بررسی و معرفی کامل روش اتصال لوله ها طبق استاندارد های آنها

شما می­توانید با مراجه به مقاله های انواع اتصالات پایپینگ و مشخصات و انواع لوله ها با انواع لوله ها و اتصالات موجود در سیستم های پایپینگ آشنا شوید. همچنین با مراجعه به قسمت شیرآلات بلاگ اینرژی مگ مشخصات و انواع شیر آلات موجود در صنعت را مطالعه فرمایید. 

در این مقاله سعی شده است تا انواع روش اتصال لوله ها و روشهای مختلف اتصالات و شیرآلات بررسی گردد.

روش اتصال لوله ها با جوش و انواع جوشکاری

روش اتصال لوله ها با جوش، برای اکثر کاربردها همچون شیرآلات صنعتی به خصوص لوله های فرایندی مربوط به پالایشگاه ها، صنایع نفت و گاز، جایگاه های سوخت و… کاربرد بسیار ویژه ای دارد. جوشکاری کاراترین روش اتصال برای لوله های با قطر بزرگ و اتصالات مربوطه است. جوشکاری دارای یک سری مزایا و معایب است که در زیر به تعدادی از آن­ها اشاره می­‌شود:

مزایا :

• استحکام بالا
• آب بندی مناسب و بدون نشتی
• سهولت در اجرا
• بهترین روش اتصال برای سیستم های پیچیده با درجه آزادی پایین و عدم قابلیت چرخش و جدا کردن لوله ها
• هزینۀ نسبتاً پایین
• از آن­جایی که مواد مورد استفاده برای ایجاد جوش روی بدنه بسیار کم است، این نوع اتصال بسیار سبک تر از انواع دیگر است.
• اتصال جوشی ظاهر نسبتاً صافی و براقی دارد.

معایب :

• ممکن است برخی قسمت های جوش وارد مسیر سیال شده و بر الگوی جریان تأثیر بگذارد.
• امکان جدا کردن لوله و اتصالات دیگر وجود ندارد و فقط باید با بریدن لوله آن­ها را جدا کرد.
• جوشکاری فقط برای لوله های فلزی قابل اجرا است و جهت اتصال لوله های غیر فلزی مانند لوله های پلاستیکی و PVC نمی توان از جوشکاری استفاده کرد.
• به علت ایجاد جرقه در حین عملیات جوشکاری، برای مناطق مستعد انفجار مناسب نیست.

جوشکاری لب به لب

خطوط لوله با NPS 2 و بزرگتر معمولاً توسط جوش لب به لب (Butt Welding) به هم متصل می­‌شوند. جوشکاری لب به لب اقتصادی ترین روش برای اتصال لوله های با قطر بزرگ است. روش ایجاد اتصال در این نوع جوشکاری به این صورت است که انتهای لوله باید حتماً ماشین کاری شده و پخ زده شود و اتصالات نیز باید دارای پخ باشند. 

دو قطعۀ مورد نظر باید در راستای هم و در فاصلۀ مناسب از یک دیگر، خال جوش خورده و سپس توسط جوشی پیوسته اتصال مناسب ایجاد گردد. گاهی اوقات برای ایجاد فاصلۀ مناسب جهت جوش از یک رینگ استفاده می‌­شود. انواع اتصالات مانند زانویی ها، فلنج ها، سه راهی ها و… قابلیت اتصال با استفاده از جوش لب به لب را به لوله ها و اتصالات دیگر دارند. 

این نوع جوش ها جهت بررسی میزان کارایی باید با اشعه ایکس مورد بازرسی قرار گیرند. استانداردهای BS EN13480-1 , ASME B16.25 , ASME B16.5 , ASME B16.34 , ASME B16.9 توضیحات کاملی دربارۀ جوشکاری لب به لب و آماده سازی لوله ها و اتصالات جهت انجام این نوع جوشکاری ارائه داده اند.

جوشکاری سوکتی

جوشکاری سوکتی (Socket Welding) اصولاً برای خط لوله های انتقال مواد اشتعال زا، سمی، خورنده و گران قیمت در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت و گاز که عدم نشتی مسأله مهمی در سیستم باشد، استفاده می­شود. جوشکاری سوکتی آب بندی بسیار مناسبی در محل اتصال ایجاد می­‌کند و میزان نشتی را به صفر می‌­رساند.

در جوشکاری سوکتی انتهای لوله باید تخت باشد و سپس در درون اتصالات، شیر، فلنج و … قرار بگیرد و دور آن جوشکاری فیلت انجام شود. در این نوع جوشکاری بر خلاف جوش لب به لب نیازی به ماشین کاری و پخ زدن لبۀ لوله و اتصال نیست و لوله همان طور که صاف بریده شده است می­‌تواند برای جوشکاری آماده شود؛ تنها لازم است تا قسمت اتصال تمیز شود و امکان نصب راحت فراهم گردد.

این نوع جوشکاری همچنین برای خطوط بخار با فشار 300 تا 600 psi استفاده می­شود. از جمله مزایا و معایب اتصال جوش سوکتی می‌­توان به موارد زیر اشاره کرد:

مزایا :

• در جوشکاری سوکتی هم مرکز کردن و تنظیم لوله ها و اتصالات در خطوط لوله با سایز پایین بسیار آسان تر از جوش لب به لب است و نیازی به خال جوش ندارد.
• فلز و زائده های جوش وارد لوله و جریان سیال نمی­شود و سبب تغییر رفتار جریان نمی‌­گردد.
• اگر جوشکاری به طور صحیح و اصولی اجرا شود، هیچگونه نشتی ای نخواهد داشت.

معایب :

• در روش اتصال لوله ها با جوش، یک فاصله به اندازۀ حدود 1/16 اینچ وجود دارد که سبب به تله افتادن و جمع شدن مایع در آن می­‌گردد که این امر به مرور زمان سبب ایجاد خوردگی و زنگ زدگی در اتصال لوله شده و به آن آسیب می­رساند.
• مطابق با استاندارد ASME B31.1 1989 اگر میزان ارتعاشات در خط لوله بالا و قابل توجه باشد و یا این­که خط لولۀ مورد نظر در یک محیط مستعد خوردگی قرار گیرد و امکان خوردگی درز جوش اتصال وجود داشته باشد، استفاده از جوش سوکتی مناسب نیست.

اتصال رزوه ای (پیچی)

در روش اتصال لوله ها از طریق اتصال رزوه ای (Threaded Fittings) معمولاً برای خطوط سرویس و پروسه های کوچک لوله کشی در ابعاد محدود و فرآیند های کم اهمیت استفاده می­‌گردد. در این نوع روش اتصال لوله ها لازم است تا به حالت نر و مادگی دو لوله و یا یک لوله و یک اتصال دیگر داخل هم شده و به هم متصل شوند.

جهت انتخاب لوله به منظور اتصال پیچی باید به محل رزوه شدن لوله و اتصالات توجه ویژه ای داشت. چنانچه روی لوله رزوه شده باشد، آن لوله قسمت نر اتصال و چنانچه قسمت داخلی لوله رزوه شده باشد، آن لوله قسمت مادگی اتصال می­‌باشد.

استاندارد ASME B1.20.1 در مورد اتصال رزوه ای لوله ها به کلیه ابعاد مورد نیاز از جمله تعداد رزوه در هر اینچ ، قطر پیچ و طول رزوه برای تمام قطر لوله اشاره می­‌کند.

لوله های با اتصال رزوه ای معمولاً برای کاربردهای کوچک و کم هزینه مانند سیستم های لوله کشی خانگی آب و فاضلاب، سیستم های ضد حریق و سیستم های خنک کننده صنعتی استفاده می­شوند. از جمله مزایا و معایب اتصال رزوه ای می‌­توان به موارد زیر اشاره کرد:

مزایا :

• برای نصب اتصالات بر خلاف جوشکاری به مهارت بالایی نیاز نیست و فقط لازم است تا رزوه ها روی هم چرخانده شوند.
• برای سیستم های با فشار و دمای پایین که ارتعاشات آن­ها کم است، آب بندی مناسبی دارند و نشتی ندارند.
• این اتصالات برای محیط های خطرناک مستعد انفجار مناسب هستند؛ چراکه در صورت جوشکاری در این محیط ها جرقه ایجاد شده و ممکن است باعث ایجاد خطرات شود.
• می­توان لوله های با جنس های پلاستیک و PVC را هم بر خلاف اتصال جوشکاری با این روش متصل کرد.

معایب :

• تغییرات سریع دمایی در لوله به علت تغییر دمای سیال موجب کرنش حرارتی در لوله شده و در اتصالات رزوه ای سبب ایجاد نشتی می­گردد. طبق استاندارد ASME B31.1 استفاده از این اتصالات برای دما ها و فشارهای بالا مناسب نیست.
• با گذشت زمان و در اثر ایجاد تنش خستگی در اتصال و رزوه ها، استحکام اتصال مقداری پایین می‌­آید و لوله های متصل در جای خود مقداری شل می­‌شوند که این امر سبب ایجاد لرزش در خط لوله و ایجاد نشتی می­‌گردد.
• از آن­جایی که برای اتصال رزوه ای لازم است تا لوله در جای خود چرخانده شود، برای سیستم های پیچیده که امکان چرخش و حرکت لوله ها وجود ندارد و یا از طرف دیگر لوله در جای خود ثابت شده است، نمی­توان به راحتی از اتصال رزوه ای استفاده کرد.

اتصال فلنجی در روش اتصال لوله ها

فلنج (Flange) روشی برای متصل کردن لوله ها، شیرآلات، پمپ ها و سایر تجهیزات برای تشکیل سیستم لوله کشی است. این اجزاء دسترسی آسان برای تمیز کردن ، بازرسی یا اصلاح را در سیستم لوله کشی فراهم می کنند. فلنج ها معمولاً جوش داده شده یا پیچ می شوند. اتصالات فلنج با پیچاندن دو فلنج با واشر بین آنها برای آب بندی و جلوگیری از نشتی، ساخته می شوند.

فلنج ها در جنس های مختلفی مانند فولاد ضد زنگ، چدن، آلومینیوم، برنج، برنز، پلاستیک و… تولید می شوند. اما بیشترین مادۀ مورد استفاده در ساخت فلنج ها کربن استیل با سطوح ماشینکاری شده است. استاندارد ASME B16.5 به توضیح ابعاد و انواع فلنج های مختلف می‌­پردازد.

فلنج ها دارای انواع مختلفی بر اساس شکل و ساختار، نوع اتصال و جنس هستند که در زیر تعدادی از فلنج های رایج معرفی شده اند.

1- فلنج گردن جوشی در روش اتصال لوله ها

فلنج گردن جوشی (Welding Neck Flange) دارای یک قسمت مخروطی بلند است که می‌­تواند به یک لوله جوش داده شود. این نوع فلنج ها برای جریانات با فشار بالا و دمای بالا یا پایین استفاده می­‌شوند که نیاز است جریان به طور مداوم برقرار باشد.

فلنج های گردن جوشی افت فشار پایینی دارند و به تبع آن اغتشاش جریان و رسوبات جریان در آن ها کمتر است. بدنۀ مخروطی فلنج های گردن جوشی باعث توزیع یکنواخت تنش مکانیکی در سطح فلنج شده و از اثرات مخرب تمرکز تنش در سطح اتصال جلوگیری می­کند. همچنین بازرسی رادیوگرافی جوش در این نوع فلنج ها راحت تر است و می‌­توان به راحتی محل نشتی را در صورت وجود تشخیص داد.

سایز این فلنج ها (بر حسب NPS) باید با سایز لوله برابر باشد. فلنج گردن جوشی به وسیلۀ جوش لب به لب V شکل به لوله متصل می­‌گردد.

2- فلنج برشی

یک فلنج برشی (Slip-on Flange) توسط دو جوش پر شونده (Fillet Weld) به لوله یا اتصالات وصل می شود، یکی در داخل آن اجرا می شود و دیگری خارج از حفره فلنج. قطر حفرۀ این فلنج ها از قطر لوله ای که به آن متصل می‌­شوند بیشتر است. در این روش اتصال لوله ها، لوله مقداری داخل فلنج فرو می‌­رود و سپس جوش می­‌شود.

این فلنج ها دارای ابعاد کوچک و شکل جمع و جوری هستند و با عنوان فلنج های کشویی (Hubbed Flanges) شناخته می­‌شوند.

3- فلنج رزوه ای

فلنج رزوه ای (Threaded Flanges) نوعی اتصال پیچی است که در این نوع اتصال، داخل فلنج رزوه شده و فلنج عضو ماده است و لوله ای که قسمت خارجی آن رزوه شده است عضو نر اتصال است که داخل فلنج پیچ می­‌شود. استاندارد این فلنج ها ASME B1.20.1 می­‌باشد.

این نوع فلنج ها برای لوله های با سایز کمتر از 4 اینچ و جریانات با فشار و دمای کم مانند سیستم های انتقال آب استفاده می‌­شوند. از طرفی برای مناطق مستعد انفجار مانند جایگاه های سوخت که انجام فرایند جوشکاری خطرناک است و سبب ایجاد جرقه می­‌شود، از این نوع اتصالات استفاده می­‌گردد.

4- فلنج تکیه گاهی

این نوع فلنج ها (Lap Joint) دارای سطحی صاف هستند و از طریق سوراخ های کوچکی که روی سطح خود دارند به بدنۀ اتصال سوراخ دار لولۀ ای دیگر پیچ و مهره شده و متصل می­‌شوند. این فلنج ها در سایزهای متنوع و برای محدوده فشارهای مختلف در دسترس هستند و از این جهت دارای مزیت نسبت به فلنج های رزوه ای هستند.

جهت آب بندی و جلوگیری از نشتی در این فلنج ها از واشر آب بند پشت پیچ ها استفاده می­‌شود. نشیمنگاه لوله پشت سوراخ های فلنج جای گرفته و اتصال محکمی ایجاد می‌­شود. از آن­جایی که بدنۀ فلنج هیچ گونه تماسی با سیال عبوری از لوله ندارد، می‌­توان از فلنج های ارزان کربن استیل برای اتصال لوله های گذر دهندۀ سیالات خورنده استفاده کرد.

استاندارد های رایج فلنج ها

جدول زیر مهم ترین استاندارد های موجود در خصوص فلنج ها و اتصالات فلنجی و پایپینگ را معرفی می­‌کند:

کاربرد	استاندارد
فلنج های چدنی	ASME B16.1
فلنج ها و اتصالات فلنجی لوله ها	ASME B16.5
فلنج های از جنس آلیاژ مس ریخته گری شده در کلاس های: class 150, 300, 400, 600, 900, 1500, 2500	ASME B16.34
فلنج های سوراخ دار	ASME B16.36
فلنج های از جنس آهن داکتیل (Ductile Iron) در کلاسهای 150 و 300	ASME B16.42
فلنج های فولادی با قطر بالا از NPS 60 تا NPS 26	ASME B16.47
اتصال لوله آهن داکتیل با فلنج داکتیل یا آهن خاکستری	AWWA C115
فلنج های فولادی برای سیستم های انتقال آب از سایز 4 تا 44 اینچ	AWWA C207
فلنج های خطوط لوله فولادی	MSS SP 44
فلنج های ضد خوردگی و چدنی کلاس 150LW	MSS SP 51
فلنج های مورد استفاده در کاربردهای پرفشار صنایع شیمیایی	MSS SP 65