بررسي مشكلات عملياتي لوله هاي پلي اتيلن توزيع گاز

[*mishi* 11,920]

استفاده از لوله هاي پلي اتيلن در شبكه هاي توزيع آب و گاز دنيا از حدود پنجاه سال قبل رايج شدهاست. به عنوان نمونه وضعيت و ميزان استفاده از شبكه هاي پلي اتيلن در مقايسه با لوله هاي فولادي و ساير لوله ها كه توسط شركت گاز دوفرانس اجرا شده در شكل ي نشان داده شده است. همانگونه كه ملاحظه ميشود ميزان لولههاي فولادي طي سالهاي مورد بررسي ثابت بوده و اين در حالي است كه علاوه بر افزايش ميزان كاربرد لوله هاي پلي اتيلن، ميزان لوله هاي غير فولادي از قبيل چدن كاهش يافته و به وسيلهي لولههاي پلي اتيلن جايگزين شده است.بررسي ها نشان مي دهند كه در كشور آمريكا نيز روند افزايش استفاده از لوله هاي پلي اتيلن وضعيت مشابهي دارد. به طوريكه در شكل دو ملاحظه مي شود ميزان شبكه هاي اصلي پلي اتيلن ( با اقطار 3 و4 اينچ ) در سال 2000 نسبت به سال 1996 رشد قابل توجهي داشته است. در كشور ما نيز از حدود دو دههي قبل اقدامات عملي و اجرايي استفاده از لوله هاي پلي اتيلن در شبكه هاي توزيع گاز آغاز شده است، هرچند مطالعات اوليه مربوط به اين موضوع به سال هاي قبل از آن باز مي گردد. بر اساس آمار رسمي موجود وضعيت و ميزان استفاده از لوله هاي پلي اتيلن در كشور ما در شكل 3 به تصوير كشيده شده است:

 

رشد شبكه هاي پلي اتيلن در ايران

همان گونه كه در شكل نشان داده شده است ميزان شبكه هاي پلي اتيلن در سال هاي مورد بررسي به طور متوسط سالانه از رشدي معادل 54 درصد برخوردار بوده و اين در حالي است كه متوسط رشد شبكه هاي فولادي حدود 6/8 درصد مي باشد.نسبت استفاده از لوله هاي فولادي و پلي اتيلن در شبكه هاي گاز كشور (شامل شبكه هاي تغذيه و توزيع) در شكل 4 نشان داده شده است.لازم به ذر است براساس تحقيقات انجام شده استان هاي كرمان، تهران، خراسان، مازندران و فارس به ترتيب داراي بيشترين ميزان استفاده از لوله هاي پلي اتيلن مي باشند و در استان خوزستان بر اساس صلاحديد مسئولان محترم شركت گاز اين استان ، تاكنون از لوله هاي پلي اتيلن استفاده نشده است. از مهم ترين مزاياي لوله هاي پلي اتيلن در مقايسه با لوله هاي فولادي مي توان به سرعت و سهولت در اجرا، آموزش ساده ، مقرون به صرفه بودن و مهم تر از همه عدم خوردگي و در نتيجه عدم نياز به پوشش وحفاظت از زنگ اشاره كرد. با عنايت به مراتب فوق و نيز با در نظرگرفتن معضلات و مشكلات موجود در اجرا و نگهداري لوله هاي فولادي، استفاده از لوله هاي پلي اتيلن در شبكه هاي توزيع گاز بدون هيچ گونه تامل و ترديدي منطقي به نظر مي رسد. ليكن لازم است در خصوص شناسايي مشكلات و معضلات خاص لوله هاي پلي اتيلن و اتخاذ تدابيرلازم در مواجهه و برخورد با اين مسائل احتمالي با رويكردي پيشگام و نگرشي پيشگيرانه اقدام كرد.در اين مقاله دو مورد از مشكلات بالقوه در لوله هاي پلي اتيلن يعني آثار الكتريسيتهي ساكن بر لوله ها و نيز موضوع صدمه ديدن لوله هاي پلي اتيلن توسط جوندگان و به طور مشخص موش ها مورد بررسي قرار مي گيرد.

 

آثار الكتريسيتهي ساكن بر لوله هاي پلي اتيلن حامل گاز

آثار الكتريسيتهي ساكن بر لوله هاي پلي اتيلن حامل گاز از دو منظر قابل بررسي و تامل است.

 

الف - احتمال بروز انفجار و آتش سوزي ناشي از ايجاد جرقه

در لوله هاي پلي اتيلن توليد يا ايجاد الكتريسيتهي ساكن امري بديهي و پذيرفته شده است چراكه پلي اتيلن عايق الكتريسيته بوده و در اثر عبور جريان گاز كه معمولا داراي ناخالصي و يا ذرات ريز نيز مي باشد الكتريسيتهي ساكن توليد مي شود كه در اين فرايند الكتريسيتهي ساكن ابتدا در قسمت داخلي لوله ايجاد شده و در همان جدارهي داخلي باقي مي ماند. بارهاي الكتريكي ايجاد شده به محض اين كه مسيري براي تخليه از طريق اتصال زمين پيدا كنند به صورت جرقه اي خطرناك تخليه مي شوند بنابراين در زمان انجام عمل تخليهي هوا و درساير شرايط مناسب امكان ايجاد جرقه وجود دارد ودر صورت فراهم آمدن چهار شرط: ايجاد الكتريسيتهي ساكن، اتصال به زمين، وجود گاز، وجود اكسيژن يا هوا ايجاد انفجار و آتش سوزي متصور است.البته بر اساس نظرات تاييد شده مانند GTI ( Gas Technology Institute ) ،الكتريسيتهي ساكن ايجاد شده در جدارهي داخلي لوله بعد از قطع گاز نيز در لوله باقي مي ماند و در صورت نياز به برش قسمتي از لوله به وسيلهي كاتر، جرقه اي ناشي از تخليهي الكتريسيته ساكن ايجاد خواهد شد.از طرفي شرايط زير به عنوان عوامل تشديد كنندهي الكتريسيتهي ساكن بايد مورد توجه قرار گيرند:

 

- مواقع استفاده از چلانگر (Squeezer)

- كاهش قطر خط لوله به دلايل ديگر

- وجود ناخالصي در جريان گاز

- نشت گاز در قسمتي از لوله به دليل شكستگي و يا هر دليل ديگر

 

برخي شواهد و تجربيات عملي نگارنده مبني بر احتمال حضور الكتريسيتهي ساكن و تبعات ناشي از آن در حوزهي فعاليت شركت گاز استان خراسان عبارتند از:

 

* اشتعال دو مورد زين انشعاب در حينHottap در سال 1380 در شهرستان تربت حيدريه

* حادثهي آتش سوزي سال 1381 در شهر كاشمر

* حادثهي انفجار و آتش سوزي سال 1382 در شهر طرقبه

* ساير تجارب عملي

 

ب- ايجاد منافذ ريزدر اثر الكتريسيتهي ساكن

تاكنون و در نوشتارها و دوره هاي آموزشي به خطرات احتمالي ناشي از ايجاد الكتريسيتهي ساكن در لوله هاي پلي اتيلن، صرفا از منظر ايمني نگريسته شده است و در اين مباحث بر روي نحوهي جلوگيري از ايجاد مثلث آتش تاكيد گرديده است اما تحقيقات و بررسي هاي به عمل آمده نشان مي دهد كه الكتريسيتهي ساكن علاوه بر احتمال كمك به تشكيل مثلث آتش چگونه مي تواند باعث بروز و ايجاد سوراخ هاي ريز در لوله و در نتيجه نشت گاز و مشكلات بعدي شود. براي اولين بار در سال 1984 شركت Mountain Fuel بعد از استفاده از چلانگر تعدادي سوراخ ريز در محل چلانده شده كشف كرد كه بعدها و در سال 1989 Mark Staker طي مقاله اي به اين موضوع اشاره كرد. همچنين در سال 2001 Dirk S.Smith از شركت Boca Raton مقاله اي در اين خصوص به رشتهي تحرير درآورد و بالاخره در سال 2003 Ray A.Ward از شركت and water) , gas memphis (light MLGW با انتشار مقاله اي با ذكر شواهدي به بررسي اين موضوع پرداخت.

 

بر اساس مقالهي نوشته شده به وسيلهي Ray A.Ward با در نظر گرفتن كليهي تمهيدات لازم، يك انشعاب به قطر يك اينچ توسط يك واحد مجري وابسته به شركت MLGW اجرا و به صورت موفقيت آميز مورد تست قرار گرفت سپس به منظور بهره برداري از انشعاب در آينده، روي آن پوشانده شد و دو ماه بعد براي اتصال به شبكه و برقراري جريان گاز، روي آن برداشته شد. به دليل ايجاد فاصلهي زماني، انشعاب، مورد تست مجدد قرار گرفت كه طي آن در انشعاب، افت غير مجاز مشاهده شد، لذا تست رد و انشعاب به منظور انجام تست هيدرواستاتي از انال خارج و در نتيجهي تست تعداد زيادي سوراخ ريز در طول انشعاب شف شد. در بررسي هاي بعدي ه در آزمايشگاه انجام شد تعداد 9 سوراخ در فشار 80psi آشار شد در حالي ه در قسمت باقي مانده از (حلقه) لوله هيچ گونه منفذ و مشكلي مشاهده نگرديد. پس از آن كليهي ركوردها و سوابق ايرادها در حين توليد نترل و مشخص شد ه پروسهي توليد لوله نيز هيچگونه مشلي نداشته است. بررسي هاي بيشتر اثبات كرد ه منافذ ريز ناشي از الكتريسيتهي ساكن هنگامي ايجاد مي شوند كه ميزان بارهاي الكتريكي ايجاد شده در اثر عواملي از قبيل مواردي ه در بند الف توضيح داده شد آن قدر بالا روند تا بر قدرت تحمل لوله فايق آيند. چراه قدرت تحمل دي الكتريك (Dielectric Strength ) لولهي پلي اتيلن مانند هر عايق التريي ديگر مقداري معين و محدود است. اين امر با يك جرقهي (Hot Arc) ناشي از تخليهي بارهاي الكتريكي به زمين همراه بوده ودر نتيجهي اين فرايند، پلي اتيلن خميري و ذوب شده و باعث بروز نشتي در لوله مي شود. ولتاژ مورد نياز براي ايجاد سوراخ، به خواص و ضريب دي الكتريك مواد پلي اتيلن و نيز ضخامت جدارهي لوله بستگي دارد. بديهي است ه در ضخامت هاي بيشتر براي غلبه بر قدرت تحمل دي الكتريك لوله به ولتاژهاي بيشتري نياز است. در واقعهي مورد بررسي، آزمايش هاي انجام يافته نشان داد كه در خلال پر كردن لوله به وسيلهي هوا براي تست فشار و نيز تخليهي هوا در انتهاي آزمايش، احجام و سرعت هوا و شرايط آن باعث ايجاد يك بار الكتريكي(Static Charge) شده ه اين بار الكتريكي از قدرت تحمل دي الكتريك ديوارهي لوله بيشتر بوده است.

 

از نظر مشخصه ها و شل ظاهري، اولا قطر سوراخ ها در درون و بيرون لوله متفاوت هستند و اساسا قطر يك سوراخ بزرگتر از قطر سوراخ هاي ديگر است. سوراخ بزرگتر نشاندهندهي محل شروع تخليهي بار الكتريكي و سوراخ كوچكتر مشخص كنندهيِ محلي است كه تخليهي الكتريكي در آن جا پايان يافته است. ثانيا سوراخ ايجاد شده به صورت سه شاخه (Tree- Shape ) و به همراه يك شاخهي جانبي است.

 

تحليل و نتيجه گيري

 

بررسي هاي انجام يافته نشان مي دهند كه بيشتر از آن چه تصور مي شود امكان ايجاد منافذ ريز در اثر الكتريسيتهي ساكن وجود دارد وسوراخ هاي ريز علاوه بر خطرات احتمالي ناشي از نشت گاز و نيز هزينه هاي تعميرات، باعث هدر رفتن مقادير قابل توجهي گاز مي شوند. انشعاب مورد بحث در اين حادثه داراي 8 سوراخ با قطري معادل 75/0 ميلي متر بود. اين تعداد سوراخ با قطري معادل يك ميلي متر در فشار عملياتي تقريبي psi 60ميتواند باعث تخليهي حدود 25 مترمكعب گازدر ساعت شود و مقدار گاز تخليه شده در هر سال (اگر متوجه اين نشتي ها نباشيم) معادل 219 هزار متر مكعب خواهد بود.