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
قایسه لوله چدن نشکن با لوله PVC
مقایسه لولههای چدن نشکن با لولههای PVC
از مقایسه اطلاعات بدست آمده از آزمایشات فیزیکی بین لولههای چدن نشکن و لولههای PVC (Poly Vinyl Chloride) و نیز مقایسه استانداردهای AWWA در هر مورد ( AWWA C150 برای لوله چدن نشکن و AWWA C900 و AWWA C905 برای لوله PVC) نتایجی استخراج شده است که در زیر می‌آید. این اطلاعات از منابع متنوع شامل استانداردهای AWWA، اطلاعات منتشر شده از طرف شرکت‌های تولید کننده لوله، آزمایشهای فیزیکی انجام شده توسط مهندسین DIPRA و کارخانه Robert W Hunt بدست آمده است.
نتایج مقایسه لوله چدن نشکن و PVC:
1- چرا برای یک جنس مشخص استانداردهای متفاوتی وجود دارد؟
برای لولههای PVC با اقطار متفاوت دو استاندارد کاملاً مجزا AWWA C900 و AWWA C905 برای طراحی و تست وجود دارد. برای مثال در استاندارد AWWA C905 فاکتور اطمینان ٢ برای فشار داخلی در نظر گرفته شده است درحالیکه در استاندارد AWWA C900 فاکتور اطمینان برای لولههای قطر کوچک PVC معادل 5/2 ذکر شده است. به همین دلیل تغییرات ناگهانی فشار جریان سیال در استاندارد C900 مجاز است در حالیکه استاندارد C905 برای لولههای با قطر بیشتر از همین جنس اجازه هیچگونه نوسانی را نمی‌دهد. به عبارت دیگر فشار هیدرواستاتیک در نظر گرفته شده در طراحی لولههای کوچک PVC برابر با نوسانات فشار بعلاوه فشار کاری است ولی برای لولههای بزرگ PVC فقط برابر با فشارکاری در نظر گرفته شده است و لذا فاکتور اطمینان نیز کاهش داده شده است.
2- مقایسه ضخامت لولههای PVC در دو استاندارد C905 و C900
در یک فشار طراحی مشخص و با افزایش قطر بایستی ضخامت نیز افزایش یابد. در حالیکه در لولههای PVC برعکس می‌باشد. چرا؟ جهت روشن شدن موضوع معادله ارتباط ضخامت و فشار داخلی را بررسی می‌کنیم:
t = PD/2S
t : ضخامت
p: فشار داخلی
D: قطر لوله
S: تنش مجاز
همانطور که در این رابطه مشخص است ضخامت با فشار و قطر نسبت مستقیم دارد. از طرفی ضخامت با تنش مجاز نسبت عکس دارد. پس در چه صورتی مجاز هستیم در یک فشار ثابت با افزایش قطر، ضخامت را کاهش دهیم؟ فقط وقتیکه تنش مجاز را کاهش دهیم. به همین دلیل است که در لولههای PVC نه تنها با افزایش قطر، ضخامت کاهش می‌یابد بلکه با افزایش قطر تنش مجاز نیز کاهش می یابد. مثال‌های زیر در این مورد از استاندارد AWWA آورده می شود:
الف- در کلاس فشار Psi100:
لوله DN 300 با ضخامت 4/13 میلیمتر مطابق استاندارد (AWWA C900)
لوله DN 350 با ضخامت 5/9 میلیمتر مطابق استاندارد (AWWA C905)
ب- در کلاس فشار Psi200:
لوله DN 600 با ضخامت 8/46 میلیمتر مطابق استاندارد (AWWA C905)
لوله DN 600 با ضخامت 2/31 میلیمتر مطابق استاندارد (AWWA C905)
3- مقایسه شرایط تست‌های فیزیکی لوله PVC در دو استاندارد C905 و C900
نه تنها شرایط طراحی، بلکه شرایط تست‌های فیزیکی نیز در استاندارد C905 نسبت به استاندارد C900 سهل‌تر می‌باشد. فشار انجام تست هیدرواستاتیک در استاندارد C905 معادل نصف این مقدار در استاندارد C900 می‌باشد بطوریکه در C900 فشار تست بایستی 4 برابر فشارکاری طراحی شده باشد و در استاندارد C905 فقط دو برابر می‌باشد.
در فصل شرایط اضافی تست که در تجدید نظر سال 1977 به استانداردهای مذکور اضافه شده است نه تنها تست‌های اضافی و جدید اضافه نشده است بلکه به تولیدکنندگان اجازه داده شده است که تست هیدرواستاتیک برروی لوله‌ها را در پریودهایی کمتر از استاندارد نیز، بسته به شرایط، تست کند. یعنی تولید کننده می‌تواند اعلام کند فقط یک‌دهم یا یک‌صدم لوله‌ها تست شده‌اند. همچنین هر تکه تصادفی از لوله با هرطولی می‌تواند تحت تست هیدرواستاتیک قرار گیرد و به نتایج آن استناد شود. در حالی که تمامی لولههای تولید شده چدن نشکن بایستی مطابق استاندارد مربوطه تحت تست هیدرواستاتیک قرار گیرند
- استحکام کششی
استحکام کششی لوله چدن نشکن بیش از ٨ برابر لوله PVC می‌باشد.
مقاومت استحکام کششی یکی از مهم‌ترین خواص لوله‌ها است. چراکه مقاومت در مقابل فشار هیدرواستاتیک داخلی و فشار ضربه‌ای سیال را تعیین می‌کند. شکل 6 استحکام کششی این دو جنس را مقایسه می‌کند.
5- تاثیر دما بر استحکام
دمای نصب و دمای کاری لوله چدن نشکن، برخلاف لوله PVC، تاثیری بر استحکام آن ندارد.
از آنجا که ضریب انبساط حرارتی چدن نشکن متعادل و قابل اطمینان می‌باشد، در صورت تغییرات در دمای سرویس، مشکلات کمی در آن ایجاد میشود. از طرف دیگر در رنج دمایی کارهای آبرسانی (از یک تا ٣٥ درجه سانتیگراد) یا حتی در دماهای نصب غیر معمول و غیر عادی مثل 23- تا 43+ درجه سانتیگراد هیچ تغییر اساسی در استحکام لولههای چدن نشکن ایجاد نمی‌شود. برعکس بدلیل بالا بودن ضریب انبساط حرارتی PVC، که ٥ برابر چدن می‌باشد، این لوله‌ها عملکردی بشدت وابسته به دما دارند. PVC در دمای بالاتر از 23 درجه سانتیگراد، استحکام خود را از دست می‌دهد و در دمای کمتر از 23 درجه سانتیگراد، داکتیلیته‌اش کاهش می‌یابد.
بالا بودن ضریب انبساط حرارتی PVC موجب میشود در برابر تغییرات شدید و ناگهانی دما، لوله دچار تغییر شکل و اعوجاج شدید شده و اتصالات آن جدا گردند.
استحکام PVC در 43 درجه سانتیگراد، نصف استحکام آن در ٢٣ درجه می‌باشد. (شکل7)
6- مقاومت فشاری
مقاومت در مقابل فشار هیدرواستاتیک لولههای چدن نشکن ٤ برابر PVC می‌باشد.
در شکل 8 فشار ترکیدگی لوله چدن نشکن سایز DN 150 در کلاس فشار Psi350 و لوله هم‌سایز PVC مقایسه شده است که لوله چدن نشکن ٤ برابر مقاومتر است. توجه شود که هرچند لولههای PVC در فشار Psi350 در همه سایزهای ٧٥ تا ١٦٠٠ میلیمتر موجود می‌باشد، لیکن هیچ لوله PVC (استاندارد C905 و C900) تولید نشده است که در فشاری به بزرگی فشار کاری لولههای چدن نشکن قادر به کارکردن باشد.
7- رابطه استحکام با زمان
استحکام لوله چدن نشکن با گذشت زمان کاهش نمی‌یابد.
برای چدن نشکن هیچ ارتباطی بین استحکام و زمان شکست وجود ندارد. اما لولههای PVC پس از گذشت زمانی متناسب با تنش اعمالی می‌شکنند. بنابراین استحکام تسلیم در نظر گرفته شده جهت طراحی لولههای PVC کمتر از استحکام تسلیم آنها در زمان کوتاه تست می‌باشد. استحکام لولههای PVC با گذشت زمان کاهش می‌یابد. شکل9 نشان می‌دهد که با افزایش زمان، حد تحمل تنش لولههای PVC کاهش می‌یابد.
8- مقاومت در برابر بارهای له کننده
لوله چدن نشکن ٨ برابر مقاومتر از PVC در مقابل بارهای له‌کننده می‌باشد.
فرایند طراحی لوله چدن نشکن و نیز PVC، هردو از فرمول Lowa برای پیش‌بینی اعوجاج لوله استفاده می‌کنند. (Stiffness) لوله و هم سختی ماده پرکننده اطراف لوله در نظر .