صنعت لوله سازی

با شهری شدن جوامع و نیاز به انتقال آب در مسافت های طولانی و همچنین هدایت فاضلاب به مسیرهای دورتر از شهر استفاده از انواع لوله بیشتر شده است. استفاده از لوله هایی با سایزهای مختلف با توجه به حجم آب، هزینه، حمل و نقل و موارد دیگر می باشد که باید با دقت در انتخاب همراه گردد. لوله هایی که بتوانند در شهرهای بزرگ هدایت آب و فاضلاب را در حجم بالا انجام دهند و از طرفی در منازل و ساختمان ها با حجم کم انتقال سریعتری داشته باشند.

برای هر پروژه آب و فاضلاب یک لوله مناسب وجود دارد. زیرساخت‌های کهنه و قدیمی (پیری زیرساخت‌ها) یکی از مهم‌ترین نگرانی‌ها در دنیای آب و فاضلاب است. در پروژه‌های بلند مدت مانند تعویض لوله، که طول عمر آن می تواند بیش از ١٠٠ سال باشد، انتخاب مواد مناسب بسیار مهم است. متداول‌ترین مواد برای ساخت لوله ها و اتصالات اصلی آب عبارتند از، فلز (چدن، چدن نشکن، فولاد و…) لوله‌های سفالی و بتنی(رس سفالی، بتن مسلح و سیمان آزبست) و پلاستیک (PVC، HDPE و فایبرگلاس).

لوله های چدن نشکن

در حال حاضر بیش از ۶٠٠ شهر با سیستم‌های چدنی با قدمت ١٠٠ ساله و بیش از ٢٠ شهر از لوله هایی با عمر ١۵٠ سال از لوله های چدن استفاده می‌کنند. چدن بسیار شکننده است و حرکات زمین و عبور خودروهای سنگین مانند کامیون ها طول عمر لوله های چدنی را کاهش می دهند. همچنین یخ زدگی و انبساط آب، بیشترین آسیب را به شبکه های آبرسانی چدنی وارد می کنند. چکش پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت جوشکاری، وزن کمتر و مقاومت حدودا دو برابری نسبت به چدن موجب جایگزینی لوله های چدنی با لوله های چدنی نشکن شده‌ است، که تا حد زیادی معایب آن را پوشش می دهد. انعطاف پذیری، استحکام و شکنندگی کمتر لوله چدن نشکن نسبت به چدن بیشتر است. بنابراین چدن نشکن می تواند شوک های ناشی از ضربه و ارتعاشات را بهتر کنترل کند و کمتر در معرض شکست در شرایط انجماد قرار بگیرد. لوله چدن نشکن با وجود استحکام، دربرابر فرسایش ناشی از اسیدها دچار خوردگی می شوند. برای مقابله با این مشکل، قسمت داخلی لوله ها را با پوششی از ملات سیمان می پوشانند. می توان برای مقاومت خارجی در برابر خوردگی از محافظ های پلی اتیلن (تماس کمتر لوله با خاک) استفاده کرد. لوله‌های چدنی دارای بیشترین عمر مفید در بین تمام محصولات موجود در بازار هستند. چدن نشکن مستحکم و بادوام است. لوله ای مناسب برای فشار وارده طی سال‌های متمادی است. نصب آن بسیار آسان و ایمن است.

مزایای زیست محیطی چدن نشکن:

١. از بازیافت فلزات و آهن قراضه ساخته می شوند.

٢. از ٩۵ درصد محتوای بازیافتی تولید شده و ١٠٠ درصد قابلیت بازیافت دارد.

٣. استفاده بلند مدت از آن برای سلامت افراد خطری ندارد.

۴. با استفاده از لوله های چدن نشکن تا ٣٨ درصد در مصرف انرژی صرفه جویی می شود که این صرفه جویی منجر به کاهش انتشار دی اکسید کربن می‌شود.

۵. این لوله ها مواد شیمیایی مضر به آب آشامیدنی نمی افزایند.

لوله های فولادی

این لوله ها از لوله‌های چدن نشکن هزینه بیشتری دارند. همچنین در برابر زنگ زدگی و خوردگی مقاوم، سبک و محکم هستند. لوله‌های فولادی سابقه طولانی در ایالات متحده دارد و به دلیل مقاومت عالی در برابر فشارهای داخلی و خارجی، بسیار شناخته شده است. از لوله‌های فولادی با قطر زیاد، اغلب برای کاربردهای آب و فاضلاب استفاده می شود. مانند سایر لوله‌های فلزی، فولاد هم مستعد خوردگی است، بنابراین هنگام استفاده در شبکه‌های آب با پوشش آسفالت پوشانده می شود تا در برابر آب اسیدی محافظت شود. لوله‌های فولادی معمولا ترک نمی‌خورند و زیر بارهای غیرطبیعی، به جای شکستن خم می شوند. لوله‌های فولادی را می توان با جوش دادن به یکدیگر متصل کرد. مشکل اساسی این لوله‌ها حساسیت نسبت به دما است. با این حال، به دلیل مقاومت بیشتر آنها امکان ساخت لوله‌هایی به قطر بیشتر در این لوله ها بیشتر است.

لوله‌های سفالی لعابدار

لوله‌های سفالی لعابدار یا سرامیکی قدیمی ترین نوع لوله‌های فاضلاب و آبرسانی در طول تاریخ هستند (۶٠٠٠ سال پیش در بین النهرین). از ابتدا، لوله‌های سفالی برای مصارف فاضلاب مورد استفاده قرار می گرفتند که هنوز هم در بعضی نقاط فعال هستند. برای اطمینان از خرد نشدن و نشکستن و نشت نکردن، لوله‌های سفالی به دیواره های ضخیم طراحی و ساخته می شدند. این امر منجر به وزن زیاد در هر فوت خط لوله شده که برای جلوگیری از هزینه‌های حمل و نقل، نیاز به تولید محلی بود. مواد ساخت لوله‌های سفالی خاک رس، آب و چند ماده آلی تشکیل شده که به طبیعت آسیبی نمی رساند. با محصور کردن آن در بتن، مقاومت مضاعف در برابر فشارهای وارده ایجاد می شود.
لوله‌های سفالی لعابدار در محیط‌های بسیار خورنده، حتی در حضور گازهای فاضلاب و مواد شیمیایی حلال، کارایی دارند. تنها ماده شیمیایی شناخته شده موثر بر این لوله‌ها، اسید هیدروفلوئوریک است، که به احتمال زیاد در فاضلاب‌های بهداشتی وجود ندارد. بسیاری از کارخانه‌های آبجوسازی به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و تغییرات دمایی مورد استفاده قرار می گیرند. لوله‌های سفالی لعابدار بر اساس مقاومت در برابر خوردگی و طول عمر ارزش گذاری می شوند. با این حال، این لوله‌ها محدودیت‌هایی نیز دارند، طول لوله ها نمی تواند بیشتر از ١٠ فوت باشد و نسبت به حرکت شتابدار آب ضعیف هستند.

لوله‌های بتنی

بتن که یکی از متداول‌ترین مصالح ساختمانی در جهان است. این نوع لوله‌ها در درجه اول برای آب آشامیدنی استفاده می شود. بتن از نظر فشاری نسبتا قوی است، اما از نظر کشش ضعیف است. بنابراین، فشار به این خط لوله‌ها باعث ایجاد خم در بخش یا تمام لوله می شود، مگر اینکه لوله با شبکه فولادی تقویت شود. خصوصیات گفته شده و مقاومت ایجاد شده به وسیله فولاد، آن را برای خطوط لوله انتقال آب با قطر بزرگ و فاضلاب‌ها ایده آل می کند. لوله بتن آرمه می تواند به قطر ٢٠ فوت باشد. لوله‌های بتن آرمه برای اولین بار در اوایل قرن ٢٠ در ایالات متحده ساخته شد. لوله‌های بتنی، قوی، سنگین و دارای عمر طولانی (بالای ١٠٠ سال) هستند. مقاومت این سیستم لوله کشی، ٨۵ درصد به مقاومت خود لوله و ١۵ درصد به پوشش خاک اطراف لوله بستگی دارد، که آن‌را به یک کاندیدای مناسب برای محیط‌های کم ارتفاع و باتلاقی تبدیل می کند. مزیت این لوله‌ها دوام، قدرت، طول عمر و جریان بسیار عالی به دلیل سطح صاف است.
لوله‌های آزبست

لوله‌های آزبست از سیمان، ماسه و الیافی معدنی به نام آزبست (پنبه نسوز) ساخته می‌شوند. این نوع لوله به علت قیمت تمام شده پائین در سالهای گذشته بیشترین مورد مصرف را در شبکه های آبرسانی داشته است. لوله‌های آزبست در برابر فشار داخلی و خارجی و همچنین ضربه آسیب پذیر بوده و دارای خاصیت رسوب پذیری نسبتاً بالائی می‌باشند ولی در برابر عوامل شیمیائی و خوردگی بسیار مقاومند. همچین به علت وجود سیمان در این نوع از لوله در مجاورت آب بر مقاومت و استحکام آن افزوده شده و به همان نسبت در برابر آفتاب و خشکی هوا از مقاومت و استحکام آن کم می‌شود. تفاوت لوله سیمان آزبست با بتن معمولی از این جهت است که از دوغاب مخلوط متشکل از چهار پنجم سیمان پورتلند و یک پنجم الیاف آزبست کریزوتیل درجه متوسط تشکیل شده است. الیاف آزبست به عنوان ماده تقویت کننده عمل می‌کند و نیاز به تقویت با فولاد را از بین می برد. لوله سیمان آزبست به دلیل مزایای فیزیکی فراوان (سبکی، بدون خوردگی و زنگ زدگی، سهولت ساخت، هزینه کم و…) از محبوبیت برخوردار است. با این حال، قرار گرفتن در معرض آزبست توسط کارگران کارخانه تولیدی و مصرف کنندگان نهایی که آب خود را از طریق این لوله‌ها تأمین می‌کنند، برای محیط زیست و برای سلامتی انسان بسیار خطرناک است.

لوله‌های HDPE پلی اتیلن سنگین

لوله‌های پلی اتیلن با چگالی بالا در دو نوع خرطومی و یکپارچه تولید می شوند. لوله‌های خرطومی به طور معمول برای تخلیه فاضلاب بهداشتی استفاده می شود. لوله‌های HDPE بر اساس درجه بندی SDR ( نسبت قطر داخلی لوله به ضخامت دیواره لوله) طبقه بندی می شوند. این نوع لوله‌ها علاوه بر مقاومت در برابر الکتریسیته ساکن، در برابر بارهای ضربه ای نیز مقاوم هستند. پلی اتیلن با استفاده از رزین اتیلن و با روش الکتروژن ساخته می شوند. به دلیل فرآیند هم جوشی (در اتصال لوله ها به هم)، اتلاف آب در این لوله‌ها صفر است، که این فرآیند، پیوندی نشکن ایجاد می‌کند. HDPE در برابر خوردگی مقاوم و بسیار محکم است که باعث کاهش هزینه‌های تعمیر می شود. به دلیل انعطاف‌پذیری و شکل پذیری لوله های پلی اتیلن برای استفاده در مناطق زلزله خیز بسیار مناسب است. حدود ٩٠ درصد لوله‌های استفاده شده در اروپا، از نوع پلی اتیلن است.

لوله‌های PVC

به جای رزین در HDPE، اولین مرحله در تولید PVC، ترکیب اتیلن و کلر برای تولید محصولی به نام اتیلن دی کلراید (اولین ماده شیمیایی پودر PVC) است. در جنگ جهانی دوم از این ماده برای عایق بندی کشتی های نظامی استفاده می‌شده است. در دهه‌های بعد، استفاده از PVC سر به فلک کشید و هم اکنون از آن برای فاضلاب بهداشتی و خطوط توزیع آب آشامیدنی استفاده می شود. PVC یک ترموپلاستیک است، به این معنی که می‌توان آن را نرم و سپس اصلاح کرد. این لوله در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و اغلب برای پوشاندن موادی که تحت‌تأثیر شرایط اسیدی قرار می گیرند استفاده می شود. طی تحقیقاتی، محققان دریافتند که PVC در برابر بنزین (شایع ترین آلاینده هیدروکربن) نفوذناپذیر است.

یک نظرسنجی در سال ٢٠١٢ توسط دانشگاه ایالتی یوتا نشان داد که PVC در مقابل چدن، چدن نشکن، بتن، فولاد و سیمان آزبست با ٢.۶ خرابی در هر ١٠٠ مایل در کمترین میزان خرابی را دارد. هزینه مناسب، دلیلی برای استفاده از PVC است.

لوله های چدنی

لوله های چدنی (که نوعی آلیاژ فلزی است) از جمله پرکاربردترین لوله ها در صنعت فاضلاب هستند. این لوله ها علاوه بر شبکه پساب، در صنایع دیگر از جمله تهویه، لوله کشی آب، گاز و حتی لوله کشی زباله به کار می روند. معروف‌ترین نوع این لوله ها چدن داکتیل (نشکن) است که رایج‌ترین نوع مورد استفاده برای لوله کشی فاضلاب به شمار می رود.

لوله های چدنی انواعی از لوله های آلیاژ آهن- کربن با درصد کربن بالاتر از ٢ درصد هستند که در شبکه های آب، پساب و گاز به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته و تاریخچه کاربرد آنها برای انتقال آب به حدود ٣ قرن پیش یعنی سده هفدهم باز می گردد. ساختار این نوع لوله ها عمدتا از آهن گرافیتی یا آهن خاکستری (Grey Iron) که در اصل همان چدن خاکستری است تشکیل شده و در آغاز غالبا به صورت بدون پوشش مورد استفاده قرار می گرفتند. بعدها برای بهبود ویژگی‌های هیدرولیکی و افزایش مقاومت در برابر فرسایش و خوردگی، عملیات پوشش دهی به جدار داخلی و بیرونی لوله به فرآیند تولید آنها افزوده شد.

انواعی از لوله های چدنی در بازار عرضه شده که هر یک ویژگی های خاص خود را داشته و بر مبنای همین ویژگی‌ها کاربرد متفاوتی دارند. چدن خاکستری و چدن سفید دو مورد از پرکاربرد ترین انواع لوله های آلیاژ چدن به شمار می روند.

کاربردهای لوله های چدنی

لوله های چدنی کاربردهای بسیاری در شبکه های تاسیساتی شهری دارند که از جمله شامل شبکه های فاضلاب، شبکه های تهویه ساختمان ها، و لوله های انتقال زباله هستند .

نکات فنی در رابطه با لوله های چدنی
الف) انواع اتصالات لوله های چدنی

طول هر قطعه از لوله های چدنی محدود و برابر با ۶ متر (برای لوله های ۵۰۰ میلیمتری) و ٩ متر (برای لوله های ۶۰۰ میلیمتری) است. برای اتصال این لوله ها به یکدیگر در شبکه نیاز به قطعاتی جهت اتصال است که بدین منظور ۴ نوع اتصال رایج مورد استفاده قرار می گیرد.

ب) استفاده از ماده روان ساز در اجرای لوله های چدنی

مانند هر کاربرد دیگری در صنعت، در اتصالات لوله های چدنی با اتصالات غیرفلزی نیز، بکارگیری مواد روانساز جهت کاهش اصطکاک و آسان کردن حرکت قطعات لغزنده بکار می رود. مواد روانساز مورد استفاده نباید به لوله ها آسیب برسانند. به طور کلی این مواد باید ویژگیهای زیر را داشته باشند:

نباید باعث خوردگی شوند
موجب خشک شدن و خراب شدن واشر نشوند
مواد معلق یا رسوبات و بو و طعم در آب ایجاد نکنند
عاری از ترکیبات سمی و نفتی باشند
باعث رشد میکروب‌ها ، قارچ‌ها و باکتری‌ها و سایر ریزجانداران نشوند.
بنابراین بکارگیری مواد پایه نفتی از قبیل گریس و روغنهای رایج و همچنین روغن های با پایه گیاهی و حیوانی در اتصال لوله های چدنی غیرمجاز است. به طور معمول، کارخانجات سازنده اتصالات، مواد روان کننده نیز عرضه می کنند. با این حال در صورت نیاز می توان از ترکیب آب و صابون با نسبت ٧٠ به ٣٠ استفاده نمود.

زلزله‌خیز بودن، خورندگی بالای خاک برخی نواحی ایران و هدررفت آب در شبکه توزیع، همه و همه استفاده از لوله‌های چدن نشکن در صنعت آب و برق را به یک ضرورت انکارناپذیر تبدیل می‌کند.

امروزه در دنیا لوله‌های چدن نشکن به‌دلیل مقاومت در برابر خوردگی، دوام بالا و عدم نفوذ مواد آلوده به‌دلیل عایق مناسب، بیشترین کاربرد را در بحث توزیع و انتقال آب آشامیدنی دارند. این لوله‌ها دیرتر از سایر کشورهای توسعه‌یافته در صنعت آب و فاضلاب ایران استفاده شد، در سال‌های گذشته کارفرمایان به‌دلیل گران بودن لوله‌های چدن نشکن نسبت به لوله‌های آهنی و پلی‌اتیلن، از این نوع لوله‌ها استفاده نمی‌کردند؛ اما خوشبختانه شرکت‌های آب و فاضلاب رفته‌رفته به این نتیجه رسیدند که پایداری شبکه و سلامت آب آشامیدنی، نسبت به هزینه ریالی اولویت دارد. همچنین دوام و ماندگاری بالای این لوله‌ها و عدم نیاز به تعمیر یا تعویض لوله پس از چند سال استفاده، نظر کارفرمایان درباره استفاده از لوله‌های چدن نشکن را تغییر داد. متاسفانه میزان هدررفت آب در شبکه توزیع آب کشور رقم قابل‌توجهی است.

طبق اعلام رسانه‌های رسمی داخلی، نزدیک به ۲۴ درصد از آبی که از مبدا آزاد می‌شود تا به‌دست مصرف‌کنندگان نهایی برسد، در شبکه توزیع از بین می‌رود که البته دلایل مختلف و متعددی دارد. در صورت استفاده از لوله‌های چدن نشکن در شبکه توزیع آب هدررفت این مایع حیات به کمتر از ۱۰ درصد کاهش می‌یابد.