سرویس ترجمه انجمن لوله و اتصالات پی وی سی، برای بیش از 6 دهه لوله های گرما نرم با ارزش بالا از پلی وینیل کلراید ( upvc) و پلی اتیلن ساخته می شوند. در سال های اخیر اقدامات مهمی برای بهبود وضعیت رقابتی لوله های  pvc با استفاده از صرفه جویی در مواد انجام شده است.

نیازهای حیاتی برای آب آشامیدنی و انگیزه مهندسین برای پذیرش تکنولوژی های جدید لوله، نیروی محرکه ای در پس زمینه ی دستیابی به پیشرفت است.  اخیرا تنش طراحی برای لوله های  pvcاز 10 تا 32 Mpa متناظر با کاهش ضخامت دیواره  و ضریب ایمنی افزایش یافته است. با پیشرفت  در بهبود فرایند تولید لوله های pvc، هر چه تنش طراحی بالاتر می رود، احتمال لوله های با دیواره نازک بیشتر می شود.

لوله های آرایش یافته  pvc دارای ترکیبی از خواص استحکام و چقرمگی بالا است که تنش طراحی را بهبود می دهد. یکی از مناطقی که لوله های  pvc وارد شده است معادن آفریقای جنوبی است. افریقای جنوبی دارای مواد معدنی فراون به ویژه طلا و زغال سنگ است که طلا از سطح زیر زمینی در عمق 5000 متر استخراج می شود. در این عمق، شرایط کار با دمایی نزدیک به 50 درجه سانتی گراد بسیار دشوار است. به دلایل سلامتی و بهره وری، تهویه و هوای تازه لازم است. خنک سازی در زیر زمین با آب 5 درجه توسط پمپاژ آب انجام می شود. تهویه هوا نیز برای کاهش دمای محیط و بهبود شرایط کاری انجام می شود در حالی که هوای فشرده برای عملیات حفاری سنگ و دیگر تجهیزات معدن ضروری است.

در پایان فرایند آب سرد باید دوباره به سطح برای استفاده مجدد پمپاژ شود. از آنجایی که ایمنی معدنچیان حیاتی است و تمام جنبه های معادن زیر زمینی تحت نظارت دقیق تر ایمنی قرار دارند، شکست لوله ها نباید اتفاق بیفتد. لوله های فولادی در ابتدا علی رغم شرایط رطوبتی زیرزمینی و شرایط خوردنده اسیدی ترجیح داده شدند در اواسط دهه 1970 بود که تصمیم گرفته شد لوله های  pvc  وارد این مارکت شود.

لوله های آب تحت فشار  pvc در معدن- ملاحظات طراحی

لوله های  pvc اصلاح شده:

لوله های معدن  pvc دارای ویژگی های عایق حرارتی عالی در مقایسه با لوله های فولادی است که منجر به صرفه جویی در انرژی میشود زیرا برای خنک کردن مجدد آب تا 5 درجه سانتی گراد برق کمتری مورد نیاز است. تحولات پلیمری که در آن زمان انجام شد و در طول سالها ادامه داشت و منجر به تولید موادی شد که خواص بحرانی آنها برای توسعه تنش طراحی بالاتر ضروری است.

برای دستیابی به تنش طراحی بالاتر و لوله های اصلاح شده  PVC موارد زیر باید مورد توجه قرار گیرد:

• - خواص و سازگاری پی وی سی به ویژه در  K-VALUE، دانسیته ظاهری، تخلخل و پایداری حرارتی

• - اصلاح کننده های مختلف ضربه با توجه به انبارش و هوازدگی در فضای باز
• - سطح افزودن این اصلاح کننده ها
• - شرایط اکستروژن برای بهینه سازی پردازش و چقرمگی لوله
• - توسعه اتصالات مناسب لوله
• - روشهای تست برای بررسی کیفیت از لحاظ استحکام، چقرمگی و سازگاری لوله
• - استاندارد لوله برای معدن که باید توسط صنعت، طراحی و پذیرفته شود

 اصلاح کننده ضربه پلی اتیلن کلرینه شده برای بهترین تعادل در خواص و سهولت پردازش انتخاب شد. اولین لوله های  PVC تحت فشار برای آب سرد شامل 12phr اصلاح کننده بود که پس از آن به منظور افزایش استحکام دراز مدت  به 10phrکاهش یافت و سپس به تدریج کاهش بیشتری پیدا کرد که این کاهش  توام با حفظ چقرمگی قابل قبول به مدت 50 سال تحت تنش 25M pa  بود. دماهای بالاتر اکستروژن و برش برای دستیابی به سطح مناسب از همگن شدن و ژلینگی ضروری است  که چقرمگی بهینه را ایجاد می کند و منجر به بهبود در پایداری حرارتی  پلیمر می شود.

لوله های اصلاح شده  pvc با موفقیت در شرایط سخت معدن برای 25 سال مورد استفاده قرار می گیرد .تطبیق پذیری مواد وابسته به فرمولاسیون هایی است که تقاضا در کاربردهای مختلف را پوشش می دهد. پایداری این محصول در چندین معدن نشان داده شده است که لوله های  pvcبرای استفاده مجدد استفاده می شود این امر معمولا در مورد لوله های فولادی به علت خواص منفی در برابر خوردگی صادق نیست. تنش طراحی برای لوله های  pvc معدن به 12.5 Mpa براساس ضریب طراحی 2که توسط صنعت پذیرفته شده افزایش یافته است.

لوله های  pvc در معدن برای هوای فشرده

لوله های انتقال هوای فشرده در 7 بار بایستی تحت هر شرایطی با توجه به تاثیرات انرژی ذخیره شده و شکست احتمالی در برابر ضربه ایمن باشد. لوله های  pvc اصلاح شده برای برآورده شدن این الزامات طراحی شده اند. در آزمایش های اولیه برای تست این لوله از تست برست با استفاده از نیتروژن تحت فشار 50 بار استفاده شد. ضریب ایمنی بلند مدت 3 برای طراحی لوله در صنعت معدن استفاده می شود.

لوله های تحت فشار  pvcآرایش یافته

این لوله ها تقریبا به مدت 40 سال مورد استفاده قرار گرفته است اما به دلیل ظهور فرایند تولید متمایز در خط تولید محصول به رقیب لوله هایی مانند  MPVC تبدیل شده است. که علت موارد زیر است:

میزان تولید به میزان قابل توجهی بهبود یافته و هزینه های تولید را کاهش می دهد

ترکیب قابل توجهی از ویژگی های استحکام و چقرمگی که باعث می شود تنش های طراحی بالاتر و صرفه جویی در مواد به ویژه در رده های بالاتر فشاری بدست آید.لوله های آرایش یافته با فرایند ثبت شده که زنجیره های  بلند پلیمری  PVC در جهت خاصی آرایش می یابند و از طریق روش های معمول اکستروژن تولید می شود افزایش قطر لوله ها در طول فرایند، مولکول ها را در جهت قطری هدایت می کند و منجر به بهبود قابل توجهی در خواص فیزیکی هم در استحکام و هم در چقرمگی می گردد. جهت گیری مولکولی باعث افزایش استحکام کوتاه مدت و بلند مدت مواد می شود.

 با توجه به ویژگی های برجسته در استحکام و چقرمگی  با ضریب ایمنی 1.6 و یا 1.4 لوله های  OPVC در مدت 50 سال دارای  حداقل استحکام مورد نیاز 45 و 50  است.

در نمودار زیر مقادیر فشار قابل تحمل لوله های  OPVC  وU-PVC و PE در طی زمان 115 سال نشان داده شده است . قابل ذکر است میزان فشار قابل تحمل تا 000 / 10 ساعت به صورت تجربی به دست آمده و برای بیش از این زمان ، مقادیر از طریق برون یابی و رسم نموداربدست می آیند . مقدار فشار قابل تحمل لوله در 50 سال ( طول عمر لوله ها ) میزان MRS را مشخص می کند که با توجه به آن فشار کارکردی لوله ها در یک ضخامت مشخص به دست می آید. مقدار MRS برای لوله PVC U- برابر 25 و برای گرید PE 100 برابر 10 و برای لوله های  OPVC 45 تا 50  بار محاسبه شده است .

تنش های طراحی28 و 32Mpa که برای این لوله ها استفاده می شود منجر به صرفه جویی در مواد بیش از 50% و 30% در مقایسه با معادل های  UPVCو M pvc می شود.فرایند آرایش یافتگی مولکولی ساختار لامینار یا لایه ای را ایجاد می کند که عامل اصلی چقرمگی و عملکرد لوله های  pvcآرایش یافته است. اگر ترک ها ایجاد شود برای مثال  ناشی از نقص یا نقاط بار، با توجه به ساختار لایه ای این مواد از رشد ترک جلوگیری می شود و  انتشار به طور موثری با کاهش در غلظت تنش، عبور ترک از  هر لایه کاهش می یابد.

از مزایای دیگر لوله های آرایش یافته  pvc که از تنش های طراحی بالاتر ناشی می شود، افزایش ظرفیت هیدرولیکی و بهبود ویژگی های حمل و نقل و نصب و راه اندازی است. خستگی لوله های پلاستیکی معمولا با طراحی خوب لوله ها مرتبط نیست و شکست به علت خستگی بسیار ناچیز است.لوله های  pvc آرایش یافته مقاومت بسیار خوبی در برابر شکست ناشی از خستگی دارند.

این لوله ها همچنین دارای مقاومت خوبی در برابر فشارهای برشی و ضربه قوچ است و کاملا قادر به مقاومت در برابر فشارهای دو برابر فشار کاری است.کاربردها شامل سیستم های آبرسانی و فاضلابی است و با اتصالات فولادی  در محیط معدن مناسب است . با داشتن وزن کمتر از نصف لوله های اصلاح شده  مزایایی در حمل و نقل و نصب ارائه می دهد و در رده های بالای فشاری 16 تا 25 بار این محصول رقابتی با لوله های فولادی است. عملکرد خوب این محصول در آزمون های انتشار سریع ترک، دلالت بر پتانسیل بالا در انتقال هوای فشرده دارد.

نمودار زیر مقاومت در برابر  ضربه قوچ لوله های مختلف را نشان می دهد.