پوشش‌های اپوکسی و پلی‌اتیلن سه‌لایه؛ استاندارد مانیسمان برای انتقال آب شرب

لوله‌های انتقال آب شرب جزء زیرساخت‌های حیاتی شهرها هستند. این لوله‌ها معمولاً از فولاد ساخته می‌شوند و باید در برابر خوردگی، فشارهای مکانیکی و محیط‌های تهاجمی مقاوم باشند. شرکت Mannesmann از تولیدکنندگان قدیمی لوله در اروپا است و در خطوط آب‌رسانی از لوله‌های جوشی با فرکانس بالا (HFI) و لوله‌های بدون‌درز استفاده می‌کند و برای تأمین ایمنی و بهداشت در طول عمر سرویس، پوشش‌هایی مانند اپوکسی و پلی‌اتیلن سه‌لایه روی آنها اعمال می‌کند. در این مقاله ابتدا به معرفی پوشش‌های اپوکسی و پلی‌اتیلن سه‌لایه (3LPE) و ساختار آنها می‌پردازیم، سپس استانداردهای پوشش و لوله‌های مانیسمان برای انتقال آب شرب را بررسی می‌کنیم و در پایان به عوامل تاثیرگذار بر قیمت لوله مانیسمان، قیمت لوله بدون‌درز و قیمت لوله کربن استیل اشاره خواهیم کرد.

ساختار پوشش‌های اپوکسی و پلی‌اتیلن سه‌لایه

پوشش اپوکسی

پوشش اپوکسی نوعی رزین ترموست است که به صورت مایع یا پودر روی سطح داخلی یا خارجی لوله‌ها اعمال می‌شود. در پوشش داخلی، اپوکسی به عنوان لاینینگ داخلی عمل می‌کند؛ طبق مقاله Energy Steel، پوشش اپوکسی داخلی روی سطح فلزی باعث می‌شود سیالاتی که داخل لوله جریان دارند با فولاد تماس پیدا نکرده و از خوردگی جلوگیری شود و همچنین اصطکاک داخلی کاهش یابد . پوشش اپوکسی به شکل فیوژن‌باند (FBE) نیز برای لایه‌اول پوشش 3LPE به کار می‌رود و به دلیل چسبندگی عالی به فولاد، مقاومت بالایی در برابر جداشدگی کاتدی و مواد شیمیایی دارد .

مزایای اصلی اپوکسی شامل مقاومت در برابر خوردگی داخلی، کاهش زبری و بهبود جریان آب، و افزایش عمر سرویس هستند. این نوع پوشش در دماها و فشارهای بالا پایدار است و طبق مقاله Energy Steel می‌تواند طول عمر لوله را به چند دهه افزایش دهد . استفاده از اپوکسی برای انتقال آب شرب نیز باید مطابق استانداردهای بهداشتی باشد. مقاله KTA University توضیح می‌دهد که در آمریکای شمالی تمام مواد در تماس با آب شرب باید با استاندارد NSF/ANSI 61 مطابقت داشته باشند؛ این استاندارد میزان آلاینده‌هایی را که ممکن است از پوشش به آب نشت کند ارزیابی می‌کند .

همچنین استانداردهای AWWA C210 برای پوشش مایع اپوکسی و AWWA C213 برای اپوکسی فیوژن‌باند حداقل الزامات مواد، روش اجرا و آزمون‌ها برای پوشش لوله آب را مشخص می‌کنند . این الزامات شامل بررسی کیفیت و کنترل در محل تولید هستند تا اطمینان حاصل شود که پوشش برای آب شرب ایمن و پایدار است .

بیشتر بدانید :مدیریت ریسک و ایمنی در به‌کارگیری لوله‌ها مانیسمان در خطوط انتقال نفت و گاز

پوشش 3LPE

پوشش سه‌لایه پلی‌اتیلن (3LPE) یکی از جدیدترین و مؤثرترین سیستم‌های ضدخوردگی برای لوله‌های دفنی است. در این سیستم، لایه اول یک اپوکسی فیوژن‌باند (FBE) است که مستقیماً به فولاد می‌چسبد و مقاومت اولیه در برابر خوردگی فراهم می‌کند . لایه دوم چسب پلیمری است که بین FBE و لایه پلی‌اتیلن عمل می‌کند . لایه سوم پوشش پلی‌اتیلن با ضخامت چند میلی‌متر است که نقش محافظت مکانیکی و مقاومت در برابر رطوبت و مواد شیمیایی خاک را بر عهده دارد . در بروشور شرکت Mannesmann این سیستم به نام MAPEC 3‌Lagen-Kunststoffumhüllung معرفی شده و ترکیب آن شامل لایه پلی‌اتیلن یا پلی‌پروپیلن، چسب و رزین اپوکسی است که روی لوله فولادی و روکش سیمان اجرا می‌شود .

مطالعات نشان می‌دهند که این ساختار چندلایه عمر لوله را در محیط‌های خاکی تهاجمی به طور چشمگیری افزایش می‌دهد؛ زیرا لایه پلی‌اتیلن نفوذ آب و یون‌های خورنده را کاهش داده و FBE به دلیل مقاومت در برابر جداشدگی کاتدی، حتی در صورت آسیب لایه بیرونی همچنان از فولاد محافظت می‌کند . مقاله Longma می‌نویسد که لوله های با پوشش 3LPE دارای مقاومت مکانیکی بالایی هستند؛ ضخامت 2 تا 3 میلی‌متر پلی‌اتیلن ضربه پذیری و مقاومت به سایش را افزایش داده و در عملیات نصب تحت فشارهای برشی (مانند حفاری افقی) از آسیب جلوگیری می‌کند .

علاوه بر این، سطح صاف پلی‌اتیلن اصطکاک را در هنگام کشیدن لوله کم کرده و نصب را آسان می‌سازد . ویژگی انعطاف‌پذیری لایه بیرونی به لوله اجازه می‌دهد بدون ترک خوردگی کمی خم شود و در مسیرهای نامنظم بدون نیاز به اتصالات ویژه نصب شود .

مقایسه مزایا و معایب اپوکسی و 3LPE

هر دو سیستم اپوکسی و 3LPE برای حفاظت خطوط انتقال مفید هستند، اما تفاوت‌هایی دارند:
• مقاومت در برابر خوردگی: اپوکسی به عنوان پوشش داخلی، مانع تماس آب یا سیالات با فولاد می‌شود و از تشکیل زنگ جلوگیری می‌کند . 3LPE نیز با ترکیب FBE و پلی‌اتیلن، حفاظت بیرونی فوق‌العاده‌ای فراهم می‌کند و در برابر رطوبت و مواد شیمیایی خاک مقاوم است .

• مقاومت مکانیکی: سیستم 3LPE به دلیل لایه پلی‌اتیلن ضخیم، در برابر ضربه، ساییدگی و نیروهای برشی بسیار مقاوم است ؛ در حالی که پوشش اپوکسی بیرونی (FBE) به تنهایی نسبت به ضربه حساس‌تر است و اغلب نیازمند مراقبت بیشتر در حمل و نقل است.

• بهبود جریان: پوشش اپوکسی داخلی سطح بسیار صافی ایجاد می‌کند که اصطکاک و افت فشار را کاهش می‌دهد . لایه پلی‌اتیلن در 3LPE روی سطح خارجی قرار دارد و بنابراین بر جریان داخلی تأثیر ندارد.

• دوام و عمر سرویس: هر دو سیستم باعث افزایش عمر لوله می‌شوند؛ Energy Steel اشاره می‌کند که ترکیب اپوکسی داخلی و 3LPE خارجی می‌تواند عمر خطوط را به چند دهه برساند . Longma نیز اظهار می‌کند که پوشش 3LPE در شرایط خاک مهاجم ده‌ها سال مقاومت می‌کند و نیاز به تعویض یا تعمیر را کاهش می‌دهد .

• هزینه: هزینه اولیه 3LPE بالاتر از اپوکسی ساده است، زیرا چند لایه دارد و فرایند تولید پیچیده‌تری نیاز دارد. با این حال کاهش تعمیرات و افزایش طول عمر می‌تواند هزینه کلی را کاهش دهد . پوشش اپوکسی هزینه پایین‌تری دارد ولی ممکن است در کاربردهای دفنی نیاز به افزودن لایه پلی‌اتیلن یا سایر محافظت‌ها داشته باشد.

به طور کلی استفاده از ترکیب اپوکسی داخلی و 3LPE خارجی به عنوان بهترین راهکار برای خطوط آب شرب توصیه می‌شود، زیرا این ترکیب هم بهداشتی و هم مقاوم است و جریان آب را بهبود می‌بخشد .

استانداردهای لوله‌های مانیس‌مان و الزامات آب شرب

لوله های خط آب شرکت Mannesmann به طور ویژه برای انتقال آب شرب، صنعتی و فاضلاب طراحی شده‌اند. در بروشور شرکت ذکر شده است که ساختار لوله های آب شامل لایه سیمان مورتار داخلی برای اطمینان از خواص بهداشتی و مقاومت در برابر خوردگی است و برای حفاظت بیرونی از پوشش پلاستیکی چندلایه (MAPEC) یا پوشش سیمان فیبری استفاده می‌شود . این بروشور همچنین لیستی از استانداردهای بین المللی برای لوله های آب ارائه می‌دهد، مانند EN 10224 و DIN 2460 برای لوله های فولادی تحت فشار، EN 10217 برای لوله های جوشی، و API 5L برای خطوط انتقال . انتخاب استاندارد مناسب به فشار کاری، دما و نوع سیال وابسته است و رعایت آنها در خرید لوله مانیسمان ضروری است.

برای پوشش‌های داخلی و خارجی، استانداردهای AWWA که در بالا ذکر شد به کار می‌روند. مقاله KTA University توضیح میÃ‌دهد که علاوه بر استانداردهای ASTM و AWWA، پوشش‌های در تماس با آب باید تأییدیه NSF/ANSI 61 را دریافت کنند که میزان مهاجرت مواد شیمیایی از پوشش به آب را کنترل می‌کند . بنابراین، هنگام خرید لوله کربن استیل برای آب شرب، باید مطمئن شوید که پوشش اپوکسی یا 3LPE آن دارای گواهی NSF/ANSI 61 است و مطابق استانداردهای AWWA اجرا شده باشد.

پوشش‌ها و لاینینگ‌های دیگری نیز برای لوله‌های آب وجود دارند. مقاله Pipeline Equities به انواع پوشش‌ها اشاره می‌کند: اپوکسی فیوژن‌باند (FBE) که مقاومت شیمیایی و چسبندگی بالایی دارد، پوشش 3LPE/3LPP که دارای FBE، چسب و لایه پلی‌اتیلن یا پلی‌پروپیلن است، پوشش‌های پلی‌یورتان با مقاومت سایشی بالا و پوشش قیر قطران (CTE) که به دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی کمتر استفاده می‌شود . این مقاله همچنین به اهمیت پوشش‌های داخلی مانند سیمان مورتار و اپوکسی برای جلوگیری از خوردگی داخلی اشاره می‌کند .

عوامل مؤثر بر قیمت لوله مانیسمان، لوله بدون‌درز و لوله کربن استیل

قیمت لوله مانیسمان (Seamless)، لوله بدون‌درز و لوله کربن استیل به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد. بر اساس مقاله Dexin، مهم ترین عامل قیمت، هزینه مواد اولیه است؛ لوله‌ها از فولادهای مختلف مانند فولاد کربنی، آلیاژی یا فولاد ضدزنگ ساخته می‌شوند و قیمت این فلزات به بازار جهانی، قیمت سنگ‌آهن و انرژی و شرایط ژئوپلیتیک وابسته است . به عنوان مثال، لوله های استیل ضدÂ‌زنگ با محتوای نیکل بالا تا سه برابر گران‌تر از لوله های فولاد کربنی هستند .

فرایند تولید نیز نقش مهمی دارد؛ لوله‌های بدون‌درز با فرآیندهای نورد گرم یا کشش سرد تولید می‌شوند. نورد گرم ارزان‌تر ولی دارای دقت کمتر است، در حالی که لوله‌های کشش سرد به دلیل تلورانس دقیق و سطح صاف، 10 تا 30 درصد گران‌تر هستند . همچنین عملیات حرارتی و تست‌های اضافی برای ارتقای ویژگی‌های مکانیکی هزینه را افزایش می‌دهند .

ابعاد و مشخصات لوله ها نیز بر قیمت تأثیرگذار هستند؛ قطر بیرونی، ضخامت دیواره و طول لوله هر چه بیشتر باشد، مصرف مواد و انرژی بالا می‌رود و قیمت افزایش می‌یابد . رعایت استانداردهای بالاتر (مانند API 5L یا ASTM A335) و انجام آزمون های غیرمخرب مانند التراسونیک نیز هزینه ها را بالا می‌برد . پوشش‌ها و عملیات سطحی مثل گالوانیزه کردن، پوشش اپوکسی یا پلی‌اتیلن به قیمت هر تن بین 100 تا 500 دلار اضافه می‌کند ؛ این مورد باید در تعیین قیمت لوله بدون‌درز و قیمت لوله مانیسمان در نظر گرفته شود.

همچنین، مقدار سفارش و زمان تحویل تأثیر دارد؛ سفارش های عمده باعث کاهش قیمت واحد می‌شوند، اما سفارش های کوچک یا فوری هزینه بیشتری دارند . هزینه حمل ونقل و مبدأ تولید نیز مهم است؛ لوله‌های تولید شده در کشورهایی با هزینه کارگری و انرژی پایین ارزان‌تر هستند ولی هزینه حمل ونقل و تعرفه ها ممکن است این مزیت را کم کند .

این عوامل برای قیمت لوله کربن استیل نیز صدق می‌کند. معمولاً لوله های کربن استیل نسبت به لوله های آلیاژی ارزان‌ترند، اما رعایت استانداردهای کیفیت و انجام تست‌ها بر هزینه می‌افزاید. استفاده از پوشش های اپوکسی یا 3LPE که در این مقاله توضیح داده شد، ضمن افزایش قیمت اولیه، از نظر هزینه های تعمیر و تعویض در بلندمدت صرفه‌جویی ایجاد می‌کند .

بیشتر بخوانید :کاربرد لوله‌ های مانیسمان در انتقال هیدروژن و انرژی‌های نو

جمع‌بندی

پوشش‌های اپوکسی و پلی‌اتیلن سه‌لایه دو فناوری مهم برای حفاظت از لوله های انتقال آب شرب هستند. اپوکسی با ایجاد لایه ای بهداشتی، جریان آب را بهبود می‌دهد و از خوردگی داخلی جلوگیری می‌کند . پلی‌اتیلن سه‌لایه با ساختار FBE + چسب + PE، حفاظت بیرونی بسیار مؤثری در برابر رطوبت، مواد شیمیایی و آسیب های مکانیکی فراهم می‌کند . استانداردهای بین المللی مانند NSF/ANSI 61، AWWA C210 و C213 و استانداردهای اروپایی (EN 10224، DIN 2460 و API 5L) تضمین می‌کنند که پوشش‌ها و لوله ها برای انتقال آب شرب ایمن و دوام‌دار باشند .

هنگام تعیین قیمت لوله مانیسمان، قیمت لوله بدون‌درز و قیمت لوله کربن استیل باید به عواملی مانند هزینه مواد اولیه، فرآیند تولید، ابعاد، استانداردها و هزینه پوشش توجه کرد . سرمایه‌گذاری در پوشش‌های با کیفیت اگرچه هزینه اولیه را افزایش می‌دهد، اما با کاهش تعمیرات و افزایش عمر مفید، به‌صرفه‌تر است و کیفیت و بهداشت آب شرب را تضمین می‌کند.