ویژگی های نصب روزمینی لوله ها

نصب روزمینی لوله ها در دو نوع اصلی وجود دارند. یکی از آن ها عبارت است از »رشته کشی «۱ لوله روي سطح زمین یا عوارض طبیعی موجود در مسیر لوله. دومین نوع شامل آویختن لوله ها از سازه هاي نگهدارنده مختلفی است که در حریم قانونی مسیر خط لوله در دسترس هستند. برخی از تأسیسات متداول از هر دو نوع نصب، در شکل ۸- ۲ نشان داده شده اند. از آنجاییکه روش هاي طراحی در هر یک از انواع نصب، متفاوت است، آن ها را بصورت جداگانه مورد بحث قرار می دهیم.

نصب روی سطح زمین

چنانکه قبلاً نیز بیان شد، لوله هایی که در معرض نوسانات دمایی قرار می گیرند، در پاسخ به این نوسانات دمایی، منقبض و منبسط می شوند. طراح براي مواجهه با این پدیده، دو گزینه در پیش دارد. اساساً می توان لوله را در وضعیت مهار نشده نصب کرد تا بتواند در پاسخ به تغییر دما، آزادانه حرکت کند. یا می توان لوله را با برخی وسایل قلاب کرد تا بتوان تغییر ابعاد فیزیکی آن را کنترل نمود؛ با قلاب کردن می توان از خاصیت منحصر بفرد میرایی تنش در پلی اتیلن براي کنترل مکانیکی حرکت و خمش، بهره برد.

حرکت آزادانه

نصب بدون مهار لوله نیازمند جایگذاري لوله روي یک بستر یا معبر قانونی است که عاري از موادي باشد که می توانند سطح خارجی لوله را دچار ساییدگی و یا سایر آسیب ها کنند. هدف آن است که به لوله اجازه داده شود آزادانه و بدون محدودیت یا آسیب هاي نقطه اي احتمالی، »پیچ و تاب «۳ بخورد. در این روش نصب معمولا لوله پلی اتیلن در محدوده معبر قانونی مانند مار است. در بخش اضافی لوله کشی لوله قدري شل است که بعد از افت دما و انقباض لوله، از بین می رود.

شکل ۸-۲ نصب هاي روزمینی متداول لوله هاي پلی اتیلن

شکل ۸-۲ الف. نصب رو زمینی لوله هاي پلی اتیلن در یک کاربرد صنعتی. به شکل »مار گونه « در معبر قانونی توجه کنید

شکل ۸-۲ ب. نگهدارندگی پیوسته لوله هاي پلی اتیلن در گذر از دره

شکل ۸- ۲ -ج. نگهدارندگی متناوب لوله هاي پلی اتیلن آویخته از یک سازه سخت

یک لوله پلی اتیلن آزاد، در همه موارد مشابه، باید در نهایت به یک سازه سخت منتهی یا متصل شود. به شدت توصیه می شود که ناحیه گذار از یک لوله پلی اتیلن آزاد به لوله سخت، کاملا پایدارسازي شود تا از تمرکز تنش در محل گذار، جلوگیري شود. روش هاي متداول مهار لوله در فاصله اي برابر با ۱ تا ۳ برابر قطر لوله از انتهاي سخت، در شکل ۸- ۳ نشان داده شده اند. این کار با رهاسازي تنش ناشی از انقباض یا انبساط حرارتی در دیواره خود لوله، تمرکز تنش ناشی از حرکت هاي جانبی لوله در نقاط انتهایی را از بین می برد.

شکل ۸-۳روش هاي متداول مهار کردن در انتهاي سخت قطعه لوله هاي پلی اتیلن آزاد

شکل ۸-۳ الف. اتصال به گنبد بتنی ( Concrete Vault ) با استفاده از تیرچه حائل

شکل ۸-۳ ب. اتصال به سازه سخت با استفاده از خاکریز زمینی متراکم شده

خطوط لوله مهار شده

در طراحی نصب هاي روزمینی که شامل مهار می شوند، باید ابزارهایی که براي کنترل حرکت بکار می روند و همچنین نیروي مهار یا قلاب لازم براي جبران تنش هاي انقباضی یا انبساطی، در نظر گرفته شوند. روش هاي متداول براي مهار عبارت اند از خاکریزهاي زمینی ۳، تیرك ها ۴، قلاب هاي مته اي ۵ و چارچوب هاي بتنی ۶ یا بلوك هاي ضربه گیر ۷٫ خاکریز زمینی می تواند پیوسته و یا متناوب باشد. ممکن است خط لوله را بطور کامل با لایه کم عمقی از خاك همجنس زمین محل بپوشانند و یا آن را در بازه هایی خاص بین محل هاي قلاب، با خاکریزهاي زمینی، پایدار سازي کنند. آرایش هاي متداول خاکریزهاي زمینی در شکل ۸- ۴ ارائه شده اند.

شکل ۸-۴٫ پیکر بندي هاي خاکریز هاي زمینی

از خاکریزهاي زمینی پیوسته نه تنها براي پایدار سازي لوله و مهار آن در برابر حرکت استفاده می شود، بلکه براي متعادل سازي نوسانات دمایی نیز بهره برداري می گردد. تمایل لوله براي جابجایی، با نوسانات دمایی کمتر، کاهش می یابد. نصب متناوب خاکریزهاي زمینی، باعث پایدار سازي لوله را در مقاطع ثابتی در طول خط لوله می شود. لوله روزمینی در هر یک از نقاط پایدار سازي، به طول ۱ تا ۳ قطر لوله با خاکریزي از جنس زمین، پوشانده می شود. صرفه اقتصادي این روش مهار خط لوله، واضح است.

ابزارهاي پایدارسازي متناوب دیگري هم در دسترس هستند که مهارهایی به همان اندازه کارا و البته با سهولت بیشتر در اجرا و نگهداري را در اختیار می گذارند. این ابزارها عبارت اند از تیرك ها، قلاب هاي مته اي و یا چارچوب هاي بتنی. این روش هاي مهار به صورت شماتیک در شکل هاي ۸- ۵ تا ۸- ۷ نشان داده شده اند.

شکل ۸-۵ پایدارسازي با تیرك

شکل ۸-۶٫  پایدارسازي با قلاب مته اي

شکل ۸-۷٫  پایدارسازي با چارچوب بتنی یا بلوك ضربه گیر

لوله اي که بصورت متناوب قلاب شده است، در پاسخ به تغییرات دما، خمش جانبی پید ا می کند، و حرکت جانبی موجب شکل گیري تنش و کرنش در دیواره لوله می شود. رابطه بین این متغیرها بصورت زیر بدست می آید:

خمش جانبی (تخمینی از معادله کاتنري )

که در آن:

y∆    =    خمش جانبی (اینچ)

L      =    فاصله بین نقاط قلاب شده (اینچ)

∝     =    ضریب انبساط / انقباض حرارتی

T∆    =    تغییر دما (T2 – T1) بر حسب درجه فارنهایت

تعیین کرنش خمشی

که در آن:

ε      =    کرنش در دیواره لوله (%)

D     =    قطر خارجی لوله، اینچ

∝     =    ضریب انبساط / انقباض حرارتی

T∆    =    تغییر دما (T2 – T1) بر حسب درجه فارنهایت

L      =    فاصله بین نقاط قلاب شده (اینچ)

به عنوان یک قانون کلی می توان گفت، تعیین تعداد نقاط پایدار سازي، یک تصمیم اقتصادي است. بعنوان مثال اگر لازم باشد خمش جانبی به شدت محدود شود، تعداد نقاط پایدار سازي افزایش چشم گیري پیدا می کند. از طرف دیگر در صورتیکه خمش جانبی ایجاد شده، در محدوده مجاز باشد، به تعداد نقاط قلاب کمتري نیاز است و هزینه مربوطه کاهش می یابد. مقدار خمش جانبی مجاز پلی اتیلن، نامحدود نیست. حد بالاي آن برابر با حداکثرکرنش مجاز در دیواره لوله است. این حد در اکثر کاربردهاي روزمینی، برابر با مقدار محافظه کارانه ۵% منظور می شود. این مقدار با استفاده از معادله بالا و با فرض اینکه لوله در بین دو نقطه با فاصله L قلاب شده، بدست آمده است. از معادلات تعیین کرنش خمش براي تعیین خمش جانبی تئوري یا کرنش در خطوط لوله روسطحی استفاده می شود. خمش واقعی و کرنش به دلیل وجود اصطکاك با عوارض زمینی در مسیر خط لوله، وزن لوله و جریان سیال، و اینکه بیشتر نوسانات دمایی در حالت عادي بصورت آنی بوقوع نمی پیوندند، ممکن است بسیار کمتر از مقادیر محاسبه شده باشد. این عوامل باعث میرایی تنش در طی فرآیند نوسان دمایی می شوند.

مثال ۵

لوله اي ۱۰ اینچی( قطر خارجی=۷۵/۱۰ ) از سري SDR11 با مشخصات PE4710 را فرض کنید که روي زمین کشیده شده و در بازه هاي ۱۰۰ فوتی، قلاب شده است. در صورت افزایش دما به میزان ^oF50 (^oC8/27)  ، حداکثر خمش جانبی تئوري ممکن چقدر خواهد بود؟ با این مقـدار تغییر دمـا، چه مقدار کرنـش در دیـواره لـوله بوجـود

می آید؟ اگر لوله در مقاطع ۵۰ فوتی قلاب شده باشد چطور؟

محاسبات مربوط به بازه هاي ۱۰۰ فوتی:

محاسبات مربوط به بازه هاي ۵۰ فوتی:

از محاسبات انجام شده در مثال ۵ مشخص است که مقداري از خمش هاي جانبی که ممکن است قابل ملاحظه به نظر برسند، باعث کرنش نسبتاً اندکی در دیواره لوله می شوند. رابطه بین خمش جانبی و آهنگ کرنش، به شدت وابسته به فاصله انتخاب شده بعنوان بازه بین نقاط قلاب شده می باشد. هرچه فاصله بین نقاط قلاب شده بیشتر باشد جابه جایی جانبی بیشتر و درصد کرنش کمتر است.