طرح توجيه اقتصادي كاربرد لوله پلي اتيلن درمقايسه با لوله هاي مختلف

با عنایت به مصرف روزافزون بشر به مواد غذائی و فرآورده های کشاورزی و به تبع آن نیاز به آب برای استحصال موارد فوق لزوم استفاده بهینه از منابع محدود آب خدادادی و جلوگیری از هدر رفت این منابع در پروسه انتقال ، جایگزینی خطوط لوله بجای شبکه های کهنه و قدیمی اجبار یست که باید بدان اندیشید. بر این اساس در مقاله ذیل انواع مختلف لوله های موجود مورد استفاده در کشورمان ، همچنین تحلیل اقتصادی آنها ذکر گردیده است. انواع لوله های موجود در کشورمان به شرح زیر می باشد.

1-1-لوله های فولادی ( Steel Pipe)

این نوع لوله ها که در حال حاضر یکی از پر مصرف ترین لوله ها در خطوط انتقال آب، نفت و گاز می باشند با فشارهای مختلف تولید می گردند. مقاومت فشاری لوله های فولادی بالا بوده و در قطرهای بالا برای تحمل فشارهای زیاد بکار می روند و همچنین از انعطاف پذیری ، تحمل فشارهای  داخلی و خارجی زیاد،سهولت نصب و برش برخوردارند.

لوله های فولادی را با قطر 16 الی 3000 میلیمتر می سازند روش ساخت این لوله ها به دو شیوه زیرمی باشد:

الف) لوله های بدون جوش طولی-که با روش نورد ساخته می شوند که این روش برای اقطار پائین تر از 500 میلیمتر بکار می رود.

ب)لوله های فولادی با جوش درز طولی -که از طریق تبدیل ورق ویا صفحات فولادی به شکل لوله و جوش دادن لبه های آن به دو روش مقاومت الکتریکی (ERW)و ذوب الکتریکی (EFW) ساخته می شوند. از این روش تولید برای ساختن لوله های با قطر بالا ( از 300 میلیمتر به بالا) استفاده می شود.

در ایران این لوله ها عمدتا" توسط کارخانه لوله سازی اهواز از قطر 150 میلیمتر تا 1400 میلیمتر با فشار کاری مختلف تولید می شود. علاوه بر کارخانه لوله سازی اهواز کارخانجات سدید، لوله های فولادی را به روش اسپیرال ( حلزونی) تا قطر 2000 میلیمتر و در فشار کاری متفاوت تولید می نمایند.

لوله های ساخت کارخانجات فوق فاقد پوشش حفاظتی داخلی و خارجی بوده لذا می بایست در موقع اجراء داخل و خارج لوله ها با مواد عایق و پوشش دهنده از قبیل قیر اندود، اندود سیمان و سایر عایقهای مناسب و یا در بعضی مواقع توسط سیستم کاتدیک حفاظت نمود.

ضعف بزرگ لوله های فولادی عدم مقاومت در مقابل آبهای خورنده می باشد بر این  اساس عایق لوله ها باید با دقت تمام صورت پذیرد.

اتصال لوله های فولادی عمدتا"بصورت جوشی بوده ولی در صورتیکه جدا نمودن دوباره لوله ها مد نظر باشد می توان آنها را به هم پیچ و مهره نمود.

وزن این لوله ها در ضخامت کم حدودا" معادل و در لوله ها ی ضخیم تا دو برابر وزن لوله های آبزیست سیمانی می باشد.

از مزایای لوله های فولادی می توان به مقاومت زیاد در برابر بارهای خارجی و داخلی، خاصیت انعطاف پذیری، قابلیت برش و اندازه های دلخواه نام برد.

1-2-لوله های آزبست سیمانی (ASBESTES CEMENT)

یکی دیگراز لوله های با کاربرد نسبتا" زیاد در خطوط انتقال آب لوله های آزبست می باشند. مواد اصلی ساختمان این لوله ها از الیاف پنبه نسوز و سیمان پرتلند تشکیل شده اند که به نسبت 10 تا 15 درصد الیاف آزبستی و 85 تا 90 درصد سیمان را به آن مخلوط نموده و خمیر بدست آمده را بصورت نورد به لوله تبدیل می نمایند.

لوله های آزبست سیمان بر اساس فشار پذیری مختلف در دو تیپ PNوPR و در چهار کلاس B-C-D-E ساخته می شوند.

که در کلاس Bبرای فشار نامی 6 اتمسفر کلاس Cبرای فشارهای نامی 9 اتمسفر و کلاس Dبرای فشارهای نامی 12اتمسفر وکلاس E برای فشارهای نامی 16 می باشد علاوه بر این لوله های آزبست فاضلابی بدون فشار داخلی نیز تولید می شوند.

لوله های آزبست سیمان بعلت نازکی دیواره (در لوله های با قطر 50 تا 500 میلیمتر ) نسبت به لوله های بتنی سبک تر و جابجا کردن آنها آسان تر است. دیواره درونی لوله ها صاف و از نظر هیدرولیکی نیز بر لوله های بتنی برتری دارند.ضریب هیزن ویلیامز را در این لوله ها می توان برابر 140 و ضریب زبری K را در این لوله ها می توان برابر 25 /. میلیمتر در نظر گرفت.

درجه آب بندی و مقاومت این لوله ها در برابر آبهای مضر و خورنده از لوله های بتنی بیشتر است.با وجود این برای بالا بردن مقاومت آنها در برابر آبهای خورنده این لوله ها را قیر اندود می کنند. در صورتیکه زمین دارای مواد سولفاته باشد، باید در ساختمان این لوله ها از سیمان ضد سولفات استفاده نمود.

از مزایای عمده این نوع لوله ها می توان به مقاومت زیاد در برابر آب و خاک ، سهولت نصب، تهیه آن در داخل کشور اشاره کرد.

 

عیب بزرگ این لوله ها شکننده بودن آنها در هنگام حمل و جابجائی می باشد. طریقه نصب لوله های آزبست سیمان استفاده از اتصالهائی به نام مانشون و واشرهای لاستیکی جهت آب بندی می باشد. شایان ذکر است که در فشارهای بالا بدلیل وجود این شیوه آب بندی تا حدودی آب بندی قطعات با مشکل مواجه خواهد شد لوله های فوق در ایران توسط کارخانه های ایرانیت پرلیت فارسیت تولید می شود.

1-3-لوله های بتن مسلح(Reinforced concrete)

این لوله ها معمولا برای قطعه های بزرگتر از 500 میلیمتر ساخته شده و بسته به فشار آب داخل آنها محاسبه می گردند در محاسبه لوله های بتن مسلح باید آنها را زیر تاثیر بارهای خارجی ناشی از وزن خاک و وزن وسایل نقلیه و نیروهای داخل ناشی از فشار آب مورد توجه قرار می گیرد.

چون مقاومت کششی بتن بسیار ناچیز است باید در این لوله های به بتن تنها تنش فشاری وارد آمده و تمام تنش کششی را فولاد تحمل نماید. بدین جهت در فشارهای زیاد ناشی از آب ( فشارهای بالای 6 اتمسفر) لازم است که برای جلوگیری از ایجاد ترکهای مویی در بتن و تامین آب بندی آن ضخامت دیواره لوله ها را بالا ببرند. لذا در این موارد برای کاهش ضخامت دیواره ودر نتیجه کاستن وزن لوله باید از بتن پیش فشرده استفاده شود.

لوله های بتن آرمه(بسته به قطر آنها) به طول های 5/2 الی 6 متر و با فشارهای کاری 6/10 و 15 اتمسفر ساخته می شوند. برای جلوگیری از اثر آبهای خورنده رویه آنها را قیر اندود میکنند. در صورتی که زمین سولفاته باشد، باید از سیمان ضد سولفات برای ساختن لوله استفاده شود. از لوله های بتن آرمه بیشتر در ایجاد شاه لوله های درون شهر و شاه  لوله های ارتباطی بیرون شهرها استفاده می گردد. اتصال لوله های بتن آرمه غالبا بصورت نر و ماده انجام می گیرد و همچنین ممکن است با ساختن حلقه بتن آرمه در اطراف محل اتصال نقطه پیوند، دو لوله آب بندی می گردد.

 

کاربرد این لوله ها با توجه به سنگینی وزن آنها دو تا سه برابر وزن لوله های آزبست سیمانی  و طول کوتاه هر قطعه لوله کم بوده و معمولا جهت اجرای پروزه های فاضلاب شهری و سیستم زهکشی زیر زمینی اراضی زراعتی از آنها استفاده می شود.

1-4-لوله های پشم شیشه(G.R.P)       (Glass   Reinforced   Plastic)

این نوع لوله ها در اقطار 300 تا 2400 میلیمتر از رشته های الیاف پشم شیشه براساس فرآیند الیاف پیچی به روش پیوسته

(Cotinuous  Filament  Winding) تولید می شود. این فرایند امکان استفاده از الیاف پیوسته از الیاف پیوسته شیشه را در پیرامون لوله به همراه  الیاف بریده شده ناپیوسته (Chop) که در جهات مختلف در ترکیب لوله قرار می گیرند را فراهم می آورد. بنابراین لوله های تحت فشار مدفون،فشار را در جهت محیط پیرامون به خوبی تحمل می نمایند.

نصب این لوله ها با استفاده از فلنج با کوپلینگ و واشر قابل انجام می باشد. از خصوصیات بارز آنها سبکی وزن، مقاومت در مقابل خورندگی، عمر کاری طولانی ، کاهش هزینه های بهر برداری و نگهداری می باشد همچنین مقاومت کم در مقابل ضربه ، هزینه ارزی بالا و بخصوص شتاور شدن در مکانهایی که سطح آب زیر زمینی بالایی دارند- از آنجا که دارای جداره ای سخت و شکننده می باشند شکستگی خطوط لوله را در پی دارند- از جمله محدودیتهای این گونه لوله ها به حساب می آید.

1-5- لوله های پلی اتیلن:

این لوله ها با فشار کاری متفاوت بطور گسترده در شبکه های آبرسانی، آبیاری و گازرسانی استفاده می شوند. در ایران این نوع لوله ها در دو نوع سخت، نرم و خم پذیر به بازار عرضه می گردد. نوع نرم آن در قطرهای پائین کاربرد وسیعی در تاسیسات ساختمانی و سیستمهای آبیاری تحت فشار داشته و نوع سخت آن در قطرهای مختلف با فشار کاری 5/2 تا 32 اتمسفر دارای موارد استفاده گوناگون در شبکه های آبرسانی و فاضلاب می باشد، شایان ذکر است جداره لوله های پلی اتیلن بعلت قابلیت انعطاف پذیری بالا باعث به حداقل رساندن ضربه قوچ در سیستمهای تحت فشار می گردد. ناصافی دیواره درونی لوله های پلی اتیلن ناچیز و لذا افت فشار هیدرولیکی در آنها نسبت به لوله های دیگر بسیار کمتر است .از خصوصیات بارز آنها سبکی وزن،  مقاومت بسیار بالا در مقابل خوردندگی،کاهش هزینه های بهره برداری و نگهداری می باشد، لوله های پلی اتیلن عایق الکتریسیته بوده ودر برابر آبهای خورنده مقاومت خوبی را نشان می دهند عمر کاری بسیار بالای این لوله ها نیز از مزایای عمده آن محسوب می گردد. از نقاط ضعف این لوله ها نرم شدن در برابر حرارت بالا رانام برد.

2- ارزیابی اقتصادی لوله های مختلف

2-1- هزینه های لوله های مختلف

 

هزینه های یک شبکه خط لوله از اقلام زیر تشکیل شده اند که بشرح ذیل تقسیم بندی می گردند. 

2-1-1- هزینه های سرمایه ای:

هزینه های سرمایه ای آن دسته از هزینه ها را شامل می گردد که برای خرید و اجرای یک شبکه خط لوله در ابتدای اجرای طرح باید هزینه گردد. در این مقاله با توجه به اینکه ارزیابی اقتصادی لوله ها مد نظر بوده است لذا هزینه خرید و اجرای یک خط لوله به طول یک متر صورت پذیرفته و کلیه برآوردهای هزینه ای بر اساس فهرست بهای سال 82 (شبکه توزیع و انتقال آب) انجام شده است. با عنایت به اینکه ضرایب تجهیز کارگاه ، پیمانکار و منطقه ای و خدمات مهندسی در بین کلیه لوله ها مشترک و ثابت بوده است لذا هزینه های اعمال نشده است.

2-1-2-هزینه های بهره برداری و نگهداری:

هزینه های بهره برداری و نگهداری در یک شبکه خط لوله شامل هزینه های مورد نیاز برای تعمیرات ،نگهداری و مدیریت آن می باشد. هزینه های بهره برداری و نگهداری در شرایط مختلف متفاوت می باشد،و طبق استاندارد های ارائه شده بطور متوسط 4 درصد جهت خطوط انتقال و توزیع از هزینه های سرمایه ای اولیه به عنوان هزینه بهره براری و نگهداری منظور گردیدد است.

3-1-2- هزینه های مربوط به شرایط هیدرولیکی حاکم بر لوله ها

در بررسی هزینه ها، هزینه دیگری که باید مد نظر قرار گیرد مربوط به هزینه های سالیانه انرژی عبور سیال از خطوط مختلف لوله می باشد. بدین معنی که انرژی که در یک پریود زمانی مثلا یک سال جهت عبور مقدار معینی از یک سیال را در یک قطر معین از لوله های مختلف صرف می گردد متفاوت می باشد این مطلب مربوط به شرایط اصطکاکی لوله ها می باشد. مثلا" لوله فولادی با ضریب زبری(C ) که از فرمول هیزن ویلیامز 110 می باشد با لوله که ضریب زبری آن 150 می باشد برای گذر حجم معینی از یک سیال انرژی بیشتری مصرف می نمایند که در محاسبه این هزینه ابتدا با یک دبی ثابت و سرعت ثابت از قطرهای مختلف لوله های مورد نظر میزان افت و در نهایت میزان انرژی مصرفی ایستگاه پمپاژ محاسبه و بر اساس کیلووات مصرفی در یک سال این هزینه نیز محاسبه می گردد.

2-2- عمر مفید لوله های مورد مطالعه :

 

عمر مفید هر طرح علاوه بر رعایت اصول اولیه و کیفیت ساخت آتها بستگی به نحوه استفاده و طرز نگهداری از آن طرح دارد. با توجه به این موارد و استعلام های صورت گرفته از بعضی تولید کنندگان و تجاری که در این زمینه بوده عمر مفید لوله ها بشرح زیر محاسبه گردیده است :

3- تحلیل اقتصادی لوله ها:

با توجه به ناسازگار بودن پروژه (پروژه های ناسازگار پروژه هائی هستند که با انتخاب یکی از آنها، پروژهای دیگر اجرا نشوند و در حقیقت وابستگی و یا رابطه ای بین پروژه ها نباشد وپروژه ها مستقل از همدیگر هستند)روش تحلیل اقتصادی جهت انتخاب اقتصادی ترین لوله ها از روش ارزش فعلی استفاده گردیده است. در تحلیل به این شیوه ، کلیه دریافتها و پرداختها به ارزش فعلی در زمان حال یا مبدا پروژه تبدیل می شوند.

روش ارزش فعلی یکی از مهمترین و در ضمن ساده ترین تکنیکهای اقتصاد مهندسی برای توجه پروژه های اجرائی می باشد.

در انتخای پروژه هائی که دارای عمرهای متفاوت ، هزینه های متفاوت و    . می باشند نیاز به بررسی های اقتصادی جهت ارزیابی بهترین پروژه را الزامی می نماید بر این  اساس و با استفاده از روش ارزش فعلی وبا تبدیل کلیه هزینه های جاری و قابل پیش بینی به ازرش فعلی کم هزینه ترین پروژه انتخاب می گردد.

با ضریب دهی و ایجاد یک ضریب مشترک برای طول عمر لوله های متفاوت (در صورت عدم یکسان بودن طول عمرها ) و استفاده از جداول ضرایب در اقتصاد مهندسی پروژه های فوق مورد بررسی و تجزیه و تحلیل اقتصادی قرار گرفته اند.

در جداول شماره (1 تا 5 ) تحلیل اقتصادی لوله های مشروحه ارائه شده است.

4- نتیجه گیری :

با توجه به جدول تحلیل اقتصادی لوله ها می توان نتیجه گرفت، لوله های پلی اتیلن با توجه به تنوع قطر و گستردگی تولید آنها در داخل کشور، همچنین پائین بودن هزینه نهائی آن می تواند بهترین گزینه انتخابی باشد. گزینه دوم لوله های جی.آر.پی هستند، که از نظر اقتصادی نسبت به سایر لوله ها ارجحیت دارند، ولیکن تولید آنها در داخل کشور و شکننده بودن آنها همچنین شناور شدن در مکانهایی که سطح آب زیر زمینی بالائی دارند، محدودیتهائی را برای لوله های فوق ایجاد کرده که طراح باید آنها را مدنظر قرار دهد.

 

نتایج نهائی استفاده از لوله ها به ترتیب قطرهای موجود در بازار کشور در جداول زیر آورده شده اند.