أنبوب من الحديد الزهر

الأنابيب المصنوعة من الحديد الزهر هي أنابيب مصنوعة في الغالب من الحديد الزهر الرمادي . وقد استخدمت تاريخياً كأنابيب ضغط لنقل المياه والغاز والصرف الصحي، وكأنابيب لتصريف المياه خلال القرون 17 و18 و19 و20.

في العديد من التطبيقات الحديثة، تم استبدال أنابيب الحديد الزهر بأنابيب الحديد المطاوع ، ولكن لا يزال يُشار إلى هذا المنتج الأحدث بشكل غير دقيق بالاسم التاريخي القديم.

يعود تاريخ أقدم أنابيب المياه المصنوعة من الحديد الزهر إلى القرن السابع عشر، وقد تم تركيبها لتوزيع المياه في جميع أنحاء حدائق قصر فرساي. يبلغ طول هذه  الأنابيب حوالي 35 كيلومترًا، ويبلغ طولها عادةً مترًا واحدًا، وتتميز بوصلات ذات حواف. إن قدم هذه الأنابيب يجعلها ذات قيمة تاريخية كبيرة. وعلى الرغم من أعمال الترميم الشاملة التي أجرتها شركة سان غوبان بام عام 2008، إلا أن 80% منها لا تزال على حالتها الأصلية.

أثبت الحديد الزهر أنه مادة مفيدة في صناعة أنابيب المياه، واستُخدم كبديل لأنابيب خشب الدردار الأصلية التي كانت تُستخدم سابقًا. كانت هذه الأنابيب تتكون من أجزاء مصبوبة بشكل منفصل، تُعرف غالبًا باسم "القطع"، وموصولة ببعضها بواسطة آليات وصل متنوعة. تتكون الوصلات ذات الحواف من أسطح مسطحة مصقولة تُربط بإحكام بمسامير مع وجود حشية بينها لمنع التسرب. لا يزال هذا النوع من وصلات الأنابيب مستخدمًا حتى اليوم، وخاصة في أنابيب المياه فوق الأرض في محطات معالجة المياه ومحطات التصنيع.

كان يُستخدم أنبوب الحديد الزهر غالبًا بدون طلاء، على الرغم من أن الطلاءات والبطانات اللاحقة قللت من التآكل وحسّنت من خصائصه الهيدروليكية. في أنبوب الحديد الزهر، يتشكل الجرافيت على هيئة رقائق أثناء عملية الصب، عند فحصه تحت المجهر. وقد حلّت أنابيب الحديد المطاوع محل أنابيب الحديد الزهر ، وهي تطور مباشر، حيث تحولت معظم مصانع الإنتاج القائمة إلى استخدام المادة الجديدة خلال سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي. يختلف أنبوب الحديد المطاوع عن الحديد الزهر، لأن إضافة المغنيسيوم أثناء عملية الصب تتسبب في تشكيل الجرافيت على هيئة كرات (عُقيدات جرافيتية) بدلًا من رقائق. وبينما يسمح هذا للمادة بالبقاء قابلة للصب، فإن المنتج النهائي يكون أكثر صلابة من الحديد الزهر، ويسمح بسلوك مرن عند مستويات إجهاد أقل. ^{[ 1 ]} لا يُصنع حاليًا سوى القليل من أنابيب الحديد الزهر، نظرًا لأن أنابيب الحديد المطاوع تُعتبر على نطاق واسع منتجًا متفوقًا. ولا تزال العديد من المرافق العامة والبلديات والصناعات الخاصة تستخدم أنابيب الحديد الزهر العاملة حتى يومنا هذا.

في وصلة الجرس والصنبور ^{[ 2 ]،} يُوسّع أحد طرفي أنبوب التوصيل، ويُسمى هذا الطرف بالجرس أو المقبس، لتمكين إدخال الطرف المقابل لأنبوب التوصيل التالي، وهو طرف الصنبور، لتكوين الوصلة. تُملأ الفراغات في هذه الوصلات بالقنب أو الخيوط لحفظ الرصاص المنصهر، الذي يتصلب ليُشكّل وصلة مانعة لتسرب الماء. كانت هذه عملية شاقة، وتعتمد جودة الختم على مهارة العامل.

كانت الوصلات الميكانيكية تُصنع بتثبيت حلقة متحركة على طرف الأنبوب بالقرب من الجزء المقابل، مما يؤدي إلى ضغط حشية بينهما. تستخدم العديد من أنابيب المياه اليوم الوصلات الميكانيكية لسهولة صنعها وعدم حاجتها لمهارات خاصة في التركيب. كما يسمح هذا النوع من الوصلات ببعض الانحراف دون المساس بسلامة الوصلة، مما يتيح إجراء تعديلات طفيفة على المحاذاة أثناء التركيب، وتحافظ الوصلات على سلامتها عند تعرضها لهبوط محدود . تتراوح الانحرافات النموذجية في الوصلات الميكانيكية اليوم بين 3 و 5 درجات.

أدخلت وصلات الكرة والمقبس مقابس أكثر استدارة، مما يسمح بقدر كبير نسبيًا من الانحراف عند كل وصلة. هذا النوع من الوصلات، الذي لا يزال مستخدمًا حتى اليوم، يُعتبر وصلة ذات غرض خاص، ويُستخدم بشكل أساسي في كل من المناطق المغمورة والجبلية. يسمح هذا النوع من الوصلات عادةً بانحراف يصل إلى 15 درجة عند كل وصلة، مما يُسهّل عملية "الانحناء" داخل الأنبوب. ^{[ 3 ]} تتميز هذه الوصلات بأنها أسرع من وصلات الجرس واللسان، ولا تتطلب مهارات أو أدوات خاصة للتركيب.

أتاحت وصلات الضغط، التي طُوّرت في منتصف خمسينيات القرن الماضي، طريقةً أسرع وأسهل لتوصيل الأنابيب. تتكون هذه الوصلة من غطاء مزود بأخدود غائر يحمل حشية مطاطية. يُدفع جزء طرفي مشطوف ومُشحّم داخل هذه الوصلة بحرص لتجنب انزلاق الحشية المطاطية، وبمجرد تركيبه يصبح مانعًا لتسرب الماء. يُعد هذا النوع من أنظمة التوصيل شائعًا اليوم مع أنابيب الحديد المطاوع وأنابيب البولي فينيل كلوريد (PVC).

يمكن أن يحدث تآكل أنابيب الحديد الزهر على كلٍ من أسطحها الداخلية والخارجية. في التآكل الكهروكيميائي، تتشكل مصاعد داخلية حيث يتعرض الحديد المكشوف للمياه المؤكسدة، مما يُحفز ترسب الحديد في الماء. يتحد الحديد مع مكونات مختلفة في الماء، مُشكلاً نتوءًا على السطح الداخلي للأنبوب. قد تُؤدي هذه العملية، المعروفة باسم التكوّن الدرني، في النهاية إلى تضييق كبير في مساحة المقطع العرضي للأنبوب. ونظرًا لأن هذه النتوءات غير منتظمة الشكل، فمن المُحتمل تراكم البكتيريا على سطحها. ومع ازدياد ترسب الحديد في الماء، ينتج عن ذلك فقدان بنية الأنبوب بمرور الوقت، مما قد يُؤثر على سلامته. في أنظمة الصرف الصحي ومياه الأمطار ، يُمكن أن يُؤدي تكوّن الغازات الحمضية (مثل كبريتيد الهيدروجين ) بفعل النشاط الميكروبي إلى زيادة تآكل الجدران الداخلية للأنابيب، ولكنه يكون أكثر وضوحًا على السطح الداخلي للأنبوب.

ابتداءً من عام ١٩٢٢، استُخدمت البطانات الأسمنتية الداخلية كحاجز للحد من التآكل الداخلي. وفي عام ١٩٢٩، أصدرت اللجنة القطاعية التابعة للجمعية الأمريكية للمعايير (ASA) معيارًا مبدئيًا لبطانات الملاط الأسمنتي، والذي نُشر عام ١٩٣٢. وفي عام ١٩٣٩، نُشر المعيار الأمريكي A21.4، الذي حدد استخدام طلاء أسمنتي من النوع الأول على السطح الداخلي لأنابيب خطوط المياه. وعند تحديث المعيار عام ١٩٥٣، استُبدل الأسمنت من النوع الأول بالنوع الثاني، لاعتقادهم بأن النوع الثاني منتجٌ يخضع لرقابة أدق. وخضع المعيار لمراجعة أخرى عام ١٩٦٤، شملت استخدام الأسمنت من النوع الأول أو النوع الثاني، وتوفير سُمكين مختلفين للملاط. ^{[ ٧ ]}

بدأ توحيد معايير أنابيب المياه المصنوعة من الحديد الزهر في بريطانيا عام 1917 بنشر المواصفة البريطانية BS 78. حددت هذه المواصفة حجمًا اسميًا بدون أبعاد، يُعادل تقريبًا القطر الداخلي للأنبوب بالبوصة، وأربع فئات ضغط: الفئة A، والفئة B، والفئة C، والفئة D، لكل منها سُمك جدار وقطر خارجي مُحددين. يُلاحظ أن القطر الخارجي مُتطابق بين الفئات باستثناء الأحجام من 12 إلى 27، حيث تشترك الفئتان A وB في قطر واحد، بينما تتميز الفئتان C وD بقطر آخر أكبر.

تم استبدال معيار BS 78 أخيرًا عندما قامت المملكة المتحدة بالتوافق مع المعايير الأوروبية غير المتوافقة، ومع ذلك، فإن الأبعاد الخارجية المحددة لا تزال سارية المفعول (وإن كانت في شكل متري) كقطر خارجي قياسي لأنابيب الحديد المطاوع في أستراليا ونيوزيلندا من خلال المواصفات اللاحقة، AS / NZS 2280.

• ملاحظات حول الأنابيب مؤرشفة بتاريخ 16 يناير 2018 في أرشيف الإنترنت - جيزمولوجي
• معهد أنابيب الصرف الصحي المصنوعة من الحديد الزهر - تأسس عام 1949