انواع لوله هایی که در پایپینگ مورد استفاده قرار میگیرند از چند منظر قابل دسته بندی هستند. در این پست با انواع لوله ها در پایپینگ و دسته بندی آنها از نظر اندازه و طول های متداول قطر و ضخامت دیواره لوله و جنس آشنا خواهید شد. در پست قبل در مورد پایپینگ (لوله کشی صنعتی) با شما عزیزان صحبت کردیم و به صورت کلی با مفهوم پایپینگ یا لوله کشی صنعتی آشنایی پیدا کردید.

انواع لوله ها در پایپینگ (لوله های فرآیندی)

لوله ها معمولا توسط قطر خارجی و ضخامت دیواره آن مشخص میشوند. جنس مواد استفاده شده در ساخت لوله ها فولاد، فولادهای آلیاژی، مس، آلومینیوم، برنج، پلیمرها و … میباشد. لوله های فولادی و فولاد های آلیاژی در صنایع مختلف بیشتر استفاده میشوند.

معمولا لوله با اندازه نامی (Nominal size) و ضخامت دیواره که به صورت عدد .Schedule No.) Sch) یا شاخص (API (API designation بیان میگردد، شناخته میشود. لوله های غیر استاندارد با اندازه نامی و ضخامت دیواره آن مشخص میگردند.

کاربردهای اساسی لوله ها در مبدلهای حرارتی، اتصالات بین تجهیزات و ماشین آلات مثل کمپرسورها، بویلرها، پمپ ها و … میباشد.

۱- اندازه و طول های متداول لوله های فولادی در پایپینگ

در استاندارد ANSI B36.10M ضخامت دیواره لوله برای قطرهای ۱/۸ تا ۸۰ اینچ بیان شده است. اندازه لوله هایی که معمولا استفاده میشوند، عبارتند از:

۱/۲, ۳/۴, ۱, ۱ ۱/۴, ۱ ۱/۲, ۲, ۲ ۱/۲, ۳, ۳ ۱/۲, ۴, ۵, ۶, ۸, ۱۰, ۱۲, ۱۴, ۱۶, ۱۸, ۲۰, ۲۴

سایز های ۱ ۱/۴، ۲ ۱/۲، ۳ ۱/۲ و ۵ اینچ خیلی کم کاربرد تر نسبت به سایز های دیگر هستند. همچنین در لوله های با سایز بزرگتر به عنوان مثال لوله ۲۶ یا ۳۰ نسبت به لوله های ۲۸ و ۳۲ کم کاربرد ترند. سایزهای ۱/۸، ۱/۴، ۳/۸ و ۱/۲ اینچ معمولا محدود به خطوط ابزار دقیق یا سرویس و سایز خطوط متصله به تجهیزات میباشند. لوله ۱/۲ اینچ به صورت گسترده ای در Steam Tracing و لوله کشی جانبی پمپ ها کاربرد دارند.

لوله ها معمولا در طولهای ۶ یا ۱۲ متر تولید میگردند. انتهای این طول لوله یا صاف میباشد (“Plain End ‘PE) یا برای جوشکاری پخ شده است (Beveled End ‘BE) یا انتهای آنها رزوه دار به همراه یک کوپلینگ است (Threaded and Coupled, ‘T&C). انواع دیگر انتهای لوله ممکن است برای کار های خاص سفارش داده شود.

۲- انواع لوله ها در پایپینگ از نظر قطر و ضخامت دیواره

اندازه لوله با سایر نامی لوله (“Nominal Pipe Size, ‘NPS) بیان میگردد. این عدد به ندرت برابر با اندازه واقعی هسته داخلی لوله (قطر داخلی) میباشد. برای NPS14 به بالا عدد NPS برابر با قطر خارجی میباشد.

لوله های سایزهای مختلف در چند ضخامت ساخته میشوند که توسط موسسات مختلف به صورت زیر بیان میگردند:

(۱) در موسسه استاندارد آمریکا (ANSI) عدد .Sch بدین منظور بکار برده میشود.

(۲) انجمن مهندسین آمریکا (ASME) و انجمن تست و مواد آمریکا (ASTM)، ساخص های استاندارد (STD)، تقویت شده (Extra Strong, ‘XS) و دوبار تقویت شده (Double Extra Strong, ‘XXS) را که توسط سازنده لوله مشخص میشود، برای این منظور در نظر میگیرند. این شاخص به عنوان، شاخص وزنی سازنده نیز نامیده میشود.

(۳) موسسه نفت آمریکا (APD) در استاندارد API 5L ، طول ها و قطرهای استاندارد را بیان میکند.

شاخص وزنی سازنده تا قبل از سال ۱۹۳۹ که عدد .Sch تعریف گردید، مورد استفاده قرار میگرفت. اما بعد از آن نیز توسط برخی از سازندگان استفاده میگردد.

ابعاد لوله های مربوط به مراجع دوم و سوم در ANSIB36.10M آمده است. جداول فصل هفتم ابعاد لوله های فولادی جوشی و بدون درز و اطلاعات مربوط در این استاندارد را در اختیار می گذارد.

لوله های آهنی که از جنس آهن نرم ساخته می شود، بر حسب معیار های استاندارد، خیلی قوی و فوق قوی سایز بندی شده اند. پس از پیدایش معیار .Sch. No در سال ۱۹۳۵ توسط انجمن استاندارد آمریکا، برای لوله های فولادی از سایز های اصلاح شده لوله های آهنی به وسیله کاهش اندک ضخامت جداره آنها (با ثابت نگهداشتن قطر خارجی آنها) استفاده شد به طوری که وزن واحد طول آنها برابر وزن لوله های آهنی گردید.

لوله های فولادی بطور کامل جایگزین لوله های از جنس آهن نرم (که دیگر تولید نمی شوند) شده اند، اما این موضوع در مورد .Sch No که قصد داشت جایگزین معیارهای لوله های آهنی شود، صدق نکرد. مصرف کنندگان کماکان لوله ها را بر اساس معیارهای لوله های آهنی می شناختند و چون دستگاه های نورد پاسخگوی این مطلب بود این معیارها در استاندارد ANSIB36.10M جهت لوله های فولادی بکار برده شده اند. هدف از ارائه .Sch. No تعیین ضخامت جدار لوله ها از طریق فرمول بود، اما چون در مصارف معمول ضخامت جدار لوله ها از آنچه پیشنهاد گشته بود فاصله گرفت. امروزه طبق استاندارد ANSIB36.10M عدد .Sch تنها به عنوان معیار مناسبی برای سفارشات کاربرد دارد.

۳- جنس لوله ها (انواع لوله های پایپینگ با جنس های مختلف)

اغلب لوله های مورد استفاده در صنایع مختلف از جنس فولاد هستند. لوله های فولادی معمولا به دو صورت ساخته میشوند. لوله های درزدار به وسیله اتصال پلیت های خم شده ایجاد میشود. لوله های بدون درز به صورت اکسترودینگ توسط قالب های مختلف تولید میشود. انتخاب لوله مناسب از نظر مقاومت و عمر کارکرد از اهمیت به سزایی برخوردار است. در این انتخاب باید شرایط کارکرد از جمله فشار، دما و مقدار خوردگی در نظر گرفته شود. برای رسیدن بدین منظور باید از یک استاندارد مناسب برای طراحی استفاده گردد. استانداردهای API و ASTM از مهمترین استاندارد ها در این زمینه میباشند.

مشخصات لوله های مختلف مناسب برای خطوط فرآیند، جوشکاری، خمش و سرمایش برای استفاده های معمولی صنعتی در استانداردهای ASTM A-53 و ASTM A-106 آمده است. لوله های اشاره شده در این استاندارد به دو صورت بدون درز و درز دار توسط جوش مقاومت الکتریکی تولید میشوند و ضخامت جداره آنها بر اساس معیار Sch40,80 یا XS,STD و Manufacture Weight است.

لوله های معمول حدیده شده مورد استفاده در سرویس های بخار، آب، گاز و هوا در استاندارد ASTM A-120 معرفی شده اند. این لوله ها برای دمای کارکرد بالا، خم کردن و استفاده های مواد هیدروکربنی توصیه نمیشوند. لوله های مورد استفاده در صنایع نفت و گاز باید مطابق استاندارد API 5-L ساخته شوند که در این مورد کنترل بیشتر و تست دقیق مواد مصرفی انجام میگیرد. مشخصات لوله های فولادی در کشورهای دیگر را میتوان با مطابقت با استاندارهای آمریکایی تعیین نمود. در عکس زیر برخی از استانداردهای اروپایی با معادل آمریکایی آن بیان شده اند.

لوله های آهنی که از چدن (Cast-Iron) یا چدن داکتیل (Ductile-Iron) ساخته میشوند دارای کاربرد های آب، گاز و خطوط فاضلاب میباشد.

لوله های از جنس فلزهای دیگر مثل مس، نیکل، برنج، آلومینیوم و انواع فولادهای ضد زنگ (Stainless Steel) هم ساخته میشوند. این لوله ها معمولا دارای مقاومت خوردگی و شیمیایی بیشتر، هدایت حرارتی بالاتر و مقاومت کششی بیشتر در دماهای بالاتر میباشند. معمولا قیمت این لوله ها نیز گرانتر میباشد. استفاده از مس و آلیاژهای آن در خطوط ابزار دقیق، فرآیند های غذایی و تجهیزات انتقال حرارت بسیار مرسوم است اما استفاده از Stainless Steel نیز در این موارد رو به افزایش است.

لوله های پلاستیکی برای انتقال سیالات خورنده مثل اسید های معدنی و گازهای خورنده و ترکیبات شیمیایی بکار برده میشود. از پلاستیک ها به سه روش استفاده می شود:

• بصورت لوله های تمام پلاستیک
• بصورت مواد پلاستیکی غنی شده ( تقویت شده با فیبر شیشه، غنی شده از کربن و غیره)
• بصورت مواد پوشاننده یا آستری

این لوله ها از جنس پلی پرویپیلن و پلی اتیلن (PE)، پلی بوتیلن (PB)، پلی وینیل کلراید (PVC) اکریلو نیتریل بوتادین استیرن (ABS) و … ساخته میشود.

شرکت ستاره پلیمر گلپایگان (امپراطور گلپایگان) پیشرو در زمینه ساخت لوله پلیکا و اتصالات PVC

برای برخی از کاربرد ها مثل مواد شیمیایی خاص، کاربرد های آزمایشگاهی و … از لوله های شیشه ای نیز استفاده میگردد. اگر این لوله های شیشه ای از جنس پیرکس (Pyrex) تهیه شود نسبت به شوک های حرارتی مقاوم هستند. در کل فشار کارکرد لوله های شیشه ای کم میباشد. برای خطوط فرآیندی این لوله و اتصالات در سایزهای (ID) 6,4,3,2,1 1/2 اینچ با حداکتر دمای کار کرد F ۴۵۰ و محدوده فشار ۰-۶۵ PSIA برای لوله های ۱ تا ۳ اینچ، ۰-۵۰ PSIA برای لوله ۴ اینچ و ۰-۳۵ PSIA برای لوله ۶ اینچ وجود دارد.

۴- انواع لوله های مورد استفاده در پایپینگ با توجه به محدوده فشار و دمای کاری

در دماهای بالا لوله های کربن استیل مقاومت کمتری دارند. لوله های درزدار با جوش الکتریکی برای دمای بالای ۷۵۰ درجه فارنهایت و لوله های درزدار با جوش کوره ای (Furnace Butt Weld) برای دمای کارکرد بالای ۶۵۰ درجه فارنهایت پیشنهاد نمیگردد. برای دماهای بالاتر باید از لوله های ساخته شده از فولاد زنگ نزن یا آلیاژهای دیگر استفاده گردد. محدوده فشار برای انواع لوله های فولادی در دماهای مختلف در استاندارد ANSI B31 آمده است. برای توضیحات بیشتر به این استاندارد مراجعه نمایید.

به عنوان مثال برای لوله های کربن استیل ماکزیمم دمای کارکرد حدود ۴۲۰ درجه سانتیگراد میباشد. همچنین این عدد برای لوله های استیل ضدزنگ معمولی در حدود ۶۵۰ درجه و برای استیل های ضدزنگ خاص تا ۸۲۰ درجه نیز میتواند باشد.

۵- انواع لوله ها در پایپینگ بر اساس نوع اتصال

لوله هایی که در لوله کشی صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند (لوله های فولادی و فولاد زنگ نزن) از نظر نوع اتصال به یکدیگر به ۵ دسته کلی تقسیم میشوند :

۱- جوش لب به لب (Welded)

۲- جوش سوکتی (Socket – Welded)

۳- پیچی (Screwed)

۴- فلنج پیچ دار (Bolted Flange) 

۵- کوپلینگ پیچ دار (Bolted Quick Coupling) 

در ادامه، روش های اتصال پرکاربرد تر را به اختصار توضیح میدهیم. 

اتصالات جوشی و پیچی

خطوط لوله با NPS 2 و بزرگتر معمولا توسط جوش لب به لب (Butt-welded) به هم متصل میگردند. این اقتصادی ترین روش برای اتصال لوله با قطرهای بزرگ میباشد. گاهی اوقات قطعات سیستم های لوله کشی در اندازه های کوچک تر در قطعاتی به نام Spool به هم جوش شده و سپس برای مونتاژ نهایی به صورت پیش ساخته به سایت برده میشود.

خطوط لوله ۱ ۱/۲ NPS و کوچکتر معمولا توسط اتصالات حدیده ای یا جوش سوکت به هم متصل میشوند.

اتصالات جوش سوکت

روش اتصال توسط جوش سوکت همانند اتصالات پیچی برای لوله های با سایز کوچک استفاده میشود. اما جلوگیری از نشت در این حالت تضمین شده است. این امر یک فاکتور مهم در انتقال مواد اشتعال زا، فرار و رادیو اکتیو میباشد. البته کاربرد اتصالات Socket Welded تنها به این سیالات محدود نمی شود.

اتصالات فلنجی پیچ دار

اتصال توسط فلنج های پیچدار در مخازن، شیرها و تجهیزات خطوط لوله که احتیاج به تمیزکاری دوره ای دارند، مورد استفاده قرار میگیرند. این فلنج ها دارای قیمت تمام شده زیادی هستند. این اتصال از دو فلنج که با پیچ و مهره به هم متصل شده و یک واشر که برای جلوگیری از نشت تعبیه شده، تشکیل میگردد.