لوله های چدنی (که نوعی آلیاژ فلزی است) از جمله پرکاربردترین لوله ها در صنعت فاضلاب هستند. این لوله ها علاوه بر شبکه پساب، در صنایع دیگر از جمله تهویه، لوله کشی آب، گاز و حتی لوله کشی زباله به کار می روند. معروفترین نوع این لوله ها چدن داکتیل است که رایجترین نوع مورد استفاده برای لوله کشی فاضلاب به شمار می رود. در این مقاله به معرفی لوله های چدنی، انواع آنها، و تشریح مزیت ها و معایب آن می پردازیم. با کافه ساختمان همراه باشید.
لوله های چدنی انواعی از لوله های آلیاژ آهن- کربن با درصد کربن بالاتر از 2 درصد هستند که در شبکه های آب، پساب و گاز به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته و تاریخچه کاربرد آنها برای انتقال آب به حدود 3 قرن پیش یعنی سده هفدهم باز می گردد. ساختار این نوع لوله ها عمدتا از آهن گرافیتی یا آهن خاکستری (Grey Iron) که در اصل همان چدن خاکستری است تشکیل شده و در آغاز غالبا به صورت بدون پوشش مورد استفاده قرار می گرفتند. بعدها برای بهبود ویژگیهای هیدرولیکی و افزایش مقاومت در برابر فرسایش و خوردگی، عملیات پوشش دهی به جدار داخلی و بیرونی لوله به فرآیند تولید آنها افزده شد.
انواعی از لوله های چدنی در بازار عرضه شده که هر یک ویژگی های خاص خود را داشته و بر مبنای همین ویژگیها کاربرد متفاوتی دارند. چدن خاکستری و چدن سفید دو مورد از پرکاربرد ترین انواع لوله های آلیاژ چدن به شمار می روند.
چدن خاکستری (Grey Cast Iron)
نوعی چدن است که دارای ریز ساختار گرافیتی است و به دلیل رنگ خاکستری ناشی از وجود گرافیت در ساختار خود به این نام شناخته می شود. این نوع چدن، به لحاظ وزنی رایج ترین نوع آلیاژ آهن بکار رفته در صنعت است. چدن خاکستری در مواردی به کار می رود که فاکتور سختی (Stiffness) مهمتر از ویژگی مقاومت کششی یا Tensile Stregth باشد. به عنوان نمونه می توان به استفاده از آن در پمپ ها، موتور احتراق داخلی، بدنه شیرآلات، جعبه های برق اشاره نمود.
از دیدگاه ترکیب شیمیایی، در بیشتر انواع این نوع آهن، بین 2.5 تا 4 درصد کربن، 1 تا 3 درصد سیلیس و مابقی آهن بکار می رود. چدن خاکستری در مقایسه با فولاد دارای مقاومت کششی نهایی و مقاومت برشی پایین تری است ولی مقاومت فشاری آن تقریبا مشابه با فولاد با مقدار کم تا متوسط کربن است. ویژگی های مکانیکی چدن خاکستری توسط پوسته های گرافیتی موجود در ریزساختار آن تعیین می شود که می توان آنها را از دفترچه مشخصات آن در استاندارد ASTM پیدا کرد.
چدن سفید (White Cast Iron)
بر خلاف چدن خاکستری، در چدن سفید به دلیل وجود ترسیب دهنده کاربید آهن که به آن سمنتایت گفته می شود رگه ها سفید بوده و همین عامل تمایز در نامگذاری و ویژگیهای آن شده است. ماده گرافیتی کننده یعنی سیلیس در چدن سفید کمتر و سرعت سرد کردن نسبت به چدن خاکستری بیشتر است. این تفاوت در ترکیب و فرآیند سرد شدن موجب افزایش سختی شده ولی سفتی آن را کاهش می دهد. سفتی ویژگی است که باعث جذب انرژی شده و از شکستن ماده جلوگیری می کند.
به دلیل سهم قابل توجه کاربید آهن در ساختار چدن سفید، می توان آن را به عنوان یک سرامیک- فلز نیز طبقه بندی کرد. به دلیل سختی بیشتر، چدن سفید شکننده تر از آن است که بتوان از آن در ساخت بسیاری از قطعات استفاده کرد ولی به دلیل سختی خوب و مقاومت بالاتر نسبت به خوردگی و هزینه نسبی پایینتر، می توان از آن به عنوان سطح پوششی در پمپ های فاضلاب یعنی همان بوش پوسته استفاده کرد.
مزیت های لوله چدنی
لوله های چدنی به دلیل آلیاژ خاص و ضخامتی که دارند دارای مزیت های زیر می باشند:
- کاهش انتقال صدا به دلیل ضخامت بالا
- قیمت و هزینه پایین تر نسبت به لوله های آهنی
- دوام و کارکرد بالا
- تنوع در اتصالات و تطبیق پذیری
- مقاومت و استحکام بالا در برابر فشارهای وارد شده به دیواره های خارجی
- فرسودگی کمتر نسبت به لوله های فلزی
- امکان رفع گرفتگی لوله با استفاده از دستگاه تراکم هوا
- تطبیق پذیری در پروژه ها
- فراوانی و در دسترس بودن
معایب لوله چدنی
مانند هر نوع مصالح ساختمانی دیگری، لوله های چدنی نیز معایبی دارند که شامل موارد زیر می باشند:
- نصب آنها نسبت به لوله های آهنی کندتر صورت می گیرد.
- مواد و ترکیبات شیمیایی موجود در فاضلاب باعث زنگ زدگی و خوردگی لوله های چدنی شده و امکان جلوگیری از زنگ زدگی نیز وجود ندارد.
- وزن بالا و تعداد زیاد قطعات و اتصالات متعدد دارند.
- خاصیت کشسانی یا الاستیسیته ندارند.
- فاقد محافظ بیرونی هستند.
- یکنواختی در ضخامت لوله ندارند.
انواع لوله های چدنی فاضلاب
لوله های چدنی که در شبکه فاضلاب بکار می روند از لحاظ شکل ظاهری دو دسته هستند:
1- لوله های سر گرد یا سر توپی و روش نصب و اتصال
که شامل لوله های چدنی دو سر توپی و لوله های چدنی یک سر توپی هستند و در تصاویر زیر مشاهده می شوند. اتصال این لوله ها با استفاده از کنف و سرب انجام می شود. هنگام اتصال ابتدا باید بدنه لوله از لحاظ ترک و شکستگی بررسی شود که اینکار با زدن ضربه های آرام چکش صورت می گیرد. اگر در لوله شکستگی وجود داشته باشد صدای بم می دهد که به آن صدای چدن مرده می گویند.
پس از قراردادن لوله ها در یک راستا با استفاده از چکش و قلم باید کنف را به قسمت طوقه اضافه و آن را متراکم کرد. کنف به صورت دو رشته ای یا سه رشته ای بافته می شود و متناسب با ضخامت لوله پیچیده شود. فضای بین نر و مادگی باید تا عمق 5.2 سانتیمتری لبه مادگی را پر کند. سپس سرب مذاب داخل طوقه ریخته می شود تا کمربند سربی تشکیل شود. اینکار برای لوله های عمودی نیازی نیست. پس از سرب ریزی با چکش و قلم باید آن را کوبید تا درون اتصالات فرو رود.
2- لوله های سر تخت و روش نصب و اتصال
که بر خلاف لوله های ته گرد به شکل تخت هستند. مزیت این لوله ها نسبت به لوله های سرگرد قابلیت تحمل فشار بالاتر آنها نسبت به لوله های سرتوپی است. لوله های سرتخت فاقد مادگی و لبه های قیطانی هستند و در نتیجه وزن آنها کمتر است. همچنین پیوند لوله های سرتخت خاصیت کشسانی بهتری داشته و در برابر تغییر حرارت مقاومت بالاتری از خود نشان می دهد. اتصال این لوله ها با استفاده از واشر لاستیکی و بست مخصوص انجام می گیرد.
برای اتصال این لوله ها باید ابتدا واشر لاستیکی را از طوقه فولادی خارج کرده و آن را بررسی و از سالم بودن آن اطمینان حاصل کرد. سپس، واشر را در انتهای قطعه اول به گونه ای قرار داده که رگه برجسته میانی واشر به لبه انتهایی لوله مماس باشد. قسمت آزاد واشر را به پایین برگردانده تا رگه میانی آن روی لبه انتهایی قرار گیرد. قطعه دوم را وارد واشر نموده به گونه ای که روی رگه میانی قرار گیرد. بست نگهدارنده فولادی را چرب نموده و طوقه را در محل خود روی واشر قرار داده و پیچ های بست را ببندید.
کاربردهای لوله های چدنی
لوله های چدنی کاربردهای بسیاری در شبکه های تاسیساتی شهری دارند که از جمله شامل شبکه های فاضلاب، شبکه های تهویه ساختمان ها، و لوله های انتقال زباله می باشند.
نکات فنی در رابطه با لوله های چدنی
الف) انواع اتصالات لوله های چدنی
طول هر قطعه از لوله های چدنی محدود و برابر با 6 متر (برای لوله های 500 میلیمتری) و 9 متر (برای لوله های 600 میلیمتری) است. برای اتصال این لوله ها به یکدیگر در شبکه نیاز به قطعاتی جهت اتصال است که بدین منظور 4 نوع اتصال رایج مورد استفاده قرار می گیرد.
- اتصال نوع فشاری در لوله های چدنی
- اتصال نوع مکانیکی در لوله های چدنی
- اتصال نوع فلنجی
- اتصال با غلاف پیچی
1. اتصال فشاری
در این نوع اتصال از واشرهای لاستیکی بین جدار بیرونی سر ساده لوله و دیواره داخلی سر کاسه در محل قرارگیری سر لوله در داخل کاسه استفاده می شود. شکل های مختلفی از واشرهای لاستیکی بسته به قطر لوله ها مورد استفاده قرار می گیرد. تطبیق شیارهای سرکاسه و روی واشر در هنگام اتصال بسیار مهم است و تطابق باید به طور دقیق انجام شود. همچنین در محل اتصال استفاده از روانساز الزامی است. در اتصال نوع تایتون که یکی از انواع اتصالات فشاری است صرفا واشر لاستیکی نیاز بوده و برقراری اتصال در آن ساده تر و سریعتر انجام می شود.
اتصال فشاری دارای انعطاف پذیری خوبی است و بنابراین در صورت فرونشست زمین و یا جابجایی محدود در حد انحراف مجاز لوله، اتصال همچنان استحکام و آب بندی بودن خود را حفظ می کند.
2. اتصال مکانیکی
همانند اتصال فشاری، در این نوع اتصال نیز سر ساده لوله در درون سر کاسه جایگذاری می شود و با یک واشر لاستیکی محکم شده و با استفاده از یک غلاف فلزی به نام گلند در جای خود فشرده می شود. غلاف فلزی دارای تعدادی سوراخ برای بستن پیچ های اتصال می باشد. سر کاسه نیز فلنجی و دارای تعداد متناظر جای پیچ است.
بستن پیچ ها باعث استحکام اتصال و فشرده شدن واشر لاستیکی شده و آب بندی بهتری را ایجاد می کند. در اتصال مکانیکی نیز همچون اتصال فشاری، لازم است در اتصال از روان کننده استفاده شود تا از خوردگی و فرسایش بین سر ساده و داخل کاسه جلوگیری شود. اتصال مکانیکی دارای ویژگیهای زیر است:
- انبساط و انقباظ قابل تحمل در خط لوله به مقدار زیادی بهبود می یابد (انعطاف پذیری بیشتر است). بنابراین در فرونشست زمین و انواع جابجایی ها، در حد مجاز انحراف لوله می تواند بدون مشکل آب بندی، منعطف شود.
- اتصال مکانیکی برای نصب متعلقات مناسب است.
ب) استفاده از ماده روان ساز در اجرای لوله های چدنی
مانند هر کاربرد دیگری در صنعت، در اتصالات لوله های چدنی با اتصالات غیرفلنجی نیز، بکارگیری مواد روانساز جهت کاهش اصطکاک و آسان کردن حرکت قطعات لغزنده بکار می رود. مواد روانساز مورد استفاده نباید به لوله ها آسیب برسانند. به طور کلی این مواد باید ویژگیهای زیر را داشته باشند:
- نباید باعث خوردگی شوند
- موجب خشک شدن و خراب شدن واشر نشوند
- مواد معلق یا رسوبات و بو و طعم در آب ایجاد نکنند
- عاری از ترکیبات سمی و نفتی باشند
- باعث رشد میکروبها، قارچها و باکتریها و سایر ریزجانداران نشوند
بنابراین بکارگیری مواد پایه نفتی از قبیل گریس و روغنهای رایج و همچنین روغن های با پایه گیاهی و حیوانی در اتصال لوله های چدنی غیرمجاز است. به طور معمول، کارخانجات سازنده اتصالات، مواد روان کننده نیز عرضه می کنند. با این حال در صورت نیاز می توان از ترکیب آب و صابون با نسبت 70 به 30 استفاده نمود.
