لوله های PVC-U صنعتی چیست و چگونه ساخته می شوند؟

لوله های صنعتی PVC-U لوله های ترموپلاستیک سفت و سختی هستند که از پلی وینیل کلرید غیرپلاستیک شده تولید می شوند، نوعی PVC که حاوی هیچ افزودنی پلاستیک کننده ای نیست. عدم وجود نرم کننده ها چیزی است که PVC-U را از مواد PVC انعطاف پذیر متمایز می کند و به آن پایداری ابعادی، مقاومت شیمیایی و استحکام مکانیکی مورد نیاز برای کاربردهای لوله کشی صنعتی را می دهد. ترکیب PVC-U از ترکیب رزین پی وی سی با تثبیت کننده های حرارتی، اصلاح کننده های ضربه، کمک های پردازش، رنگدانه ها و پرکننده ها در فرمول های دقیق کنترل شده ای که خواص نهایی لوله را تعیین می کند، تولید می شود. سپس این ترکیب از طریق اکسترودرهای دو پیچی پردازش می‌شود که ذوب می‌شوند، همگن می‌شوند و مواد را از طریق یک قالب لوله می‌فرستند تا یک لوله پیوسته تشکیل شود، که سپس اندازه‌گیری می‌شود، در یک حمام کالیبراسیون سرد می‌شود، به طول برش داده می‌شود و قبل از ارسال بازرسی می‌شود.

پارامترهای فرآیند اکستروژن - دمای مذاب، سرعت پیچ، هندسه قالب و سرعت خنک‌سازی - به دقت کنترل می‌شوند تا از ضخامت دیواره، گرد بودن و کیفیت سطح داخلی در طول هر لوله اطمینان حاصل شود. خطوط اکستروژن لوله‌های PVC-U صنعتی مدرن، اندازه‌گیری ضخامت دیواره درون خطی را با استفاده از سنج‌های اولتراسونیک، سیستم‌های کنترل قطر خودکار، و نرم‌افزار کنترل آماری فرآیند ترکیب می‌کنند که به طور مداوم پارامترهای ابعادی را بررسی می‌کنند و به اپراتورها نسبت به انحرافات قبل از اینکه منجر به محصولی خارج از مشخصات شوند، هشدار می‌دهند. نتیجه لوله ای با ابعاد کاملاً کنترل شده، سوراخ داخلی صاف است که مقاومت جریان را به حداقل می رساند و خواص مقاومت مکانیکی و شیمیایی ثابتی دارد که به مهندسان اجازه می دهد تا سیستم های لوله کشی را با اطمینان از عملکرد طولانی مدت مواد طراحی کنند.

ویژگی های فیزیکی و مکانیکی کلیدی لوله های PVC-U

عملکرد لوله‌های PVC-U صنعتی در حال خدمت توسط مجموعه‌ای از خواص فیزیکی و مکانیکی که ذاتی مواد PVC غیرپلاستیک و فرآیند تولید لوله است، کنترل می‌شود. قبل از اینکه PVC-U به عنوان ماده انتخابی لوله انتخاب شود، باید این خصوصیات را در برابر نیازهای کاربرد مورد نظر درک و ارزیابی کرد.

• استحکام کششی و سختی: PVC-U دارای استحکام کششی تقریباً 50 تا 60 مگاپاسکال و مدول الاستیسیته نسبتاً بالایی در حدود 3000 مگاپاسکال است که آن را به ماده ای سفت تبدیل می کند که در برابر تغییر شکل تحت فشار داخلی و بارهای مکانیکی خارجی مقاومت می کند. این سختی برای کاربردهای لوله های مدفون که در آن لوله باید در برابر بار اضافی خاک و بارهای ترافیکی بدون انحراف قابل توجه مقاومت کند، مفید است.
• چگالی و ساختار سبک: PVC-U دارای چگالی تقریباً 1400 تا 1460 کیلوگرم بر متر مکعب است که تقریباً یک پنجم چگالی فولاد کربنی است. این وزن کم با امکان جابجایی دستی لوله‌ها و اتصالات در محدوده‌های اندازه‌ای که لوله‌های فولادی به تجهیزات مکانیکی بالابر نیاز دارند، هزینه‌های نصب را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.
• خواص حرارتی و محدودیت های دما: دمای انتقال شیشه ای PVC-U تقریباً 80 درجه سانتیگراد است و مواد در دمایی که به این مقدار نزدیک می شود شروع به نرم شدن و از دست دادن یکپارچگی ساختاری می کند. لوله‌های PVC-U صنعتی معمولاً برای سرویس مداوم در دمای سیال تا 60 درجه سانتیگراد درجه‌بندی می‌شوند و در دماهای بالا به کاهش فشار نیاز است. از طرف دیگر، PVC-U به طور فزاینده ای زیر دمای 0 درجه سانتیگراد شکننده می شود، که باید در تاسیسات بیرونی تحت شرایط انجماد در نظر گرفته شود.
• انبساط حرارتی: ضریب انبساط حرارتی PVC-U تقریباً 70 × 10-6 / ° C است - تقریباً شش برابر بیشتر از فولاد کربنی. این انبساط حرارتی نسبتاً بالا به این معنی است که سیستم‌های لوله‌کشی PVC-U بالای زمین باید حلقه‌های انبساط، درزهای انبساط، یا ترتیبات پشتیبانی ثابت و هدایت‌شده را در خود جای دهند تا تغییرات ابعادی ناشی از تغییرات دما در سرویس را تطبیق دهند.
• عملکرد هیدرولیک و ویژگی های جریان: سطح سوراخ داخلی صاف لوله PVC-U دارای ضریب زبری Manning تقریباً 0.009 و ضریب Hazen-Williams C برابر با 150 است که از بهترین مقادیر در بین مواد لوله می باشد. این صافی هیدرولیکی منجر به تلفات اصطکاک کمتر، سرعت جریان بیشتر برای قطر لوله معین و کاهش هزینه های انرژی پمپاژ در مقایسه با سیستم های لوله کشی بتنی، چدنی یا فولادی خورده شده با قطر معادل می شود.
• خواص الکتریکی: PVC-U یک عایق الکتریکی عالی با مقاومت دی الکتریک بالا و مقاومت حجمی است. این ویژگی در کاربردهایی با ارزش است که خوردگی الکترولیتی لوله‌های فلزی باعث نگرانی می‌شود، و همچنین به این معنی است که لوله‌های PVC-U در سرویس‌های مدفون نیازی به حفاظت کاتدی ندارند - مزیت قابل توجهی در هزینه چرخه عمر نسبت به سیستم‌های لوله‌کشی فولادی مدفون یا چدن داکتیل.

مقاومت شیمیایی لوله های PVC-U صنعتی

یکی از قانع‌کننده‌ترین دلایل برای مشخص کردن PVC-U در کاربردهای لوله‌کشی صنعتی، مقاومت گسترده آن در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی خورنده است. PVC-U در برابر اکثر اسیدهای معدنی از جمله اسید کلریدریک، اسید سولفوریک، اسید فسفریک و اسید نیتریک در غلظت های متوسط ​​و همچنین در برابر قلیایی ها، نمک ها، عوامل اکسید کننده و بسیاری از ترکیبات آلی مقاوم است. این مقاومت آن را برای انتقال مواد شیمیایی فرآیند، پساب‌های اسیدی، محلول‌های نمکی و جریان‌های فاضلاب صنعتی که به سرعت فولاد کربنی یا حتی سیستم‌های لوله‌کشی فولاد ضد زنگ را خورده می‌کنند، مناسب می‌کند.

با این حال، PVC-U به طور جهانی مقاوم در برابر مواد شیمیایی نیست، و محدودیت های آن باید قبل از تعیین مشخصات به دقت بررسی شوند. توسط اسید سولفوریک غلیظ بالاتر از غلظت تقریباً 70٪، توسط هیدروکربن های معطر مانند بنزن، تولوئن و زایلن، توسط حلال های کلردار شامل متیلن کلراید و تری کلرواتیلن، و توسط کتون هایی مانند استون و MEK مورد حمله قرار می گیرد. استرها، اترها و برخی از حلال های آلی قطبی نیز می توانند باعث تورم یا نرم شدن PVC-U شوند. برای هر کاربرد شامل مواد شیمیایی خارج از مشخصات مقاومت استاندارد، مقاومت شیمیایی خاص گرید PVC-U در نظر گرفته شده باید در مقابل جدول جامع مقاومت شیمیایی ارائه شده توسط سازنده لوله، با در نظر گرفتن غلظت، دما، و زمان تماس ماده شیمیایی در خدمت تأیید شود.

رتبه بندی فشار و استانداردهای ابعادی

لوله‌های PVC-U صنعتی بر اساس درجه فشارشان طبقه‌بندی می‌شوند که حداکثر فشار کاری مجاز آب را در دمای 20 درجه سانتی‌گراد مشخص می‌کند که لوله می‌تواند به طور مداوم بدون خرابی حفظ کند. درجه بندی فشار بر اساس قطر بیرونی لوله، ضخامت دیواره و استحکام هیدرواستاتیک طولانی مدت ماده PVC-U تعیین می شود. رابطه بین این پارامترها با نسبت ابعاد استاندارد (SDR) بیان می شود که نسبت قطر خارجی لوله به ضخامت دیواره آن است. مقادیر SDR پایین تر، دیواره های ضخیم تر و فشار بالاتر برای قطر لوله معین را نشان می دهد.

جدول زیر متداول‌ترین کلاس‌های SDR مورد استفاده در سیستم‌های لوله PVC-U صنعتی و رتبه‌بندی فشار اسمی مربوطه آن‌ها در 20 درجه سانتی‌گراد را خلاصه می‌کند:

توجه به این نکته ضروری است که با افزایش دمای سیال بالای 20 درجه سانتیگراد، درجه فشار لوله PVC-U به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در دمای 40 درجه سانتیگراد، فشار مجاز معمولاً به حدود 75 درصد از درجه 20 درجه سانتیگراد کاهش می یابد و در 60 درجه سانتیگراد به حدود 50 درصد کاهش می یابد. این عوامل کاهش‌دهنده باید هنگام طراحی سیستم‌هایی که سیالات فرآیند داغ را حمل می‌کنند یا در محیط‌هایی با دمای بالا کار می‌کنند اعمال شوند تا اطمینان حاصل شود که ضخامت دیواره لوله انتخابی حاشیه ایمنی کافی را در دمای سرویس واقعی فراهم می‌کند.

استانداردهای بین المللی قابل اجرا برای لوله های صنعتی PVC-U

لوله‌های PVC-U صنعتی با طیف وسیعی از استانداردهای ملی و بین‌المللی محصول تولید و عرضه می‌شوند که بر ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی، تحمل‌های ابعادی، تست فشار و الزامات علامت‌گذاری حاکم است. انطباق با استاندارد قابل اجرا برای حصول اطمینان از اینکه لوله همانطور که طراحی شده و با الزامات مشخصات پروژه، بیمه نامه ها و چارچوب های نظارتی مطابقت دارد، ضروری است. رایج ترین استانداردهای ارجاع شده شامل موارد زیر است:

• ISO 1452: استاندارد بین المللی اولیه برای لوله های فشار PVC-U برای تامین آب و مصارف صنعتی عمومی. این لوله ها در محدوده قطری از 12 میلی متر تا 630 میلی متر را پوشش می دهد و الزامات مواد، ابعاد، خواص مکانیکی و روش های آزمایش از جمله تست فشار هیدرواستاتیک و مقاومت در برابر ضربه را مشخص می کند.
• EN 1329 / EN 1401: استانداردهای اروپایی که لوله ها و اتصالات PVC-U را برای کاربردهای زهکشی خاک، زباله و آب باران در ساختمان ها (EN 1329) و برای زهکشی زیرزمینی خارج از ساختمان ها (EN 1401) پوشش می دهد. این استانداردها الزامات مواد، ابعاد و عملکرد سیستم های زهکشی گرانشی را مشخص می کند.
• ASTM D1785: استاندارد آمریکا برای لوله های پلاستیکی PVC در جدول های 40، 80 و 120، پوشش لوله برای کاربردهای فشار در سیستم های لوله کشی آب و صنعتی. ASTM D2241 لوله های دارای فشار PVC دارای رتبه بندی SDR را برای کاربردهای مشابه تحت چارچوب استانداردهای آمریکایی پوشش می دهد.
• BS 3505 / BS 4346: استانداردهای بریتانیایی برای لوله‌ها و اتصالات فشار PVC-U که با وجود اینکه به‌طور عمده توسط استانداردهای EN و ISO در بازار انگلستان پس از هماهنگ‌سازی جایگزین شده‌اند، در بسیاری از مشخصات پروژه‌های قدیمی و بازارهای صادراتی که استانداردهای مهندسی بریتانیا هنوز در حال استفاده هستند، ارجاع داده می‌شوند.
• GB/T 10002: استاندارد ملی چین برای لوله‌های PVC-U برای تامین آب، که به طور گسترده در پروژه‌های داخلی چینی استفاده می‌شود و به طور فزاینده‌ای در پروژه‌های بازارهای آسیایی و آفریقایی که در آن استانداردهای مهندسی و تدارکات چینی اعمال می‌شود، ارجاع داده می‌شود.

کاربردهای صنعتی لوله های PVC-U

ترکیبی از مقاومت شیمیایی، قابلیت فشار، عملکرد هیدرولیکی، وزن کم و هزینه رقابتی، لوله PVC-U صنعتی را برای طیف گسترده ای از فرآیندها و کاربردهای زیرساختی در صنایع مختلف مناسب می کند.

فرآوری و ساخت مواد شیمیایی

کارخانه های شیمیایی از لوله های PVC-U به طور گسترده برای انتقال اسیدهای رقیق، قلیاها، محلول های نمک و جریان های فرآیند آبی بین راکتورها، مخازن ذخیره سازی، اسکرابرها و واحدهای تصفیه استفاده می کنند. مقاومت این ماده در برابر خوردگی توسط این رسانه ها، نیاز به لوله کشی فولادی گران قیمت یا فولاد ضد زنگ را در بسیاری از شرایط خدماتی از بین می برد و سوراخ صاف آن خطر آلودگی محصول از محصولات خوردگی لوله را به حداقل می رساند. PVC-U به ویژه در کارخانه‌های کلر قلیایی، تأسیسات تولید کود، کارگاه‌های آبکاری، و سیستم‌های ذخیره و توزیع اسید که در آن ماهیت تهاجمی مواد شیمیایی فرآیند به سرعت جایگزین‌های فلزی را از بین می‌برد، رایج است.

تصفیه و توزیع آب

PVC-U یکی از مواد لوله غالب برای شبکه های توزیع آب آشامیدنی، سیستم های تامین آب صنعتی و لوله کشی فرآیند تصفیه آب در سراسر جهان است. بی اثر بودن آن در برابر آب، عاری از خوردگی و مشکلات سل که بر شبکه های آب فلزی کهنه می شود و مطابقت با استانداردهای تأیید تماس با آب آشامیدنی مانند NSF/ANSI 61، آن را به یک انتخاب طولانی مدت قابل اعتماد برای زیرساخت های آب تبدیل کرده است. در تصفیه‌خانه‌های آب، PVC-U برای خطوط دوز شیمیایی حامل مواد منعقدکننده، ضدعفونی‌کننده‌ها و مواد شیمیایی تنظیم‌کننده pH، و همچنین برای لوله‌های شستشوی معکوس فیلتر، خطوط انتقال لجن، و هدرهای توزیع آب تصفیه‌شده استفاده می‌شود.

سیستم های پساب و فاضلاب صنعتی

سیستم‌های تصفیه پساب صنعتی طیف گسترده‌ای از جریان‌های فاضلاب خورنده را تولید می‌کنند که باید قبل از تخلیه جمع‌آوری، انتقال و تصفیه شوند. لوله‌کشی PVC-U پساب اسیدی حاصل از عملیات تکمیل فلز، جریان‌های ضایعات سوزاننده از عملیات پردازش و تمیز کردن مواد غذایی، پساب شور حاصل از نمک‌زدایی و بازسازی تبادل یونی، و فاضلاب صنعتی عمومی حاوی نمک‌های محلول، فلزات سنگین و ترکیبات آلی را کنترل می‌کند. مقاومت این ماده در برابر رسوب بیولوژیکی همچنین آن را برای خدمات طولانی مدت در محیط های فاضلاب که رشد ارگانیک در سطوح داخلی لوله مقاومت جریان را افزایش می دهد و نیاز به تمیز کردن دوره ای دارد، مناسب می کند.

روش های اتصال برای سیستم های لوله PVC-U صنعتی

انتخاب روش اتصال برای سیستم های لوله PVC-U صنعتی پیامدهای قابل توجهی برای یکپارچگی سیستم، سرعت نصب، دسترسی تعمیر و نگهداری و عملکرد طولانی مدت دارد. گزینه های اصلی اتصال موجود عبارتند از اتصال سیمانی حلال، اتصال الاستومری (فشار مناسب)، اتصالات رزوه ای و اتصالات فلنجی.

اتصال سیمانی حلال - که در آن یک چسب مبتنی بر حلال، سطوح لوله و اتصالات را با هم حل می کند و یک اتصال همگن را ایجاد می کند - رایج ترین روش برای سیستم های لوله های صنعتی PVC-U با قطر کمتر تا قطر تقریباً 160 میلی متر است. این اتصال زمانی که به درستی ساخته شود به درجه فشار کامل لوله دست می یابد و برای اکثر شرایط خدمات شیمیایی صنعتی مناسب است، اگرچه مقاومت شیمیایی خود سیمان حلال باید برای کاربردهای شیمیایی تهاجمی تأیید شود. اتصال سیل الاستومری با استفاده از یک حلقه لاستیکی که در سوکت اتصالات یا اسپیگوت لوله قرار دارد، اتصالی انعطاف پذیر و نشتی را فراهم می کند که انحراف زاویه ای جزئی و حرکت حرارتی را در خود جای می دهد - مزیتی در مسیرهای مدفون طولانی خط لوله و در سیستم هایی که تغییرات دمایی قابل توجهی دارند. اتصالات فلنجی در اتصالات تجهیزات، ایستگاه‌های شیر، و هر جا که سیستم نیاز به جداسازی دوره‌ای برای تعمیر و نگهداری یا بازرسی دارد، استفاده می‌شود، با استفاده از فلنج‌های خرد PVC-U که توسط حلقه‌های پشتی فولادی پشتیبانی می‌شوند تا توزیع بار پیچ را فراهم کنند که فلنج‌های PVC-U به تنهایی نمی‌توانند با اطمینان در فشار کامل سیستم حفظ کنند.