راهنمای استراتژیک انتخاب و اجرای اتصالات پلی‌اتیلن: مقایسه فنی و اقتصادی زانو، سه‌راه و تبدیل در فشارهای کاری مختلف

۱. مقدمه: چرا اتصالات، پاشنه آشیل خطوط انتقال هستند؟

در مهندسی خطوط انتقال سیالات، لوله‌های پلی‌اتیلن (PE) به دلیل انعطاف‌پذیری و مقاومت شیمیایی بالا، ستون فقرات شبکه محسوب می‌شوند. با این حال، یک سیستم لوله‌گذاری تنها زمانی کارآمد است که **اتصالات (Fittings)** آن با همان سطح از استانداردهای مکانیکی لوله همخوانی داشته باشند. اتصالات پلی‌اتیلن وظیفه تغییر مسیر، انشعاب‌گیری، تغییر قطر و اتصال به شیرآلات را بر عهده دارند.

از نظر تحلیل تنش، اتصالات محل ناپیوستگی هندسی هستند. در جایی که یک زانو ۹۰ درجه قرار می‌گیرد، جریان سیال دچار تلاطم شده و بارهای دینامیکی سنگینی به بدنه اتصال وارد می‌کند. طبق آمارهای بازرسی فنی در پروژه‌های نفت، گاز و آب، بیش از **۸۰٪ حوادث نشتی و انفجار خطوط** در نقاط اتصال رخ می‌دهد. این موضوع نشان‌دهنده اهمیت استراتژیک انتخاب صحیح متریال و روش اجرای اتصالات است. در این مقاله جامع از **Ticket یار**، نگاهی عمیق به این قطعات از منظر مهندسی و مدیریت پروژه خواهیم داشت.

۲. متدولوژی تولید: تزریقی، مایتری و ماشین‌کاری شده

انتخاب روش تولید اتصال، مستقیماً بر **فشار کاری مجاز (Allowable Operating Pressure)** تاثیر می‌گذارد.

الف) اتصالات تزریقی (Injection Molded Fittings)

این اتصالات تحت فشار بسیار بالا در قالب‌های فولادی تولید می‌شوند. به دلیل یکپارچگی ساختار مولکولی و عدم وجود خط جوش در زوایا، این قطعات بالاترین ضریب اطمینان را دارند.

* کاربرد استراتژیک: در خطوط فشار قوی (بالای ۱۶ بار) و شبکه‌های توزیع گاز شهری، استفاده از اتصالات تزریقی الزامی است.

ب) اتصالات مایتری یا دست‌ساز (Fabricated / Segmented)

این اتصالات از برش لوله در زوایای خاص و جوش دادن آن‌ها به هم (Butt Fusion) ساخته می‌شوند. استاندارد **DIN 16963** پروتکل‌های دقیقی برای این اتصالات دارد.

* تحلیل ضعف فنی: هر خط جوش در یک زانوی مایتری، یک نقطه تمرکز تنش است. طبق استانداردهای بین‌المللی، فشار اسمی یک زانوی مایتری ۲ یا ۳ تکه، باید با ضریب ۰.۸ کاهش یابد (Derating Factor). یعنی اگر لوله PN10 است، زانوی ساخته شده از آن PN8 خواهد بود. برای جبران این موضوع، باید از لوله‌ای با ضخامت بیشتر (مثلاً PN12.5) برای ساخت زانو استفاده کرد.

۳. تحلیل تخصصی زانو (Elbow): مدیریت تلاطم و ضربه قوچ

زانوها نقاطی هستند که بیشترین فشار هیدرولیکی ناشی از تغییر ممانتوم سیال را تحمل می‌کنند. در لحظه وقوع **ضربه قوچ (Water Hammer)**، فشار موجی به دیواره بیرونی انحنای زانو برخورد می‌کند.

۴. سه‌راهی و تبدیل: هندسه توزیع جریان

سه‌راهی‌ها (Tees) بحرانی‌ترین هندسه را در سیستم‌های تحت فشار دارند. در سه‌راهی‌های مساوی، نقطه تلاقی “کروج” (Crotch) محلی است که تنش‌های کششی به حداکثر می‌رسد.

• سه‌راهی تزریقی: دارای تقویت‌کننده ضخامتی در گلوگاه هستند که عمر خستگی قطعه را تا ۳ برابر افزایش می‌دهد.
• تبدیل هم‌مرکز (Concentric): برای خطوط عمودی مناسب است.
• تبدیل غیرهم‌مرکز (Eccentric): در خطوط افقی حیاتی است. استفاده از تبدیل هم‌مرکز در خط افقی باعث ایجاد کیسه‌های هوا (Air Pockets) در بالای لوله می‌شود که منشأ اصلی لرزش‌های شدید و خرابی پمپ‌هاست.

۵. رفتار مکانیکی و اثرات حرارتی: تنش در مهاربندها

پلی‌اتیلن نسبت به فولاد ضریب انبساط طولی بسیار بالاتری دارد. وقتی دمای سیال ۱۰ درجه تغییر می‌کند، یک خط لوله ۱۰۰ متری حدود ۲۰ سانتی‌متر تغییر طول می‌دهد.

$$ \Delta L = L \times \alpha \times \Delta T $$

در محل اتصالات، این تغییر طول به **نیروی رانش (Thrust Force)** تبدیل می‌شود. اگر زانو یا سه‌راه در داخل خاک به درستی توسط بلوک‌های بتنی (Thrust Blocks) مهار نشوند، نیروی انبساط باعث می‌شود اتصال از جای خود خارج شده یا در محل جوش دچار شکستگی برشی شود.

۶. تحلیل اقتصادی: چرا ارزان‌ترین خرید، گران‌ترین نتیجه است؟

در بسیاری از مناقصات، پیمانکاران برای کاهش قیمت، از اتصالات مایتری غیر استاندارد (بدون رعایت ضریب کاهنده) استفاده می‌کنند. بیایید نگاهی به هزینه‌های واقعی بیندازیم:

۷. نتیجه‌گیری و چک‌لیست بازرسی

انتخاب اتصال، تنها یک خرید کالا نیست؛ بلکه خرید پایداری خط لوله است. مهندسان ناظر باید در هنگام تحویل اتصالات مایتری، حتماً مدارک مربوط به فشار درگ دستگاه جوش و گواهی کالیبراسیون هیتر را چک کنند. هرگونه ناهمرازی در جوش‌های اتصال مایتری، عمر آن را به کمتر از ۵ سال کاهش می‌دهد.