مقایسه پی وی سی با پلی اتیلن

مزایا و  ویژگیهای لوله های تک  جداره UPVC نسبت  به  دیگر لوله های  پلیمری

۱) راهکارهای ارتقای بهره وری آب کشاورزی

در کشورهای در حال توسعه از جمله ایران بخش کشاورزی نقش مهمی را در تولید ناخالص داخلی ملی و همچنین اقتصاد روستایی ایفا کرده و بخش قابل ملاحظه‌ای از قشرهای آسیب‌پذیر کشور را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

سهم بخش کشاورزی در شاخص‌های کلان اقتصادی از جمله تولید ناخالص داخلی، تعداد شاغلین و صادرات غیرنفتی قابل توجه بوده و نکته اتکاء در شرایط برون رفت از اقتصاد نفتی و تک‌محصولی بوده و متناسب با شرایط اقتصاد مقاومتی خواهد بود.

در حال حاضر ایران در زمینه هدررفتن آب و همچنین تخریب و فرسایش خاک و جنگل‌ها و مراتع جزء اولین کشورهای دنیا است و با توجه به اینکه بیشترین مصرف آب در کشاورزی صورت می‌گیرد و به صورت بهینه استفاده نمی‌شود به کشاورزی پایدار توجه زیادی صورت نمی‌گیرد لذا لازم است به کشاورزی بعنوان محور توسعه توجه ویژه گردد و بایستی درسرمایه‌گذاری وفن آوری در این بخش، برنامه‌ریزی به صورتی باشد که در چشم‌انداز توسعه، کشور برتر منطقه و در تجارت وصادرات محصولات کشاورزی و حداقل تامین نیاز کشورهای منطقه سهم قابل توجهی را کسب نماید و این امر بدون برنامه‌ریزی استراتژیک میسر نخواهد بود.

کشاورزی باید دارای چنین توانی باشد که بتواند بحران آب را با بهره‌وری بیشتر جبران کند.  کاهش تقاضای آب کشاورزی، نوآوری و فن‌آوری‌ها و دیدگاه‌های مدیریت مصرف آب و سرمایه‌گذاری، راهکارهای متعددی را ارائه می‌نماید که بشرح زیر قابل دسته‌بندی است:

• راهکارهای فنی شامل :

  • تکمیل شبکه های انتقال و توزیع

  • بکارگیری روش‌های نوین آبیاری تحت فشار

  • انتقال آب

  • دقیق کردن آبیاری

  • کاهش نفوذ عمقی

  • یکنواختی پخش آب در مرزعه و ...

• راهکارهای مدیریت شامل:

  • مدیریت شبکه‌های آبیاری

  • برنامه ریزی آبیاری

  • مدرن سازی شبکه‌ها

  • استفاده مجدد از آب‌های زهکشی و رواناب...

• راهکارهای ساختاری شامل:

  • حکمرانی آب

  • قیمت‌گذاری مناسب آب

  • تقاضا محورکردن آب

  • ایجاد ساختار مناسب برای مشارکت­های مردمی

  • ظرفیت سازی و آموزش مدیران کشاورزی و کشاورزان

  • فراهم آوردن چهارچوب‌های قانونی برای بازارهای مناسب و موثر آب

  • ترویج موثر جهت ارتقاء مدیریت آب و آبیاری

  • بکار گماردن افراد کاردان و ...

با توجه به خشکسالی های اخیر لزوم حمایت دولت و نیز برنامه ریزی دقیق به همراه تدبیر و استفاده بهینه از سرمایه‌های مادی و معنوی در دستور کار دولت قرار گرفته است و برای صرفه‌جویی آب و نیز استفاده بهینه آب در بخش کشاورزی تسهیلاتی را در بخش سیستم‌های آبیاری تحت فشار و نیز انتقال آب برای کشاورزان در نظر گرفته است.

بخش تحقیق و توسعه و استراتژیک شرکت یزدپولیکا سعی نموده است با تحقیق در زمینه استفاده لوله‌های مورد نیاز در بخش کشاورزی بر اساس استانداردها و آمارهای جهانی اقدام به مقایسه این لوله‌ها بصورت ساده و شفاف نماید و سعی نموده است با صداقت مطالب را در اختیار دست اندرکاران زحمتکش این بخش قرار دهد.

۲) قدمت و میزان مصرف  در سطح بین الملل

لوله های PVC قدیمی‌ترین لوله‌های پلاستیکی هستند که استفاده شده و هنوز در حال کار هستند. حرکت و شتاب اصلی صنعت لوله PVCپس‌از جنگ‌جهانی دوم متولد شد. دانشمندان و مهندسان آلمانی به PVC به عنوان ماده‌ای در تولید لوله روی آوردند که در شهرهای آسیب دیده به سرعت لوله‌کشی آب و فاضلاب را به حالت اول برمی‌گرداند. امروزه محصولات اولیه لوله‌هایPVC تولید شده در سال‌های ۱۹۳۵تا ۱۹۴۵که از زیر خاک خارج شده‌اند گواهی برماندگاری و دوام این لوله‌ها هستند.

در ایران نیز این لوله‌ها قدمتی ۶۰ ساله داشته که نسبت به سایر لوله‌های پلاستیکی بسیار بیشتر است.

در طول سال‌های گذشته ، لوله‌های سخت پی‌وی‌سی(U-PVC) با اختلاف وسیعی در صدر مصرف لوله‌های پلاستیکی و پلیمری قرار دارد و ازحدود ۲۴ میلیون تن مصرف سالیانه مواد اولیه پلیمری در لوله‌های آبرسانی و فاضلاب پلیمری، حدود ۶۹٪ آن، در صنعت تولید لوله‌های سخت پی‌وی‌سی بکار می‌رود.

با توجه به بهینه‌سازی روش‌های اتصال این لوله‌ها و همچنین اصلاح خواص لوله (مانند ساخت لوله‌های O-PVC ) پیش‌بینی می‌گردد این میزان در آینده افزایش یابد. پیشرفت‌های تکنولوژیکی در زمینه تولید لوله‌های پی‌وی‌سی (مانند تولید لوله‌های سه جداره، ... ) نیز پی‌وی‌سی را هرروزه بعنوان انتخابی اقتصادی‌تر معرفی می‌کند. طول عمر بالا، توانایی برآورده ساختن استاندارد کیفیت آب، قابلیت نگهداری آسان، کارآیی در برابر آتش و قیمت پایین در مقایسه با سایر مواد، آن را انتخابی مناسب برای صاحبان ساختمان می‌سازد.

در آمریکا برای مدت زمان بیش از۵۰ سال، هم لوله های تحت فشار و هم لوله های بدون فشار پی‌وی‌سی، مرتباً توسط گواهی‎‌دهندگان مستقلی مانند انجمن امور آب آمریکاAWWA، سازمان بهداشتNSF، آزمایشگاه‌های بین المللی و.... موردبررسی قرار گرفته اند و همه تائید کرده اند که لوله های پی‌وی‌سی تمامی استانداردهای سختگیرانه تهیه شده توسط انجمن استاندارد امریکا و سایر سازمان‌ها را به خوبی تامین می‌کند.

نمونه لوله‌های بیرون آورده شده از خاک پس از ۵۰ سال

رقبای اصلی لوله‌های  PVCشامل لوله‌های سنتی و سایر لوله‌های پلیمری هستند.

درجدول زیر مقایسه لوله های سنتی با لوله های PVC نشان داده شده است. در شرح این جدول اشاره می‌گردد که Biofilmها کلونیهای باکتری هستند که در درازمدت به سبب جریان آب در لوله‌ها تشکیل شده و به عنوان سدی، در کاهش دبی سیال درون لوله نقش دارند.

با توجه به استفاده عمده کل لوله های مصرفی آمریکا در بخش آب و فاضلاب و ضرورت تحویل آب سالم به منازل و مصرف کنندگان، بحث تشکیل Biofilm ، علل ایجاد آن و راههای مبارزه با تشکیل این کلونی های باکتریایی، سازمان بهداشت ملی(NSF)، سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA)، سازمان تحقیقات ملی کانادا و سایر سازمانها را به مطالعه بر روی پلاستیک‌های مختلف سوق داد  به این نتیجه رسیدند که PVC تنها پلاستیکی است که Biofilm  روی آن تشکیل نمی‌شود و یا در صورت تشکیل سریعاً از بین می‌رود.

همچنین تعداد خرابی‌های سالیانه لوله های آب در هر ۱۰۰ کیلومتر لوله کشی بصورت مقایسه ای در نمودار زیر مشاهده می‌شود.

این لوله‌ها نیاز به رنگ کردن ندارند، نمی‌پوسند، در برابرخوردگی، رشد باکتری‌ها و نشتی مقاوم هستند و به آسانی و به روش‌های مختلف (چسبی، جوشی، پوش فیت، رزوه ای و ...) بهم متصل می‌گردند. لوله های پی‌وی‌سی دارای مقاومت شیمیایی بالا، نسبت استحکام به وزن بالا، استحکام کششی بلند مدت، هدایت حرارتی و الکتریکی پایین هستند.این لوله‌ها در برابر نفوذ ریشه درختان و هجوم جوندگان زیرزمینی مقاوم بوده و هزینه نگهداری اندکی دارند. این لوله‌ها قابلیت اتصال به سایر لوله های پلیمری را نیز دارا هستند.

۳) مصارف لوله های UPVC در کشورهای  پیشرفته

ویژگی‌های منحصر به فرد لوله های PVC، آن را بطرز چشمگیری از سایر لوله‌ها متمایز می‌کند. نگاهی به آمار مصرف این لوله‌ها در دنیا نیز روشنگر این مطلب است.اگرچه در این سالها در اروپا با جایگزینی این لوله ها توسط سایر لوله‌های پلاستیکی و بویژه پلی اتیلن مواجه بوده ایم که دلایل آن هم تولید لوله‌های PVC ضعیف در انگلستان در دهه۷۰ وافزایش آمار خرابی‌های لوله، تلاش صلح سبز برای خارج کردن کلر از بازار مصرف کشورهای اروپایی در دهه ۹۰، وجود چند تولیدکننده پیشرو PE دراروپا، بازاریابی مستقیم تأمین کنندگان PE و ارتباط بدون واسطه با شرکت‌های آبرسانی است، در ایران نیز به دلایل گوناگون از جمله در دست اجرا بودن تعداد زیادی از طرحهای تولید   PEبه علت استخراج بالای منابع گازی، سنتی بودن تولید لوله‌های PVC در ایران و عدم توجه به تکنولوژی‌های جدید تولید و مصرف، ضعف اطلاع رسانی و کار فرهنگی در شناساندن لوله PVC به عنوان شایسته‌ترین محصول در مصارف تعریف شده، لوله‌هایPVC  در بخش‌های مختلف و بویژه در بخش آبرسانی و آبیاری رشد مصرف مورد انتظار را نداشته است،  اما در سایر کشورها به خصوص امریکا و کانادا مصرف لوله هایPVC  دارای رشد چشمگیری بوده است.

آمریکا و کانادا همیشه مدعی داشتن سالم‌ترین لوله‌های آب آشامیدنی در سطح دنیا بوده‌اند. آنها با انجام مطالعات گسترده علمی و آماری در زمینه تعمیر و جابجایی خطوط شکسته لوله به این نتیجه رسیدند که PVC بهترین ماده قابل مصرف خطوط لوله آب و فاضلاب است که نه تنها هیچ‌کدام از مشکلات لوله‌های سنتی را ندارد بلکه ویژگی‌های برجسته آن موجب کاهش بسیار قابل توجهی در هزینه‌های تولید و نصب لوله‌ها و انتقال آب و فاضلاب و بهتر از همه کاهش هزینه ‌های تعمیر و نگهداری لوله‌هاست.

آمار مصرف لوله‌های مختلف در آمریکا نشان می‌دهد PVC پرمصرف‌ترین پلاستیک در بخش لوله می‌باشد. آمار ارائه شده توسط EPA و سازمان تحقیقات ملی کانادا هم نشان می‌دهد هزینه صرفه جویی شده در اثر استفاده از لوله‌های PVC در آمریکا ۱۰۰ میلیون دلار و در کانادا ۵۰ میلیون دلار در سال بوده است.

در اینجا به منظور اجتناب از تخصصی شدن بحث، مقایسه متراژ لوله‌های مورد مصرف در آمریکا و کانادا و مقایسه شکست سیستم‌های لوله با مواد مختلف در ذیل اشاره شده است:

نکته مهم در جدول فوق دارای این پیام خواهد بود که هرچه شکست و خرابی در سیستم‌های لوله و آبرسانی پایین تر باشد هزینه های تعمیرات و جابجایی خطوط که مستلزم صرف منابع بسیار می باشد نیز پایین تر است.

پیش بینی رشد تقاضای مصرف لوله های پلاستیکی در جهان

تاکنون افزایش تقاضای جهانی لوله های پلاستیکی% ۴.۵ درسال بوده است که در این میان بیشترین مصرف مربوط به چین، هند، آسیا، اروپای غربی، آمریکای لاتین، آفریقا و خاورمیانه است. نحوه توزیع این مصرف به قرار زیر است:

• PVC %66
• HDPE % 23
• Other Resins % 11

میزان مصرف لوله های PVC به شرح زیر است :

• ۳۵% در آبرسانی
• ۲۵% در انتقال فاضلاب
• ۱۵% در بخش DWV
• ۵٪ در بخش آبیاری و کشاورزی
• ۱۵٪ در انتقال کابل های برق و مخابرات
• ۵٪ باقیمانده نیز شامل اتصالات و سایر بخش ها است.

Source: www.freedoniagroup.comUS Indus try Study with Forecasts for 2012 & 2017

۴) برتری های لوله های UPVC نسبت به لوله های PE

لوله های U-PVC در موارد زیر نسبت به لوله های PE برتری دارند:

• ۴-۱)استحکام کششی طولانی‌مدت:

لوله های PVC حدود ۲.۵ برابر قویتر از PE است. استحکام کششی طولانی‌مدت که طبق استانداردASTM  D2837 اندازه‌گیری می‌شود برای ۴۰۰۰psi برابر   PVCو برای  PEبرابر ۱۶۰۰psi است و این نشان می‌دهد که PVC حدود ۲.۵ برابر قویتر از PE است.

بنابراین برای تحمل فشار یکسان لوله‌های PE باید ضخامت بیشتری (حدود ۱.۵ برابر)نسبت به لوله های UPVCداشته باشند.

• ۴-۲) دبی سیال خروجی:

در قطر خارجی یکسان با توجه به ضخامت بیشتر دیواره لوله‌های PE، لوله‌های PVC دارای قطر داخلی و سطح مقطع بیشتری هستند در نتیجه میزان دبی سیال درون این لوله‌ها بیشتر از لوله‌های PE است و حجم بیشتری از سیال را می‌توان انتقال داد.

میزان حجم اضافی مایع انتقال یافته در واحد زمان در لوله های PVC نسبت به PE

• ۴-۳)هزینه نصب لوله:

لوله‌های PE به صورت جوشی یا الکتروفیوژن بهم متصل می‌شوند که به دستگاه ویژه برای جوش و نگهداری لوله در حین جوش نیاز دارند. این فرآیند از لحاظ زمانی بسیار طولانی‌تر است چون ابتدا باید لوله گرم شود و سپس در همان حالت سرد گردد و در سایزهای بزرگتر به علت دو پهن شدن لوله جوش به صورت ناقص انجام می شود. در حالیکه برای لوله های UPVCدر هردو صورت چسبی و یا پوش فیت مراحل نصب با سرعت حدود ۳ الی ۵ برابری نسبت به پلی اتیلن برخوردارند.

• ۴-۴)ضریب انبساط حرارتی:

برای PVC برابر ۷۰ µm/m/0K  است در حالی‌که برای پلی‌اتیلن۱۲۰ µm/m/0K یعنی انبساط و انقباض لوله‌های PVC در سرما و گرما نصف لوله‌های PE است همچنین اگر از لوله‌های PVC پوش‌فیتی استفاده شود ازدیاد یا کاهش در طول لوله تنش اضافی بر لوله اعمال نمی‌کند زیرا لوله در قسمت سوکت جای حرکت دارد. لوله‌های PE چون بصورت جوشی بهم وصل می‌شوند جای حرکت ندارند و ازدیاد یا کاهش طول لوله باعث اعمال تنش‌های اضافی در لوله می‌شود.

• ۴-۵)تشکیل Biofilm و اجزای آلی فراری که از لوله های پلاستیکی وارد آب آشامیدنی می شود:

مقدار اجزای آلی فرار از لوله های HDPE، TON≥۴در حالیکه تست اجزای آلی فرار  لوله‌های PVCعملاً نشان داد که اجزای آلی بسیار کمی (کمتر از حد مجاز)  از لوله های PVC وارد آب می‌شود و آب مورد تست هیچگونه بوی قابل توجهی پیدا نمی‌کند.

• ۴-۶)مشکلات سیستم اتصال لوله ها:

در لوله های پلیمری از جمله پلی اتیلن به دلیل جوش محل اتصال لوله به یکدیگر ۵۰% ضخامت لوله در حین جوش به داخل برگشته و مانع در داخل لوله ایجاد می کند و باعث کاهش قطر داخلی لوله و ایجاد گرفتگی‌های ناشی عبور فاضلاب می گردد. به عبارتی دیگر در هر محل جوش لوله پلی اتیلن به یکدیگر یک مانع در آن محل ایجاد می شود که این موضوع باعث کاهش شدت جریان، افت فشار و تجمع مواد جامد می گردد و در نتیجه دبی موردنظر بدست نمی آید. درحالیکه لوله UPVC اورینگی (اتصال پوش فیت) یا چسبی در اتصال به یکدیگر هیچگونه مانع در طول خط انتقال در مقابل جریان سیال ایجاد نمی کند و داخل آن در محل اتصال لوله یکسان و همسطح می باشد و هیچگونه افت فشار و یا تغییر قطر داخلی که باعث کاهش دبی انتقال سیال شود را ندارد.

به عنوان مثال: لوله PE سایز mm200 با مواداولیه PE80 دارای ضخامت حدود mm15 و قطر داخلی mm170 بوده و قطر داخلی آن در محل جوش به دلیل برآمدگی به حدود mm160 کاهش پیدا می کند و بهره برداری جهت تامین آب مورد نیاز با دبی پیش بینی شده یا ملزوم به افزایش فشارکاری و نهایتاٌ مصرف بیشتر انرژی است یا بایستی به جای لوله mm200 از جنس  PE لوله mm225 را استفاده نماید. در حالی که در لوله UPVCقطر mm200 قطر داخلی لوله بیش از mm180 بوده و این مقدار در طول و محل اتصال لوله ها به یکدیگر همواره ثابت می باشد.

• ۴-۷)مقاوم در برابر جوندگان

لوله هایUPVC بدلیل وجود حلقه کلر در ساختار پلیمری خود سبب می‌شود که از کلیه جوندگان زمینی و زیرزمینی و همچنین جویندگان آب در مناطق خشک و بی آب محفوظ باشند در حالی‌که لوله های پلی اتیلن این خاصیت را ندارند و ضمناً از خاصیت خیلی نرمتری نسبت به پی‌وی‌سی برخوردارند.

۵)جدول مقایسه ای از ویژگیهای فیزیکی و عمومی ترموپلاستیکها (UPVC, PE, PP)

References

(Technical Manual of SAPPMA (Southern African Plastic Pipe Manufacturers Association

SP&W Consulting Engineering Firm

۶) مقایسه ضخامت لوله های UPVCنسبت به لوله های PEدر فشارهای یکسان

در فشار کاری یکسان ضخامت لوله PEبیش از ۵/۱ برابر ضخامت لوله PVC است (بسته به نوع PE):

۷) میزان مقاومت لوله های تک جداره UPVC در برابر فشارهای داخلی و خارجی بر روی لوله (Pn, Sn) و مقایسه با لوله های تک جداره  و  دوجداره پلی اتیلن

میزان مقاومت لوله‌های تک جداره UPVCبر اساس استانداردهای بین المللی و ملی ایران متفاوت است و می‌تواند از Pn 01 الی Pn 25 برای فشار داخلی و از Sn 01 الی Sn 12 برای مقاومت سفتی حلقوی مقاومت نماید. نکته قابل ذکر اینکه بر اساس نوع فشار (داخلی یا بیرونی) فرمولاسیون تولید این لوله‌ها تا حد زیادی متفاوت است.

در رابطه با مقاومت لوله‌ها در شبکه‌های اجرا، عوامل متعددی در این کار نقش دارند که برخی از آنها عبارتند از:

• نوع خاک منطقه که بر حسب دانسیته در ۴ گروه گریدبندی می‌گردند.
• عرض ترانشه (گودال)
• زیرسازی و روسازی لوله ها
• ضریب راه و ابنیه
• میزان بار زنده
• میزان بار مرده که به ارتفاع از سطح زمین بستگی دارد.

به عنوان مثال برای محاسبه میزان مقاومت لوله ۳۱۵ میلیمتر در عمق ۴ متری خاک با دانسیته ۲ موارد ذیل در نظر گرفته می‌شود:

محاسبه تقریبی بار زنده:

۵۰۰۰ = ۶ / ۳۰.۰۰۰ (وزن یک تریلی با بار)

میزان بار زنده   ۷.۵۰۰ = ۱.۵ (ضریب راه و ابنیه) * ۵۰۰۰

محاسبه تقریبی بار مرده:

میزان بار مرده: دانسیته خاک * عمق خاک * مساحت یک متر لوله

۲۵۲۰ = ۲ * ۴* ۰.۳۱۵

۱۰۰۲۰ = ۲۵۲۰ + ۷۵۰۰     مجموع بار زنده و مرده

یعنی میزان مقاومت حلقوی برابر حدود SN 10خواهد بود.

* تنها نکته ای که برای استفاده از لوله های تک جداره UPVC بایستی در نظر گرفت این است که در صورت استفاده این لوله‌ها در خیابان های اصلی که پر رفت آمد است حداکثر عمق نبایستی از ۴ متر بیشتر باشد. ولی در صورت استفاده از این لوله‌ها در معابر فرعی و کوچه‌ها با در نظر گرفتن عدم عبور ماشین‌های سنگین ( با وزن حداکثر ۳۰ تن) می توان تا عمق ۱۰ متری نیز استفاده نمود.

 ۸) مقایسه هزینه های لوله های UPVC نسبت به لوله های تک جداره PE

به دلیلی که مطالب قبلی گفته شد با توجه به اینکه در سیستم شبکه لوله کشی میزان دبی آب یکی از پارامترهای مهم می‌باشد به عنوان مثال برای یک مورد هزینه‌های مربوط به سایز ۲۲۵ پلی اتیلن و سایز ۲۰۰ یو پی وی سی مورد مقایسه قرار گرفته است:

در محاسبه هزینه زیر به دلیل همسان بودن قطر داخلی،  لوله پلی اتیلن قطر mm225 را با لوله UPVCبا سایزmm200 هردو با فشارکاری ۱۰ بار مورد مقایسه قرار گرفته است:

• در صورت استفاده از مواد اولیه PE 63میزان کاهش هزینه استفاده از لوله های یو پی وی سی بیش از ۶۰% خواهد بود.

• لازم به ذکر است در صورتیکه برای فشارهای مختلف کاری این دو نوع لوله مورد مقایسه قرار گیرد مقایسه های انجام شده مشابه مورد بالا خواهد بود.

۹) کاربرد در سیستم آبیاری زیرسطحی۱۰) کاربرد در سیستم آبیاری زیرسطحی