لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی

لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی نوع ابداعی از لوله های دانسیته بالای HDPE می­باشند که با شبکه توری از سیم­های فولادی  تقویت شده اند. عبارت معادل انگلیسی برای این لوله ها Steel wire reinforced composite polyethylene pipe است که به اختصار (SRCP) گفته می­شود. روش ساخت آن به این صورت است که شبکه ای از سیم­های فولادی به صورت مارپیچی در دو جهت مخالف بالای لوله پلی اتیلن پیچ می­شود. برای اتصال سیم فولادی با مواد پلی اتیلن از مواد چسبنده استفاده می­گردد. سپس لایه بیرونی با پلی اتیلن پوشانده می­شود. لایه میانی از سیم فولادی به صورت مشبک است تا از استحکام بالاتری اطمینان حاصل گردد.

لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی

در این مقاله تاریخچه لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی، ویژگی­های محصولات، نحوه استفاده از SRCP در یک سیستم مدرن انتقال و برخی از موارد استفاده از آن تشریح می‌شود.

لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی نمونه خوبی از لوله های ترکیبی ساخته شده از فولاد و پلاستیک هستند. شبکه سیم­های فولادی در حین پروسه ساخت به لوله جوش داده می­شوند. استراکچر این لوله ها را می­توان مشابه با ساختار بتن مسلح دانست. امتزاج این دو جنس سبب قوی­تر شدن لوله های SRCP نسبت به لوله های استاندارد HDPE شده است. همچنین در قیاس با لوله های فلزی دارای انعطاف پذیری بیشتر و مقاومت زیاد در برابر خوردگی می­باشند.

در حال حاضر لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی طرفداران بیشتری پیدا کرده است. این نوع از لوله ها می­تواند به جای لوله های پلی اتیلن، برای خطوط تامین آب، زهکشی آب، شبکه گازرسانی، انتقال نفت و مصارف دیگر به کار رود. این لوله از هر دو مزایای پلاستیک و فولاد برخوردار است که شامل موارد زیر می­گردد:

• انعطاف پذیری خوب.
• هدایت حرارتی کم.
• تحمل فشار زیاد.
• استحکام زیاد.
• مقاومت خوب در برابر ضربه.
• مقاومت زیاد در برابر خوردگی

لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی در مقایسه با لوله های پلی اتیلن، می­تواند فشار بسیار بالاتری که ممکن است به 30 بار برسد را نیز تحمل کند. در همان سطح فشار، هزینه لوله پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی کمتر از لوله پلی اتیلن است. همچنین این لوله ها دارای روش اتصال متقابل است. در حال حاضر، رایج­ترین روش اتصالی که در بازار وجود دارد، استفاده از اتصالات لوله کشی است.

ساخت لوله های پلی اتیلن تقویت شده

مسئله قابل توجه سازندگان این است که خط اکستروژن لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی، نه تنها می­تواند لوله PE تقویت شده با سیم فولادی تولید ­کند، بلکه قادر است لوله HDPE خالص را نیز تولید نماید. قابل ذکر است که سیم فولادی را می­توان با الیاف شیشه یا انواع دیگر الیاف جایگزین نمود.

از دهه 1990 تا کنون یعنی حدود 30 سال است که لوله های پلاستیکی تقویت شده (لوله های ترموپلاستیک تقویت شده RTP یا لوله های پلی اتیلن کامپوزیت انعطاف پذیر FCP) وجود دارند. با افزایش تقاضا برای لوله‌های غیر خورنده این لوله‌ها ابتدا برای استفاده در شرکت‌های بزرگ نفت و گاز توسعه یافتند. تمرکز اصلی این فناوری بر روی خطوط لوله در مسیرهایی با طول زیاد بوده و هست. اینگونه لوله ها نسبتاً گران هستند و بیشتر بر روی بازارهای نفت و گاز متمرکز شده اند.

فناوری لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی در اوایل دهه 2000 در چین ابداع شد. تا سال 2018 نفوذ این فناوری در خارج از چین تقریباً وجود نداشت. ساخت لوله SRCP با دلایلی مشابه با نیازهای RTP توسعه داده شد. یعنی لوله های غیر خورنده ای مورد نیاز بودند که می­توانستند فشارهای بسیار بالاتری را نسبت به HDPE تحمل کنند.

تکنولوژِی ساخت لوله های پلی اتیلن تقویت شده با شبکه فولادی توسط شرکت­هایی توسعه یافته که سابقه تولید لوله HDPE را داشتند و این لوله ها را در صنایع زیرساخت و استخراج معدن عرضه می­کردند. با پیشرفت زیرساخت­های فناوری چین در تولید SRCP، مراکز دولتی و دانشگاه­ها با صنعت تبادل اطلاعاتی کردند تا استانداردهایی را به وجود آورند. استاندارد دولتی در چین در سال 2015 منتشر شده است که می­تواند برای همه سازندگان مرجع باشد. این استانداردها با عبارت (GB/T32439-2015) کد گذاری شده که توسط قواعد آن، SRCP تولید و آزمایش می­شود. این نوع لوله برای قطر خارجی تا 200 میلی­متر در فشار تا 7 مگاپاسکال تولید می­گردد. برای قطر خارجی بالای 200 میلی­متر تا حداکثر اندازه SRCP موجود یعنی 1000 میلی­متر، حداکثر درجه فشار SRCP به 1.25 مگاپاسکال کاهش می­یابد. درآمد چین از صنعت SRCP سالانه 500 میلیون دلار تخمین زده می­شود.

SRCP در تمام زمینه های زیرساخت­ها (به عنوان مثال شبکه توزیع آب) و صنعت معدن قابل استفاده است. همواره انتقال مواد خمیری برای عملیات معدنکاری زیرزمینی یک نیاز ضروری بوده است. از دهه 1990 تا کنون حمل و نقل زیرزمینی مواد خمیری عمدتاً با استفاده از لوله‌های فولادی انجام می­شود. لوله های فولادی، به دلیل اتلاف اصطکاک نسبتاً زیاد مواد خمیری و بنابراین فشارهای عملیاتی نسبتاً بالایی که از طریق سیستم لوله کشی ایجاد می­شود، مورد نیاز بوده اند. لوله های فولادی هم سنگین و هم سخت هستند که باعث می­شود نصب آنها در محیط زیرزمینی کار مشکلی باشد. در بیشتر کاربردهای دیگر معادن زیرزمینی از لوله پلی اتیلن با دانسیته بالا (HDPE) استفاده می‌شود. البته کاربرد آنها در انتقال مواد خمیری به دلیل پایین بودن حداکثر فشار مجاز عملیاتی HDPE (به اختصار MAOP) محدود است.

ابداع فناوری جدید تولید لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی برای غلبه بر مشکلات لوله های فولادی و HDPE برای حمل و نقل مواد خمیری انجام شد. در حال حاضر لوله های پلی اتیلن کامپوزیتی تقویت شده با سیم فولادی  به طور گسترده مورد استفاده واقع می­شوند. فن آوری لوله SRCP مزایای فشار بالای لوله های فولادی را به همراه وزن کم، مقاومت در برابر خوردگی و خواص انعطاف پذیری HDPE ارائه می­دهد.

در سال 2016، توسعه SRCP برای صنعت انتقال مواد خمیری در استرالیا کشف شد و بنابراین رویه جهانی شدن این صنعت آغاز گردید.

خط تولید SRCP

در کاربردهایی مانند انتقال نفت و گاز و مواد خمیری، استفاده از لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی دارای چندین مزیت کلیدی در مقایسه با لوله های فولادی است:

• SRCP یک چهارم وزن لوله فولادی گرید 80 را دارد. بنابراین رسیدگی به لوله SRCP بسیار راحت­تر از فولاد است. همچنین محیط کار بسیار ایمن­تری را به ویژه در مورد کشیدگی­ عضلات و صدمات بدن و دست برای کارگر فراهم می­سازد.
• سطح داخلی لوله های ترکیبی SRCP HDPE نسبت به فولاد اصطکاک کمتری دارد. در نتیجه به سهولتِ انتقال مواد و جریان پذیری سیستم لوله کشی، کمک می­کند.
• سطح بیرونی لوله SRCP (به جز اتصالات انتهایی فولادی) نیز از نوع HDPE است. یعنی اکثر سطوح لوله غیر خورنده هستند. بنابراین، در صورت وجود محیط خورنده، نیازی به سطح اضافی برای حفاظت نیست.
• HDPE خواص سایش مطلوبی را نسبت به فولاد کربن نشان می­دهد. بنابراین SRCP سیستم سایش کمتر و هزینه های نگهداری لوله را کمتر می­کند.
• لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی یک ماده نیمه انعطاف پذیر است. در حین نصب می­توان آن را تا 200 برابر قطر اسمی خود خم کرد که کارایی نصب را بسیار افزایش می­دهد. اتصالات زانویی کمتری مورد نیاز است و سرعت نصب سریع‌تری در مقایسه با لوله فولادی حاصل می‌شود. متوسط زمان نصب SRCP معادل HDPE سنتی است، بنابراین حدود سه تا چهار برابر سریعتر از فولاد است.
• در مقایسه هزینه های نصب، نرخ هزینه نصب SRCP حدود 3.6 برابر نرخ نصب لوله فولادی است. البته اگر از کوپلینگ‌های سبک استفاده شود، این کوپلینگ‌ها سبک‌تر و کم‌هزینه‌تر با نصب سریع‌تر بوده که هزینه کل نصب برای سیستم SRCP را بیشتر کاهش می­دهد.

SRCP با روش اتصال فلنج پشتی

هنگامی که استفاده از لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی در اوایل سال 2017 رواج پیدا کرد، به نظر می‌رسید که این لوله ها یک راه‌حل کامل برای لوله‌کشی زیرزمینی است. زیرا وزن سبک SRCP همراه با فشار عملیاتی نزدیک به فولاد و هزینه‌های قابل رقابت با لوله‌کشی فولادی مزایای منحصر به فرد آنها بودند.

در چین، لوله های پلی اتیلن تقویت شده با سیم فولادی در طول‌های متغیر ساخته می‌شود و همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، تقریباً تنها با استفاده از مهره ها و فلنج‌های پشتی مربوط به خود متصل می‌شوند. در صنعت انتقال مواد خمیری، فلنج‌ها به ندرت استفاده می‌شوند و به جای آن از کوپلینگ‌های مکانیکی (مانند کوپلینگ‌های شیاردار Victaulic) استفاده می‌گردد. علت آن است که فلنج­ها گران هستند، دیر نصب می­شوند و وزن زیادی را به لوله های فولادی سنگین اضافه می­کنند. از آنجا که فلنج­ها مزیت وزنی SRCP را نفی می­کردند تغییر عمده ای برای اتصالات آنها مورد نیاز بود. سازندگان به دنبال توسعه سیستمی برای اتصالات SRCP با استفاده از ابزارهای جفت هم و شیاردار بودند. برای اتصالات انتهایی، کوپلینگ‌های شیاردار به صورت داخلی و خارجی طراحی و ساخته شد. پس از انجام آزمایشات، اطمینان حاصل شد که ضریب ایمنی SRCP برای اتصالات انتهایی جدید حفظ شده است.