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.
معمولاً انواع لوله ها 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، فولاد های آلیاژی، مس، آلومینیوم، برنج، مواد پلیمری، پلاستیک مانند PVC و… است.
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 انواع 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) کیلومتر ها 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) است.
شما میتوانید شیر و اجزای سازنده آن را در مقاله لینک شده مطالعه نمایید.
اندازه و طول های متداول انواع لوله ها
لوله ها میتوانند دارای مقطع دایره ای، مربع، مستطیل و بیضی باشند. انواع لوله با مقطع دایره ای دارای بیشترین کاربرد هستند و به ندرت از لوله ها با شکل مقاطع دیگر استفاده میشود.
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 انواع لوله با قطر های 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.
انواع لوله 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 است 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.
تعیین ضخامت لوله ها
لوله ها با توجه به سایزشان در ضخامت های مختلفی ساخته میشوند. استاندارد های مختلفی در زمینۀ بیان ضخامت انواع لوله وجود دارد که در زیر به آنها اشاره میشود.
- طبق استاندارد ANSI B36.10M از عدد اسکجول (Schedule) برای بیان ضخامت لوله استفاده می شود. 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 نمودار های استاندارد ANSI B36.10M ضخامت انواع لوله تعیین میگردد.
جدول زیر مقدار ضخامت و وزن بر حسب چگالی انواع لوله ها با سایزهای مختلف را برای عدد اسکجول 40 و 80 نشان میدهد.
- 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 انواع لوله تعیین میشود. - در استاندارد API 5L هم ضخامت لوله ها بر حسب طول و قطرشان در جداول و نمودار های مربوطه آورده شده است.
جنس انواع 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 انواع لوله ها استفاده میشود. این لوله ها معمولاً دارای قیمت بالاتری نسبت به لوله های چدنی هستند.
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 اسید های معدنی، گازهای خورنده و ترکیبات شیمیایی از انواع 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 انواع 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.
برای برخی کاربرد ها مانند آزمایشگاه ها و یا یک سری مواد شیمیایی خاص از انواع 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 انواع 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 انواع لوله با توجه به نوع سیال عبوری از آن، محیط قرارگیری لوله و دما و غلظت سیال عبوری متفاوت است.
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 هستند. 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 می شود. این نوع پوشش برای انواع 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.
محدوده ی دما و فشار کاری لوله ها
انواع 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 دما های بالا است.
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.
حفاظت کاتدی
حفاظت کاتدی ( Pipeline 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) است.
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.
سلام قطر و سایز لوله ها به چه اندازه ای هستند؟ممنون میشم مطالبی بفرمایید
سلام پوشش هایی که در سطح داخلی لوله ها استفاده میشوند از چه جنسی هستند ؟ممنون از مطالب مفیدتون
مفید و کاربردی بود ممنونم