طراحی لوله‌های پلی‌اتیلن (PE)

باید بر اساس استانداردهای معتبر و با در نظر گرفتن عوامل مختلفی مانند فشار کاری، دمای محیط، نوع سیال، شرایط خاک و بارهای مکانیکی انجام شود. در ادامه، مهم‌ترین ضوابط طراحی لوله‌های پلی‌اتیلن ارائه شده است:

۱. استانداردهای طراحی

• ISO 12162: استاندارد تعیین مواد اولیه پلی‌اتیلن بر اساس مقاومت در برابر ترک‌برداری (PE 80, PE 100, PE 100-RC).

• ISO 4427: استاندارد سیستم‌های لوله‌کشی پلی‌اتیلن برای انتقال آب.

• ISO 4437: استاندارد لوله‌های پلی‌اتیلن برای شبکه‌های گازرسانی.

• ASTM D3035: استاندارد لوله‌های پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) برای مصارف تحت فشار.

۲. محاسبات فشار کاری (فشار طراحی)

• فشار طراحی لوله باید بر اساس حداکثر فشار عملیاتی (PMAOP) و ضریب ایمنی (Safety Factor) محاسبه شود.

• فرمول محاسبه ضخامت دیواره لوله (بر اساس معادله پارسی):

  S=P×D2×σ+PS=2×σ+PP×D​

  • SS: ضخامت دیواره لوله (mm)

  • PP: فشار طراحی (bar)

  • DD: قطر خارجی لوله (mm)

  • σσ: تنش مجاز ماده (بسته به نوع PE و دما)

۳. انتخاب نوع پلی‌اتیلن

• PE 80: برای فشارهای متوسط (معمولاً تا ۱۰ بار).

• PE 100: برای فشارهای بالا (تا ۱۶ بار) و مقاومت بیشتر در برابر ترک‌برداری.

• PE 100-RC: مقاومت بالا در برابر ترک‌برداری و ضربه، مناسب برای شرایط سخت خاک.

۴. تأثیر دما

• با افزایش دما، استحکام لوله کاهش می‌یابد، بنابراین در دماهای بالا (مثلاً بیش از ۲۰°C) باید ضریب کاهش دما (Temperature Derating Factor) اعمال شود.

۵. شرایط خاک و نصب

• عمق دفن: معمولاً حداقل ۰.۸ تا ۱.۲ متر برای جلوگیری از آسیب‌های مکانیکی.

• تراکم خاک: خاک اطراف لوله باید کاملاً متراکم شود تا از تغییر شکل لوله جلوگیری شود.

• بارهای ترافیکی: در صورت عبور لوله از زیر جاده‌ا یا مناطق پرترافیک، باید از پوشش محافظ (Geotextile یا پوشش بتنی) استفاده شود.

۶. انبساط و انقباض حرارتی

• ضریب انبساط حرارتی پلی‌اتیلن حدود ۰.۲ mm/m°C است، بنابراین در طراحی باید تغییر طول ناشی از دما در نظر گرفته شود.

۷. اتصالات و اتصال لوله‌ها

• جوش لب به لب (Butt Fusion): برای لوله‌های با قطر بالا.

• جوش الکتروفیوژن (Electrofusion): برای اتصالات سریع و دقیق.

• اتصالات مکانیکی: در مواردی که امکان جوش وجود ندارد.

۸. آزمایشات کنترل کیفیت

• آزمایش فشار هیدرواستاتیک: برای اطمینان از مقاومت لوله تحت فشار.

• آزمایش ترک‌برداری (Notch Test): برای بررسی مقاومت در برابر ترک‌برداری.

• آزمایش کششی: برای اطمینان از استحکام ماده.

۹. عمر طراحی و دوام

• لوله‌های پلی‌اتیلن معمولاً برای عمر ۵۰ تا ۱۰۰ سال طراحی می‌شوند، اما شرایط محیطی (مانند قرارگیری در معرض UV یا مواد شیمیایی خورنده) می‌تواند عمر مفید را کاهش دهد.

نتیجه‌گیری:

طراحی لوله‌های پلی‌اتیلن باید با در نظر گرفتن فشار کاری، دما، شرایط خاک، نوع سیال و روش نصب انجام شود و رعایت استانداردهای بین‌المللی برای اطمینان از ایمنی و دوام سیستم ضروری است. در صورت نیاز به طراحی دقیق‌تر، مشاوره با مهندسان متخصص توصیه می‌شود.