انواع لوله و مشخصات آن

لوله وسیله ای است که از آن برای انتقال منظم جریان سیال استفاده می‌­شود. لوله کشی در صنایع فرآیندی و پالایشگاهی، مصارف شهری و انتقال آب و فاضلاب، نیروگاه ها، جایگاه های سوخت، سیستم ها و تأسیسات گرمایشی و سرمایشی، کلیۀ کارخانجات و آزمایشگاه ها و… کاربرد گسترده ای دارد. در این مقاله به بررسی انواع لوله و مشخصات آن خواهیم پرداخت. شما می توانید با مراجعه به فروشگاه اینرژی به استعلام و خرید انواع شیرآلات صنعتی و پالایشگاهی در حوزه نفت و پتروشیمی بپردازید

لوله ها معمولاً با قطر خارجی یا اندازۀ نامی (Nominal Size)، ضخامت دیوارۀ لوله (Schedule No) و شاخص API  (API Designation) مشخص می­‌شوند. جنس مواد سازنده­ی لوله ها معمولاً از فولاد، فولادهای آلیاژی، مس، آلومینیوم، برنج، مواد پلیمری، پلاستیک مانند PVC  و … می‌­باشد.

لوله ها دارای ابعاد مختلف از لحاظ طولی هستند که بسته به نوع کاربری از لوله های بلند یا کوتاه استفاده می­‌شود. موارد تعیین کننده برای انتخاب لوله در یک سیستم انتقال سیال عبارتند از : دبی و فشار سیال، دمای سیال، نوع سیال، میزان خورندگی سیال، شرایط آب و هوای محیط، محل قرارگیری لوله (رو زمینی یا زیرزمینی بودن آن)، میزان ارتعاشات موجود در سیستم لوله کشی و…

در واحدهای فرآیندی به علت تنوع تجهیزات و موادی که وجود دارد (چه از لحاظ مصرفی و چه از لحاظ تولیدی) کیلومترها لوله با سایز و جنس های مختلف وجود دارد. به دلیل اهمیت بالای بحث پایپینگ (Piping)، در شرکت های مهندسی مشاور معمولاً یک دپارتمان خاص به آن اختصاص می­‌یابد. به طور متوسط در یک پروژه حدود 20 تا 30 درصد از حجم کار و هزینۀ ساخت و نیروی انسانی مربوط به قسمت لوله کشی (Piping) می­‌باشد. مشخصات کلی و ساختار لوله های مختلف در ادامۀ این مطلب شرح داده خواهد شد.

شما می‌توانید شیر و اجزای سازنده آن را در مقاله لینک شده مطالعه نمایید.

انواع لوله

اندازه و طول های متداول لوله ها

لوله ها می­‌توانند دارای مقطع دایره ای، مربع، مستطیل و بیضی باشند. لوله های با مقطع دایره ای دارای بیشترین کاربرد هستند و به ندرت از لوله ها با شکل مقاطع دیگر استفاده می‌­شود.

لوله ها با سطح مقطع های مختلف

قطر لوله هایی که معمولاً مورد استفاده هستند بر حسب اینچ عبارتند از:

1/8 ، 1/4، 3/8، 1/2، 3/4، 1، 1/4 1، 1/2 1، 2، 1/2 2، 3، 1/2 3، 4، 5، 6، 8، 10، 12، 14، 16، 18، 20، 24 اینچ

برخی کاربردها مانند قسمت‌هایی از نیروگاه ها یا کارخانجات سیمان و… نیاز به لوله های با قطر بالاتری دارند. از این رو لوله های با قطرهای بیش از 24 اینچ  و در سایزهای 36 تا 120 اینچ و بیشتر هم تولید و استفاده می­شوند.

سایزهای 1/4 1، 1/2 2، 1/2 3، 5 اینچ کمتر مورد استفاده قرار می­‌گیرند. سایزهای 1/4، 3/8، 11/27 معمولاً در خطوط مربوط به تجهیزات ابزار دقیق و یا آزمایشگاهی کاربرد دارند. لولۀ 1/2 اینچ به طور گسترده جهت Steam tracing و لوله کشی جانبی پمپ ها کاربرد دارد.

لوله ها معمولاً در طول های استاندارد و شاخه های 6 و 12 متری تولید می­‌شوند. هرچند که بنا به کاربردهای مختلف و به طور سفارشی لوله با طول های دیگر هم تولید می‌­شوند.

اندازۀ یک لوله با سایز نامی آن (NPS (Nominal Pipe Size بیان می­‌شود. NPS  یک سیستم بی بعد برای نامگذاری لوله ها می­‌باشد و سبب تمایز لوله ها از هم می­‌شود. عددی که بعد از NPS بیان می­‌شود لزوماً بیانگر قطر داخلی یا خارجی لوله نیست. مثلاً NPS 3 نشاندۀ یک لوله با قطر خارجی 3.5 اینچ است. برای لوله های با سایز بالاتر از 14 اینچ NPS نشان دهندۀ قطر خارجی لوله است. مثلاً وقتی به NPS 16 اشاره می­گردد منظور یک لوله با قطر خارجی 16 اینچ است.

لوله ها با قطر های مختلف

تعیین ضخامت لوله ها

لوله ها با توجه به سایزشان در ضخامت های مختلفی ساخته می­شوند. استانداردهای مختلفی در زمینۀ بیان ضخامت لوله ها وجود دارد که در زیر به آن­ها اشاره می­‌شود.

  • طبق استاندارد ANSI B36.10M از عدد اسکجول (Schedule) برای بیان ضخامت لوله استفاده می­شود. در ایران از این عدد با نام ردۀ لوله هم یاد می­‌شود. فرمول تعیین عدد Schedule به صورت زیر است:

P/S*1000 = Schedule number

P = فشار طراحی

S = تنش مجاز

پس از به دست آوردن اعداد از فرمول بالا و رند کردن آن­ها اعدادی که حاصل می­‌شوند. عبارتند از : 5 ، 10 ، 20 ، 30 ، 40 ، 60 ، 80 ، 100 ، 120 ، 140 و 160. هر چه عدد اسکجول بزرگتر باشد، ضخامت و وزن لوله بیشتر است. پس از تعیین عدد Schedule با مراجه به جداول و نمودارهای استاندارد ANSI B36.10M ضخامت لوله تعیین می­‌گردد.

قطر داخلی و خارجی لوله

جدول زیر مقدار ضخامت و وزن بر حسب چگالی لوله ها با سایزهای مختلف را برای عدد اسکجول 40 و 80 نشان می­‌دهد.

جدول مقدار ضخامت و وزن مخصوص لوله های مختلف
جدول مقدار ضخامت و وزن مخصوص لوله های مختلف
  • طبق استاندارد ASTM از روش STD برای تعیین ضخامت لوله استفاده می­‌شود. در این روش برای هر لوله با قطر معین وزن مشخصی را اختصاص داده اند. همچنین در این استاندارد به لوله هایی که نسبت به لوله های عادی یک بار تقویت شده اند (XS ( Extra Strong و لوله هایی که دوبار تقویت شده اند XXS
    (Double Extra Strong)  گفته می‌­شود. با تعیین این مقادیر نهایتاً با مراجعه به استاندارد مربوطه مقدار ضخامت لوله تعیین می­‌شود.
  • در استاندارد API 5L هم ضخامت لوله ها بر حسب طول و قطرشان در جداول و نمودارهای مربوطه آورده شده است.
لوله ها با ضخامت های مختلف

جنس لوله ها

انتخاب جنس مناسب برای لوله از لحاظ مقاومت لوله و عمر کارکرد آن از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در این انتخاب باید عوامل مختلفی نظیر شرایط محیطی کارکرد لوله، دما و فشار سیال عبوری و خورندگی سیال در نظر گرفته شود. در این زمینه استاندارهای مختلفی وجود دارد که استاندارد های API و ASTM مهمترین استانداردها در زمینۀ انتخاب جنس لوله هستند.

اغلب لوله های مورد استفاده در صنعت از جنس فولاد هستند. لوله های فولادی معمولاً به دو صورت درز دار و بدون درز ساخته می­‌شوند. لوله های درزدار به وسیلۀ اتصال پلیت های خم شده و لوله های بدون درز به صورت اکسترودینگ توسط قالب های مختلف تولید می­‌شوند.

برای کاربردهای انتقال آب و فاضلاب معمولاً از لوله های چدنی مانند  Cast ironو Ductile iron استفاده می­شود. زمانی که جریان خاصیت خورندگی یا شیمیایی داشته باشد، لوله های چدنی مناسب نبوده و از فلزات دیگری مثل مس، نیکل، آلومینیوم، برنج، فولاد ضد زنگ و … برای ساخت لوله ها استفاده می­‌شود. این لوله ها معمولاً دارای قیمت بالاتری نسبت به لوله های چدنی می‌­باشند.

لوله با جنس آهن داکتیل

استفاده از مس و آلیاژهای آن در خطوط ابزار دقیق، کارخانجات و صنایع غذایی و تجهیزات انتقال حرارت بسیار مرسوم است؛ هرچند که استفاده از فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) هم در این موارد روبه افزایش است.

لوله های پلاستیکی عمر زیادی داشته و در برابر خوردگی و مواد شیمیایی مقاوم هستند. همچنین به علت انعطاف پذیری که دارند، فرآیند لوله کشی را تسهیل می­‌کنند و در خیلی از موارد بدون نیاز به اتصالات می­‌توانند تغییر زاویه دهند. اصولاً برای انتقال مایعات خورنده مثل اسیدهای معدنی، گازهای خورنده و ترکیبات شیمیایی از لوله های پلاستیکی استفاده می­‌شود. هرچند که امروزه به علت ارزان بودن این لوله ها و سبک بودن و انعطاف پذیری بیشتر آن­ها، در لوله کشی های مربوط به آب و تأسیسات خانگی هم از لوله های پلاستیکی استفاده می­‌کنند.

انواع مواد سازندۀ لوله های پلاستیکی عبارتند از : پلی پروپیلن و پلی اتیلن (PE)، پلی بوتیلن (PB)، پلی وینیل کلرید (PVC)، اکریلو نیتریل بوتادین استیرن (ABS) و… . از این پلاستیک ها به سه روش در ساخت لوله ها استفاده می­‌شود: به صورت لوله های تمام پلاستیک، به شکل مواد پلاستیکی غنی شده ( تقویت شده با فیبر شیشه، غنی شده از کربن و…) و به صورت مواد پوشش دهنده یا آستر.

لوله های PVC

برای برخی کاربردها مانند آزمایشگاه ها و یا یک سری مواد شیمیایی خاص از لوله های شیشه ای استفاده می‌­کنند. اگر این لوله های شیشه ای از جنس پیرکس (Pyrex) باشند، نسبت به تغییرات ناگهانی در درجه حرارت مقاوم تر هستند اما فشار کارکرد آن­ها کمتر است.

حفاظت در برابر خوردگی

ایجاد یک سری واکنش های شیمیایی و الکتروشیمیایی در سطح داخلی و خارجی لوله که موجب تخریب تدریجی ساختمان لوله می‌­شود را خوردگی می‌­گویند. به منظور محافظت از لوله در برابر خوردگی و جلوگیری از انجام این واکنش ها باید اقدامات خاصی روی آن­ها صورت گیرد. میزان خوردگی ایجاد شده در لوله با توجه به نوع سیال عبوری از آن، محیط قرارگیری لوله و دما و غلظت سیال عبوری متفاوت است.

خوردگی و تخریب لوله

پوشش های داخلی و خارجی لوله

پوشش هایی که در سطح داخلی لوله ها برای حفاظت در برابر خوردگی استفاده می­‌شوند عمدتاً از جنس پلاستیک ها و پلیمرها می­‌باشند. که به صورت یک لایه یا چند لایه داخل لوله ها قرار می­‌گیرند و در برابر مواد خورنده عبوری از لوله مقاومت خوبی را دارا هستند.

اما در اکثر موارد لازم است تا پوستۀ خارجی لوله هم به دلیل مجاورت با رطوبت، هوا، آب و مواد شیمیایی محافظت گردد. حفاظت لایۀ بیرونی لوله به خصوص برای لوله های مدفون در خاک و سیستم های لوله کشی زیر آبی در صنایع نفت و گاز از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.

در خطوط انتقال نفت خام و فراورده های نفتی معمولاً یک لایه قیر و پشم شیشه دور لوله می‌­پیچند. همچنین در برخی موارد از پوشش های پلی اتیلن به همراه یک لایه نوار پرایمر اپوکسی در سطح خارجی لوله استفاده می­شود. این نوع پوشش برای لوله های مدفون در خاک بسیار رایج است.

همچنین رنگ آمیزی و استفاده از مواد ضد زنگ در بدنۀ لوله برای تمام لوله های فولادی در معرض هوا امری واجب است. طبق استاندارد AWWA آمریکا برای رنگ آمیزی سطوح خارجی لولۀ فولادی باید از یک پرایمر از نوع Organic Zinc Rich و دو لایه رنگ پوششی از نوع Chlorinated Rubber – alkyd  استفاده شود.

پوشش حفاظتی در لایۀ خارجی لوله

حفاظت کاتدی

حفاظت کاتدی (Cathodic protection) عبارت است از جلوگیری یا کاهش خوردگی فلز با اعمال یک جریان الکتریکی مستقیم خارجی، یا اتصال فلز لوله به یک فلز از بین رونده تر که نقش آند را بازی می­‌کند و تبدیل بدنۀ لوله به کاتد. قبل از اعمال حفاظت کاتدی، فلزی که خورده می‌­شود دارای مناطق کاتدی و آندی یعنی منفی و مثبت به طور همزمان است که با برقراری جریان، این فلز به طور کامل به قطب مثبت یا آند تبدیل می‌­شود.

حفاظت کاتدی به دو روش انجام می‌­شود که عبارتند از: حفاظت کاتدی با اعمال و تزریق جریان برق مستقیم و حفاظت کاتدی بدون استفاده از جریان برق و با استفاده از آندهای فنا شونده. جریان برق مورد استفاده در حفاظت کاتدی عموماً از نوع جریان مستقیم (DC) می‌­باشد.

با برقراری جریان بین دو فلز، قطب آند شروع به تخریب کرده و جلوی واکنش های شیمیایی و خوردگی در قطب کاتد که بدنۀ لوله است را می­‌گیرد.

حفاظت کاتدی لوله

محدوده­ی دما و فشار کاری لوله ها

لوله ها با توجه به جنسشان و نوع و غلظت سیال عبوری از آن­ها باید در محدودۀ دما و فشار مناسب با خود، کار کنند. لوله های کربن استیل در دماهای بالا مقاومت مناسبی ندارند و بهتر است از آن­ها برای دمای پایین استفاده شود. فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) جنس مناسبی برای عملکرد لوله در دماهای بالا می‌­باشد. همچنین لوله های پلاستیکی اصولاً مقاومت دمایی بالایی ندارند و نمی­‌توان از آن­ها برای جریان های دما بالا مانند جریانات بخار داغ استفاده کرد.

استاندارد ANSI B31.3 محدودۀ فشار مناسب برای انواع لوله های فولادی را بیان کرده است. در صورتی که فشار جریان سیال بالا باشد، لولۀ مورد نظر باید بتواند تنش های حاصل از جریان را تحمل کرده و دچار ترک و شکست نشود. به طور کلی برای لوله های تحت فشار مانند لوله های انتقال گاز استفاده از جنس فولاد ضد زنگ بهتر است و از لوله های پلاستیکی و PVC نمی­توان برای فشارهای بالا بهره جست.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا