دهد که طول موج های 280 الی 400 نانومتر را در بر می گیرد. معمولا انرژی تابشی خورشید را با واحد لانگلی(Ly) اندازه گیری می کنند:
متوسط تابش خورشید در کشورهای مختلف در جدول ذیل براساس کیلو لانگلی (KLy) آورده شده است:
تحقیقات و آزمایش های انجام شده نشان می دهد درصورتی که انتخاب لوله ها به صورت صحیح انجام شده باشد اشعه U.V تاثیری بر لوله های فراتک ندارد.
به طور کلی لوله ها به دو نوع روی کار و دفنی تقسیم بندی می شوند.
در لوله های روی کار ترکیبات جاذب U.V ( شیمیایی) و یا ترکیبات دافع U.V (فیزیکی) استفاده می گردد.
در صورتی که لوله های دفنی برای بیش از یک سال در محیط بیرونی و در معرض آفتاب قرار بگیرد توصیه می شود از مواد افزودنی مقاوم در برابر اشعه U.V استفاده گردد.
مقاومت در برابر سایش
لوله های فراتک در مقابل سایش مقاوم می باشند. ضریب مقاومت ساییدگی می تواند تاثیر شن، و یا ذرات دیگر را در سطح داخلی لوله پیش بینی کند. سایش لوله های فراتک به وسیله روش DARMSTADT ROCKER بررسی شده اند.
مقاومت در برابر سیالات شیمیایی و شرایط فاضلابی
مقاومت در برابر سیالات شیمیایی
جهت طول عمر مفید محصولات در شرایط شیمیایی، تست های بلند مدت 10000 ساعته با انواع سیالات شیمیایی مختلف،(انواع اسید، بازها و …) انجام می گردد.
(ASTM D 3681) نتایج این تست ها باعث انتخاب مواد اولیه مناسب، طراحی صحیح و طول عمر مفید 50 ساله در شرایط شیمیایی مختلف می گردد.
پیشنهاد می گردد جهت انتخاب صحیح مواد اولیه مصرفی با شرکت سازنده مشاوره گردد.
شرایط فاضلابی
محتویات فاضلاب شهری یا صنعتی قابل پیش بینی نیستند. طیف وسیعی از سیالات خورنده با pH های متفاوت (قلیایی یا اسیدی) از قبیل انواع شوینده ها، مواد ضد عفونی کننده، باز کننده های مجاری فاضلاب، سم ضد حیوانات موذی، همراه با ذرات معلق حتی اشیا برنده نیز در فاضلاب ها مشاهده شده است.
به همین دلیل لوله ای که برای انتقال فاضلاب استفاده می شود نه تنها باید در مقابل مواد شیمیایی مقاوم باشد، بلکه باید دارای مقاومت مکانیکی مناسبی نیز باشد.
ضریب زبری ثابت لوله ها باعث می گردد که هم شیب کمتری برای شرایط ثقلی مورد نیاز باشد و در طول زمان به صورت بهینه عمل نماید.
لوله های فراتک مخصوص شرایط فاضلابی در برابر انواع مواد شیمیایی کاملاً مقاوم بوده و دارای خواص مکانیکی ثابتی در مدت عمر مفید 50 ساله خود می باشند. لازم به ذکر است با توجه به خصوصیات و کیفیت سیال از لحاظ شیمیایی، نوع محصولِ مناسب به کارفرما، توصیه شده و تولید می شود.
لوله های فلزی مدفون به دلیل وجود بارهای الکتریکی آزاد و خورندگی خاک پیرامون، از سمت جداره خارجی به مرور زمان پوسیده می شوند.
لوله هاي بتني محافظت نشده فاضلابي به سرعت از درون بواسطه وجود محيط اسيدي و گازهاي خورنده ناشی از فاضلاب پوسیده مي شوند. لوله هاي فلزي محافظت نشده نيز بتدريج بواسطه عبور سيال از درون فرسوده و خورده مي شوند.
لوله های شبه فولادی (دو محوره یا Bi Axial)
لوله های شبه فولادی(دو محوره یا Bi Axial) قابلیت استفاده در انواع مصارف آبرسانی( آب شرب یا آب خام)، کاربردهای صنعتی، کاربردهای صنایع نفت و … را دارا می باشند.
به این صورت که این نسل از لوله ها قابلیت طراحی در صنایع مختلف را دارند.
مشخصات فیزیکی لوله های شبه فولادی(دو محوره یا Bi Axial)
طراحی لوله های Bi Axial به گونه ای است که می توانند مقاومت بسیار بالایی در جهت محوری و همچنین در جهت شعاعی داشته باشند. بنابراین این گونه لوله ها بسیار مقاوم تر از لوله های دفنی استاندارد می باشند.
جهت نصب این لوله ها می توان از روش های مختلف نصب همانند نر و مادگی با چسب اپوکسی (Bell & Spigot) لایه گذاری (Butt-Wrap) یا کوپلینگ چسبی استفاده نمود. برخی از مشخصات فیزیکی لوله های فوق و همچنین اتصالات (Butt-Wrap) در جدول ذیل آمده است:
مقایسه لوله های GRP فراتک با لوله های فولادی از جنبه فنی- مهندسی
جدول 2-1. مقایسه کمی مشخصات فنی لوله های GRP و فولادی
جدول 2-1 مقادیر مشخصه های مکانیکی مربوط به لوله های GRP و فولادی را بهمراه توضیحات مربوط به هر پارامتر ارائه می دهد.
همچنین در شکل 2-1 مقایسه این کمیتها نشان داده شده است. همانطور که مشخص است تنها پارامتر مقاومت محوری لوله های GRP است که حدود 60% لوله فولادی می باشد که میتوان در صورت نیاز و بر اساس آنالیزهای مربوطه مقاومت لازم را با تغییر طراحی لوله و یا ملحقات خط تامین کرد.
قابل ذکر است که وجود کیفیت پایین خاکهای محدوده طرح (به دلیل شوری بالا و وجود ترکیبات شیمیایی خورنده زیاد)، میتواند منجر به وقوع فرسایش و خوردگی شدید لوله های فلزی شود که این موضوع اهمیت استفاده از لوله های مقاوم به فرسایش و خوردگی را بسیار نشان می دهد.
نکته مورد توجه دیگر این است که چنانچه به لوله های فولادی باری بیشتر از حد معمول وارد گردد دارای ضریب ارتجاعی کم بوده و بیضوی شده و به حالت اولیه بر نمی گردند.
شکل 2-1. مقایسه کمی مشخصات فنی لوله های GRP و فولادی
همانطور که در جدول 2-1 نیز ارائه شده است، زبری کمتر لوله های GRP و مقاومت و دوام بالای آنها در برابر خوردگی (ثبات مقدار زبری در طول عمر مفید) موجب نیاز به انرژی اولیه کمتر و افت انرژی کمتر در طول زمان بهره برداری خواهد شد.
در حالیکه برای لوله های فولادی نه تنها زبری اولیه بیشتر از لوله های فولادی بوده (ضریب زبری هیزن ویلیامز 110 نسبت به مقدار 150 لوله های GRP) بلکه با گذشت زمان مقدار زبری لوله به دلیل رسوبات و خوردگی سیال عبوری افزایش مییابد.
مطابق با رابطه هیزن ویلیام (رابطه 1) با درنظر گرفتن میزان طول، قطر و دبی یکسان برای هر دو خط فولادی و GRP میتوان گفت که بطور متوسط استفاده از لوله های GRP میزان افت انرژی را 77% کاهش میدهد که این امر موجب کاهش هد کل پمپ و در نتیجه کاهش هزینه پمپاژ میگردد.
| رابطه 1 |  |
در شکل 2-3، برآورد میزان انرژی مصرف شده در زمان بهره برداری لوله های GRP و فولادی در یک پروژه خط انتقال آب را نشان میدهد. در این شکل ثبات انرژی مورد نیاز پمپاژ لوله GRP نسبت به لوله فولادی، بدلیل افت هیدرولیکی کمتر و ثبات زبری دو عمر مفید لوله مشخص می باشد.
شکل 2-3. برآورد میزان انرژی مصرف شده در زمان بهره برداری لوله های GRP و فولادی
ملاحظات تحلیل تنش
در لوله های روی کار به منظور ایجاد تحمل در برابر نیرو های محوری و شعاعی از سیستم اتصال صلب استفاده می شود( همانند اتصالات چسبی یا جوشی) ضریب انبساط حرارتی GRP تقریبا 2 برابر فولاد می باشد.
اما مدول الاستیسیته GRP کمتر از فولاد می باشد بنابراین تا حدودی نیرو کاهش می یابد. برای این منظور می توان از سیستم هایExpansion Joint یا Expansion loop استفاده کرد.
در سیستم های دفنی در محل زانو ها در صورت نیاز از سیستم های Thrust block یا Anchor block استفاده می گردد که بسته به نوع لوله تعیین می شود.
لوله های فراتک درمقایسه با لوله های پلی اتیلن
1- مقاومت لوله های کامپوزیتی فراتک در برابر دما قابل طراحی تا دمای 160 درجه سانتیگراد می باشند. در صورتی که لوله های پلی اتیلن خصوصاً در مناطق گرمسیری حساس می باشند.
2- لوله های GRP فراتک دارای طول عمر 50 ساله مفید بوده که می توانند در عمق های متفاوت و همچنین در برابر بارهای ترافیکی سنگین مورد استفاده قرار بگیرند.
3- سختی بالای لوله های فراتک ( سختی 7 در مقیاس موهس) باعث می شود تا توسط جانوران موذی مورد آسیب قرار نگیرد.
4- ضریب انبساط حرارتی بالا در لوله های پلی اتیلن کاروگیت در بعضی موارد باعث جدایش لوله در محل اتصال می شود.
5- لوله های GRP تا فشار 100 بار قابلیت تولید دارند که در مورد لوله های پلی اتیلن این محدودیت وجود دارند.
6- نصب لوله هایGRP نسبت به لوله های پلی اتیلن دارای هزینه پایین تری می باشند.
برای عملکرد مطمئن لوله های فراتک کمیت های کلیدی آنها از جمله سفتی تحت آزمایش های بلند مدت قرار می گیرند. هدف از انجام آزمایش های بلند مدت این است که خریدار لوله مطمئن باشد پس از گذشت 50 سال خصیصه های مهم ساختاری لوله دارای یک ضریب اطمینان مناسب هستند.
با در نظر گرفتن تعریف ISO، با استناد به کاتالوگ های سازندگان لوله های پلی اتیلن، حداکثر سفتی قابل تولید در این نوع لوله ها حدود 2000 پاسکال ( تقريباً123در استاندارد ASTM ) می باشد که به مقدار قابل ملاحظه ای از سفتی لوله های فراتک کمتر است.
باید توجه داشت که این سفتی با افزایش قطر لوله پلی اتیلن شروع به کاهش می کند تا حدی که برای قطر 1000 میلیمتر، سفتی لوله پلی اتیلن به سختی به عدد 200 پاسکال می رسد.
مقاومت مکانیکی لوله های فراتک در مقایسه با انواع لوله های پلاستیکی فاضلابی بسیار بالاتر است. نمودار بالا حداکثر تنش جنس های گوناگون لوله های پلاستیکی را با یکدیگر مقایسه می کند.