تحتاج شبكات الأنابيب عالية الضغط منذ زمن إلى وصلاتٍ لا تكتفي بتحمّل الإجهادات الهيدروليكية والميكانيكية، بل تبقى أيضًا مقاومةً للتآكل والتدهور. لقد لبّت وصلات البولي إيثيلين عالية الضغط المصنوعة من درجات PE100 أو PE100-RC المتقدمة هذا الاحتياج بدقّة، وأصبحت اليوم بديلًا للوَصلات المعدنية التقليدية في قطاعات كثيرة. فيما يلي، وبمنهجية شاملة تتجاوز مجرد إعادة الصياغة، تُستعرض جميع أبعاد هذه العائلة من الوصلات—من التصميم والمواد الأولية إلى معايير الاختبار وتفاصيل التركيب—لتكون مرجعًا للمهندسين والمقاولين ومديري المشتريات.
الخصائص الفنية والكيميائية لبولي إيثيلين الدرجة عالية الضغط
يتميّز البولي إيثيلين المستخدم في أنظمة الأنابيب عالية الضغط عادةً بكتلة جزيئية متوسطة إلى مرتفعة، وتدخل في تركيبه نسبة 2 إلى 2.5% من أسود الكربون للحماية من الأشعة فوق البنفسجية. يُشتَّت هذا الأسود بشكل متجانس داخل المصفوفة البوليمرية لمنع تركزات الإجهاد، وتشقّق الإجهاد البيئي (ESC)، والانخفاض المبكر في المتانة. كما تُعد الإضافات المضادّة للأكسدة في الطورين الصلب والسائل ضرورية لكبح السلاسل الجذرية الناتجة عن الأكسدة عند درجات المعالجة فوق 200 °C. والنتيجة مادة تتمتع بـ:
- حد إجهاد مسموح 8–10 MPa عند 20 °C لزمن خدمة لا يقل عن 50 سنة،
- حد أدنى للقوة المطلوبة (MRS) ≥ 10 MPa،
- متانة مناسبة حتى −40 °C،
- حد انفعال طويل الأمد يقارب 5% لمنع الزحف.
التصنيف المعياري وأكواد التصميم
ISO 4427-3، EN 12201-3: تحددان المتطلبات البعدية وسماحات تصنيع الوصلات المُشكَّلة بالقولبة أو المُشغَّلة بالماكينات.
DIN 8076-3: يحدّد معايير اختبار الضغط الانفجاري والدوري لوصلات اللحام لبّ-إلى-لبّ.
GIS/PL2-4 (خاص بشبكات الغاز في المملكة المتحدة): يذكر متطلبات إضافية لمقاومة نمو الشق السريع (RCP) في وصلات الالتحام الكهربائي (Electrofusion).
إن التطبيق الدقيق لهذه المعايير يضمن أن تكون الوصلة المركّبة لا تقل متانة عن الأنبوب المجاور وأن يتحقق العمر التصميمي للشبكة (50 سنة) دون خفض معامل الأمان.
عمليات التصنيع وضبط الجودة
القولبة بالحقن (Injection Molding)
- مناسبة لأقطار حتى 400 mm؛
- ضغط خلفي للقالب 80–120 MPa ودرجة انصهار 210–240 °C؛
- استخدام نظام القنوات الساخنة لتوزيع المصهور بشكل متجانس ومنع الفقاعات.
الوصلات المصنّعة بقطع مائل (Fabricated Mitred Fittings)
- قص مقاطع من أنبوب مبثوق ولحام لبّ-إلى-لبّ بزوايا أو أشكال مطلوبة؛
- فحص غير إتلافي للحام (NDT) باختبار القطع الماكرو والفحص فوق الصوتي على الخط.
التحام كهربائي (Electrofusion)
- لحام كهربائي بطاقة نوعية 40–60 kJ/m²؛
- ترميز باركودي على كل قطعة لنقل معلمات اللحام تلقائيًا إلى جهاز التحكّم.
الاستجابة للأحمال الديناميكية والحرارية
تسمح الكثافة المنخفضة للبولي إيثيلين (≈ 0.95 g/cm³) بامتصاص طاقة أكبر قبل الانهيار عند الصدمات المفاجئة. يبيّن اختبار شاربي للعينات ذات الشق V أنه عند −20 °C تبقى طاقة الكسر أكبر من 15 kJ/m²—وهو رقم لا تصل إليه العديد من سبائك الفولاذ الكربوني عند الدرجة نفسها. كما أن معامل التمدد الخطي 1.5 × 10⁻⁴ K⁻¹ يقتضي حساب المسافة بين كتل التثبيت الثابتة (Anchor Block) في الخطوط الطويلة المدفونة لضبط القوى الحرارية.
الجدول 1 — المقاومة الكيميائية النسبية للبولي إيثيلين مقارنةً بفولاذ 304 وPVC-U
| الوسط المتآكل | PE100 (23 °C) | فولاذ 304 (23 °C) | PVC-U (23 °C) |
|---|---|---|---|
| حمض الكبريتيك 20% | A (مقاوم تمامًا) | B (مقاومة متوسطة) | C (غير مقاوم) |
| محلول كلور 100 ppm | A | C (هجوم حُفَري) | B |
| محلول صودا كاوية 30% | A | B | B |
| هيدروكربون عطري (تولوين) | C | A | C |
A = دون أثر ملموس؛ B = تغيّر محدود؛ C = هجوم شديد أو ذوبان.
متطلبات التركيب واختبارات ما قبل التشغيل
- الكشط والتنظيف: إزالة ما لا يقل عن 0.2 mm من السطح الخارجي للأنبوب قبل الالتحام الكهربائي.
- المحاذاة: يجب ألّا يتجاوز الانحراف الزاوي المسموح بين طرفي الأنبوب 1.5°؛ لأن تجاوزه يسبب إجهاد قصي إضافي على خط اللحام.
- التبريد دون ضغط: بعد إتمام دورة التسخين، يجب تبريد الكابلر في درجة حرارة الغرفة مدة لا تقل عن 10 دقائق + 1 دقيقة/مم من سماكة الجدار دون تطبيق ضغط هيدروليكي.
- الاختبار الهيدروستاتيكي: 1.5 × PN لمدة ساعتين بانخفاض ضغط مسموح ≤ 3%. بالإضافة إلى ذلك، يُنصح بدورة نبضية 0 → PN → 0 مع 30 تكرارًا لمحاكاة صدمات المضخات.
الجدول 2 — أقصى مسافة مسموحة بين نقاط التثبيت الثابتة لتجميع أنبوب-وصلة PE100 مدفون
| القطر الخارجي (mm) | PN10 (m) | PN16 (m) | PN20 (m) |
|---|---|---|---|
| 110 | 60 | 45 | 35 |
| 160 | 45 | 35 | 28 |
| 250 | 30 | 22 | 18 |
| 400 | 20 | 15 | 12 |
تم حساب القيم لسائل عند 20 °C وتربة لومية رطبة بمعامل احتكاك 0.35؛ ينبغي تطبيق معاملات تخفيض لدرجات حرارة أعلى أو للتربة الرملية.
اعتبارات الإصلاح والتفتيش الدوري
في شبكات نقل الغاز، يُعد اختبار متتبِّع الهيليوم لوصلات الالتحام الكهربائي ممارسة شائعة أثناء التفتيش السنوي. ولخطوط المياه ذات الأقطار الأكبر من 315 mm تُوصى تقنية الهيدروفون الصوتية لاكتشاف التسربات الميكروية. تبلغ سرعة انتشار الموجة في البولي إيثيلين نحو 900 m/s؛ لذا يجب تصميم تباعد منظومات استشعار الاهتزاز بحيث تبقى ترددات الكشف أعلى من 1 kHz للحفاظ على الحساسية.
مكانة وصلات البولي إيثيلين ضمن هياكل الشبكات الهجينة
تعتمد المشاريع الحديثة غالبًا “الأنابيب الهجينة”: خطوط الجاذبية منخفضة الضغط من بولي إيثيلين مزدوج الجدار، والخطوط متوسطة الضغط من PVC-O أو حديد مطيل مغطى، والخطوط عالية الضغط والاستراتيجية من بولي إيثيلين عالي الضغط أو فولاذ API. في هذا البناء، تؤدي الوصلات المُفلنجة من البولي إيثيلين دور منافذ انتقال بين الأنظمة البلاستيكية والمعدنية، ومع استخدام حلقة تدعيم فولاذية داخلية (Stiffener) يمكن رفع عزم البراغي حتى 60 N·m دون خطر سحق الشفة البوليمرية.
خدمات «تمام بها» وميزتها التنافسية
بصفتها من المورّدين ذوي الخبرة لوصلات البولي إيثيلين عالية الضغط، تُوفّر مجموعة تمام بها للتجارة علامات تجارية محلية ودولية ضمن رُتب PN10 حتى PN25، إلى جانب الدعم الفني قبل الشراء، وإعداد مواصفات إجراء اللحام (WPS)، وإيفاد فرق إشراف ميداني أثناء التركيب. وبالاعتماد على مخزون واسع بمقاسات 20 إلى 630 mm، تُسهم في تقليل توقّف المشاريع لعملائها في دول الخليج والشرق الأوسط وشمال أفريقيا، كما تُقلّل المخاطر التشغيلية في الشبكات عالية الضغط عبر تقديم شهادات منشأ المواد الأولية وتقارير الاختبار المصنعي (Mill Test Certificate).
