تفاوت بین پوشش و آستر
به طور کلی پوشش را به عنوان هر ماده ای تعریف می کنند که یک لایه پیوسته روی یک سطح تشکیل دهد. آستر به عنوان ماده ای توصیف می شود که برای محافظت از سطوح داخلی مانند لوله، تونل و کانالها استفاده می شود. در زبان عامیانه صنعت پوشش لوله، اصطلاح «پوشش» اغلب برای سطح بیرونی لوله و «لاینینگ» برای لایه محافظ سطح داخلی لوله استفاده می شود. پوشش داخلی ممکن است در مقایسه با پوششهای خارجی بصورت یک لایه نازکتر اجرا شود. طبق این تعریف پوشش داخلی می تواند نوعی آستر باشد.
استاندارد پوشش داخلی لوله های آب
محصولات مورد استفاده در تصفیه و توزیع آب در آمریکای شمالی باید با استانداردهای بین المللی NSF یا بنیاد ملی بهداشت مطابقت داشته باشند. ۴۸ ایالت در ایالات متحده دارای قوانین، مقررات یا خط مشی هایی هستند که اجزای سیستم آب آشامیدنی را ملزم به انطباق با NSF/ANSI 61 می کند. همچنین یازده استان کانادا دارای مقررات مطابقت مشابهی هستند. NSF/ANSI 61 معیارهای اثرات سلامتی را برای بسیاری از اجزای سیستم آب تنظیم می کند، از جمله:
مواد محافظ (سیمان، رنگ و پوشش)
مواد اتصال و آب بندی (چسب ها، درزگیرها، روان کننده ها)
لوله و محصولات مرتبط (لوله، شیلنگ، اتصالات)
دستگاه های مکانیکی (کنتور آب، شیرآلات، فیلترها)
دستگاه های لوله کشی (شیر آب، آب خوری)
اجزای فرآیندها (جنس فیلتر، رزین های تبادل یونی)
مواد آب آشامیدنی غیرفلزی
استاندارد NSF SE 9857 تعریف مشخصات و الزامات برای محصولات مهندسی شده خاص و پوشش های اپوکسی داخلی لوله است که به طور خاص برای استفاده در داخل لوله های فولادی آب آشامیدنی تولید می شود. این مشخصات حداقل الزامات تست، علامت گذاری و کنترل کیفیت در کارخانه را برای پوشش های اپوکسی داخلی لوله های آب آشامیدنی تعیین می کند.
این مشخصات شامل الزامات انطباق مواد با استانداردهای انجمن امور آب آمریکا (AWWA) در پوشش داخلی لوله های آب است. در حال حاضر ۲۳ استاندارد تایید شده تحت نظارت کمیته لوله های فولادی AWWA وجود دارد. از این استانداردها، ۱۴ استاندارد مربوط به پوشش‌ها و آسترهای محافظ لوله‌های فولادی است و پنج استاندارد برای پوششهای لوله انتقال آب تعریف شده اند. استانداردهای مختلف تست AWWA برای انوع پوشش داخلی وجود دارد:
استاندارد شماره C203 - برای پوشش قطران زغال سنگ خطوط لوله آب
استاندارد شماره C205 - برای پوشش ملات سیمان لوله های فولادی آب از سایز ۴ اینچ به بالا
استاندارد شماره C210 - برای پوشش مایع اپوکسی داخلی و خارجی خطوط لوله آب
استاندارد شماره C213 – برای پوشش fbe داخلی و خارجی خطوط لوله آب
استاندارد شماره C222 - برای پوشش های پلی یورتان داخلی و خارجی لوله و اتصالات آب
تمام استانداردهای پوشش لوله فولادی AWWA بر اساس حداکثر دمای سرویس آب آشامیدنی است. هدف از استانداردها ارائه حداقل الزامات برای سیستم های پوشش داخلی خطوط لوله فولادی آب از جمله الزامات مواد، اجرا، بازرسی، تست، انتقال و بسته بندی است.
پوشش لوله های آب
تست خطوط لوله آب آشامیدنی
استاندارد NSF/ANSI 61 در رابطه با ارزیابی اثرات سلامتی و تعیین سطح آلاینده هایی است که از سیستم پوشش لوله و تجهیزات مختلف وارد آب آشامیدنی می شوند. این استاندارد با الزامات سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) که بر اساس الزامات ترکیبات مواد غذایی است، متفاوت است. NSF/ANSI 61 به تجزیه و تحلیل هر گونه مواد شیمیایی که از یک ماده به آب آشامیدنی نفوذ می کند و به ارزیابی سم شناسی ترکیبات شیمیایی آن می پردازد تا اطمینان حاصل شود که این مواد کمتر از سطوحی هستند که ممکن است اثرات نامطلوب بالقوه بر سلامت انسان داشته باشند. معیارهای ارزیابی سم شناسی بر اساس مواجهه مادام العمر با ترکیبات شیمیایی مضر موجود در آب آشامیدنی است. تستهای نهایی شامل قرار دادن سطوح پوشش شده با انواع پوششهای داخلی در آب با pH 5 و pH 10 است تا سطح فلزاتی مانند آنتیموان، آرسنیک، باریم، کادمیوم، کروم (شامل کروم VI)، مس، سرب، جیوه، سلنیوم، تالیم و نیکل در آب تحت آزمایش مورد بررسی قرار گیرد.
پوششهای داخلی لوله همچنین در معرض آب با pH 8 قرار می گیرند تا سطح آلاینده های شیمیایی آلی که می توانند به داخل آب نفوذ کنند، اندازه گیری شود. در نهایت فرآیند صدور گواهینامه استاندارد برای پوششهای داخلی خطوط لوله آب در دو بخش جداگانه خواهد بود: گواهینامه استفاده از پوشش لوله داخلی برای خطوط لوله آب سرد یا هم دمای محیط، که در دمای ۲۳ درجه سانتیگراد قرار دارد، و گواهینامه استاندارد پوشش داخلی لوله های آب گرم خانگی یا تجاری که در دمای ۶۰ یا ۸۲ درجه سانتیگراد مورد آزمایش های استاندارد قرار گرفته اند.
رایجترین پوششهای داخلی لوله های آب
پنج نوع متداول پوشش داخلی یا مواد پوشش داخلی برای لوله های فولادی انتقال آب آشامیدنی وجود دارد. این لیست شامل پوشش لوله قطران زغال سنگ، پوشش ملات سیمان، پوشش اپوکسی مایع، پوشش FBE لوله و پوشش پلی یورتان است. هر یک از این سیستم های پوشش دارای مزایا و محدودیت های خاص هستند. علاوه بر این، هر نوع پوشش داخلی لوله دارای الزامات آماده سازی سطح و اجرای خاص خود می باشد.
پوشش داخلی قطران زغال سنگ لوله های آب
پوشش کولتار انامل یا قطران زغال سنگ (CTE) متشکل از مولکول های پایداری است که در طی عملیات کک سازی در حدود ۱۳۰۰ درجه سانتی گراد تشکیل می شود. پرکننده ها و زغال سنگ به محصول نهایی انعطاف پذیری و استحکام می بخشند. آرایش مولکولی قوی ویژگی های لازم برای ایجاد حفاظت در برابر خوردگی خط لوله را به پوشش لوله CTE می دهد. ویژگیهای پوشش داخلی کولتار انامل را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
مقاوم در برابر آب - جذب آب و انتقال بخار ناچیز
ساختار شیمیایی پایدار - مقاوم در برابر اسید و قلیا
مقاوم در برابر جدا شدن کاتدی
مقاومت الکتریکی بالا - حتی پس از دو سال غوطه ور شدن در آب، مقاومت الکتریکی ۱۰۱۴ اهم بر سانتیمتر مکعب باقی می ماند.
چسبندگی - یک پیوند دائمی قوی با سطح فولاد ایجاد می کند
مقاوم در برابر حمله باکتری ها، موجودات دریایی و نفوذ ریشه
دو نوع استاندارد پوشش لوله‌های آب آشامیدنی شامل گواهینامه استاندارد پوشش داخلی لوله‌های آب در دمای محیط و گواهینامه استاندارد پوشش داخلی لوله‌های آب گرم خانگی یا تجاری در دمای ۶۰ یا ۸۲ درجه سانتیگراد می باشد.
از طرفی کاهش دسترسی به این نوع پوشش، افزایش هزینه‌ها، چالش‌های مربوط به نحوه اجرا و مواجهه کارگران، نگرانی‌های مربوط به شستشو و حل شدن آلاینده‌های کمیاب موجود در این پوشش در آب آشامیدنی، و اثرات آن بر سلامت انسان منجر به کاهش استفاده از پوشش لوله قطران زغال‌سنگ، به ویژه در ایالات متحده شده است.
ملاحظات کاربردی: آماده سازی سطح برای اجرای پوشش کولتار انامل بسیار مهم است و استفاده از CTE مستلزم درک محدودیت های آن در هوای سرد و رطوبت بالا است. لعاب‌های قطران زغال‌سنگ معمولاً نیاز به حرارت دادن و هم زدن مداوم مواد در طول فرآیند پوشش دهی دارند. این پوشش باید در طول مرحله اجرا از رطوبت و کثیفی عاری باشد.
پوشش ملات سیمان حفاظت طولانی مدت از سطح داخلی لوله های فولادی آب را با هزینه کم ایجاد می کند و یکی از پوشش های استاندارد برای لوله های آب آشامیدنی هستند.
از مزایای اصلی پوشش ملات سیمان، سهولت اجرای آن است. مخلول کردن مواد و اعمال پوشش ملات سیمان بصورت مستقیم انجام می شود که منجر به خطرات کم در حین اجرا می شود. پوشش ملات سیمان با ایجاد یک لایه هیدروکسید پایدار در سطح مشترک فولاد و ملات، محافظت فعال از سطح داخلی لوله فولادی را فراهم می کنند. این نوع محافظت در برابر خوردگی به عنوان فعال شناخته می شود، زیرا حتی در مواردی که ناپیوستگی در پوشش وجود دارد، محافظت انجام می شود. پوشش ملات سیمان سابقه انتقال آب برای مدتهای طولانی را دارد و در حال حاضر تمامی استانداردهای قابل اجرا در سراسر جهان را رعایت می کند. همچنین پوشش ملات سیمان مانع رشد میکروبیولوژیکی می شود.
اجرای پوشش ملات سیمان با پمپاژ مخلوط سیمان بر سطح داخلی لوله ای که به آرامی می چرخد، انجام می شود. سپس سرعت چرخش افزایش می یابد و نیروی گریز از مرکز ایجاد می کند که ملات مرطوب را به ضخامت یکنواخت تراز می کند. چرخش مداوم آب اضافی را از بین می برد و مخلوط را در یک سطح متراکم و جامد فشرده می کند. پس از این فرآیند، آستر یا با هوای مرطوب در دمای محیط یا با فرآیند تسریع شده توسط بخار پخت می شود. مانند بتن، پوشش ملات سیمان می تواند ترک های ناشی از خشک شدن ایجاد کند، اما این ترک ها زمانی که پوشش خیس باشد، خود ترمیم می شوند. خیس شدن ملات سیمانی نیز باعث متورم شدن آن و افزایش استحکام و چسبندگی می شود. پوشش ملات سیمان می تواند سفتی قابل توجهی را برای مقاومت در برابر نیروهای انحراف اضافه کنند. هنگام محاسبه سختی خط لوله ممکن است استحکام پوشش ملات سیمان به مقاومت فولاد اضافه شود.
پوشش ملات سیمان دارای محدودیتهایی است؛ آب های نرم و متلاطم و همچنین تماس طولانی مدت با کلر ممکن است برای پوشش ملات سیمان مضر باشد. پوشش ملات سیمان زمانی بهترین عملکرد را دارند که سرعت جریان سیال ۶ متر در ثانیه یا کمتر باشد. در شرایطی که آب انتقالی متلاطم است و سرعت جریان پایین است یا آب راکد است، پوشش ملات سیمان می تواند باعث افزایش pH آب شود. همچنین پوشش ملات سیمان وزن قابل توجهی را به خط لوله اضافه کرده و حجم جریان قابل انتقال از درون خط لوله را کاهش می دهد.
سیستم های پوشش اپوکسی مایع ممکن است از هر یک از سه نوع زیر تشکیل شده باشد:
یک پرایمر اپوکسی دو قسمتی و یک یا چند لایه از یک لایه رویه اپوکسی دو قسمتی شیمیایی پخت شده.
دو یا چند لایه از همان پوشش اپوکسی دو قسمتی که به روش شیمیایی پخت شده اند.
یک پوشش تکی از یک پوشش اپوکسی دو قسمتی که از نظر شیمیایی پخت شده است.
پوشش اپوکسی مایع دارای خواص عالی مقاومت در برابر آب و مواد شیمیایی است. این پوشش را می توان در ضخامت های مختلف اعمال کرد. پوشش اپوکسی مایع در کارخانه برای ایجاد پوشش دی الکتریک استفاده می شود. سیستمهای پوشش دی‌الکتریک پیوندی را می‌توان به‌عنوان یک فرآیند تک لایه یا چند لایه اعمال کرد. آنها سخت، انعطاف پذیر و بسیار مقاوم در برابر سایش هستند که تبدیل به گزینه ای مهم در پوشش داخلی خطوط لوله با سرعت سیال بالا می شوند.
پوشش اپوکسی مایع دارای محدودیت هایی است که باید قبل از اجرا در نظر گرفته شوند. یک عامل عملکرد حیاتی برای همه پوششهای داخلی لوله، آماده سازی سطح فلز است که در اکثر موارد طبق SSPC-SP 10/NACE No انجام می شود. برای چسبندگی مناسب، حداقل زمان پخت و دما نیز باید به دقت رعایت شود و بسته به فرمولاسیون می تواند از یک ساعت تا چند روز متغیر باشد. اپوکسی ها معمولاً با اسپری بدون هوا یا برس روی لوله اعمال می شوند. آنها به عنوان پوشش های ضد خوردگی در نظر گرفته می شوند که برای دستیابی به حفاظت در برابر خوردگی به پیوستگی ۱۰۰٪ نیاز دارند و هر گونه ناپیوستگی می تواند منجر به خوردگی شود. مگر اینکه یک سیستم حفاظت کاتدی در خط لوله استفاده شود. اپوکسی های لایه نازک با آماده سازی مناسب سطح، اجرای کنترل شده و انطباق با استانداردهای پخت، می توانند پوششی قوی، مقاوم و بادوام ایجاد کنند.
پوشش داخلی FBE لوله های آب
اپوکسی‌های اتصال ذوبی یا FBE یک پوشش لوله حرارت‌پذیر و گرما سخت هستند. FBE ها روی قطعات گرم شده به صورت پودر با ضخامت ۲۵۰ تا ۱۰۰۰ میکرون اجرا می شوند که به سرعت از مایع به جامد تبدیل می شوند، چسبندگی عالی به سطح فولاد دارند، و پوشش های بسیار انعطاف پذیری هستند که در برابر آسیب در هنگام جابجایی مقاومت می کنند. FBE ها دوستدار محیط زیست هستند زیرا فاقد ترکیبات آلی فرار (VOCs) هستند.
پوشش FBE باید بلافاصله پس از فرآیند گرمایش اجرا شود تا از خنک شدن بیش از حد لوله جلوگیری شود. اگر دمای لوله به کمتر از ۲۳۲ درجه سانتیگراد برسد، ممکن است FBE به طور کامل خشک نشود. یک راه حل برای رسیدن به این دقت در الزامات بازه دمایی، استفاده از سیستمهای بلادرنگ پایش گرمای کل سطح لوله مانند نرم افزار Pipe Protection است. این سیستم توسط ترمومترهای لیزری فرکانس بالا، دمای لوله ها را زیرنظر می گیرد و در صورت سرد بودن نقاط احتمالی سطح آلارم می دهد.
پوشش لوله FBE معمولاً در کمتر از یک دقیقه خشک می شود و بسته به فرمول آن در عرض سه دقیقه یا کمتر کاملاً پخت می شود. پس از خنک شدن پوشش اعمال شده تا حدود ۹۳ درجه سانتیگراد، تست آن شروع می شود.
پوشش داخلی پلی یورتان لوله آب
پلی یورتان های معطر ۱۰۰٪ جامد موادی هستند که حاوی VOC نیستند. پوششهای داخلی پلی یورتان معمولاً با حداقل ضخامت ۵۰۰ میکرون اعمال می شوند. و امکان افزایش ضخامت آن هم امکان پذیر است. پوشش پلی یورتان مخصوص سطح داخلی لوله های آب آشامیدنی دارای مزایای زیر است:
پخت سریع که باعث صرفه جویی در زمان و افزایش سرعت و بهره وری تولید می شود.
چسبندگی عالی به سطوح آهنی و فولادی که به درستی آماده سازی شده است
مقاومت بالا در برابر ضربه
به طور موثر لوله را از خوردگی محافظت می کند
ضخامت موردنیاز کمتر در مقایسه با سایر انواع پوششهای داخلی
کاهش تلفات هد و تلفات پمپاژ به دلیل صاف‌تر بودن سطح داخلی لوله‌ها
عمر اقتصادی طولانی تر به دلیل فرسایش کمتر
پوشش داخلی پلی یورتان ۱۰۰٪ جامد لوله های آب
پوشش داخلی پلی یورتان هنگامی که برای لوله های انتقال آب استفاده می شود، محدودیت هایی دارد. پلی یورتان به گرم سازی تجهیزات چند جزئی و اپراتورهای مجرب نیاز دارد. قبل از اعمال پوشش لوله پلی یورتان، ضروریست سطح لوله فولادی کاملاً تمیز شود. سطح فلز قبل از اعمال پوشش پلی یورتان باید به طور قابل ملاحظه ای خشک شود تا حداکثر چسبندگی بوجود آید. اگر لوله به درستی آماده سازی نشده باشد، هماهنگی بین میزان اسپری مواد دوجزئی که از پمپ های مجزا پاشش می شوند، وجود نداشته باشد یا ضخامت لایه پلی یورتان یکنواخت نباشد، هر کدام از این شرایط ممکن است مسبب ایجاد حفره یا تاول در پوشش نهایی شود.