15 Mayıs 2023 | TEKNÄ°K MAKALE 238. Sayı (Mayıs 2023)

1.451 kez okundu

Dr. Ahmet GÜLEÇ*
Metalurji Yük. Müh.
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi,
Karasu Meslek Yüksek Okulu, Makine ve Kaynak Teknolojileri Bölümü
ahmetgulec@subu.edu.tr

Özet
Malzeme biliminin ve malzeme sentezleme yöntemlerindeki geliÅŸmeler yenilikçi malzemelerin elde edilmesini mümkün kılmaktadır. Bunun en son ve somut örneÄŸi ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen – UHWMPE olmuÅŸtur. Birçok üstün özelliÄŸi bünyesinde barındıran UHWMPE ve UHWMPE’den üretilmiÅŸ borular düÅŸük ve yüksek sıcaklığın bulunduÄŸu, yoÄŸun aşınmalı ortamlar gibi zor koÅŸullara dayanabilmekte ve kullanıcılara önemli avantajları sunabilmektedir. Bu makalede bu yenilikçi ürün olan UHWMPE malzeme ile UHWMPE’den üretilmiÅŸ boruların özellikleri, kullanım alanları ile üretim imalat bilgileri ve montajlama hakkında bilgi verilmektedir.

1. GiriÅŸ
Çalışma koÅŸullarının daha hızlı ve daha etkin olmasını temin etmek yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve yüksek aşınmalı ortamlarda çalışan ekipmanları zorunlu kılmaktadır. Malzeme teknolojisinin geliÅŸimi ile yeni nesil malzemelerin ortaya çıkması sayesinde bu tür zorlu koÅŸullara dayanıklı, spesifik alanlarda kullanılabilen borular günümüzde endüstride yerini almaya baÅŸlamıştır. Bunların belki de en önemlisi ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UHMWPE) borular olmaktadır. UHMWPE borular özellikle aşınma dayanımı konusunda önemli avantajlara sahiptir. UHMWPE boruların aşınma dayanımları normal çelikten 15 kat, yumuÅŸak çelikten 8 kat daha yüksek olup sürtünme katsayısı da çelikten 5 kat daha düÅŸüktür. Bu borularda oluÅŸacak basınç kaybı da çelik boruların 1/10’u kadar olmaktadır [1].

2. UHMWPE Nedir?
Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UHMWPE), bir katalizörün etkisi altında etilen ve bütadien monomeri ile polimerize edilen, ortalama moleküler ağırlığı 1,5 milyondan fazla olan, zorlu iÅŸler ve çok çeÅŸitli uygulamalar için tasarlanmış yeni bir mühendislik termoplastik türüdür (Åžekil 1).

Åžekil 1. UHMWPE granülü

Ortalama moleküler ağırlığı 3.100.000'den büyük olan bir polietilen polimer, Ultra Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilen (UHWMPE) olarak ifade edilmek olup bir polietilen polimerin sahip olduÄŸu 400.000 ile 1.000.000 arasındaki moleküler ağırlığının çok çok üzerindedir. Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UHMWPE), günümüzde yoÄŸun bir kullanım alanı bulan yüksek yoÄŸunluklu polietilen moleküllerinin (HDPE) yaklaşık on katı yüksek molekül ağırlığına sahiptir. UHMWPE nin son derece yüksek moleküler ağırlığı, performansının diÄŸer herhangi bir termal mühendislik plastiÄŸine göre, aşınmaya ve darbeye karşı daha yüksek bir dayanım saÄŸlamaktadır. UHWMPE’nin ağırlık ve diÄŸer özellikleri ASTM D4020’da belirtilmektedir. Bütün bunlara baÄŸlı olarak polietilen moleküler ağırlık sınıflandırması aÅŸağıdaki Tablo 1’de sınıflandırılmıştır.

Sınıfı	Açıklaması	Molekül Ağırlığı MW
HDPE	Yüksek YoÄŸunluklu Polietilen	100.000 – 400.000
HMWHDPE	Yüksek Moleküler Ağırlıklı Yüksek YoÄŸunluklu Polietilen	500.000 – 1.999.999
VHMWHDPE	Çok Yüksek Moleküler Ağırlıklı Yüksek YoÄŸunluklu Polietilen	2.000.000 – 3.100.000
UHMWPE	Ultra Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilen	> 3.100.000

Tablo 1

2.1. UHMWPE’nin Özellikleri;

UHMW-PE sahip olduÄŸu aşınmaya karşı yüksek direnç, düÅŸük sıcaklıkta çalışabilirlik, yüksek korozyon direnci, kendi kendini yaÄŸlama, yüksek darbe direnci gibi özellikler açısından diÄŸer tüm plastikler ve teflon, naylon, karbon çeliÄŸi gibi malzemelerden çok daha dayanıklı olup kullanım üstünlüÄŸü sunmaktadır. Bu özellikleri nedeniyle, koÅŸulların diÄŸer malzemeler için çok zor olabileceÄŸi uygulamalarda güvenilir bir ÅŸekilde kullanılabilmektedir.

UHMWPE granülleri standart olarak süt beyazı ve siyah renklerde üretilirken, ilave edilecek çeÅŸitli pigmentler ile farklı renklerde üretilebilir. Fakat bu tür borular yoÄŸun olarak yüksek sıcaklıklarda kullanıldığı için yapıdan akarabilir, bu istenmeyen bir durumdur. UHWMPE malzemesinin sahip olduÄŸu önemli özellikler aÅŸağıda açıklanmaktadır.

• Yüksek Aşınma Direnci; UHMWPE nin aşınma direnci, temel alaşımlı çelikten 6,6 kat, paslanmaz çelikten 27.3 kat daha yüksektir. Fenolik malzemelerin yıllık aşınma deÄŸeri 17,9, naylonların 6, polietilenin 4 tür. UHMW nin aşınma deÄŸeri ise 0,58 olması nedeniyle kullanım ömrü çok uzundur [3].

• Kimyasal Direnç; Bazı asitler, yüksek sıcaklıkla birlikte güçlü bir kimyasal erozyona neden olabilir. UHWMPE inert bir malzeme olduÄŸundan güçlü kimyasal erozyona dayanabilmektedir. Çamaşır suyu gibi yüksek oranda oksitleyici kimyasallar dışındaki su çözeltilerine karşı dayanımı yüksektir. UHMWPE % 80 seyreltilmiÅŸ hidroklorik asit ve %20'den daha az seyreltilmiÅŸ nitrik asit, alkaliler, tuz çözeltileri, alkoller ve diÄŸer birçok kimyasaldan etkilenmemektedir. Ä°çlerinde taşınan malzemelere tat veya koku vermemektedir.

• Yüksek Darbe Direnci; Mevcut mühendislik plastiklerinde yüzey gerilimi ve tekrarlanan darbeler nedeniyle çatlama, kırılma veya ezilmeler oluÅŸabilmektedir. UHMWPE malzemesinin sahip olduÄŸu yüksek tokluk sebebiyle önemli ölçüde yüksek darbe direnci sunmaktadır.

• Çevresel gerilim bölünmesine karşı en iyi direnç; ekolojik ve çevresel etkilerden dolayı bozunuma karşı yüksek dirence sahiptir. EsnekliÄŸi PE100'den 1,5 kat daha fazla olup yorulmaya karşı direnci PE100’e göre 500.000 kat yüksek olmaktadır. UHMWPE, rüzgârın aşındırıcı etkisinden ve yaÄŸmur ile deniz suyundan etkilenmez.

• Kendinden YaÄŸlama ÖzelliÄŸi; UHWMPE’nin bal mumu benzeri bir özelliÄŸe sahip olması ve bünyesindeki yaÄŸ miktarı sayesinde kendi kendini yaÄŸlama özelliÄŸi bulunmaktadır. Sürtünme katsayısı sadece 0,219 mn/m'dir. Kendinden kayan performans, yaÄŸlanmış çelik veya pirinçten bile üstündür. Özellikle kirli ve kum bulunan ortamlarda kendinden kuru yaÄŸlama özelliÄŸi olan malzemeler verimliliÄŸi artırdığı için kullanıma daha uygundur. Bu ÅŸekilde sadece açık olarak çalışmakla kalmaz, aynı zamanda çalışma yüzeyini koruyarak zedelenmesine engel olur.

• Organik Güvenlik; Ana malzeme, renksiz ve kokusuzdur. Ayrıca toksik deÄŸildir. Biyoinert bir özelliÄŸe sahiptir.

• DüÅŸük sıcaklık direnci; UHWMPE olaÄŸanüstü düÅŸük sıcaklık güvenli bir ÅŸekilde kullanılabilmektedir. UHMWPE, aşırı düÅŸük sıcaklıklarda da (-269 °C) bozulma olmadan çalışabilir. Ürün mevcut haliyle sürekli olarak + 82 °C’de, aralıklı olarak da + 93 °C ‘de çalışabilir. 93 °C’nin üzerindeki uzun süreli çalışmalarda ise sahip olduÄŸu üstün mekanik özelliklerinde düÅŸme gözükebilmektedir. Ancak çalışma sıcaklığı bazı özel ilaveler ile 150 °C’ye kadar artırılabilir.

• DüÅŸük Sürtünme Katsayısı; HDPE nin (0,28 – ISO 8295)) veya ÇeliÄŸin (0,58 - ISO 8295) sahip olduÄŸu sürtünme katsayısı ile karşılaÅŸtırıldığında UHMWPE ‘nin sürtünme katsayısı ise sadece 0,05'tir. Sahip olduÄŸu bu düÅŸük sürtünme katsayısının sonucu olarak akışkan içerisinde bulunan birçok partikül yüzeylere yapışmaz. Ortamın pH deÄŸeri 9 dan büyük olduÄŸu durumlarda diÄŸer malzemelerin yüzeyleri pürüzlenmesine karşın UHWMPE’nin yüzeyinde herhangi bir pürüzlenme gözükmemektedir. Bu özelliÄŸi nedeniyle birçok alanda uzun süreler boyunca güvenle kullanılabilmektedir.

• Yüksek hava koÅŸullarına dayanıklılık; UHMWPE' nin moleküler ağırlığı, doymuÅŸ moleküler yapı olarak 2 milyondan fazladır. Ultraviyole ışık altında güçlü yaÅŸlanmama kabiliyetine sahiptir ve çalışma sıcaklığı -70 ℃'den düÅŸük deÄŸilse mekanik özelliklerini aynen kormaktadır.

• DiÄŸer özellikler; UHWMPE yüksek gürültü sönümleme, anti-statik ve nötron sabitleme özelliÄŸine sahiptir. Suyu emmez, kimyasal olarak inerttir, hafiftir, kolay iÅŸlenir, renklendirilebilir. UHMWPE, geri dönüÅŸtürülemez. EÄŸer ürün geri dönüÅŸtürülerek birçok kez kullanılmışsa aşınma ve darbe direnci büyük ölçüde etkilenebilir.

UHMWPE’yi günümüzde yaygın olarak kullanılan HDPE’ den ayırabilmek için aÅŸağıda belirtilen pratik yöntemler kullanılabilir.

Yanık Testi; kibritle yakın ve dumanı koklayın. Mum gibi kokuyorsa, bu polietileni gösterir. UHMWPE, HDPE kadar kolay damlamaz.

Fırın Testi; 300 derecelik bir fırında alüminyum bir kaba koyun. Normal HDPE çöker veya erir, ancak UHMW boyut veya ÅŸekil deÄŸiÅŸtirmez. Ancak, yerleÅŸik gerilimler nedeniyle bükülebilir veya deforme olabilir.

Testere Testi; Testere ile kesildiÄŸinde, normal HDPE talaÅŸ verir, UHMW ise ip verir veya hiçbir ÅŸey vermez [1,3].

3. UHWMPE BORULAR
Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UHMWPE), moleküler ağırlığı 3 milyondan fazla olan sert, aşınmaya dayanıklı bir termoplastiktir. UHMWPE' nin yüksek moleküler ağırlığı, erimeyeceÄŸi veya erimiÅŸ bir sıvı olarak akmayacağı anlamına gelmektedir. Bu nedenle iÅŸleme yöntemleri, toz metal teknolojisinden türetilmiÅŸtir. UHMWPE, geleneksel plastik iÅŸleme teknikleriyle (enjeksiyonla kalıplama, ÅŸiÅŸirerek kalıplama veya ısıyla ÅŸekillendirme) dönüÅŸtürülemez ve kalıplanamaz. Ancak sıkıştırma kalıplama yöntemi ile herhangi bir ürüne dönüÅŸtürülebildiÄŸi için, UHMWPE boru üretmek te oldukça zordur. Bu yüzden özel tasarlanmış bir plastik ekstrüder ile sürekli ekstrüzyon yöntemi ÅŸeklinde yapılan boru üretim hızı, diÄŸer plastiklere göre oldukça düÅŸüktür. UHMWPE boru, yaklaşık 200 - 300 kg/gün olarak iÅŸlenebilir (Bu deÄŸerler boru boyutuna ve ekstrüzyon makinesi kapasitesine göre deÄŸiÅŸebilir). Åžekil 2’de UHWMPE borular verilmektedir.

Åžekil 2. UHWMPE’den üretilmiÅŸ borular

3.1. UHWMPE Boruların Üretim Yöntemi

UHWMPE’nin üretimi konusunda da bilgi verilmesi uygun olacaktır.

3.2. UHWMPE Boruların Özellikleri

Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen boru, çok yüksek aşınma direnci, yüksek korozyon direnci, darbe emiciliÄŸi, iç basınca karşı mükemmel direnç, çevresel stres çatlamasına karşı direnç, kendinden yaÄŸlama, yapışma önleyici, düÅŸük sıcaklık direnci gibi özellikleri nedeniyle geleneksel HDPE boruya göre üstün performansa sahiptir.

Mükemmel üstün özelliklere sahip yeni bir plastik boru türü olan ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen boru (UHMWPE boru), her türlü sıvı, gaz, toz veya katı-sıvı karışımının taşınmasında kullanılabilir.

Bu özellikleri kullanacak pazarlardan birkaçı madencilik, medikal ürünler, sulama ve alt yapı tesisleri, paketleme, gıda iÅŸleme ve otomotivdir.

Aşınmaya dayanıklı UHMWPE boru, mevcut çelik borularla karşılaÅŸtırıldığında, Q235 çelik borunun 4 ila 7 katı ve aşınmaya dayanıklı çelik 16Mn'nin 2,7 katı, mükemmel aşınma direncine sahiptir. Bu özellik boru akış hızını ve iletim verimliliÄŸini %20'den fazla artırır. UHMWPE boruların çalışma ömrü, aşınmaya dayanıklı çelik borulardan 3 kat daha fazladır. Tipik olarak üretilen UHWMPE boruların ölçüleri Åžekil 3’de verilmektedir.

Åžekil 3. UHWMPE boruların üretim boyut ölçüleri

3.3. UHMWPE Borunun Avantajları;

Üretimi diÄŸer konvansiyonel PE borulara nazaran zor bir proses olan UHWMPE boruların saÄŸladığı avantajlar aÅŸağıda verilmektedir.

Yüksek aşınma direnci
UHMWPE, tüm mühendislik plastikleri arasında en iyi aşınma direncine sahiptir. Malzemenin ortalama moleküler ağırlığı ne kadar yüksekse, aşınma direnci o kadar fazladır. UHMWPE boruların aşınma direnci, P235 çelik borunun 4 ila 7 katı, HDPE 100 borunun 10 katıdır. Bu da UHMWPE boruların çoÄŸu çalışma koÅŸulunda daha uzun ömürlü çalışmasını, daha az bakım maliyeti ve duruÅŸ kaybı saÄŸlar. Bu nedenle bulamaç, maden atıkları ve diÄŸer katı veya karışımların taşınması için özellikle uygundur.

Yüksek darbe direnci
Birçok malzemede ÅŸiddetli veya tekrarlanan darbelerden dolayı çatlak, kırılma, ezilme veya yüzey gerilimi ve malzeme yorgunluÄŸu meydana gelir. UHMWPE borunun darbe direnci ve darbenin oluÅŸturduÄŸu enerjiyi emme özelliÄŸi, diÄŸer plastiklere göre ilk sıradadır. Bu özellik UHMWPE boruları, saÄŸlamlık ve yüksek basınç altında daha dayanıklı olmaları nedeniyle tercih edilebilir duruma getirir. UHMWPE borular, normal PE borunun 5 katı, HDPE borunun 4 katı, polikarbonat boruların 2 katı ve teflon boruların 10 katına kadar darbelere dayanıklıdır.

Yüksek korozyon direnci
UHMWPE doymuÅŸ moleküler yapısı nedeniyle teflondan sonra ikinci en yüksek kimyasal erozyona, her türlü korozif ortama (asit, alkali, tuz) ve organik solventlere karşı dirençli yapıya sahiptir. UHMWPE borular 85 °C nin altındaki asidik ve aşındırıcı uygulamalarda diÄŸer boru hatlarına göre çok daha uzun ömürlüdür. Çok çeÅŸitli kimyasal reaktiflere karşı bu üstün direnç, UHMWPE sistemlerinin atık boru hatlarında ve madencilik faaliyetlerinde kullanılan kimyasal arıtma uygulamalarında kullanılmasına olanak tanır. Yüksek sıcaklıklardaki belirli asitlerde, %80'den az konsantrasyona sahip hidroklorik asitte, %75'ten az konsantrasyona sahip nitrik asitte kullanılabilir.

Mükemmel kendinden yaÄŸlama
HDPE için 0,28 veya Çelik için 0,58 ile karşılaÅŸtırıldığında UHMWPE boruların kendinden yaÄŸlama ve yapışkan olmayan özelliÄŸi nedeniyle sürtünme katsayısı sadece 0,006 dır. Bu özellik nedeniyle yüksek pompalama verimliliÄŸi ve önemli ölçüde maliyet tasarrufu da saÄŸlar. Daha az sürtünme kaybı, daha az basınç kaybı ve büyük ölçüde azaltılmış enerji girdileri anlamına gelir. Özel iÅŸlemle üretilen boru hattının iç duvarı, korozyon direnci, aşınma direnci ve kireçlenme olmaması gibi avantajlara sahiptir. Bu durum akış hızında %20 enerji tasarrufu saÄŸlayarak enerji tüketiminin düÅŸürülmesinde faydası olur.

Pürüzsüz yüzey
Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen borunun pürüzlülüÄŸü 0,0065, çelik borunun pürüzlülüÄŸü 0,012 ve çimento borunun pürüzlülüÄŸü 0,013'tür. Aynı çaptaki UHMWPE boruların su akış hızı, CTP borulardan ve dökme demir borulardan daha fazladır. Ürünün son derece pürüzsüz ve düzgün bir yüzeye sahip olması, düÅŸük sürtünme kaybı ve yüksek akış hızı saÄŸladığından, tesisatın bakım maliyetinden ve pompalama maliyetinden tasarruf edilmesine yardımcı olur. UHMWPE borular diÄŸer boru tiplerine göre aynı debi ile %25 oranında enerji tasarrufu saÄŸlamaktadır. Bu özellik UHMWPE boruya bugün piyasadaki diÄŸer tüm boru hatlarına göre çok daha üstün kireç önleyici özellikte saÄŸlar. Ayrıca boru iç yüzeyinde tortu oluÅŸmasına, bakteri üremesine engel olduÄŸu için içinden geçen temiz su kalitesinin bozulmamasını da saÄŸlar.

Uzun ömür
Kül deÅŸarjı, beyaz çamur, kırmızı çamur vb. güçlü korozyon ve yüksek aşınma koÅŸullarında hizmet ömrü çelik borunun hizmet ömründen 4 - 6 kat daha fazladır. Ayrıca Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen boru, korozyon direnci, düÅŸük sıcaklık direnci, tufalleÅŸmeme ve sızıntı olmaması gibi bir dizi özelliÄŸe sahiptir. Bu nedenle, borunun kullanımdan sonra onlarca yıl paslanmaya karşı dayanıklı olması, dekontamine edilmesi ve elden geçirilmesi gerekmez, bu da iÅŸletme ve bakım maliyetlerinde %95'ten fazla tasarruf saÄŸlayabilir.

Kolay kurulum
UHMWPE boruların metre birim ağırlığı çelik borunun yaklaşık 1/8 i kadardır. Ürünün hafif olması yükleme ve boÅŸaltma, nakliye, kurulum ve kullanım için kolaylık saÄŸlar. Boru tesisatının kurulumu flanÅŸlı baÄŸlantı veya sıcak eritme ( alın kaynağı ) yöntemi ile çok kolay yapılır.

Uygun maliyetli
Pürüzsüz çalışma yüzeyi, düÅŸük temel gereksinimi ve operasyondan sonra aşınmaya dayanıklı, korozyon direnci, donma direnci ve anti-kirlilik vb. performansı ile borunun pas önleyici gibi günlük bakım yapılmasına gerek yoktur. Donmaya karşı koruma, kireç çözme vb. ve bakım maliyetinden %95'ten fazla tasarruf edilebilir. Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen borunun fiyatı, düÅŸük sürtünme katsayısı, geniÅŸ sirkülasyon kapasitesi, yüksek darbe dayanımı, korozyon direnci, aşınma direnci, hava direnci ve diÄŸer birçok faktörle birleÅŸtiÄŸinde geleneksel çelik borudan daha düÅŸüktür. Performans-fiyat oranı diÄŸer plastik boru ve çelik borulara göre çok daha yüksektir.

Çevre dostu
UHMWPE borunun imalatı, ana hammaddesi renksiz, kokusuz, toksik olmayan ve düÅŸük karbonlu bir üretim yöntemidir. UHMWPE borular, müÅŸteriler tarafından talep edilen katkı maddeleri olmadıkça, saf UHMWPE'den üretilir. UHMWPE boru üretim süreci, atık su, egzoz gazı ve atık kalıntısı deÅŸarjı olmaksızın eÅŸdeÄŸer miktarda çelik borunun karbondioksit emisyonunun yalnızca %15'ini üretir.

Yüksek hava ve yaÅŸlanma direnci
Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen boru, iyi hava direncine ve yaÅŸlanma direncine sahiptir. Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilenin (UHMWPE) moleküler zincirindeki doymamış grupların çok az olması ve moleküler ağırlığın büyük olması nedeniyle, en az %70 uygun çalışma ÅŸartları saÄŸlansa bile boru hattının ömrü en az 50 yıl olarak hesaplanmıştır.

Esneklik
UHMWPE borular, dış çapının minimum 30 katına kadar bükülebilir. Bu esneklik, borunun toprak hareketinin neden olduÄŸu dalgalanma basınçlarını, titreÅŸimi ve gerilimleri emmesini saÄŸlar. Bu, boruları özellikle denizaltı boru hatlarında, maden çökmelerinde ve deprem eÄŸilimli alanlarda kullanışlı hale getirir.

DüÅŸük sıcaklıkta güvenli kullanım
Yapılan test ve denemelerde UHMWPE malzemelerin – 269 derecede dâhi mekanik özelliklerini koruduÄŸu gözlemlenmiÅŸtir. Günümüzde mutlak ‘0’ dereceye yakın sıcaklıklarda çalışabilen tek mühendislik plastiÄŸidir. Aynı zamanda, ürün 269 ? ila 80 ? gibi geniÅŸ bir çalışma sıcaklık aralığına sahiptir.

Süper gerilme mukavemeti ve basınç taşıma kabiliyeti;
UHMWPE borunun gerilme mukavemeti PE100'ün iki katıdır ve çevresel stres çatlağına karşı direnci PE100'ün iki katından fazladır. Bu nedenle, ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen boru hattının basınç taşıma kabiliyeti ve çevresel hasar direnci, genel polietilen borudan çok daha yüksektir. Åžekil 4. UHWMPE boruların diÄŸer borular ile kıyaslaması verilmektedir [4].

Şekil 4. UHWMPE boruların diğer borular ile karşılaştırılması

4. UHMWPE Boruların Kullanım Yerleri;

UHMWPE boru, malzemenin moleküler yapısı nedeniyle sahip olduÄŸu üstün özelliklerin avantajıyla, içme suyu kalitesindeki sıvılar, katı parçalar, madencilik metalürji, tekstil, kâğıt yapımı, gıda, mekanik ve diÄŸer endüstrilerde yaygın olarak kullanılabilir. Madenlerde (cevher tozu, atık boÅŸaltma boru hatları), kimya endüstrisinde, alüminyum endüstrisinde, atık bulamacında, kömür suyu bulamacında, enerji santralinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca malzemenin ultra yüksek moleküler ağırlıklı yapısı ve özellikleri deÄŸiÅŸtirilerek, gaz ve petrol taşımacılığı gibi farklı endüstrilerde de, kullanılabilir

Madencilik Endüstrisi; UHMWPE borular, cüruf, maden bulamacı, atıklar, tortular ve cevher konsantreleri için taşıma boru hatları olarak kullanılmaktadır. Kömür madenlerinde toz haline getirilmiÅŸ kömürün ve kömür hazırlama tesisinin kömür - su bulamacının yüksek basınçla taşınmasında kullanılır.

Tarama Endüstrisi; UHMWPE borular, nehir, göl, iskele ve limanların, barajların ve lagünlerin taranması sırasında çıkan çamur ve kumun taşınmasında kullanılır (Åžekil 5).

Åžekil 5. Madencilik ve Tarama endüstrisi uygulamaları örnekleri

Termik santraller; Kömürle çalışan enerji santrallerinde, kömür külü bulamacının yakındaki çökeltme havuzlarına taşınması, kireçtaşı bulamacının baca gazlarından SO2 ve seyreltik hidroklorik asidin uzaklaÅŸtırılması için emici sprey kulelerine aktarılması ve kalsiyum sülfat yan ürününün taşınması için yapılan boru sistemlerinde kullanılır. Baca gazı kükürt giderme (FGD) sistemlerinde kullanılan kireçtaşı bulamacı baca gazı ile reaksiyona girerek SO2'yi uzaklaÅŸtırır. Ä°ÅŸlemde, kireçtaşı bulamacı, bir kalsiyum sülfat bulamacına dönüÅŸtürülür. Atık ürünler daha sonra ileri arıtma için FGD püskürtme kulelerinin altından UHMWPE boru yoluyla pompalanır.

Şekil 6. Termik santralleri ve inşaat uygulamaları

Ä°nÅŸaat Endüstrisi; UHMWPE borular, karışık beton ve püskürtme beton harcının pompalı kamyonlarda taşınmasının yanı sıra yeraltı tünellerinden sondaj kumu ve kayaların taşınmasında kullanılır (Åžekil 6).

Ürün Taşıma; UHMWPE borular, çimento gibi toz ve dökme malzemelerin basınçlı hava ile sevk dilmeleri, yanmış kömür artıkları, cam, kum ve gıda ürünlerinin sevkinde kullanılır.

Åžekil 7. Ürün taşıma ve tünel kaçış uygulamaları

Tünel Kaçış Borusu; Ä°nsanlar sürünerek hareket ederken, nispeten rahat hareket edebildikleri ÅŸekildeki vücut yüksekliÄŸi 800 mm'dir. Bu nedenle insanların sürünerek geçmeleri için hazırlanan kaçış geçiÅŸlerindeki yuvarlak boru çapları 800 mm'den az olmaz. Ä°nsanların sürünerek geçmeleri için hazırlanan kaçış geçiÅŸlerindeki, tünel ÅŸantiyelerinde acil kurtarma ve kaçış borusu olarak 800 mm çapında ve 30 mm et kalınlığında UHMWPE den üretilen boru kullanılabilir. UHMWPE kaçış borularının temel kullanım amacı, riskleri önlemektir. UHMWPE kaçış boruları, güçlü yer kabuÄŸu hareketlerinden etkilenseler bile, çok güçlü darbe direncine sahip oldukları için bir miktar deforme olur fakat kırılmazlar. UHMWPE boruların darbe dayanım sınırını ölçmek neredeyse imkânsızdır. Bu nedenle, kaçış borusu olarak kullanılma maliyeti çok düÅŸüktür.

UHMWPE den yapılan tünel kaçış boruların doÄŸası gereÄŸi saÄŸlam, dayanıklıdır ve bozulmaz. Hafiftir, sökülmesi ve taşınması kolaydır, boru hattı iyi bir tokluÄŸa sahiptir. Borunun kalitesi, yaygın olarak kullanılan borulara göre çok daha yüksektir. Son derece yüksek darbe direncine sahiptir ve dış etkilerle kırılamaz. Güçlü bir dış kuvvetten etkilendiÄŸinde deforme olur, fakat büyük miktarda darbe enerjisini emer ve ardından orijinal ÅŸeklini hızla geri dönerek örneÄŸin otoyol tüneli inÅŸaatı kaçışları için acil kurtarma saÄŸlar (Åžekil 7).

Kimya endüstrisi; Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen, doymuÅŸ bir moleküler yapıya, son derece yüksek kimyasal stabiliteye sahiptir. Bu nedenle kimyasal kararlılığı son derece yüksektir ve korozyon ortamlarına, organik çözücülere dayanabilir. ÇeÅŸitli aşındırıcı ortamların (asit, alkali, tuz) ve organik çözücünün belirli sıcaklık ve yoÄŸunlaÅŸma aralığında erozyonuna karşı koyabilir.

Acı tuz bulamacı ve tuz kimyasalının, ham tuzun taşınmasında kullanılabilir. Ayrıca deniz mühendisliÄŸinde tuzdan arındırma iÅŸleminde deniz suyunun, tatlı suyun taşınmasında da kullanılabilir.

Petrol endüstrisi; Yapışmaz ve korozyon önleyici özelliÄŸinden dolayı UHMWPE boru artık petrol endüstrisinde de kullanılmaktadır. Kuyulardan çıkan petrol ve gazın taşınmasında, atık suların uzaklaÅŸtırılmasında avantajları nedeniyle tercih edilmektedir (Åžekil 8).

Şekil 8. Kimya ve petrokimya uygulamaları

Metalurji Endüstrisi; Benzersiz özellikleri nedeniyle kok tozu, mineral tozu, kâğıt hamuru ve yaÄŸ arıtma cürufunun taşınması gibi boru sistemlerinde tercih edilirler.?

DiÄŸer kullanım yerleri; DeÄŸirmenler, dökümhaneler, depolama tesisleri, atık bertaraf tesisleri, cüruf ve kum tesisleri. Åžehir alt yapısı temiz su temini, kanalizasyon ve drenaj hatlarında kullanılmaktadır [5].

5. UHMWPE BORU MONTAJI
UHMWPE boru birleÅŸtirmesi, boru uçlarına konulan çelik flanÅŸ ile yapılır. BirleÅŸtirme yerindeki sızdırmazlık ise mevcut boru ucunun ısıtılarak flanÅŸ üzerinde oluÅŸturulan yaka ile saÄŸlanır. BaÄŸlantı yaparken, boru birleÅŸme yüzeyi temizlenir, ardından her iki boru yüzeyi eksenel yönde hizalanır, çelik flanÅŸlar uygun vidalar kullanılarak birbirine baÄŸlanır. Contaya gerek yoktur, conta fonksiyonu olarak yaka yapılmış birleÅŸme yüzeyi yeterlidir.

Aynı zamanda HDPE boruda olduÄŸu gibi alın kaynak ve füzyon yöntemi ile birleÅŸtirme yapılabilir. Fakat ısıtılarak yapılan kaynaktan dolayı özellikle boru içinde bir set – dudak oluÅŸacağı için burada birikecek tortu, borunun veya tüm sistemin bir süre sonra çökmesine neden olacağından tavsiye edilmez. Åžekil 9’da UHWMPE boruların baÄŸlantı biçimleri verilmektedir.

Şekil 9. UHWMPE borulardaki flanş bağlantılar

UHMWPE, erime noktası olan 150 C nin üzerindeki bir sıcaklıkta kolaylıkla bükme veya katlama iÅŸlemi yapılabilir. Bu sıcaklıkta kolayca ÅŸekillenir. Ancak soÄŸuyana kadar bükülü veya katlanmış konumda sabitlenmelidir.

6. UHMWPE KAPLI ÇELÄ°K BORULAR (UHMWPE Kompozit Boru);

UHMWPE kaplı çelik borular, PE-çelik kompozit boru olarak da adlandırılır. Özel teknik bir yöntemle karbon çelik boru hattı ve UHMWPE boru hattı birbirine birleÅŸtirilerek kompozit boru sistemi oluÅŸturulur (Åžekil 10).

Åžekil 10. UHWMPE kaplı çelik borıular

Çelik boru termal genleÅŸme katsayısı ile UHMWPE boru genleÅŸme katsayısı aynı olmadığı için bu birleÅŸtirme esnasında herhangi bir yapıştırıcı malzeme kullanılmaz. Ancak basınca duyarlı sistemlerde soyulmaya karşı sabitleme yapılması gerekiyorsa ya epoksi bazlı yapıştırıcılar veya çimento bazlı yapıştırıcılar kullanılabilir. Fakat bunun yanında geleneksel yöntemlerle mekanik olarak ta sabitleme yapılabilir.

UHMWPE borunun ve karbon çelik borunun özellikleri birleÅŸtirilerek aşınma direnci, darbe direnci, korozyon direnci, yüksek basınç direnci, kendi kendine yaÄŸlama, darbe emme performansı ve baÄŸ direnci ile boru hattı daha dayanıklı hale getirilmiÅŸ olur.

UHMWPE boruların çalışma basıncı 0,6 MPa ile 2,0 MPa arasındadır. UHMWPE kompozit borunun çalışma basıncı ise 6,4 MPa'ya kadar ulaÅŸabilir. Kompozit borunun, 8 mm ile 20 mm arasında et kalınlığına sahip iç UHMWPE borusunun sadece üstün özelliklerinden yararlanılmakla kalınmaz, aynı zamanda boru sisteminin daha yüksek basınçlarda çalışabilmesi saÄŸlanmış olur.

UHMWPE kompozit borunun dış kılıfında, spiral kaynak çelik boru, boyuna kaynaklı çelik boru ve yüksek kaliteli dikiÅŸsiz çelik boru kullanılmaktadır.
Kompozit borunun dış tabakası çelik flanÅŸlı çelik boru, iç tabakası UHMWPE borudur. Ä°ç UHMWPE borunun her iki ucu da çelik borudan 60 mm daha uzun tutulur. Bu uzunluklar ısıtılarak çelik boru flanşının üzerine yaka ÅŸeklinde sıvanır. Boru hattının sızdırmazlığı çelik flanÅŸ üzerinde oluÅŸturulan UHMWPE yaka ile saÄŸlanır.

6.1. Kompozit Borunun Özellikleri ve Avantajları;

Kompozit borunun yapısı iki katmandan oluÅŸmuÅŸtur. Ä°ç kısımda UHMWPE nin aşınma direnci, korozyon direnci, düÅŸük sürtünme katsayısı, yapışmama, pürüzsüz yüzey, küçük termal iletkenlik oranı vb. gibi tüm özelliklerini taşıyan ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen boru bulunur.

Dışta ise UHMWPE borunun mekanik çalışma deÄŸerlerini yükselterek daha yüksek basınçlarda çalışabilme özelliÄŸi getiren çelik boru bulunmaktadır.

• Kompozit boru sisteminin ağırlığı aynı özelliklere sahip çelik borunun yalnızca 1/6'sı kadardır. bu da nakliye ve kurulum maliyetini büyük ölçüde azaltır.

• UHMWPE boru hattının pürüzlülüÄŸü sadece 0.00022 iken, HDPE 0.01 ve çelik 0.1'dir. DüÅŸük sürtünme katsayısı, iç yüzeyin pürüzsüzlüÄŸü, boru sistemlerinde çalışan pompa motorlarında yakıt kullanımını azaltarak iÅŸletme maliyetinde en az %20 tasarruf edilmesini saÄŸlar.

• Kurulum basittir. Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen, aşınmaya dayanıklı boru esas olarak flanÅŸ ile birleÅŸtirildiÄŸi için sökülmesi kolaydır, boÅŸaltması kolaydır, kurulumu kolaydır, baÄŸlantı noktalarına korozyon önleyici conta eklenmesi gerekmez, boru hattındaki arıza noktası azalır, bakım uygundur, kurulum ve bakım maliyeti büyük ölçüde azalır ve ekonomik fayda artar.

• UHMWPE-çelik kompozit boru 5~8 Mpa'lık basınca dayanabilir.

• UHMWPE boru aşınma direnci açısından en iyisidir. Ortalama moleküler ağırlığının 1,5 milyonun üzerinde olması nedeniyle molekül ağırlığı 0,3 ~ 0,5 milyon olan HDPE boruya göre 4 kat aşınmaya dayanıklıdır. UHMWPE boru hattını çelik borunun içine döÅŸeyerek aşınmaya karşı direnci 6 kat artırılmış olur.

• Çok kararlı korozyon önleyici kimyasal özelliklere sahip iç UHMWPE boru, tüm boru hattının kullanım ömrünü mükemmel ÅŸekilde artırır. Güçlü asit, alkali, tuz, su, kanalizasyon ve topraktan kaynaklanan korozyon oluÅŸumunu önler.

• Geri dönüÅŸtürülebilir. Çelik boru yalnızca bir defaya mahsus yatırım gerektirir, eskiyen çelik boru tamir edilebilir ve ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen boru tabakasıyla kaplanabilir. Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UHMWPE) boru tabakası, metal borunun ömrünün 4 katına eÅŸdeÄŸerdir.

• UHMWPE borunun termal iletkenliÄŸi çelikten 1000 kat daha küçük olduÄŸundan, boru hattı taşımacılığının ısı koruma gereksinimi büyük ölçüde azaltılabilir. Sıcaklık performansı -50 ? ila 80 ? arasında iyidir. Bu özellik soÄŸuk bölgede sıvı taşınması için büyük önem taşımaktadır.

• Daha uzun servis ömrü. Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen boru özellikleri ile çelik borunun özellikleri birleÅŸtirilerek diÄŸer boru sistemlerine göre daha uzun servis ömrü saÄŸlanmış olur.

• Son derece yüksek darbe direnci. Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UHMW-PE) borunun kendisi çok yüksek darbe direncine sahiptir. GüçlendirilmiÅŸ bir koruyucu tabaka olarak çelik boru, kaplama borusunun kaymasını etkili bir ÅŸekilde önler, aynı zamanda darbeye, basınca ve bükülmeye karşı direncini artırır. Mukavemetlidir, daha güçlü bir taşıma kapasitesine sahiptir, sıradan mühendislik plastik borularından daha yüksek su basıncına dayanabilir. Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen kompozit boru çarpmaktan korkmaz, kırılmaz. Kötü çalışma ortamlarında yüksek basınçlı nakliye boru hattı olarak kullanımı uygundur.

6.2. Kompozit Boru Kullanım Yerleri;

Uzun mesafe, yüksek basınç, yüksek aşınma direnci, yapışma önleyici vb. taleplerini karşılamak için firmamız DN150 mm ila DN600 mm arası kompozit boru üretmektedir [6].

• Madencilik endüstrisi; UHMWPE borular; mineral çamuru, maden atıkları, tortular ve cevher konsantreleri için uzun mesafeli taşıma boru hatları olarak kullanılmaktadır. Özellikle kömür madenlerinde, kömür tozu / pulverize kömür, kömür suyu bulamaç nakliyesi, maden hava beslemesi, havalandırma ve drenaj sistemleri ve kükürt giderme sisteminde kullanılır.

• Termik enerji endüstrisi; Enerji üretim sisteminde çıkan uçucu külün taşımacılığında, soÄŸutma suyu boru hattında, atıklarda ve curuf taşımacılığında yaygın olarak kullanılır.

• Petrol çıkarma; kuyulardan çıkan ham petrol ve doÄŸal gazın uzun mesafeli nakliyesinde kullanılır. Ayrıca basınçlı su temini ve gaz tedarik boru hattı olarak ta kullanılır.

Åžekil 11'de UHWMPE kaplı çelik kompozit boruların üretim ölçüleri bulunmaktadır.

Åžekil 11. Tipik Kompozit Boru Ölçüleri

7. SONUÇ
UHWMPE, yüksek yoÄŸunluklu polietilen bir ilerisinde olan bu alandaki en nitelikli malzeme olarak ifade edilebilmektedir. Niteliklerine baÄŸlı olarak UHWMPE’den üretilen borular, malzemenin sahip olduÄŸu bu yüksek niteliklere baÄŸlı olarak bünyesinde yüksek aşınma dayanımı, yüksek kimyasal direngenlik, yüksek tokluk, yüksek sıcaklık dayanımı, düÅŸük sıcaklıklarda kullanılabilirlik ve korozyona uÄŸramaması gibi birçok avantajı barındırmaktadır. Bu bakımdan HDPE boruların performans anlamında kullanılamadığı birçok alanda plastik boru avantajlarını bünyesinde barındırarak uygun ÅŸekilde kullanılabilmektedir. Uygun üretim parametrelerinde üretilen UHWMPE borular aşırı koÅŸullarda uzun süreli servis verebilme kabiliyetine sahip olmaktadır. Ancak sahip olduÄŸu yüksek yoÄŸunluk sebebiyle üretim prosesi daha hassas olup daha yoÄŸun bir bilgi birikimi gerektirmektedir.

8. KAYNAKLAR
[1] What Is UHMWPE Material, And What Is It Used For? (petronthermoplast.com)
[2] A. A. Lucas, J. D. Ambrósio, H. Otaguro, L. C. Costa, J. A.M. Agnelli, Abrasive wear of HDPE/UHMWPE blends, Wear 270 (2011) 576–583.
[3] Ultra-high-molecular-weight polyethylene - Wikipedia
[4] UHMWPE Pipe - gfdpipe (gfdplastic.com)
[5] UHMWPE Fittings (pe-fittings.com)
[6] Low Energy Consumption UHMWPE Pipe, Life Escape Pipe supplier (buoyandpipe.com)

*Yazar, bu makalenin yazımında bilgi, ÅŸekil ve literatür desteÄŸi veren Petek Boru firmasına teÅŸekkür eder.

Dr. Ahmet GÜLEÇ, Lisans, yüksek lisans ve doktora eÄŸitimini Sakarya Üniversitesi, Metalurji ve Malzeme MühendisliÄŸi Bölümünde tamamladı. 2006-2012 yılları arasında Ä°stanbul Su ve Kanalizasyon Ä°daresi (Ä°SKÄ°)’nde Kontrol Mühendisi olarak görev yaptı. 2012-2015 yılları arasında Azerbaycan, Azersu ASC bünyesinde çeÅŸitli içmesuyu, atıksu ve su artıma projelerinde uzman danışman, kontrol amiri ve kalite direktörü olarak yer aldı. TANAP projesinde Lead Inspektör ve Erciyas Çelik Boru Sanayi AÅž’de Teknik Genel Müdür Yardımcılığı görevlerini yürüttü. Åžu anda Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Karasu Meslek Yüksek Okulu, Makine ve Kaynak Teknolojileri Bölümünde ÖÄŸretim Üyesi olarak görevine devam etmektedir. Özellikle boru malzeme seçimi, boruların korozyonu, altyapı hatlarının kazısız olarak rehabilitasyonu gibi alanlarda çalışmaları bulunmakta ve eÄŸitimler vermekte olup, halen Ä°SKÄ° Master Plan Danışma Kurulu Üyesidir.

 

---

R E K L A M