تحقیق در مورد خواص و مزایای لوله PVC

بخشی از مقاله

خواص و مزایای لوله PVC

مقاومت در برابر خوردگی:
لوله های PCV نارسانای جریان الکتریکی هستند و در برابر واکنش های الکتروشیمیایی ناشی از اسیدها، بازها و نمک ها که منجر به خوردگی در فلزات می شوند، مقاوم هستند. این ویژگی در سطح داخلی و خارجی لوله ی PVC وجود دارد. در نتیجه، استفاده از لوله ی PVC در کاربردهایی که در آن خاک مهاجم وجود دارد، بسیار به صرفه است.

مقاومت شیمیایی بالا:
PVC در برابر بسیاری از الکل ها، روغن ها و مواد نفتی غیرآروماتیک مقاوم است. این ماده همچنین در برابر اکثر خورنده ها نظیر اسیدهای غیرآلی، بازها و نمک ها مقاوم است. برای کارهای معمول آبرسانی، لوله های PVC کاملاً در برابر مواد شیمیایی موجود در خاک و آب مقاوم هستند. مسئله ی مقاومت شیمیایی تنها هنگامی مطرح می شود که محیط های غیرعادی وجود داشته باشد و یا از لوله برای انتقال مواد شیمیایی استفاده شود.

مدول الاستیسیته ی بالا و انعطاف پذیری مقاومت لوله های PVC در برابر شکست یکی از مزایای عملکردی مهم آنها محسوب می شود. لوله های PVC تحت بار قادرند بدون شکستگی تغییر شکل بدهند. مدول الاستیسیته PVC یکی از مزایای مهم آن برای کاربردهای دفنی محسوب می شود، به خصوص در شرایطی که حرکت یا لرزش خاک محتمل باشد (زمین لرزه و ...). بالا بودن این کمیت باعث می شود تا پدیده دوپهنی در این لوله ها به حداقل برسد. همچنین با توجه به این که ضخامت لوله های فاضلابی بر اساس مقدار مدول الاستیسیته ی رزین مصرفی در ساخت لوله تعیین می گردد، بالا بودن مدول PVC باعث کاهش ضخامت لوله و افزایش سطح مقطع عبور جریان می شود.

استحکام کششی بلند مدت:
لوله های PVC به گونه ای فرمول بندی می شوند تا استحکام کششی بلند مدت بالایی داشته باشند. حداقل استحکام مورد نیاز (MRS) (که در طراحی لوله های تحت فشار به کار می رود)، برای لوله های PVC در حدود دو برابر بیشتر از مقادیر متناظر دیگر لوله های پلاستیکی نظیر پلی اتیلن است. به همین دلیل هم ضخامت لوله های PVC نسبت به سایر لوله های پلاستیکی کمتر بوده و در نهایت وزن کمتری نیز دارد، که این مسئله مزیت مهمی محسوب می شود.

نسبت استحکام به وزن بالا، وزن سبک:

استحکام بالای PVC باعث حداقل شدن ضخامت و سبکی این لوله ها می گردد. لوله های PVC مزیت سبکی چشمگیری دارند که جنبه ایمنی مهمی محسوب می شود. امکان حمل و نقل آسان، آسیب های کاری را حداقل نموده و نصب و حمل و نقل ارزان تر را تسهیل می کند. یک فرد می تواند به راحتی دو لوله ی ۶ متری با اندازه ۱۱۰ را حمل کند، ولی تنها قادر است کمتر از ۱/۵ متر لوله ۱۱۰ آهنی را با همان نیرو حمل کند.

اتصالات آب بند:
یک مزیت مهم برای هر لوله آب بندی اتصالات آن است. لوله های PVC با عمق دخول بالا و سیستم های اتصال اورینگی (Push-fit) توانسته است از طریق همین مزیت بسیاری از محصولات سنتی را کنار بزند.

مقاومت در برابر سایش/خراش
لوله های PVC مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش و خراش از خود نشان می دهند. ثابت شده است که لوله های PVC دوام بسیار بالاتری نسبت به لوله های فلزی، سیمانی و سفالی در برابر انتقال مواد دوغابی دارند.

استحکام ضربه:
تحت شرایط نرمال، لوله های PVC مقاومت نسبتاً بالایی در برابر آسیب های ناشی از ضربه در مقایسه با لوله های سفالی، سیمانی و بیشتر مواد رایج در ساخت لوله دارند. با وجود کاهش مقاومت ضربه لوله های
PVC در دماهای بسیار پایین، استحکام ضربه ی آن همچنان بالاتر از حد نیاز است.

مقدار زبری پایین:
زبری لوله عامل بسیار مهم و مؤثری در ایجاد افت فشار و کاهش دبی می باشد. لوله های PVC به دلیل داشتن سطوح داخلی بسیار صیقلی (ضریب زبری و اصطکاک پایین)، مقاومت بسیار پایینی در برابر جریان

سیال از خود نشان می دهند. علاوه بر این، در بسیاری از لوله ها باکتری ها در قسمت های زبر و دارای پستی و بلندی لوله تجمع می کنند (تشکیل biofilm) و به مرور راه جریان آب را می بندند، که این امر باعث افت فشار جریان شده و بر سلامت آب آشامیدنی نیز تأثیر منفی می گذارند. زبری هیدرولیکی پایین لوله های PVC ، با ممانعت از تشکیل بیوفیلم، علاوه بر کاهش افت فشار، مانع ته نشینی لجن در شبکه های فاضلابی شده و در شبکه های توزیع آب آشامیدنی نیز باعث کاهش احتمال آلودگی می شود. بنابراین هزینه های نگهداری این لوله ها پایین بوده و طراحی اولیه ی خط لوله نیز بهینه تر صورت می گیرد.

کیفیت آب:

استفاده از فرمولاسیون مناسب جهت تولید لوله های PVC-U موجب می شود تا مطابق استانداردهای NSF 61-62 بتوان از این لوله ها جهت انتقال آب آشامیدنی استفاده نمود و اطمینان حاصل کرد که مقادیر سرب، قلع و سایر عناصر سمی نظیر جیوه، کرم، کادمیم و باریم زیر حدود مجاز استاندارد می باشند.
مقاومت در برابر شعله:

لوله ی PVC به سختی آتش می گیرد و در غیاب منبع خارجی شعله به سوختن ادامه نمی دهد. دمای شعله ور شدن خود به خودی آن ۴۵۴ درجه سانتیگراد است، که بسیار بالاتر از اکثر مواد ساختمانی است. در اثر سوختن PVC، گاز HCl آزاد می شود که این گاز از دسترسی اکسیژن به منطقه ی مشتعل شده جلوگیری می کند. به همین دلیل است که PVC را ماده ای خودخاموش شونده می نامند.

قیمت مناسب:
علاوه بر مزایای ممتاز ذکر شده برای لوله های PVC ، قیمت این لوله ها بسیار مناسب و قابل رقابت با سایر لوله های پلیمری، فلزی، چدنی و ... می باشند. به طوری که امروزه لوله های PVC در دنیا یکی از گزینه های اصلی در شبکه های آب و فاضلاب می باشند

مقایسه لوله چدن نشکن با لوله PVC
مقايسه لوله‌هاي چدن نشكن با لوله‌هاي PVC
از مقايسه اطلاعات بدست آمده از آزمايشات فيزيكي بين لولــه‌هـاي چدن نشــكن و لولــه‌هاي PVC (Poly Vinyl Chloride) و نيز مقايسه استانداردهاي AWWA در هر مورد ( AWWA C150 براي لوله چدن نشكن و AWWA C900 و AWWA C905 براي لوله‌ PVC) نتايجي استخراج شده است كه در زير مي‌آيد. اين اطلاعات از منابع متنوع شامل استانداردهاي AWWA، اطلاعات منتشر شده از طرف شركت‌هاي توليد كننده لوله، آزمايشهاي فيزيكي انجام شده توسط مهــندسين DIPRA و كارخـانه Robert W Hunt بدست آمده است. 

نتايج مقايسه لوله چدن نشكن و PVC:
1- چرا براي يك جنس مشخص استانداردهاي متفاوتي وجود دارد؟
براي لوله‌هاي PVC با اقطار متفاوت دو استاندارد كاملاً مجزا AWWA C900 و AWWA C905 براي طراحي و تست وجود دارد. براي مثال در استاندارد AWWA C905 فاكتور اطمينان ٢ براي فشار داخلي در نظر گرفته شده است درحاليكه در استاندارد AWWA C900 فاكتور اطمينان براي لوله‌هاي قطر كوچك PVC معادل 5/2 ذكر شده است. به همين دليل تغييرات ناگهاني فشار جريان سيال در استاندارد C900 مجاز است در حاليكه استاندارد C905 براي لوله‌هاي با قطر بيشتر از همين جنس اجازه هيچگونه نوساني را نمي‌دهد. به عبارت ديگر فشار هيدرواستاتيك در نظر گرفته شده در طراحي لوله‌هاي كوچك PVC برابر با نوسانات فشار بعلاوه فشار كاري است ولي براي لوله‌هاي بزرگ PVC فقط برابر با فشاركاري در نظر گرفته شده است و لذا فاكتور اطمينان نيز كاهش داده شده است.

2- مقايسه ضخامت لوله‌هاي PVC در دو استاندارد C905 و C900
در يك فشار طراحي مشخص و با افزايش قطر بايستي ضخامت نيز افزايش يابد. در حاليكه در لوله‌هاي PVC برعكس مي‌باشد. چرا؟ جهت روشن شدن موضوع معادله ارتباط ضخامت و فشار داخلي را بررسي مي‌كنيم:

t = PD/2S
t : ضخامت
p: فشار داخلي
D: قطر لوله
S: تنش مجاز

همانطور كه در اين رابطه مشخص است ضخامت با فشار و قطر نسبت مستقيم دارد. از طرفي ضخامت با تنش مجاز نسبت عكس دارد. پس در چه صورتي مجاز هستيم در يك فشار ثابت با افزايش قطر، ضخامت را كاهش دهيم؟ فقط وقتيكه تنش مجاز را كاهش دهيم. به همين دليل است كه در لوله‌هاي PVC نه تنها با افزايش قطر، ضخامت كاهش مي‌يابد بلكه با افزايش قطر تنش مجاز نيز كاهش مي يابد. مثال‌هاي زير در اين مورد از استاندارد AWWA آورده مي شود:
الف- در كلاس فشار Psi100:

لوله DN 300 با ضخامت 4/13 ميليمتر مطابق استاندارد (AWWA C900)
لوله DN 350 با ضخامت 5/9 ميليمتر مطابق استاندارد (AWWA C905)
ب- در كلاس فشار Psi200:

لوله DN 600 با ضخامت 8/46 ميليمتر مطابق استاندارد (AWWA C905)
لوله DN 600 با ضخامت 2/31 ميليمتر مطابق استاندارد (AWWA C905)
3- مقايسه شرايط تست‌هاي فيزيكي لوله PVC در دو استاندارد C905 و C900

نه تنها شرايط طراحي، بلكه شرايط تست‌هاي فيزيكي نيز در استاندارد C905 نسبت به استاندارد C900 سهل‌تر مي‌باشد. فشار انجام تست هيدرواستاتيك در استاندارد C905 معادل نصف اين مقدار در استاندارد C900 مي‌باشد بطوريكه در C900 فشار تست بايستي 4 برابر فشاركاري طراحي شده باشد و در استاندارد C905 فقط دو برابر مي‌باشد.

در فصل شرايط اضافي تست كه در تجديد نظر سال 1977 به استانداردهاي مذكور اضافه شده است نه تنها تست‌هاي اضافي و جديد اضافه نشده است بلكه به توليدكنندگان اجازه داده شده است كه تست هيدرواستاتيك برروي لوله‌ها را در پريودهايي كمتر از استاندارد نيز، بسته به شرايط، تست كند. يعني توليد كننده مي‌تواند اعلام كند فقط يك‌دهم يا يك‌صدم لوله‌ها تست شده‌اند. همچنين هر تكه تصادفي از لوله با هرطولي مي‌تواند تحت تست هيدرواستاتيك قرار گيرد و به نتايج آن استناد شود. در حالي كه تمامي لوله‌هاي توليد شده چدن نشكن بايستي مطابق استاندارد مربوطه تحت تست هيدرواستاتيك قرار گيرند.
4- استحكام كششي

استحكام كششي لوله چدن نشكن بيش از ٨ برابر لوله PVC مي‌باشد.
مقاومت استحكام كششي يكي از مهم‌ترين خواص لوله‌ها است. چراكه مقاومت در مقابل فشار هيدرواستاتيك داخلي و فشار ضربه‌اي سيال را تعيين مي‌كند. شكل 6 استحكام كششي اين دو جنس را مقايسه مي‌كند.

5- تاثير دما بر استحكام
دماي نصب و دماي كاري لوله چدن نشكن، برخلاف لوله PVC، تاثيري بر استحكام آن ندارد.
از آنجا كه ضريب انبساط حرارتي چدن نشكن متعادل و قابل اطمينان مي‌باشد، در صورت تغييرات در دماي سرويس، مشكلات كمي در آن ايجاد مي‌شود. از طرف ديگر در رنج‌ دمايي كارهاي آبرساني (از يك تا ٣٥ درجه سانتيگراد) يا حتي در دماهاي نصب غير معمول و غير عادي مثل 23- تا 43+ درجه سانتيگراد هيچ‌ تغيير اساسي در استحكام لوله‌هاي چدن نشكن ايجاد نمي‌شود. برعكس بدليل بالا بودن ضريب انبساط حرارتي PVC، كه ٥ برابر چدن مي‌باشد، اين لوله‌ها عملكردي بشدت وابسته به دما دارند. PVC در دماي بالاتر از 23 درجه سانتيگراد، استحكام خود را از دست مي‌دهد و در دماي كمتر از 23 درجه سانتيگراد، داكتيليته‌اش كاهش ‌مي‌يابد.

بالا بودن ضريب انبساط حرارتي PVC موجب مي‌شود در برابر تغييرات شديد و ناگهاني دما، لوله دچار تغيير شكل و اعوجاج شديد شده و اتصالات آن جدا ‌گردند.
استحكام PVC در 43 درجه سانتيگراد، نصف استحكام آن در ٢٣ درجه مي‌باشد. (شكل7)

6- مقاومت فشاري
مقاومت در مقابل فشار هيدرواستاتيك لوله‌هاي چدن نشكن ٤ برابر PVC مي‌باشد.
در شكل 8 فشار تركيدگي لوله چدن نشكن سايز DN 150 در كلاس فشار Psi350 و لوله هم‌سايز PVC مقايسه شده است كه لوله چدن نشكن ٤ برابر مقاومتر است. توجه شود كه هرچند لوله‌هاي PVC در فشار Psi350 در همه سايزهاي ٧٥ تا ١٦٠٠ ميلـيمتر موجود مي‌باشد، ليـكن هيچ لوله PVC (اسـتاندارد C905 و C900) توليد نشده است كه در فشاري به بزرگي فشار كاري لوله‌هاي چدن نشكن قادر به كاركردن باشد.

7- رابطه استحكام با زمان
استحكام لوله چدن نشكن با گذشت زمان كاهش نمي‌يابد.
براي چدن نشكن هيچ ارتباطي بين استحكام و زمان شكست وجود ندارد. اما لوله‌هاي PVC پس از گذشت زماني متناسب با تنش اعمالي مي‌شكنند. بنابراين استحكام تسليم در نظر گرفته شده جهت طراحي لوله‌هاي PVC كمتر از استحكام تسليم آنها در زمان كوتاه تست مي‌باشد. استحكام لوله‌هاي PVC با گذشت زمان كاهش مي‌يابد. شكل9 نشان مي‌دهد كه با افزايش زمان، حد تحمل تنش لوله‌‌هاي PVC كاهش مي‌يابد.