انتخاب جنس بهینه لوله جهت استفاده در سیستم آب شرب مناطق روستایی ازدیدگاه فنی و اقتصادی

مورد مطالعاتی مناطق روستایی شهرستان امیدیه

محمدعلی یزدی : گروه عمران، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران – yazdid@yahoo.com

مهدی مهدوی عادلی : گروه عمران، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران

مقاله انتخاب جنس بهینه لوله جهت استفاده در سیستم آب شرب مناطق روستایی ازدیدگاه فنی و اقتصادی ، مورد مطالعاتی مناطق روستایی شهرستان امیدیه در هفتمین کنفرانس بین المللی مدیریت جامع بحران ارائه شده است.
چکیده : تامین آب شرب سالم و بهداشتی برای روستاها می‌تواند باعث افزایش سطح بهداشت عمومی، رفع محرومیت،  توسعه و رفاه در مناطق روستایی و جلوگیری از مهاجرت روستائیان به شهرها شود، یکی از عوامل موثر درکاهش هزینه تمام شده طرحهای آبرسانی به روستاها انتخاب نوع لوله مناسب می باشد،در این مقاله با توجه به تنوع لوله های تولیدی و موارد استفاده آنها در طرحهای آبرسانی و همچنین محدودیتهای ناشی از طراحی و منطقه ای که در آن عملیات اجرایی صورت می گیرد، سعی شده  تا با ارزیابی فنی و اقتصادی استفاده از لوله پلی اتیلن، لوله جی آر پی، لوله فلزی گالوانیزه، لوله فلزی سیاه و لوله یو پی وی سی در شبکه های توزیع آب و خطوط انتقال آب شرب روستاهای شهرستان امیدیه و تحقیقات صورت گرفته در این ضمینه، درمورد مزایا و معایب و ویژگیهای هریک از لوله ها به تفکیک بحث شود. اطلاعات استفاده شده در این مقاله با توجه به نتایج آزمایشگاهی، نکات اجرایی و تجارب مهندسین مشاور و پیمانکاران در طرحهای آبرسانی به روستاها بوده است. همچنین محدودیتهای محیطی در مورد هر یک از لوله ها نیز در این مقاله ذکر شده است. که کارفرمایان،  مهندسین مشاور و پیمانکاران درهنگام استفاده از هر یک از این لوله ها، باید محدودیتهای لوله ی مورد نظر را با توجه به محیط مورد استفاده ( در این مقاله روستاهای شهرستان امیدیه )، بررسی کرده و در انتها با مقایسه ی فنی و اقتصادی از کل هزینه ی تمام شده برای هریک از لوله ها، جهت انتخاب گزینه ی برتر تصمیم گیری نمایند
کلمات کلیدی : پلی اتیلن، جی آرپی، یو پی وی سی
1- مقدمه
با توجه به این که حفاظت کمی و کیفی از آب تامین شده و انتقال و توزیع مناسب آن، از وظایف طرح های آبرسانی است، می توان گفت انتخاب لوله مناسب از شرایط اصلی برای انجام طراحی و محاسبات تمامی پروژه های آبی می باشد. انتخاب لوله نامناسب علاوه بر اخلال در عملکرد صحیح سیستم، بار مالی هنگفتی رابمنظور تعمیر، تعویض مجدد و یا نگهداری خطوط لوله بر هزینه های جاری اکثر پروژه ها تحمیل می نماید.در این صورت انتخاب بهترین و مناسب ترین نوع لوله در هنگام طراحی، فاکتور اصلی برای حصول اطمینان از عملکرد صحیح لوله در طول دوران بهره برداری و همچنین ایجاد صرفه جویی چشمگیر و جلوگیری ازتضییع سرمایه های ملی به منظور تعمیرات، تعویض و هزینه های نگهداری در خطوط لوله خواهد بود. متداولترین لوله های مورداستفاده در طرحهای آبرسانی عبارتند از: لوله های پلی اتیلن ، لوله های چدن داکتیل ، لوله های فولادی ، لوله های فایبرگلاس ، لوله های پی وی سی سخت.

 2- معیارهای انتخاب جنس لوله

به منظور انتخاب اقتصادی ترین و قابل اجراترین طرح آبرسانی، لازم است عوامل عمده زیر مورد توجه و بررسی قرار گیرند :

• بررسیهای فنی

• انتخاب جنس لوله

• تاثیر عوامل اجرائی و بهره برداری

• تاثیر عوامل اقتصادی

هر یک از عوامل یاد شده دارای مشخصه های متنوعی می باشند که در مراحل مطالعات جزئیات آنها می بایست مدنظر قرار گیرند. تعدادی از این پارامترها عبارتند از :
2-1- بررسی های فنی

• انتخاب مسیر لوله گذاری

• طول مسیر لوله گذاری

• شرایط توپوگرافی

• جاده دسترسی

• زمین شناسی

• ساختمانها

• پیچ وخم و افت وخیز مسیر

• نیروهای وارده بر لوله

• تاثیر درجه حرارت محیط

• خورندگی زمین

 2-2- مشخصات لوله های مختلف 

• مقاومت در برابر شرایط محیطی

• مقاومت در برابر بارهای داخلی و خارجی

• هیدرولیک لوله ها

• ضربه آب

• خورندگی آب

• مقاومت در مقابل سایش و تنش ایجاد شده بین دیواره لوله وسیال- حداقل بودن تغییرات ضریب اصطکاک لوله 

 2-3- تاثیر عوامل اجرایی و بهره برداری

• امکان تامین لوله و متعلقات

• امکانات کارگذاری لوله (سهولت نصب)

• امکانات تعمیرات و سیستم کنترل و فرمان

2-4- تاثیر عوامل اقتصادی

• هزینه های خرید اجرا (سرمایه گذاری اولیه)

• هزینه های تعمیرات، نگهداری و بهره برداری

3- مشخصات فنی انواع لوله ها

متداولترین لوله های مورداستفاده در طرح های آبرسانی عبارتند از :

• لوله های چدنی

• لوله های چدنی معمولی تحت فشار 

• لوله های چدن نشکن

• لوله های فولادی

• لوله های فولادی بدون درز 

• لوله های فولادی با درز مستقیم

• لوله های فولادی اسپیرال

• لوله های پلی اتیلن (PE)

• لوله های فایبرگلاس (GRP)

• لوله های (UPVC)

• لوله های بتن مسلح

به منظور آشنایی با مشخصات و ویژگی های لوله های فوق الذکر مشخصاتی که به طور کلی در خصوص این لوله ها حائز اهمیت می باشند به شرح زیر بیان می گردند:

3-1- لوله های چدنی

لوله های چدنی که در خطوط انتقال و شبکه های توزیع آب به کار می روند، شامل دو نوع کلی به شرح زیرمی باشند:

3-2- لوله های چدنی معمولی تحت فشار

لوله های چدنی معمولی که از چدن خاکستری ساخته می شوند، از قدیمی ترین انواع لوله های مورداستفاده در خطوط انتقال و شبکه های توزیع آب در کشورهای مختلف بوده اند. امتیاز اصلی این نوع لوله، مقاومت زیاد در مقابل خورندگی خاک و آب و در نتیجه طول عمر قابل توجه می باشد، ولی به علت خاصیت شکنندگی و وزن زیاد این لوله ها، خصوصاً برای قطرهای بزرگ، و در نتیجه مشکلات و هزینه های زیاد حمل و نقل و نصب، استفاده از این جنس لوله طی سالهای اخیر کاهش یافته و تقریباً منسوخ گشته است.

 3-3- لوله های چدن نشکن

لوله های چدن نشکن با توجه به امتیازات قابل توجه آنها از نظر قابلیت انعطاف و مقاومت در مقابل ضربه، فشار، خورندگی آب و خاک و همچنین وزن کمتر، طی چند دهه اخیر به سرعت جایگزین لوله های چدنی معمولی گشته اند. 

لوله های چدنی نشکن به دلیل امتیازات اساسی از قبیل قابلیت انعطاف، استحکام و مقاومت نسبتاً مناسب دربرابرخوردگی در شرایط مختلف کیفیت آب و هوا و خاک کاربرد فراوان دارند و اصولاً چدن نشکن به چدنی اطلاق می شود که کربن موجود در ساختمان کریستالی آلیاژ آن به صورت گرافیت کروی باشد. این چدن معمولاً دارای بیش از 2 درصد کربن و حدود7/1 تا 5/2 درصد سیلیسیم بوده که این کیفیت اثرات منفی گرافیت رشته ای را که به صورت ترک های مویی عمل می کند کاهش داده و در نتیجه به چدن خاصیت شکل پذیری و قابلیت انعطاف می دهد. از معایب این لوله ها آسیب پذیری بیشتر آنها در مقابل نیروهای زلزله است. تولید این لوله ها در داخل کشور تا قطر 1000 میلیمتر با استاندارد بین المللی2531ISO و یا 4772BS و فشار کارهای 16 و 25 اتمسفر در کارخانه لوله و ماشین سازی ایران در تهران و تا قطر600میلیمتر در کارخانه لوله سازی اهواز انجام می گیرد. ضریب هیزن ویلیامز لوله های چدنی بدون پوشش داخلی به مرور زمان تغییر میکند بنابراین با گذشت زمان ، ظرفیت آبدهی این لوله بشدت پایین می آید. لوله های چدن نشکن در طولهای محدود و معمولاً حداکثر 6 متر برای لوله های تا قطر 500 میلیمتر و9متر برای اقطار 600 میلیمتر و بیشتر تولید می شوند. بنابراین برای اتصال لوله ها به یکدیگر و یا به متعلقات، استفاده از اتصالی الزامی است. متذکر می گردد که لوله های چدن نشکن با شاخه های با طول بیش از 6 متردر شرایط حاضر در ایران تولید نمی شوند.
مزایای این لوله ها عبارتند از :

• قابلیت اطمینان و مقاومت زیاد در برابر خورندگی

• مقاومت در مقابل نیروهای خارجی

• سادگی نصب به سبب وجود اتصالات نر و مادگی و اتصالات مکانیکی

معایب این لوله ها عبارتند از :

• سنگین بودن وزن آنها و در نتیجه صرف هزینه زیاد در حمل و نقل

• عدم آب بندی واشرها در مدت طولانی

• مشکل تهیه آنها در سایزهای بالا

لوله های فولادی

لوله های فولادی نیز در صنعت آب و فاضلاب کاربرد زیادی دارند . لوله های فولادی برحسب تکنولوژی ساخت شامل سه نوع کلی به شرح زیر می باشند:

لوله های فولادی بدون درز

لوله های فولادی بدون درز، در اقطار کوچک و از طریق نورد گرم تولید می شوند و برای فشار کارهای زیادکاربرد فراوان دارند. لذا این قبیل لوله ها در شبکه های توزیع آب و تاسیسات شهری کمتر مورد استفاده می باشند.

لوله های درز مستقیم

لوله فولادی درز مستقیم از طریق فرم و لوله کردن ورقه های تخت فولادی تولید شده و در اقطار مختلف ساخته می شوند، در این روش از طریق پرس، ابتدا ورق تخت فولادیU و سپس به صورت O تغییر شکل داده می شود و محل درز حاصل از تماس دو لبه ورق که در امتداد طول لوله می باشد، جوشکاری می گردد.

لوله های اسپیرال

لوله های فولادی اسپیرال از طریق پیچاندن و نورد نمودن نوارهای فولادی توسط ماشین مخصوص و درداخل قالب مربوط ساخته می شوند. در این روش، درز بین دو لبه دو طرف ورق که به صورت مارپیچ حول محور لوله می باشد، جوشکاری می گردد. در ساخت این لوله ها، محدودیت عرض ورق نورد شده کاهش می یابد. در سالهای اخیر، ساخت و کاربرد این نوع لوله در ایران گسترش زیادی یافته است.
 لوله های فولادی در خطوط انتقال آب و نفت و گاز کاربرد زیادی دارند و در اغلب خطوط آبرسانی بخصوص لوله های اصلی، سیفون و یا فشار کار بالا از لوله های فولادی استفاده می گردد. 
تولید این لوله ها طبق استانداردهایDIN ، API،  ASTMو از جمله2460  DIN انجام می گیرد و محدوده وسیعی از اقطار متنوع و ضخامت دیواره لوله را شامل می شود.
 در ایران این لوله ها تا قطر 1400 میلیمتر در کارخانه لوله سازی اهواز تولید می شوند. اخیراً گروه صنعتی سدید در استان هرمزگان اقدام به نصب ماشین آلات یک کارخانه لوله سازی به روش اسپیرال نموده که قادر به تولید لوله های فولادی تا قطر 3000 میلیمتر و ضخامت 4/25 میلیمتر می باشد. بعلاوه این لوله ها تا قطر2000 میلیمتر و ضخامت 4/25 میلیمتر و به روش اسپیرال در تهران، یزد و ساوه نیز در حال تولید می باشدو امکانات اندود داخل و خارج نیز موجود است. بدلیل ساخت لوله ها در محدوده وسیعی از قطر و ضخامت دیواره ها، دامنه انتخاب اندازه مناسب برای شرایط ظرفیت و فشار کار طرح بسیار گسترده است. انعطاف پذیری و قابلیت بریدن وجوش دادن فولاد برای تهیه شکل های مناسب در موارد مختلف مثل مجموعه شیرآلات، عبور از رودخانه و یا جلوگیری از صدمات وارده در زمان اجرای لوله بسیار مفید می باشد. لوله های فولادی معمولاً در طول های 6 تا 12 متر تولید می شوند که سبب کاهش هزینه نصب و تعداد اتصالات درطول خط لوله خواهد شد. عیب عمده این لوله ها ضعف آنها در مقابل خوردگی ناشی از تماس با آب یا خاک خورنده می باشد و به همین دلیل در صورت استفاده از این لوله ها استفاده از اندود داخلی و پوشش خارجی مناسب و حفاظت کاتدی اجتناب ناپذیر خواهد بود. لوله های فولادی با درز مستقیم و اسپیرال در طول های بین 10 تا 12 متر تولید می شوند.

مزایای کاربرد این لوله ها عبارتند از

• مقاومت در مقابل ضربه

• مقاومت در برابر فشار

• مقاومت در برابر ازدیاد حجم

• سهولت لوله ها

• تحمل فشارهای خارجی

• قابلیت تغییر شکل

معایب این لوله ها عبارتند از

• خوردگی جداره داخلی و خارجی

• زبری

• رسوب پذیری

لوله های پلی اتیلن

پلی اتیلن از پلیمریزاسیون اتیلن و اولفین به همراه دوده آنتی اکسیدان تهیه می شود. لوله های پلی اتیلن درکشور به سه صورتPE 63 ،  PE 80و PE100 تولید می گردد. اختلاف پلی اتیلن های فوق الذکر دردانسیته موادی است که به کار برده می شود. مواد اولیه PE 63 و PE 80 در ایران تولید می شود، اما مواداولیه PE100  توسط کارخانه های لوله پلی اتیلن از کره، اتریش و سوئد خریداری می شود که بعضاً نوع اروپایی، مرغوبتر اعلام شده وگرانتر نیز می باشد. ( در سالهای اخیر مواد PE100 سفید و مواد PE100 مشکی نیز در ایران تولید میشود و در زمان نگارش این مقاله تولید نمیشده است )
بر اساس نوع پلی اتیلن به کار رفته، ضخامت و وزن واحد طول لوله ها نیز متفاوت خواهد بود،  به گونه ای که در یک فشار کاری برابر، لوله هایPE100  دارای ضخامت و وزن واحد طول کمتری نسبت به لوله های پلی اتیلنPE80 در اقطار مشابه می باشد، لذا در اقطار مشابه وزن لوله های PE100 ازPE80 کمتر خواهد شد. در سال های اخیر استفاده از لوله های پلی اتیلن در شبکه های آب و فاضلاب شهری و خطوط انتقال آب معمول شده است.
لوله های پلی اتیلن در دو نوع نرم (Low density)و سخت (High density) تولید می شوند که در آبیاریها لوله های سخت مورد مصرف بیشتری دارند.
طول عمر لوله های پلی اتیلن از لحاظ استاندارد 50 سال خواهد بود، لیکن مطالعات و بررسی های اخیرنشان داده است که طول عمر 20 تا 30 سال به جهت رشد سریع تغییرات زیست محیطی واقعی تر می باشد. شایان ذکر است برخی از کارخانجات تولید کننده لوله های پلی اتیلن عمر مفید 100 ساله را برای لوله های پلی اتیلن تولیدی قائل شده اند.
لوله های پلی اتیلن هنگام حمل می بایست با نوارهای محکم به هم بسته شده و از استفاده از هرگونه نوار یاتسمه یا زنجیر فلزی خودداری گرد. تخلیه و بارگیری لوله حتی المقدور باید به وسیله لیفتراک و باجرثقیل های مخصوص انجام شود. کلافها باید به صورت عمود و با کمی زاویه به دیوار چیده شوند.
عرض ترانشه ای که برای کارگذاری لوله های پلی اتیلن حفر می شود می بایست 40 سانتیمتر بزرگتر از قطرلوله و ضخامت بستر ماسه باید حداقل 15 سانتی متر باشد. روی لوله حداقل 30 سانتی متر از ماسه نرم ریخته شود و سپس روی آن از خاک مناسب پرگردد.  لوله ها می بایست طبق یک مشخصات فنی مناسب نصب گردند.
لوله پلی اتیلن معمولاً به صورت دو سر ساده تولید می شوند. لذا برای ایجاد اتصال بین دو شاخه، لازم است سر ساده یک شاخه لوله به سر ساده دیگر با نوعی اتصالی به یکدیگر متصل شوند.
مزایای این لوله ها عبارتند از:

• لوله های (PE) کلاس (10اتمسفر) قادر است حرارت (70+) درجه سانتی گراد را تا سرما(20+)درجه سانتی گراد تحمل کند.

• انعطاف پذیری

• مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی

• عدم رسوب پذیری

• عایق در برابر صوت

• مقاومت در برابر ارتعاش

• مقاومت درمقابل سایش

• اصطکاک پائین

• وزن مخصوص کم

• سهولت نصب و اجرا

معایب این لوله ها عبارتند از :

• مانند لوله های(P.V.C)  در برابر اشعه ماورابنفش مقاومت ندارد و در اثر تابش آفتاب شدید ومداوم، ترک های طولی در آن ایجاد می شود.

• در برابر نیروهای برشی مقاوم نیست.

در ضمن لوله های پلی اتیلن درکارخانه های مختلف داخل کشور به طور معمول تا قطر 400 میلیمتر وحداکثر فشار کار 16 اتمسفر تولید می شوند.
( این اطلاعات بسیار قدیمی است و در حال حاضر در صنعت تولید لوله پلی اتیلن پیشرفتهای بسیاری داشته‌ایم )

لوله های فایبرگلاس

لوله های فایبر گلاس از سال 1365 در ایران تحت لیسانس شرکت Owens corningtech که خود بزرگترین تولید کننده این نوع لوله در جهان می باشد در اقطار 300 تا 2400 میلیمتر بر اساس فرآیند پیشرفته الیاف پیچی به روش پیوسته (continuous filament winding) تحت استانداردهای پیشرفتهASTM ،AWWA ،DIN ،BS ،….  تولید می شوند.
فرآیند مزبور امکان استفاده از الیاف پیوسته شیشه در پیرامون لوله به همراه الیاف بریده شده ناپیوسته (CHOP) که در جهات مختلف در ترکیب لوله قرار می گیرند را فراهم می آورد. در این روش با استفاده از فن آوری کسب شده از متخصصان امر، از 3 نوع مواد اولیه اصلی جهت ایجاد لایه ای فشرده با حداکثر کارآیی استفاده می شود. علاوه بر رزین، الیاف شیشه ای پیوسته و الیاف بریده شده با هم برای ایجاد استحکام حلقوی بالا و تقویت استحکام محوری به کار می روند.
مزایای این لوله ها عبارتست از:

• مقاومت زیاد در برابر خوردگی و عدم احتیاج به پوشش های داخلی، خارجی عمر مفید 50 ساله و در نتیجه حداکثر بهره وری اقتصادی

• وزن کم و کاهش هزینه های بارگیری و حمل و نهایتا هزینه کمتر نصب و بهره برداری

• ضریب پایین اصطکاک که سبب کاهش هزینه های پمپاژ، کاهش هزینه های بهره برداری و کاهش هزینهرسوب زدایی خواهد بود

• اتصالات کوپلینگی دو واشره مقاوم در برابر خوردگی

معایب این لوله ها عبارتست از :

• مقاومت کم در برابر بارهای ترافیکی موجود در شهر معابر شهر و امکان شکستگی فراوان لوله ها

• مشکلات بهره برداری ناشی از عدم امکان آب بندی مناسب اتصالات آن

• سهولت سوراخ نمودن این نوع لوله ها جهت برداشت آب به صورت انشعابات غیر مجاز

لوله های پی وی سی سخت

 PVCقسمتی از یک گروه مواد گسترده، پیچیده، و دائما در حال پیشرفت به نام پلاستیکها می باشد. مواد پلاستیکی مانند فلزات و دیگر مواد خطوط لوله، یک دامنه وسیع از خصوصیات را دارا می باشد که آنها را به کاربردهای خاص هدایت میکند. از نظر ساختار، مواد پلاستیکی استفاده شده برای تولید لوله میتوانند خصوصیاتی از دامنه نرم و قابل انعطاف تا سخت و شکننده از خود نشان دهند. 
لوله های پلاستیکی میتوانند به دو گروه اصلی تقسیم شوند، ترموپلاستیک و ترموست.
ترموپلاستیکها، همانطور که نامشان نشان میدهد، در اثر حرارت نرم شده و هنگام سرد شدن سخت می شوند. آنها میتوانند به سرعت تغییر شکل داده شوند، اما مراحل فرایند دوباره باید کنترل و محدود شودتا از ابقاء خصوصیات اولیه اطمینان حاصل شود.
PVC ترموپلاستیکی است که با استفاده از روش اکستروژن تولید میگردد. توانائی دوباره حرارت دادن و دوباره شکل گرفتن، لوله ها PVC را قادر میسازد با یک عملیات بعد از اکستروژن، به تدریج از انتها پهن شده و برای اتصال به یکدیگر آماده شوند. اتصالات PVC عموماً توسط روش تزریق مذاب یا به وسیله نصب قطعات مذاب یا اکسترود شده تولید می شوند.
پلاستیکهای ترموست فقط یک بار از یک مرحله پلاستیک نرم عبور میکنند، بعد به صورت غیر قابل برگشت سخت می شوند و نمی توانند بدون تخریب دائمی دوباره نرم شوند.

ویژگی های لوله های پی وی سی سخت 

مقاومت در برابر مواد شیمیایی

لوله هایPVCدر دامنه وسیعی از معرفهای شیمیایی تا 140 درجه فارنهایت مقاومت نشان میدهند و درمقابل مواد شیمیایی که عموما در خانه ها یافت و استفاده میشوند مقاوم هستند. برخی کاربردهای صنعتی یک ارزیابی از مقاومت شیمیایی را گواهی میکنند .گواهی کیفیت مقاومت شیمیاییPVCدر استفاده مکررآن به عنوان آستری محافظ برای مواد دیگر لوله سازی می باشد

قابلیت انعطاف

مقاومت لوله هایPVC  نسبت به شکستگی یک مزیت موثر بسیار مهم می باشد. با وجودیکه لوله هایPVC از کمپاند PVC سخت )پلاستی سایز نشده( ساخته شده اند، خود لوله قادر است بدون شکستگی زیر بار قرار گیرند. مدول الاستیسیته برای PVC یک مزیت اساسی برای کاربردهای زیر زمینی است خصوصا در جائیکه حرکت خاک یا لرزش پیش بینی میشود.

مقاومت کششی در زمان طولانی

کمپاندهای لوله PVC طوری فرموله شده اند که مقاومت کششی در زمان طولانی بدست می آورند. اساس طراحی هیدرواستاتیکی برای PVC دو یا سه برابر بیش از دیگر مواد تولید لوله ترموپلاستیک می باشد.

مقاومت در برابر سائیدگی / فرسودگی

لوله های PVC مقاومت بالایی در مقابل سایش و فرسودگی از خود نشان می دهند. لوله های PVC درموقع انتقال مایعات ساینده دوام بیشتری نسبت به فلزات، بتن و خاک رس از خود نشان میدهند.

مقاومت در برابر ضربه

در شرایط نرمال، لوله های PVC مقاومت نسبتا بالایی در مقابل خطر ضربه نسبت به لوله های ساخته شده از خاک رس، بتن و بیشتر مواد مشابه از خود نشان میدهند.
اگرچه لوله های PVC کاهش مقاومت در برابر ضربه در دماهای بسیار پایین دارند، اما مقاومت آنها بیش ازمواد معمول دیگر در لوله بیشتر است.

ضریب اصطکاک

لوله های PVC سطح دیواره صافتری ایجاد میکنند که اصطکاک مایع و مقاومت مایع را کاهش میدهند این صافی هیدرولیکی از ایجاد رسوب در دیواره فاضلاب و ایجاد برجستگی و پوسته در کانال اصلی شبکه آب جلوگیری میکند. نتیجه نهایی هزینه تعمیرات پایین و طراحی موثرتر اولیه خطوط لوله است.

عایق حرارتی

PVC دارای هدایت حرارتی پایین تری از مواد لوله سازی دیگر است. این خصوصیت لوله های PVC را برای کاربردهای عایق حرارتی مطلوب تر میسازد.

 نسبت استحکام به وزن بالا، وزن سبک

لوله های PVC از مزیت وزنی واضحی برخوردارند که یک مشخصه ایمنی خاص می باشد. توانایی ماده برای حمل شدن بسیار ساده تر نیاز به کارگر را به حداقل رسانده و باعث پایین آمدن هزینه نصب و حمل و نقل میشود. یک نفر به راحتی میتواند دو لوله PVC،4 اینچی به طول 20 فوت را حمل کند، اما کمتر از5 فوت از لوله 4 اینچ آهنی میتواند با نیروی مشابه حمل گردد.

 طولهای بیشتر

لوله PVC عموماً در طولهای 13 فوت یا 20 فوت در دسترس می باشد و باعث کاهش تعداد اتصالات لازم در مقایسه با لوله های دیگر می باشد. اتصالات کمتر باعث تسریع و راحتی بیشتر نصب، اصطکاک هیدرولیکی کمتر و کاهش نشت میشود.

 کیفیت آب

طبیعت غیر خورنده لوله PVC و مقاومت به حملات شیمیایی باعث می شود هیچ واکنشی با آب آشامیدنی نداشته باشد.  لوله های تحت فشار PVC نیز کیفیت آب راتغییر نمیدهند. هیچ ضایعات خوردگی در لوله های PVC دیده نمی شود. لوله های آب PVC به صورت گسترده در آبهای خورنده آزمایش شده اند تا مزایای امنیت آنها تصدیق شود.

 مقاومت دربرابر زلزله

فرسایش خاک در هنگام حرکت می تواند بسیار شدید باشد. حرکت دراثر انبساط یا انقباض، یخ زدن و زلزله می تواند رخ دهد و خاک را به محیط بسیار فرساینده برای لوله تبدیل کند. اگر خط لوله قابلیت انعطاف کافی یا مقاومت کافی نداشته باشد، شکسته میشود. تجربیات در مورد لوله های معمولی عدم مقاومت آنها رادر این شرایط نشان میدهد.

مزیت های اتصالات پی وی سی

لوله های پی وی سی، معولاً با تمامی اتصالات معمول در لوله گذاری سازگار می باشند. لوله پی وی سی می تواند بطور مستقیم در اتصالات با قطر متغیرویا از جنس دیگر مثل اتصالات آهنی قرار بگیرد. هیچگونه فلنج یا محافظی برای نصب لوله های پی وی سی به اتصالات لازم نیست.
اتصالات لوله های پلی اتیلن بخاطر سخت وانعطاف ناپذیر بودن ونیز بخاطر بالابودن خزش پلی اتیلن نمی توانند اتصالات دائمی وبا دوامی باشند لذا در آینده به احتمال زیادی نشتی پیدا می کنند. مگر اینکه نقطه اتصال به روش های خاصی پایدار شده باشد.
هزینه نصب اتصالات ونیز هزینه تعمیرات نگرانی مداومی برای صنایع آب بوده است. در مورد لوله های پی وی سی قسمتی که نیاز به تعمیر دارد بریده شده ودور انداخته می شود و به جای آن قطعه ای نو از پی وی سی جایگزین می شود واتصال شبکه بر قرار می گردد.
در مورد پلی اتیلن ذوب گرمایی برای تمامی کاربرد ها پیشنهاد می شود اما این به شرطی است که شرایط تعمیر اجازه چنین کاری را بدهد. از طرفی نه تنها برای اجرای خطوط لوله و نصب در لوله های پلی اتیلن نیاز به افراد متخصص داریم بلکه برای تعمیرات نیز به وجود این افراد نیاز است. هنگامی که دونوع(گرید)متفاوت از پلی اتیلن بخواهند به هم جوش داده شوند تمهیدات خاصی می بایست در نظر گرفته شود چون انواع مختلف پلی اتیلن شاخص های مذاب متفاوتی برای اتصال صحیح ودرست دارند و مدت زمان نسبتاً طولانی برای ذوب و سرد شدن محل اتصال مورد نیاز است، در این مدت می بایست محل اتصال بدون حرکت بماند و تحت فشار نیز باشد.
لوله های PVC از طریق سوکتی با پوش فیتی به هم یا به اتصالاتشان متصل می گردند و نصب آنها سریع وآسان می باشد و از نظر قیمت بسیار با صرفه هستند و در هر شرایط آب و هوایی نیز قابل اجرا می باشند. اما لوله های پلی اتیلن غالباً بصورت جوشی به هم متصل می شوند که به دستگاه ویژه ای برای جوش ونگهداری لوله در حین جوش نیاز دارند. این امر زمانبر نیز می باشد زیرا ابتدا باید لوله گرم شود و سپس درهمان حالت سرد گردد.

مزایای محیطی

در تولید PVC به عنوان یک ماده اولیه انرژی کمتری مصرف می شود. بیش از نیمی از مواد اولیه استفاده شده در تولید رزین از نمک تولید میشوند که منابع محدود ندارند. به صورت مشابه، لوله PVC در تولید و حمل با استفاده کمتر از منابع غیرقابل تمدید نسبت به دیگر مواد به صرفه تر هستند. درهرحال یک انقلاب کامل از سودمندیها در طول عمر محصول از تولید تا تخریب ارائه داده میشود. با طبیعت بادوام ماده، طول عمر زیادی برای لوله PVC فراهم است که اساسا سوالات در دسترس را حذف میکند. با وجود این که PVC قابل بازیافت است با بازار موجود برای مواد بازیافتی، مواد نو به صورت مداوم تولید میشوند.
مقاومت در برابر شعله: لوله PVC به سختی آتش میگیرد در صورتیکه در معرض شعله مستقیم قرار بگیرد به محض دور شدن شعله خاموش می شود. دمای شعله ور شدنPVC ، 850 درجه فارنهایت می باشد که بالاتر از دمای بیشتر مصالح ساختمانی است.
لوله PVC بعضاً به عنوان خود خاموش شونده شناخته میشود چون محصولات ناشی از احتراق بلافاصله با اکسیژن موجود ترکیب شده و شعله را میبلعند.
در اثر سوختن PVC پیرولیز صورت گرفته و گاز HCl متصاعد میگردد. این گاز در هنگام فرآیند به دو صورت مانع از اشتعال میشود در ضمن آنکه خود گازHCl اشتعال پذیر نیست (Incombustible) و از دسترسی اکسیژن به منطقه مشتعل شده جلوگیری میکند. همچنین این گاز با رادیکالهای آزاد مانند HO واکنش داده، بنابراین به عنوان خاتمه دهنده واکنش انتشار عمل میکند. در استاندارد2863 ASTM D اندیس اکسیژن برای سوختن پلیمرها(LOI) داده شده است.
برای سوختن PVC حضور 45 تا 49 درصد اکسیژن در اتمسفر اطراف آن الزامیست و این مقدار برای PE  برابر با4/17 درصد است LOI . کمتر از 20 درصد به معنی قابلیت سوختن در هوای آزاد است. یعنی پلی اتیلن در اتمسفر معمولی پس از دور کردن منبع حرارتی به سوختن خود ادامه می دهد، در صورتیکه در PVC پس از دور کردن منبع حرارتی به خودی خود خاموش می شود. بنابراین PVC از این لحاظ یکی از بی خطرترین پلیمرها می باشد.
یکی دیگر از تست ها 1929 Ignition Properties of Plastics می باشد. در استاندارد 1929 ASTM D دمای آتشگیری ناگهانی نشان داده می شود. در این تست ماده در کوره ای که هوای داغ درآن جریان داردقرار داده می شود و دمایی که در آن پلیمر با نزدیک کردن شعله کوچکی دچار احتراق می شود به دست می آید. دیده می شود PVC نیاز به دمای بالاتری برای محترق شدن نسبت به PE دارد.

مقایسه فنی لوله ها

به منظور انتخاب لوله مناسب طرح بین لوله های قابل استفاده در طرح مقایسه فنی صورت گرفته است. نتایج این مقایسه بصورت خلاصه در جداول شماره 1 و 2 منعکس شده است.
 

جدول (1) مقایسه خواص مکانیکی لوله ها

جدول(2) مقایسه لوله ها

ملات ماسه سیمان در لوله چدن داکتیل در کارخانه اجرا می شود و کیفیت سطح داخلی آن با لوله فولادی متفاوت است.

5- امتیازدهی به جنس لوله
بر اساس پیش نویس ضوابط طراحی سامانه های انتقال و توزیع آب شهری و روستایی نحوه امتیاز دهی به لوله ها به شرح جدول ذیل می باشد:

جدول (3) امتیازدهی به جنس لوله

درجه اهمیت : (5/0)خیلی خیلی کم– (1) خیلی کم– (2) کم- (3) متوسط- (4) زیاد- (5) خیلی زیاد
امتیاز : عالی یا خیلی زیاد (4) ، خوب یا زیاد (3) ،متوسط یا کم (2) ، ضعیف یا خیلی کم(1)
در مقایسه جنس لوله ها به عنوان مثال برای فشاری معادل 35 بار تنها لوله فولادی می تواند به عنوان گزینه قابل قبول مطرح شود، اما در این طرح با توجه به فشار حداکثر 16 بار، نیازی به این اولویت دهی نمی باشد. در صورتیکه تمام امتیاز ها معادل 4 در نظر گرفته شود. امتیاز کل معادل 250 خواهد بود.
– امتیاز داده شده عینا همانند پیش نویس ضوابط طراحی سامانه های انتقال و توزیع آب شهری و روستایی  می باشد.

شکل شماره (1) مقایسه امتیاز لوله ها از نظرفنی

براین اساس جنس لوله از نظرفنی به ترتیب : فولادی، پلی اتیلن، چدن داکتیل، UPVC، GRP و سپس بتنی می باشد. این مقایسه بدون ملاحظات اقتصادی می باشد، در ادامه هزینه تهیه، حمل، نصب و حفاظت لوله ها در مقابل خوردگی نیز مد نظر قرارگرفته و مقایسه ای صورت خواهد گرفت.

مقایسه اقتصادی لوله ها

باتوجه به تنوع لوله های تولیدی، درمقایسه اقتصادی لوله های پلی اتیلن، فولادی، چدن داکتیل، 
و GRP درنظر گرفته شده اند که دراین مقایسه اقتصادی موارد زیر منظور شده است :
الف- هزینه کارگذاری لوله های GRP ، فولادی و چدن داکتیل از فهرست بهای خطوط انتقال آب سال 1395 و لوله های پلی اتیلن از فهرست بهای شبکه توزیع آب سال 1395 با اعمال ضرایب بالاسری، منطقه ای و تجهیز کارگاه استفاده شده است.
ب- ازهزینه های متفرقه کارگذاری لوله ها به دلیل مشابهت درکارگذاری لوله های مختلف صرفنظرشده است. 
ج- قطر اسمی لوله های پلی اتیلن معادل قطر خارجی و قطر اسمی سایر لوله ها معادل قطر داخلی می باشد.

نتیجه گیری

انتخاب لوله مناسب طرح

با توجه به مقایسه فنی و اقتصادی ارائه شده در بندهای قبل، لوله‌ GRP و UPVC در قطرهای بالای 400 میلیمتر، و لوله پلی اتیلن در قطرهای زیر 400 میلیمتر اقتصادی می باشند. ذکر این نکته ضروری است که این نوع  لوله ها بدلیل ضعف فنی نسبت به لوله‌های پلی‌اتیلن از جهت دوام و سهولت کارگذاری، معمولاً در امور آبرسانی در اقطار پایین توصیه نمیگردد. از اینرو با در نظرگرفتن موارد مطرح شده در این مقاله در خصوص نوع و ویژگی لوله های مختلف و هزینه های حمل و بارگیری وکارگذاری لوله و شرایط محیطی منطقه مورد بررسی ( شهرستان امیدیه ) می توان گفت بدلیل اینکه  لوله پلی اتیلن  PE100 دارای تحمل فشار داخلی و خارجی بالا، قیمت نسبتاًمناسب و سهولت اجرا و تجربه طولانی اجرا در پروژه های آبرسانی را باخود دارد، لذا مناسب ترین لوله برای شبکه آبرسانی و توزیع در شهرستان امیدیه از نوع پلی اتیلن 10 اتمسفر PE100  می باشد.

منابع

1)    نشریه شماره 303 امور نظام فنی سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور
2)    منزوی، محمد تقی. آبرسانی شهری، انتشارات دانشگاه تهران، 1308.
3)    مجموعه کاتالوگهای شرکت الپای آبادان ( تولید کننده لوله های پلی اتیلن )
4)    مجموعه کاتالوگهای شرکت پارس اتیلن کیش )تولیدکننده لوله های پلی اتیلن(
5)    حیدر  نژاد، قاسم. دلفانی، شهرام. لوله های پلیمری، انتشارات مرکز تحقیقات ساختمان و  مسکن، 1389.
6)    سامانه‌های لوله‌گذاری برای کاربردهای آبرسانی
7)    فاضلاب و زهکشی تحت فشار – پلی اتیلن (PE) –  قسمت 2 : لوله ها
8)    استاندارد ملی ایران شماره 2-42427لاستیک ها –  سامانه های لوله گذاری برای کاربردهای آبرسانی
9)    BS EN ISO 14692: Petroleum & Natural gas industries – Glass reinforced Plastics (GRP), part 1,2,3,4. 2002.