پایپ یا تیوب یا لوله
جهت انتقال سيالات در سيستم پايپينگ از لوله استفاده می شود و يكی از مهمترين تجهيزات مورد استفاده در اين صنعت می باشد.
نحوه انتخاب لوله پایپینگ
- الزامات، قوانين و استانداردهای ملی و منطقه ای
- نوع سيال عامل
- دما و فشار سيال عامل
- نوع محيط محل نصب
- هزينه خريد و اجراء
لوله ها در اندازه های مختلف از قطر 2/1 اينچ تا 80 اينچ عرضه می گردند. قطرهای 8/1 تا 2/1 معمولاً برای سرويس خطوط ابزار دقيق مورد استفاده قرار می گيرند. قطرهای 4/3 تا 2 اينچ نيز جهت استفاده در مبدل ها كاربرد دارند. اندازه 2/1 اينچ جزء اندازه هايی است كه بسيار مورد استفاده قرار می گيرد.
معمولاً لوله ها در طول های 6 يا 12 متری توليد می شوند. وزن لوله و قطعات نيز بر حسب قطر لوله و يا مشخصات اتصالات در جداولی ارائه می گردد.
اندازه لوله ها بر حسب NPS(Nominal Pipe Size) يا اندازه نامی بيان می گردد. استاندارد ASME كه عموميت بيشتری دارد، لوله كشی در كاربردهای گوناگون را تقسيم بندی و توضيح داده است:
- B31.1: Piping Power
- B31.2: Piping Fuel Gas
- B31.3: Piping Chemical Plant and Petroleum Refinery
- B31.5: Piping Refrigeration
- B31.9: Piping Building Service
انواع لوله های مورد استفاده در پايپينگ
لوله های فولادی
برای انتخاب نوع لوله برای سيستم های مختلف می توان از جدول استفاده کرد ولی PIPNG HANDBOOK برای دماهای بالاتر از C°F200 و فشارهای بيش از psig 150 لوله های بدون درز را پيشنهاد داده است. لوله های فولادی در دو نوع درزدار و بدون درز ساخته میشوند و در دو نوع سياه فولادی و گالوانيزه (داخل، بيرون و يا هر دو رو گالوانيزه شده) عرضه میشوند.
-
لولههای فولادی در استاندارد DIN
لوله های فولادی DIN2440 و DIN2441 درزدار و بدون درز و با سطوح خارجی سياه گالوانيزه و يا از فولاد ST33-2 و طبق استاندارد DIN17100 ساخته می شوند فشار نامی 25 بار و فشار آزمايش در کارخانه با آب 50 بار است. اين نوع لوله ها از نوع دو سر ساده و دو سر دنده با بوشن و مناسب برای اتصال دنده ای است.
-
لوله های فولادی در استاندارد ANSI
ضخامت ديواره لوله با اسکجول (Schedule) بيان ميشود و محدوده آن از 5 اسکجول که سبکترين است تا 160 اسکجول تغيير ميکند. ضخامت جداره لوله با اندازه لوله تغيير می کند، رده بالاتر بيانگر ضخيمتر بودن جداره لوله برای يک قطر معين می باشد. اين نوع لولهها بستگی به نوع آنها می توانند بصورت دوسر دنده، فلنجی و يا دو سر ساده برای جوش عرضه شوند.
دو نوع سيستم برای توصيف ضخامت جداره لولهها عموميت يافته است:
سسيتم اول که سال های متمادی در عرصه تجارت کاربرد دارد:
- STD=Standard
- XS=Extra strong (extra heavy)
- XXS=Double extra strong (Double extra heavy)
سيستم دوم بر اساس رده لوله ها موسوم شده است و هر رده برای يک اندازه معين ،دارای ضخامتهای جداره گوناگونی است.
برخی از ردههای معروف بشرح ذيل است:
- Sch 40= Schedule 40
- Sch 80 =Schedule 80
- Sch 160= Schedule 160
-
لوله های فولادی در استاندارد BS
برای کاربردهای مورد نظر اين قسمت لوله های فولادی در استاندارد و عرضه ميشوند.
- لوله های فقط از نوع بدوندرز مناسب برای اتصال دندهای و يا اتصال جوشی تا قطر نامي150 میلی متر بصورت دو سر ساده، يا بصورت دو سر دنده با بوشن و در سه وزن سبک، متوسط و سنگين عرضه ميشوند. اين لولهها تا دمای و فشار کار مجاز 21 بار کاربرد دارند به شرطی که ضخامت جداره آنها از آنچه که در جدول وزن متوسط داده شده کمتر نباشد و نوع اتصال لوله جوشی باشد. در صورتی که اتصال از نوع دندهاي باشد تا دمای کار حداکثر، فشار کار مجاز آن تا 9bar کاهش مييابد. فشار آزمايش اين لولهها در کارخانه 50 بار ميباشد اين لولهها قابل خمکردن هستند.
- لوله های فولادی از نوع درزدار و بدوندرز و از نظر ترکيب شيميايي و نوع ساخت در پنج گروه عرضه ميشوند:
- فولاد کربن دار مخصوص مصارف عموميتحت فشار
- فولاد کربن دار و کربن منگنز مخصوص مصارف تحت فشار با دمای بالا
- فولاد کربن دار و با آلياژهای ديگر مخصوص مصارف تحت فشار با دمای پايين (صنايع تبريد)
- فولاد کربن دار و با آلياژهای ديگر مخصوص مصارف تحت فشار با دمای دمای بالا
- لوله های فولادی از نوع ضد زنگ(STAINLESS STEEL)
-
لوله های فولادی در استاندارد ISO
برای کاربردهای مورد نظر اين قسمت در استاندارد ISO لوله های فولادی طبق ضوابط مندرج در استانداردهای 65 ISO و 4200 ISO عرضه می شوند لوله های 65 ISO مناسب برای اتصال دندهای و يا اتصال جوشی تا قطر 150 میلی متر بصورت دو سر دنده با بوشن در چهارسری عرضه ميشوند:
- لوله های فولادی سنگين درزدار و بدوندرز
- لوله های فولادی وزن متوسط، درزدار و بدوندرز:
کاربرد لوله های گالوانيزه در اين سيستم ها مجاز نيست که مهمترين علت آن ازبين رفتن پوشش گالوانيزه (روی) در سختی های کمتر از 50ppm است.
لوله های مسی
لوله های مسی، که در تأسيسات گرمايی و سرمايی مورد استفاده قرار می گيرد، بايد مطابق يکی از استانداردهای زير باشد:
- DIN 1786
- BS 2871 PART 1
- ANSI/ASTM B88
- ISO 274
لوله های پليمری
لوله های پليمری بايد در تاسيسات گرمايي با آب گرم کننده با دماي حداکثر 90 درجه سانتيگراد وتا قطر 32 ميليمتر با ضخامت 3 ميليمتر مورد استفاده قرار گيرند.
انواع لوله هاي پليمري
لوله پلاستيکی که در تأسيسات گرمايی با آب گرم کننده، با دمای حداکثر ٩٠ درجه سانتيگراد بر اساس دسته بندی ذيل تقسيم می شوند.
- لوله های PVC
- لوله های PE
- لوله های PB
- لوله های PP
- لوله های PEX
مبانی طراحی
سرعت: ماکزيمم سرعت آب در سيستم هاي لوله کشي آب گرم کننده (ديگ)، آب سرد کننده (چيلر)، آب خنک کننده (برج خنک کن) در مناطق متصرفه 8 فوت بر ثانيه گفته شده است و در مناطق غير متصرفه 10 فوت بر ثانيه هم ميتواند برسد ولي سرعت مناسب را 2 تا 6 فوت بر ثانيه مي گيرند.
براي قطرهاي 50 ميليمتر و کمتر بايد سرعت ft/s4 در نظر گرفته شود و براي قطرهاي بيش از 50 ميليمتر با افت فشار 4% اقدام به اندازه گيري کرد. بيشترين سرعت مطمئنه در لوله هاي ترموپلاستيک ft/s 5/1، در اين حالت فشار کلي حاصله بواسطه ضربه قوچ نبايستي بيشتر از 150% فشار کاري سيستم شود.
لوله های سياه فولادی (Carbon Steel)
اين لوله ها در سيستم لوله كشی صنعتی حداكثر تا دمای C °400 مورد استفاده قرار مي گيرد. موارد كاربرد و تنوع جنس اين لوله ها عبارت است از:
- A106-C: برای سيستم های با دماي متوسط و فشار متوسط يا بالا مانند خط دهش پمپهاي آب تغذيه
- A106-B: برای سيستم های با دماي متوسط و فشار متوسط يا بالا
- A672: برای سيستم های با دماي متوسط و فشار متوسط يا بالا و قطر نامي 650 و بالاتر
- A53-B: برای سيستم های با دماي پايين و فشار پايين
- A134: برای سيستم های با دماي پايين و سايز بالا ،مانند خطوط اصلي آب خنك كن
- API 5L: برای لوله كشی خطوط سوخت مايع و گاز طبيعی
لوله های فولاد آلياژی (Alloy steel)
اين لوله ها در سيستم لوله كشی صنعتی برای سيستم های با دمای بيش از C °400 مورد استفاده قرار می گيرد.
موارد كاربرد و تنوع جنس اين لوله ها عبارت است از:
- A335-P11 : براي محدوده دمايي C °400 تا C °470
- A335-P22: براي محدوده دمايي C °480 تا C °550 (هدرهاي اصلي بخار)
- A335-P91 : براي محدوده دمايي بالاتر از C °500
- A335-P92: براي محدوده دمايي بالاتر از C °560
لوله های فولاد ضد زنگ (Stainless steel)
اين لوله ها در سيستم لوله كشی صنعتی برای سيستم های حاوی مواد خورنده مورد استفاده قرار می گيرد. موارد كاربرد و تنوع جنس اين لوله ها عبارتند از:
- A312-TP304: برای خطوط آب سختي گيري شده و هواي فشرده ابزاردقيق و سرويس
- A312-TP316: برای خطوط نمونه گيري
- A312-TP317: برای خطوط حاوي آب دريا با قطر نامي 150 و كوچكتر
استاندارد ابعاد و ضخامت لوله
ANSI B36.10: جهت لوله هاي جوشي يا بدون درز فولادي (Wrought steel)
ANSI B36.19: جهت لوله هاي فولادي ضد زنگ (Stainless steel)
روش های اتصال لوله ها
عمده روش هاي که برای اتصال لوله ها بکار می رود را مي توان در سه دسته اصلی تقسيم بندی کرد، دو روش بصورت جوشی و روش ديگر بصورت پيچی است. اين سه روش عبارتند از:
- BUTT WELDED
- SOCKET WELDED
- SCREWED
اتصال BUTT WELD
در اين روش که به روش جوشي نيز موسوم است، دو لوله در راستای هم قرار داده می شوند و در فاصله مناسبی از يکديگر خال جوش خورده و سپس توسط جوشی پيوسته به هم متصل می شوند. البته قبل از انجام اتصال دو انتهای لوله پخ زده می شود که به آماده سازی لبه (Edge Preparation) موسوم است.
همانطوری که بيان شد در هنگام جوشکاری لوله ها و اتصالات ابتدا دو لوله در امتداد هم قرار می گيرند، سپس بوسيله جوش های موقت دو لوله در حالت هم محوری، ثابت می شوند که به اين عمليات اصطلاحاً FITUP گفته می شود. پس از انجام جوشکاری اصلی، جوش های موقت از لوله جدا می گردند. شکل زير نمونه ای از FITUP را نمايش می دهد.
روش های جوشکاری و تعداد لايه های جوش، که اصطلاحاً پاسجوش ناميده می شود. بسته به نوع فلز و شرايط کاری آن، در مدارک مخصوصی توضيح داده می شود.
اتصال SOCKET WELD
در اين نوع اتصال يکی از لوله ها در داخل اتصالات ديگر قرار گرفته و دور تا دور آن با فلز جوش پر می شود. در اين نوع اتصال انتهای لوله ها صاف ساخته می شود.
نکاتی پیرامون لوله فولادی
- لوله ای که در لوله کشی گاز استفاده می شود باید از نوع فولادی سیاه یا کربن استیل باشد.
- این نوع لوله باید از لحاظ ساخت، مواد، ابعاد، وزن، آزمایشات و تلرانس با استانداردهایی مطابقت داشته باشد که شامل: ISIRI، IGS، IPS، API، ASTM، AGA، MSS-SP و DIN می باشد که بعدا به تفصیل به توضیح آنها خواهیم پرداخت
- قسمت بیرونی این لوله ها باید صاف و هموار باشد
- این محصول را از نظر استقامت فشاری به سه روش تقسیم می کنند که شامل روش وزنی، برنامه ای و کدینگ میباشد
- این نوع لوله ها طبق روش تولید به دو نوع درزدار و بدون درز یا لوله مانیسمان دسته بندی میشود
- لوله های فولادی حتما باید دارای نشانه هایی از قبیل: نام یا نشان تجاری شرکت سازنده، قطر اسمی لوله، ذکر کاربرد در قالب یک کلمه بدین معنی که اگر در لوله کشی گاز مورد استفاده قرار میگیرد کلمه گاز روی آن نوشته شده باشد و علامت مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران باشد
- مواد اولیه که به شکل درز جوش و بدون درز تولید میشوند باید طبق یکی از روش های: کوره باز، کوره الکتریکی و کوره قلیانی با دمش اکسیژن باشد
- هر چقدر رده لوله فولادی بالاتر باشد، ضخامت جداره آن نیز بیشتر خواهد بود
- مشخصات ابعادی لوله فولادی به شرح: NPS؛ قطر اسمی لوله، ID؛ قطر داخلی لوله، OD؛ قطر خارجی لوله، SCH؛ کلاسه، L؛ طول و T، ضخامت دیواره میباشد.
انواع لوله فولادی بر اساس روش تولید:
لوله های فولادی بر اساس روش تولید به دو نوع بدون درز (مانیسمان) و درزدار تقسیم بندی میشوند که به توضیح تولید هر کدام و موارد کاربرد می پردازیم:
۱- لوله درزدار:
به این نوع لوله، لوله با درز جوش نیز میگویند که در آن رول ورق با توجه به ضخامت و سایزی که مد نظر می باشد برش داده شده و بعد از عبور از غلتک های نورد، گرد شده و درزهایی که بوجود آمده اند را جوشکاری میکنند. از انواع آن لوله گالوانیزه درز جوش است که با روکش روی بر سطح خود نسبت به خوردگی و زنگ زدگی مقاوم است. این جوشکاری به دو روش صورت میگیرد:
الف- جوشکاری مقاومت الکتریکی یا ERW: جوشکاری در این روش بدون الکترود بوده و اندازه لوله های ساخته شده از ۸.۱ تا ۲۴ اینچ میباشند. در این روش محلی که لبه ها به هم اتصال دارند با عبور دادن از میدان الکتریکی، ایجاد مقاومت و نهایتا با حرارت تولید شده، ذوب شده و بهم جوش میخورند.
ب- جوشکاری زیر پودری یا SAW: جوشکاری در این روش با کمک الکترود بوده و ماده اولیه در آن به صورت لوله در آمده و محل اتصال لبه ها با الکترود جوشکاری میشوند و برای جلوگیری از ارتباط مواد مذاب با هوا، الکترود را با پودر مخصوص محافظت میکنند که البته گاهی اوقات از گاز خنثی مثل CO۲ و آرگون نیز کمک میگیرند. اندازه لوله های ساخته شده از ۲۰ اینچ به بالا هستند که روش تولید یا به شکل درز طولی بوده یا به صورت درز مارپیچی. به طور کلی لوله فولادی درزدار به هر شیوهای که تولید شود دارای کاربردهای مختلفی است که عبارتند از: خطوط انتقال آب، نفت، گاز و پتروشیمی، پایه اسکله و پل، ستون ساختمان، نرده و مبل، کشتی سازی، معدن و تونل و در صنعت های با فشار پایین، می باشد.
۲- لوله فولاد بدون درز (مانیسمان):
این نوع از لوله های فولادی به طور معمول از شمش های گرد گداخته به کمک روش سنبه کاری چرخشی یا روشهای دیگر تولید شده و در بدنه آنها هیچ گونه درزی وجود ندارد. روش تولید این نوع از لوله فولادی به دو صورت است:
الف- تولید لوله از بیلت: در این روش، شمش پس از گرم شدن تا حد معین، در قالب مخصوص به خود ریخته شده و با شلیک یک سنبه از مرکز آن لوله مورد نظر حاصل میگردد و سپس لوله های حاصل تحت عملیات حرارتی و تنش گیری قرار داده می شوند.
ب- ریخته گری گریز از مرکز: لوله را در مجموعه گریز از مرکز قرار می دهند که پس از اتمام شکل گیری، از قالب بیرون آورده می شود. لوله های فولادی بدون درز به دلیل استحکام و کیفیت ساخت به مراتب بالاتر نسبت به نوع درزدار خود، در صنایع با فشار بالا مانند، مخازن تحت فشار، بویلرها، مدارهای هیدرولیکی، جداره چاه های نفت، صنایع خودروسازی، هوافضا و… مورد استفاده قرار داده میشوند. همچنین از انواع آن می توان به نوع ضد انفجار اشاره نمود که در لوله کشی مناطق با خطر انفجار و آسیب دیدگی فیزیکی مورد استفاده قرار می گیرد.
دسته بندی لوله فولادی بر اساس استاندارد ها
لوله فولادی API 5L: نوعی از لوله های فولادی کربنی بوده که در صنایع نفت و گاز مورد استفاده قرار می گیرند که نسبت به لوله های فولادی دیگر، کنترل مواد به صورت دقیق تر و با تستهای کنترل کیفیت بیشتری صورت میگیرد. گرید این نوع از لوله های فولادی مختلف بوده اما مهمترین آنها عبارتند از: X60، X56، X52، X46، X42، B، A، X80، X70 و X65 می باشند که هم به صورت بدون درز و هم درزدار تولید می شوند.
لوله های فولادی ASTM A53: به لوله های فولادی مورد استفاده در پالایشگاه ها و پتروشیمی گفته می شود که مناسب جوشکاری، خمش و سرمایش می باشند. این نوع از لوله های فولادی دارای سه نوع S ، E و F بوده که دو نوع اول دارای گریدهای A و B و نوع سوم تنها گرید A دارد. گرید A در این نوع از لوله های فولادی، به دلیل درصد کربن پایینتر، استحکام کششی کمتر و جوشکاری آسانتری نسبت به گرید B دارد. گرید A در مقابل بارهای خمشی مقاومتر و جهت خمش سرد و ساخت کویل مناسبتر می باشد. اما گرید B در محیط های با فشار، استحکام ساختاری و تخریب کاربرد دارد. فرایند جوشکاری هر دو مشابه می باشد. همچنین طبق این استاندارد لوله های فولادی به سه نوع وزن معمولی (رده ۴۰)، سنگین (رده ۸۰) و فوق سنگین (رده ۱۶۰) تقسیم بندی می گردند.
لوله فولادی ASTM A106: نوعی از لوله کربن استیل و مشابه لوله های ASTM A53 که در لوله کشی پالایشگاه ها و پتروشیمی کاربرد داشته و جهت جوشکاری، خمش و سرمایش بسیار مناسب هستند اما نوع A106 به دلیل داشتن سیلیسیم بالاتر نسبت به A53، در دماهای بالاتری کاربرد دارند و دارای گرید C با استحکام بالاتر نیز هستند.
لوله فولادی ASTM A179: به لوله آتشخوار نیز معروف هستند که میتوانند دماهای بالای ناشی از شعله مستقیم را نیز تحمل کرده و در بویلرهای حرارتی به کار میروند. به دلیل داشتن درصد کم کربن، خمش خوبی داشته و در مبدل های گرمایی و کندانسورهای بخار استفاده می شوند.
لوله فولادی ASTM A333: به این لوله ها به دلیل کاربرد در دماهایی بسیار پایین (تا ۴۵ درجه زیر صفر)، لوله های فولادی کربنی دما پایین نیز میگویند. دارای چندین گرید (۱، ۳، ۴، ۶، ۷، ۸، ۹، ۱۰ و ۱۱) بوده که تعدادی از آنها جزء لوله های فولادی آلیاژی و تعدادی نیز جزء لوله های کربن استیل دسته بندی میشوند. به دو صورت درزدار و بدون درز تولید می گردند.
لوله فولادی AWWA C200: این نوع از لوله مناسب در سیستم انتقال آب بوده و از نقطه نظر جنس و مواد اولیه جهت ساخت مشابه با گریدهای پایین API و ASTM A53 میباشد اما ابعاد هندسی متفاوتی دارد. در سایزهای بزگتر از ۶ اینچ و به دو صورت درزدار و بدون درز تولید می شوند.
لوله فولادی DIN 2440, 2441, 2442: نوعی از لوله های فولادی کم کربن با مصارف خانگی بوده که به لوله گاز معروف هستند. نوع گالوانیزه آن نیز در انتقال آب سرد و گرم خانه ها استفاده میگردد. در قطرهای ۱.۸ تا ۶ اینچ و در سه وزن متوسط DIN 2440، سنگین DIN 2441 و فوق سنگین DIN 2442 تولید می گردند.
لوله فولادی BS 1387: مشابه با لوله های DIN 2440, 2441 بوده و در سیستم های بخار آب استفاده میگردد. حداکثر فشار قابل تحمل ۲۱ بار و دمای کار مجاز برای آنها ۲۶۰ درجه سانتی گراد می باشد.
لوله فولاد آلیاژی ASTM A335: مناسب برای دماهای بالا، دارای گریدهای مختلف بوده اما مهمترین آنها شامل: P11، P22، P91 و P92 می باشد. گرید P11: مناسب دمای بین ۴۰۰ تا ۴۷۰ درجه سانتی گراد، گرید P22: مناسب دمای بین ۴۸۰ تا ۵۵۰، گرید P91: مناسب دمای بالاتر از ۵۰۰، گرید P92: مناسب دمای بالاتر از ۵۶۰ میباشد.
لوله فولادی ضد زنگ ASTM A312: به دلیل داشتن کروم و نیکل ضد زنگ هستند و عنصر مولیبدن در آنها سبب مقاومت در دماهای بالا و پایین شده است. مهمترین گرید این نوع از لوله های فولادی ۳۰۴، ۳۱۶ و ۳۲۱ می باشد. تنوع جنس این نوع از لوله های فولادی شامل: A312-TP304: کاربرد در خطوط آبی که سختی آن گرفته شده باشد، A312-TP317: جهت خطوط نمونه گیری و A312-TP316: برای خطوط آب دریا که قطر نامی آنها از ۱۵۰ به پایین باشد.
مقاوم سازی لوله های فولادی:
لوله های فولادی طیف کاربردی بسیار گسترده ای دارد که شاید مهمترین آنها، لوله های نفت، گاز، لوله آب و فاضلاب باشند. در صورتی که آسیبی به لوله ها آنها وارد شود یا در اثر گذشت زمان خوردگی و نهایتا شکستگی رخ دهد میتواند به ترتیب سبب انفجار و خسارات جانی و مالی، در فشار قرار دادن افراد و هم چنین به خطر انداختن سلامتی افراد گردد. از طرفی چون جایگزین کردن لوله های آسیب دیده با نوع سالم، بسیار هزینه بر و زمان بر میباشد و شاید غیر ممکن باشد لذا بهترین روش جهت جلوگیری استفاده از لوله اصلی و استاندارد ترجیحا اروپایی ، مقاوم سازی لوله فولادی به کمک کامپوزیتهای پلیمری تقویت شده با الیاف FRP بوده که در برابر خوردگی مقاوم بوده، نصب آسان داشته و سبک هستند و همچنین با کاهش تنش های وارده به لوله، آسیب به آن را کاهش می دهند.