لوله های چند لایه

لوله های فلزی و پلیمری هر کدام دارای نقاط قوت و ضعف مخصوص خود میباشند.در طراحی و تولید لوله های ۵لایه سعی گردیده با تلفیق پلیمر و فلز، از مزایای هر دو استفاده و نقاط ضعف آنها پوشش داده شود. لوله های تلفیقی خصوصیاتی چون عمر زیاد ،عدم پوسیدگی و خوردگی ، مقاومت شیمیایی ، سرعت و سهولت در نصب را از لوله های پلیمری ، عدم نفوذ اکسیزن و انبساط طولی نا چیز را از لوله های فلزی به ارث برده اند.

لوله های فلزی و پلیمری هر کدام دارای نقاط قوت و ضعف مخصوص خود میباشند.در طراحی و تولید لوله های ۵لایه سعی گردیده با تلفیق پلیمر و فلز، از مزایای هر دو استفاده و نقاط ضعف آنها پوشش داده شود. لوله های تلفیقی خصوصیاتی چون عمر زیاد ،عدم پوسیدگی و خوردگی ، مقاومت شیمیایی ، سرعت و سهولت در نصب را از لوله های پلیمری ، عدم نفوذ اکسیزن و انبساط طولی نا چیز را از لوله های فلزی به ارث برده اند.
ساختار ترکیبی لوله های چند لایه سان پکس چگونه است؟
لوله های سان پکس از نوع لوله های فلزی یا مرکب هستند که از ترکیب چند لایه و یک لایه فلزی تشکیل شده اند. در این نوع لوله ها لایه داخلی و خارجی پلیمری بوده و لایه فلزی در میان پلیمرها واقع شده است . این ساختار در شکل زیر در برش مقطعی لوله نشان داده شده است .

مواد اولیه پلیمری مورد استفاده در لوله های چند لایه در دو نوع , و با استفاده از پلیمرهای PEX یا PERT تولید میشود. نماد AL درنام عمومی لوله های نشان دهنده ی لایه ی آلومینیوم است.
پلی اتیلن مشبک یا PEX نخستین پلیمر مورد استفاده در تولید لوله های تلفیقی است. و در واقع همان مواد پلی اتیلن میباشدکه ساختار مولکولی طولی آن ، با روشهای شیمیایی ( یا توسط تشعشع) به ساختار شبکه ای تبدیل شده و در نتیجه پلیمر قدرت تحمل حرارت وفشار بیشتری را پیدا میکند.
پلیمر PERT نخستین پلیمری است که اختصاصاً برای تولید لوله طراحی و عرضه شده است . استفاده از PERT در لوله های تلفیقی برای نخستین بار در سال ۱۹۹۷ با شعار « یک لوله برای همه ی کاربردها » آغاز گردید . این پلیمر پیشرفته, کوپلیمری از اکتن و اتیلن است و وجود زنجیره های هشت گانه ی کربن در ساختار آن باعث میشود که ضمن دستیابی به مزایای بیشتر , نیاز به مشبک کردن برای افزایش مقاومت در مقابل فشار و حرارت از بین برود.
خصوصیت مواد پلیمری PEX تحمل حرارت تا ۹۵ درجه سانتیگراد می باشد در حالی که پلیمر PERT صیقلی تر می باشد و چسبندگی بیشتری نسبت به لایهAL دارد ولی از نظر تحمل حرارت آب گرم تا ۸۰ درجه سانتیگراد توصیه می شود .
مزایای وجود لایه آلومینیوم AL
هر چند لوله های پلیمری مانند پلی اتیلن, پلی پروپیلن , پلی بوتیلن و پلی اتیلن شبکه ای شده, دارای مزایای نسبت به لوله های فلزی میباشند. ولی دارای دو محدودیت مهم زیر نیز هستند:
ضریب انبساط حرارتی زیاد
بطور کلی ضریب انبساط حرارتی مواد پلیمری در مقایسه با فلزات بسیار بالا میباشد. بعنوان نمونه ضریب انبساط حرارتی پلی پروپیلن و پلی اتیلن در محدوده ۱۹/۰-۱۴/۰ میباشد در صورتی که ضریب انبساط حرارتی فلزات کمتر از ۰۲/۰ میباشد . هنگامی که آب گرم دخل لوله های پلیمری جریان یابد طول لوله ها افزایش مییابد و در صورت بسته بودن شبکه لوله کشی ایجاد تنش های حرارتی کرده و طول عمر لوله را کاهش میدهد.
نفوذ اکسیژن
نفوذ اکسیژن به داخل آب بخصوص در سیستم های حرارتی مثل شوفاژ تخریب اجزای فلزی را به شدت افزایش میدهد.
استفاده از لایه آلومینیوم موجب حل دو مشکل فوق میشود. مشخصات آلومینیوم مصرفی در این لوله ها بر اساس استاندارد ASTM به صورت زیر می باشد:
استحکام کششی: حداقل Mpa 100 (Psi 14600)
درصد افزایش طول در نقطه پارگی : ۲۰%
ضخامت : بین ۳/۰-۲/۰ میلی متر ( بسته به قطر لوله)
استفاده از آلومینیوم های آلیاژی که دارای استحکام بالا میباشد دارای دو مزیت است:
استحکام بالای لوله
قابلیت جوش بهتر
نکته حائز اهمیت در کاربرد لایه آلومینیوم , جوش طولی آن میباشد . اگر لایه آلومینیوم بدون جوش استفاده شود در استحکام لوله ها نقش مهمی را ایفا نخواهد کرد. جوش فویل آلومینیوم با ضخامت حدود ۲۰۰ تا ۳۰۰ میکرون تکنولوژی بالایی را میطلبد که در تولید سان پکس اعمال شده است .
لایه چسب
همانطوری که در ساختمان سان پکس شرح داده شده بین لایه آلومینیوم و لایه های داخلی و خارجی پلیمر از دو لایه چسب استفاده شده است . قابل توجه است که چسبندگی پلیمر به آلومینیوم , ضعیف می باشد و استفاده از چسب الزامی است.
چسب مورد استفاده بایستی دارای خواص زیر باشد: استحکام چسبندگی بالا به سطح آلومینیوم و پلیمر.
مقاومت حرارتی بالا بطوریکه تا دمای ۱۱۰ درجه سانتیگراد در زمان طولانی مقاوم باشد.
قابلیت فرآیند درخط تولید لوله
برخی از مزایای لوله های چند لایه سان پکس انبساط طولی ناچیز
تحمل فشار و دمای بیشتر نسبت به سایر لوله های پلیمری
عدم نفوذ اکسیژن
عدم رسوب گذاری
افت فشار ناچیز
مقاومت شیمیایی
نیاز به عایق کاری کمتر
انعطاف پذیری و استفاده از اتصالات کمتر
مقاومت بیشتر از سایر لوله ها در برابر زلزله
مقاومت در برابر ضربه قوچ (water hammer)
عدم رسوب گذاری
تحمل فشار و دمای بیشتر نسبت به سایر لوله های پلیمری
تولید بر اساس استاندارد ۱۵ اتمسفر تحمل فشار و ۹۵ درجه سانتیگراد موجب گردیده است نسبت به سایر لوله ها دمای بیشتری را در طول زمان تحمل نماید.
انبساط طولی ناچیز
با توجه به ضریب انبساط حرارتی بالای مواد پلیمری در مقایسه با مواد فلزی, طول لوله های پلیمری در معرض دمای بالا افزایش زیادی خواهد داشت . به عنوان مثال اگر ۵۰ متر لوله پلی پروپیلن از دمای ۲۰ درجه سانتی گراد به دمای ۷۰ درجه سانتیگراد برسد حدود ۴۵۰ میلیمتر افزایش طول خواهد داشت . این افزایش طول سبب میشود که :
در لوله تنشهای حرارتی ایجاد شود.
لوله ها خمیده شده و در صورت صحیح نبودن نصب به سیستم لوله کشی آسیب وارد شود.
درهنگام لوله کشی مساله افزایش طول در نظر گرفته شود.
برخلاف لوله های پلیمری که دارای مشکلات فوق میباشند ، لوله های سان پکس به جهت دارا بودن لایه فلزی دارای ضریب انبساط حرارتی پایین میباشند. این مساله در جدول زیر نشان داده شده است .

عدم نفوذ اکسیژن
مواد پلیمری مانند پلی اتیلن , پلی پروپلین , پلی بوتیلن و … سد خوبی در برابر عبور اکسیژن نمیباشند . نفوذ اکسیژن به داخل آب سبب تشدید خوردگی در اجزای فلزی شبکه های آبرسانی میشود. این مساله بخصوص در سیستمهای حرارتی سبب تخریب اجزای شوفاژ و مبدلهای حرارتی میشود.
عدم رسوب گذاری
علاوه بر مواردی که اشاره شد سطح داخلی لوله های ۵ لایه در مقایسه با لوله های فلزی دارای سطح بسیار صیقلی میباشند که این ویژگی علاوه بر کاهش رسوب گذاری سبب کاهش افت فشار درشبکه آبرسانی شده و امکان استفاده از لوله هایی با سایز کمتر جهت کاهش هزینه را فراهم مینماید.
افت فشار ناچیز
بواسطه داشتن سطح داخلی صاف و صیقلی ( به گونه ای که میتوان گفت بستر آن همانند شیشه است ) کمترین افت فشار را در لوله کشی ایجاد میشود. افت فشار در یک مسیر آب , برابر با مجموع افت فشار در طول لوله و افت فشار در اتصالات و تغییر مسیر میباشد . افت فشار در لوله حامل جریان معمولاً از دو عامل نشأت میگیرد.
الف ) زبری سطح داخلی لوله ( افت فشار استاتیک ایجاد میکند )
ب) تغییر سرعت یا تغییر جهت جریان ( افت فشار سرعت یا اصطکاکی ایجاد می کند ) حال مختصراً به بررسی موارد افت فوق میپردازیم :
افت فشار استاتیک یا اصطکاکی his or hif
این افت فشار معمولاً در سیستمهای انتقال سیال با رابطه:f(L/D).V2/2g his = بیان میشود . هر قدر زبری سطح داخلی لوله (є) زیاد باشد نسبت زبری به قطر لوله D) /(є افزایش مییابد و مقدار f (ضریب اصطکاک ) نیز افزایش یافته و در نهایت مقدار افت فشار استاتیک (his) بیشتر میشود.
لوله سان پکس دارای زبری بسیار ناچیز میباشد. ((є = ۰٫۰۰۷mmیعنی نسبت D) /(є لوله سان پکس بسیار کوچک است که این مسئله , کوچک شدن f و در نهایت کوچک شدن افت فشار استاتیک (his) را بدنبال دارد که یکی از مهمترین اهداف طراحی سیستم های انتقال سیال میباشد.
افت فشار سرعتی hiv
این افت فشار تابع سرعت جریان سیال است مهمترین عواملی که این افت فشار را بوجود میآورد عبارتست از : تغییر جهت جریان ناشی از بکار بردن اتصالات زیاد و در نهایت آشفتگی در مسیر جریان سیال.
با استفاده از لوله سان پکس میتوانیم در بکار بردن اتصالات صرفه جویی کنیم ( بواسطه انعطاف پذیر بودن و خم شدن لوله) و علاوه بر کنترل هزینه ها افت فشار سرعتی را در لوله ها مهار کنیم . اتصالات یا بطور کلی تغییر مسیر با رابطه:
hiv or hif = åk.v2/2g در جریان سیالات ایجاد افت فشار میکنند و هر قدر تعداد اتصالات کمتر باشد مقدارåk در رابطه فوق کمتر و در نهایت hiv (افت فشار سرعتی ) کاهش مییابد. بنابراین برای داشتن کمترین افت فشار در سیستم های لوله کشی , لوله سان پکس بهترین ابزار انتقال سیالات میباشد.
مقاومت شیمیایی
وقتی بحث مقاومت شیمیایی پیش میآید عموماً اطلاعات مورد نیاز به صورت جداول در اختیار قرار میگیرد تا کاربر با مراجعه به این جداول به درستی قضاوت نماید . در این قبیل جداول عموماً اثر غلظت و دماهای متفاوت لحاظ میگردد. نمونه ای از اینگونه جدوال در ذیل آورده شده است . با توجه به مقاومت شیمیایی پلیمر در مقایسه با فلزات, لوله های پلی اتیلن و پلی پروپیلن دارای کاربرد بسیار وسیعی در صنایع شمیایی می باشد.
توصیه میشود که در استفاده از این لوله ها جهت مواد شیمیایی حداکثر دقت بعمل آید و به اتصالات فلزی نیز توجه شود.
نیاز به عایق کاری کمتر
ضریب هدایت حرارتی لوله سان پکس پایین میباشد (K=”0.43″ W/m.k ) . یعنی این مقدار حدود ۰۲/۰ لوله های فلزی میباشد ( به معنای اتلاف انرژی ناچیز) .
با داشتن این خاصیت ، لوله سان پکس به خصوص در فصلهای زمستان و تابستان نیاز به عایق بندی کمتری دارند. ( دیده میشود که لوله های فلزی را که بصورت روکار نصب میشوند با پشم شیشه یا ماده دیگری عایق بندی می کنند تا در فصل زمستان از یخ زدگی و در فصل تابستان از گرم شدن بی رویه آب داخل لوله بواسطه سرما یا گرمای محیط جلوگیری شود) در حالیکه اگر لوله سان پکس بصورت روکار نصب شود. علاوه بر داشتن زیبایی ، احتیاجی به هیچ گونه عابق بندی ندارد زیرا لوله مذکور دارای ضریب هدایت حرارتی پایینی در حدود مواد عایق میباشد .
انعطاف پذیری و استفاده از اتصالات کمتر
نسبت مناسب بین آلومینیوم و ماده پلیمری باعث خم شدن آسان لوله حتی با دست میشود و لوله دقیقاً شکل داده شده را به خود میگیرد. این لوله با وجود اینکه محکم است اما سبک میباشد و حمل و نقل آن آسان میباشد . همچنین در مقابل فساد مقاوم است. با توجه به آنکه لوله های فلزی قابلیت استحکام و لوله های پلیمری قابلیت انعطاف پذیری خوبی دارند انتظار میرود که لوله های ترکیبی هر یک از این خواص را تا حدود زیادی داشته باشند . آزمونهای انجام شده بر روی لوله های ترکیبی نشان میدهد که این لوله ها در مقابل ضربات و تنشهای وارده انعطاف پذیری و مقاومت بالایی داشته و بر خلاف انواع لوله های پلاستیکی به دلیل وجود لایه آلومینیوم میانی در مقابل صدمات مکانیکی تقویت شده اند . سان پکس علیرغم مقاومت آلومینیوم بالا به راحتی خم میشود. حداقل شعاع انحنا ۵ برابر قطر خارجی لوله میباشد.
مقاومت بیشتر از سایر لوله ها در برابر زلزله
همچنین قابل ذکر است که سان پکس طبق نظریه کارشناسان مرتبط ، مقاومت بسیار خوبی در برابر زلزله از خود نشان میدهد و در سیستم های لوله کشی با طراحی مناسب ، تنشهای بوجود آمده ناشی از شکست گسلها را بهنگام وقوع زلزله محو میکند.
مقاومت در برابر ضربه قوچ WATER HAMMER
لوله های چند لایه بواسطه مسلح بودن به لایه آلومینیوم مقاومت قابل توجهی در برابر نیروهای اضافی ناشی از جریان سیال از خود نشان میدهد . پدیده مهمی که برخی مواقع در جریان سیالات و به خصوص در زمان اغتشاش جریان اتفاق میافتد پدیده ضربه قوچ میباشد. این پدیده در اثر تغییر ناگهانی سرعت جریان آب در لوله و یا انسداد پیدرپی مسیر جریان آب ( مثلاً که شیر آب را بطور ناگهانی باز میکنیم و یا میبندیم ) بوجود میآید بطوریکه فشار زیادی در آب ایجاد میشود که بصورت موج در امتداد لوله و خلاف جهت جریان حرکت نموده، پس از برخورد به مانع باز میگردد و با عمل رفت و برگشت موج فشار تا زمان استهلاک کامل آن ادامه مییابد . این فرآیند بعضی اوقات باعث شکستن لوله های غیر مسلح و معمولی میشود و با صدای زیادی توام است. لوله سان پکس در برابر پدیده ضربه قوچ مقاومت بسیار خوبی از خود نشان میدهد و این پدیده هیچگاه نمیتواند این نوع لوله را تخریب کند.
عدم رسوب گذاری در داخل لوله
جدار داخلی لوله های سان پکس نسبت به جدار داخلی لوله های فلزی رایج ، بسیار صیقلی هستند. این امر امکان رسوبگذاری معدنی را منتفی مینماید از طرفی بدلیل عدم رسوب گذاری افت فشار در داخل لوله ها بسیار ناچیز خواهد بود و بنابراین انتخاب لوله هایی با قطر کمتر فراهم میشود.
کاربرد لوله های چند لایه
آب آشامیدنی
لوله کشی گاز
کاربرد در صنعت و پزشکی
کاربرد در سیستم های حرارتی و برودتی
سیستم گرمایش کفی
آب آشامیدنی
در سایر کشورها نظیر انگلیس , فرانسه, آلمان , سوئیس , اتریش , چین و ژاپن استفاده از لوله های ۵ لایه به تایید سازمانهای بهداشتی رسیده است ، بنابر این طعم و مزه آب تغییری نخواهد کرد. همچنین از این لوله ها میتوان جهت انتقال آب گرم مورد مصرف در شستشو نیز استفاده کرد.
لوله کشی گاز
برای لوله کشی گاز طبیعی باید از لوله هایی استفاده شود که در مقابل گاز نفوذ ناپذیر باشد, فشار بالایی را تحمل کند و هیچگونه فعل و انفعال شیمیایی در داخل لوله صورت نگیرد . در همین راستا لوله های مرکب ( PEX – PEX- AL ),(PRT-AL-PRT) ضمن دارا بودن این ویژگیها دارای ایمنی بالایی میباشد به همین دلیل در آمریکا و برخی از کشورهای اروپایی و آسیایی از این محصولات برای لوله کشی گاز طبیعی استفاده میشود.
کاربرد در صنعت و پزشکی
در صنایع غذایی دارویی و اغلب مواد شیمیایی جایی که دماهای کمتر از دمای آب جوش مطرح باشد امکان استفاده از لوله های مرکب( PEX – PEX- AL ),((PRT- AL- PRT وجود دارد این لوله ها در صنایع پزشکی نظیر گازهای طبی و سیستمهای دیالیز مورد استفاده قرار میگیرند. در صنایع سنگین نظیر کشتی سازی و ماشین سازی و همچنین در کارخانه های تولید مواد شیمیایی که لوله های فلزی کارآیی ندارند نیز از این لوله ها استفاده میشود.
کاربرد در سیستمهای حرارتی و برودتی سیستم کف خواب floor heating
امروزه یکی از کاربرد های عمده و مهم لوله های چندلایه (PEX-AL-PEX)( PRT – PRT- AL ) استفاده در سیستمهای حرارتی و برودتی میباشد . در صورت استفاده از این لوله ها در سیستمهای حرارتی حداکثر دمای مجاز برای کارکرد بلند مدت ۹۵ درجه سانتیگراد میباشد. این لوله ها یا بصورت اتصال به رادیاتورها بر طبق روشهای رایج بکار گرفته میشوند و یا اینکه از طریق روش کف خواب ( با قرار دادن لوله ها به یکی از شکلهای مارپیچ یا کفی حلقوی درون بتون) مورد استفاده قرار میگیرند . در روش اخیر با معلوم بودن جنس مصالح ساختمانی ، مساحت اتاق ، تعداد پنجره ها و شرایط ، امکان محاسبه طول لوله های مرکب جهت خوابانیدن درکف اتاقها وجود دارد ضمن اینکه این لوله ها قابل استفاده در سیستمهای برودتی از قبیل فن کویل , سردخانه , سیستمهای مولد سرما و غیره میباشند. قابل ذکر است که در سیستمهای حرارتی کف خواب floor heating امکان استفاده از انواع لوله های فلزی بعلت ایجاد رسوب و افت فشار وجود ندارد . در شکلهای زیر نمونه هایی از یک سیستم کف خواب نشان داده شده است .
انتخاب صحیح یک سیستم گرمایشی نقش مؤثری در تأمین آسایش ساکنین ساختمان دارد. در سیستم های مدرن گرمایش و سرمایش تابشی ضمن امکان پوشش وسیعتری توسط لوله ها و پانلها میتوان دمای ۱۵ درجه سانتیگراد را در حالت سرمایش و دمای بین ۳۵ تا ۵۰ درجه سانتیگراد را برای حالت گرمایش ایجاد نمود . البته به دلیل رخ دادن حالت چگالش و میعان قطرات آب روی سطوح سرد نمیتوان برای سرمایش تابشی از دماهای کمتر استفاده نمود.چون در سیستمهای گرمایشی دیگر جریان هوا عامل اساسی به شمار میآید در نتیجه آلودگی ناشی از اختلاط هوای محیطهای مجاور در اثر حرارت هوا نیز امری غیر قابل پیشگیری است که این مساله در سیستم تابشی وجود ندارد. بنابراین از لحاظ بهداشتی و کاهش آلودگی محیطهای کار و زندگی و بهره وری افراد ساکن در محل , بسیار مناسبتر است.
این برتری عامل موثری در کار برد این روش در بیمارستانها و اتاقهای عمل است که از هزینه ***** کردن هوا در محیطهای تمیز نیز به مقدار زیادی میکاهد . همچنین به دلیل حذف دستگاهها و تجهیزات گرما ساز و سرما ساز در محل مصرف مانند بخاری ویا رادیاتور , از این روش , به ویژه در آپارتمانهای کوچک , راهروها و دالانها میتوان استفاده بیشتری نمود. در سالنهای اجتماعات , تالارها و موزه ها نیز به دلیل بلند بودن سقف معمولاً گرما به ارتفاع نزدیک سقف منتقل میشود و برای گرمایش محیط نیاز به فعالیت دستگاههای گرما ساز به میزان بیشتری به وجود میآید که این مهم علاوه بر مصرف انرژی بیشتر باعث استهلاک تجهیزات نیز میگردد. با استفاده از گرمایش تابشی میتوان ارتفاع نزدیک به کف و در اصل فضای مفید این مکانها را با مصرف انرژی کمتر گرم و همچنین گرمای مطبوعتری ایجاد نمود.
گرمایش به روش گرما از کف به عنوان راحتترین , سالمترین طبیعی ترین روش گرمایشی موجود, شناخته , شده است . این سیستم معمولاً در دمای بین ۳۰ تا ۶۰ درجه سانتیگراد کار میکند که در مقایسه با دیگر روشهای حرارتی که بین ۵۵ تا ۸۰ درجه سانتیگراد کار میکنند, باعث کاهش مصرف انرژی به میزان ۲۰ تا ۴۰ درصد میشود.

پسندیدید؟

در خبرنامه ثبت نام کنید و اخبار جدید را در ایمیل خود دریافت کنید

نگران نباشید ما اسپم نیست

مدلسازی اطلاعات ساختمان

طراح و نظارت پروژه های تاسیسات مکانیکی به صورت BIM توسعه دهنده نرم افزار های آموزشی تاسیسات مکانیکی

دیدگاهتان را بنویسید

بررسی کنید

انرژی های تجدید پذیر

طبق آمارهای به ثبت رسیده طی ۳۰ سال گذشته احتیاجات انرژی جهان به مقدار قابل ملاحظه ای افزای…