لوله استیل

لوله استیل قطعه یا سیلندر توخالی است که معمولا دارای مقطعی گرد و برای انتقال سیالات از مکانی به مکان دیگر استفاده می‌شود. سیالاتی که جریان دارند و قابل انتقال با لوله هستند ، مانند : مایعات، گازها، دوغاب، پودر و توده مواد جامد ریز .

لوله استیل یا استنلس استیل  ( Stainless Steel ) از فولاد ضد زنگ و مقاوم در برابر خوردگی و زنگ زدگی ساخته می شود. و بسیار پر مصرف در بسیاری از بخش های نیروگاه ها، صنعت آب و فاضلاب، صنایع نفت وگاز، پتروشیمی ها، صنایع لبنی و غذایی بوده و به طور کلی برای هر بخش از صنعت که انتقال مواد شیمیایی و دارای خاصیت خورندگی با حرارت بالا و یا حرارت پایین صورت می گیرد، مناسب است.

لوله استیل فولاد است ، که به آن درصدی کروم و نیکل اضافه گردیده و به همین جهت در دسته آلیاژ های فولادی قرار می گیرد. به طور کلی اگر به فولاد بیش از ۵/۱۰ درصد کروم اضافه شود، این آلیاژ فولادی تبدیل به استنلس استیل می گردد. گاهی به منظور افزایش مقاومت لوله استیل در برابر حرارت های بالا درصدی مولیبدنیوم و نیکل نیز به فولاد می افزایند.

فرق لوله و تیوب

به طور معمول واژه‌های لوله و تیوب به جای یکدیگر به کار می‌روند اما در صنعت و مهندسی این دو واژه هر کدام تعریفی مشخص و مختص به خود دارند. به طور خلاصه تیوب با قطر خارجی و لوله با قطر اسمی اندازه‌گیری می‌شود. ساختار لوله معمولاً سخت است و انعطاف‌پذیری ندارد.

• لوله عموما با سایز اسمی ( NPS ) مشخص می‌شود
• که در واقع عدد آن نشان دهنده قطر خارجی لوله  ( OD )  می‌باشد
• رده لوله یا اسکجول ( SCH ) نشان دهنده ضخامت دیواره لوله است
• سایز اسمی لوله  ( NPS ) و قطر خارجی آن ( OD ) همیشه یکسان نیستند
• در لوله‌های با سایز اسمی الی ۱۲ سایز اسمی لوله و قطر خارجی متفاوت هستند
• در لوله‌های با سایز اسمی ۱۴ به بالا، سایز اسمی و قطر خارجی یکسان می‌باشند

تیوب اغلب با قطر خارجی (OD) و ضخامت دیواره (WT) مشخص می‌شود، اما ممکن است برای مشخص کردن سایز آن از قطر داخلی (ID) هم استفاده شود. قطر خارجی (OD) در تیوب اندازه‌ای دقیق و مهم است. قطر خارجی اندازه‌گیری شده و قطر خارجی اعلام شده یا دقیقا یکسان هستند یا تفاوت عددهای آن‌ها بسیار ناچیز و کم است. معمولا قیمت تیوب از لوله گران‌تر است و این به دلیل سخت‌تر بودن فرآیند تولید است. تیوب می‌تواند هم سخت و هم انعطاف‌پذیر باشد.

به طور کلی لوله‌ها کاربرد گسترده‌‍تری دارند و دامنه سایز آن‌ها از نیم اینچ تا چند اینچ می‌باشد. تیوب‌ها عموما در پروژه‌هایی استفاده می‌شوند که نیاز به قطر کمتر دارند. گرچه که لوله‌های ۱۰ اینچی رایج هستند اما استفاده از تیوب ۱۰ اینچی نادر است. تفاوت میان ابعادهای مختلف لوله نسبت به تیوب کمتر است. منظور از تفاوت ابعاد در اینجا تفاوت قطر، تفاوت ضخامت دیواره، تفاوت میزان صافی لوله، تفاوت در میزان گردی آن و… است. به طور کلی سطوح داخلی و خارجی تیوب‌ها نسبت به لوله‌ها نرم‌تر است. سازه‌های لوله‌ای تقریباً همیشه با استفاده از اتصالاتی مانند زانویی، سه‌راهی و … به هم متصل می‌شوند اما تیوب‌ها شکل داده شده، خم شده و در پیکربندی‌های مختلف بکارگرفته می‌شوند.

جنس لوله‌ها

لوله‌ها از جنس‌ها و متریال‌های مختلفی ساخته می‌شوند که شامل فلز، آلیاژ، سرامیک، شیشه، فایبرگلاس، بتن و پلاستیک می‌باشد. شرکت‌های مهندسی متخصصانی را برای تعیین جنس لوله‌ها در اختیار دارند که متناسب با نوع پروژه نوع و جنس لوله را مشخص می‌کنند. انتخاب جنس لوله به سرویس مایع، طراحی فشار و دما، هزینه‌ها و برخی عوامل دیگر بستگی دارد. اکثر لوله‌هایی که در صنایع نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند بر اساس جنس لوله به صورت زیر دسته‌بندی می‌شوند:

• لوله کربن استیل
• لوله استنلس استیل
• لوله فولادی آلیاژی
• لوله فلزی گالوانیزه

علاوه بر لوله‌های ذکر شده در بالا لوله‌های چدنی، سیمانی، پلاستیکی و … در برخی پروژه‌های خاص به کار می‌روند اما میزان استفاده از آن‌ها بسیار محدود است.

تولید لوله

لوله‌ها معمولا با دو روش متفاوت تولید می‌شوند که نهایتا منجر به تولید دو نوع لوله می‌شود،

 لوله مانیسمان (بدون درز)  ابتدا مواد خام درون قالب ریخته می‌شود. سپس با کشیدن فولاد می‌توان به لوله مانیسمان (بدون درز) دست پیدا کرد و لوله درزدار می‌توان مواد خام را تبدیل به ورق کرده و با رساندن دو سر ورق به هم و جوش دادن آن‌ها، لوله درزدار تولید کرد.

لوله مانیسمان ( بدون درز ) استیل

لوله بدون درز (مانیسمان) همانطور که از نامش پیداست، لوله‌ای است که هیچگونه درز یا جوشی ندارد . لوله مانیسمان فولادی از یک شاخه فولاد گرد و جامد ساخته می‌شود. این شاخه فولاد حرارت داده شده و به نحوی تغییر شکل داده می‌شود که شبیه به یک لوله توخالی شود. سپس این لوله توخالی درون دستگاهی که ترکیبی از حدیده کردن و مندرل را انجام می‌دهد قرار گرفته و ضخامت خارجی آن کاهش داده می‌شود، این امر باعث می‌شود تا ضخامت داخلی لوله مانیسمان افزایش یابد.

لوله درزدار (جوشی استیل )

لوله جوشی درزدار با ورقه فلزی نورد شده تولید می‌شود، سرتاسر درز موجود در طول این لوله جوشکاری می‌شود. فرآیند تولید لوله درزدار با نورد کردن استیل کویل آغاز می‌گردد تا ابتدا به ورقی صاف با ضخامت مورد نظر دست پیدا کنیم. ورق مورد نظر با عرضی که متناسب با سایز لوله باشد برش داده می‌شود. لوله از طریق حرکت بر روی کات کویل و مجموعه‌ای از غلتک‌ها شکل داده می‌شود. سپس درز موجود بر روی لوله در محیطی که از لحاظ شیمیایی خنثی باشد جوش داده می‌شود. درز یا اتصال جوشی در لوله درزدار ضعیف‌ترین بخش لوله است که استحکام لوله را به استحکام جوش لوله محدود می‌کند.

تفاوت لوله مانیسمان و درزدار استنلس استیل

• لوله مانیسمان (بدون درز) دارای درزهای جوش داده شده نمی‌باشد. به طور کلی درزهای لوله‌های جوشی همیشه به عنوان یک ضعف تلقی می‌شده است. این ضعف باعث می‌شود تا لوله نسبت به خرابی و خوردگی آسیب‌پذیرتر شود. گرچه که امروزه فرآیند تولید لوله درزدار بهبود زیادی یافته و استحکام و عملکرد این لوله‌ها افزایش پیدا کرده است. با این وجود لوله مانیسمان هنوز هم به دلیل نداشتن درز فاقد این ضعف است. به طور کلی لوله‌های درزدار می‌توانند نسبت به لوله‌های مانیسمان ۲۰% فشار کمتری را تحمل نمایند.

• لوله مانیسمان می‌تواند فشار کاری بیشتری را نسبت به لوله درزدار مشابه خود از نظر سایز و متریال تحمل کند، و این به دلیل نبودن درز یا جوش در بدنه لوله است.
• لوله فلزی مانیسمان بسیار در برابر خوردگی مقاوم است چون پتانسیل کمی برای ناخالصی، تَرک و نقصان و اختلاف انعطاف‌پذیری در این لوله وجود دارد، این در صورتی است که لوله‌های درزدار پتانسیل این مشکلات را دارند.
• نیازی به انجام تست صحت جوش برای لوله فلزی مانیسمان (بدون درز) نیست در صورتی که این تست حتماً باید برای لوله‌های بدون درز انجام شود.
• لوله فلزی مانیسمان پس از تولید سخت می‌شود به همین دلیل نیازی به انجام عملیات حرارتی برای این لوله نیست. این در حالیست که اکثر لوله‌های درزدار پس از تولید نیاز به عملیات حرارتی دارند.

قیمت لوله درزدار ارزان‌تر از لوله فلزی مانیسمان است و در طول‌های مختلف موجود می‌باشد.

• لوله اهنی مانیسمان می‌تواند جایگزین لوله درزدار شود اما به دلیل درز و جوش موجود در لوله‌های درزدار ممکن است همیشه نتوان آن را جایگزین لوله مانیسمان کرد.
• ضخامت دیواره لوله‌های درزدار نسبت به ضخامت دیواره لوله‌های مانیسمان یکنواخت‌تر است. دستیابی به ورقه فولادی که سرتاسر آن دارای ضخامت یکسان است و ساخت لوله فلزی با آن، آسان‌تر از ساخت یک لوله صنعتی مانیسمان با ضخامت یکسان از طریق اکستروژن است. همچنین کیفیت پرداخت سطح لوله درزدار بسیار بهتر از لوله مانیسمان فولادی است.
• مدت زمان لازم برای فرآیند تولید لوله مانیسمان طولانی‌تر از مدت زمان لازم برای تولید لوله درزدار است.

سایز و رده لوله مانیسمان – سایز و رده اسمی لوله

سایز لوله‌ها توسط استاندارهای ملی و بین‌المللی مشخص می‌شود. دو روش برای مشخص کردن قطر خارجی لوله‌ها (OD) وجود دارد. روشی که در آمریکا وجود دارد با نام سایز اسمی لوله (NPS) شناخته می‌شود و بر اساس اینچ است. روشی که در اروپا استفاده می‌شود، ضخامت اسمی (DN) نام دارد و بر اساس میلیمتر است.

تعیین سایز لوله مانیسمان بر اساس قطر خارجی این مزیت را دارد که همه لوله‌های با سایز یکسان فارغ از ضخامت دیواره‌شان می‌توانند در کنار هم قرار بگیرند. از آنجایی که قطر خارجی برای سایز مشخص لوله ثابت است، قطر داخلی بسته به ضخامت دیواره لوله متغیر می‌باشد. برای مثال یک لوله مانیسمان ۲ اینچ رده ۸۰، دیواره‌ای ضخیم‌تر از یک لوله مانیسمان ۲ اینچ رده ۴۰ دارد، چون قطر داخلی لوله رده ۴۰ کمتر است.

طول لوله مانیسمان

طول لوله را با اندازه‌گیری فاصله بین دو سر لوله مشخص می‌کنند. می‌توان طول لوله را بر اساس متر، پا و یا هر واحد طولی دیگری اندازه‌گیری کرد. متداول‌ترین اصطلاحاتی که برای اندازه‌گیری طول لوله استفاده می‌شوند عبارتند از:

• طول تصادفی واحد (SRL)
• طول تصادفی دوبل (DRL)
• Cut length

طول تصادفی واحد  ( SRL )

معمولاً طول ۵ الی ۷ متر را اندازه‌گیری می‌کند. معمولاً لوله‌های زیر سایز ۲ اینچ با طول تصادفی واحد تولید می‌شوند.

طول تصادفی دوبل  ( DRL )

معمولا طول ۱۱ الی ۱۳ متر را اندازه‌گیری می‌کند. معمولا لوله‌های بالای سایز ۲ اینچ با طول تصادفی دوبل تولید می‌شوند.

Cut length

لوله‌های Cut length هیچگونه طول مشخصی ندارند و بر اساس نیازهای پروژه به طول‌های مشخصی برش داده می‌شوند. لوله‌های Cut length به طور کلی گران‌تر هستند، اما در زمان برش لوله و منابع موجود در سایت صرفه‌جویی می‌شود، همچنین از به وجود آمدن ضایعات زیاد لوله جلوگیری می‌شود، این در حالی است که ضایعات لوله‌های SRL و DRL زیاد است.

انواع انتهای لوله

انتهای لوله تعیین کننده مقطع لوله می‌باشد. درک درست از مبحث انتهای لوله بسیار مهم است، زیرا اتصال انتهای یک لوله به یک لوله یا اتصال رزوه شده دیگر که دارای قطر بیشتری است عملا نامناسب و غیرحرفه‌ای خواهد بود. سه نوع انتهای لوله وجود دارد:

• لوله با انتهای صاف   Plain Ends (PE)
• لوله با انتهای رزوه شده Threaded Ends (TE)
• لوله با انتهای پخ  Beveled Ends (BE)

لوله با انتهای صاف ( Plain Ends )

در این نوع لوله‌ها، برش انتهای لوله با زاویه ۹۰ درجه و عمود بر لوله انجام می‌شود. انتهای صاف معمولا برای لوله‌هایی استفاده می‌شود که قطر کمتری دارند و در ترکیب با فلنج‌های اسلیپون (Slip On) و اتصالات و فلنج‌های ساکت وِلد (Socket Weld) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

لوله با انتهای رزوه شده  ( Threaded Ends )

انتهای این لوله‌ها رزوه شده و دارای شیار می‌باشد. این نوع انتها معمولا برای لوله‌های با سایز ۳ اینچ یا کوچکتر استفاده می‌شود.

می‌توان لوله‌ها و اتصالات رزوه شده را بدون جوش یا هر نوع اتصال دیگری به راحتی به هم متصل کرد. رزوه لوله‌ها و اتصالات یا به صورت نرینگی است یا مادگی. رزوه‌های نرینه بر روی سطح خارجی لوله یا اتصال و رزوه‌های مادگی بر روی سطح داخلی لوله ایجاد می‌شوند. پس از اینکه لوله‌ها و اتصالات رزوه شده به یکدیگر متصل شدند، در واقع قطعات کاملا در کنار هم قرار گرفته‌اند. طول قسمتی که رزوه‌های دو لوله یا اتصال با هم درگیر شده‌اند راthread  engagement   می‌گویند.

لوله با انتهای پخ (Beveled Ends)

انتهای این لوله‌ها با زاویه‌ای خاص تراش داده می‌شود و برش انتهای لوله به صورت عمود بر مقطع لوله نیست. زاویه استاندارد برای پخ انتهای لوله (Bevel) 37.5 درجه می‌باشد، اما لوله‌هایی با زوایای غیر استاندارد هم تولید می‌شوند. پخ لوله یا تیوب به منظور آماده‌سازی انتهای آن برای جوشکاری انجام می‌شود. انتهای پخ برای تمامی اتصالات و فلنج‌های بات ولد با قطرهای مختلف انجام می‌شود که می‌توان این اتصالات و فلنج‌ها را مستقیما به یکدیگر یا به لوله متصل کرد.

جنس لوله

در حال حاضر، لوله کربن استیل ، لوله استنلس استیل، لوله فولادی آلیاژی ، لوله فلزی گالوانیزه عنواع لوله هایی است که در ایران موجود است

لوله استیل

لوله استنلس استیل از فولاد ضد زنگ و مقاوم در برابر خوردگی و زنگ زدگی ساخته می شود. و بسیار پر مصرف در بسیاری از بخش های نیروگاه ها، صنعت آب و فاضلاب، صنایع نفت وگاز، پتروشیمی ها، صنایع لبنی و غذایی بوده و به طور کلی برای هر بخش از صنعت که انتقال مواد شیمیایی و دارای خاصیت خورندگی با حرارت بالا و یا حرارت پایین صورت می گیرد، مناسب است.

لوله استیل فولاد است ، که به آن درصدی کروم و نیکل اضافه گردیده و به همین جهت در دسته آلیاژ های فولادی قرار می گیرد. به طور کلی اگر به فولاد بیش از ۵/۱۰ درصد کروم اضافه شود، این آلیاژ فولادی تبدیل به استنلس استیل می گردد. گاهی به منظور افزایش مقاومت لوله استیل در برابر حرارت های بالا درصدی مولیبدنیوم و نیکل نیز به فولاد می افزایند.

مسئله بسیار مهم در رابطه با لوله استیل نحوه ضد زنگ شدن این لوله است؛ لوله استیل در ابتدا در برابر خوردگی مقاوم نبوده و پس از اینکه در بازه زمانی کوتاهی در برابر اکسیژن قرار می گیرد کروم موجود در تر کیب فولاد این لوله با اکسیژن واکنش داده و کروم اکسید تشکیل می گردد. کروم اکسید تشکیل شده به صورت لایه ای نازک و غیر قابل مشاهده، سر تا سر سطح لوله را پوشانده و این لایه نازک و بسیار متراکم مانع از رسیدن اکسیژن به لایه های زیرین لوله گشته و بنابراین جلوی آسیب ناشی از خوردگی و زنگ زدگی را می گیرد. پس دانستن روند مقاوم شدن لوله استیل در برابر خوردگی و زنگ، و این که این لوله از ابتدای تولید خاصیت ضد زنگ بودن را ندارد، ضروری است.

دو دسته اصلی از لوله استیل به لوله های L 304 و L 316 معروف هستند که حرف لاتین L در آخر آن ها نشان دهنده Low Carbon است. تفاوت این دو نوع لوله استنلس استیل در مواد تشکیل دهنده آن ها است؛ لوله استیل ۳۰۴ دارای ۱۸% کروم و ۸% نیکل بوده ولوله استیل ۳۱۶ دارای ۱۶% کروم، ۱۰% نیکل و ۲% مولیبدم است، که درصد وجود هر عنصر در ترکیب آن ها از سوی انجمن آهن و فولاد آمریکا (AISI) تعیین شده است. وجود عنصر مولیبدم در لوله استیل ۳۱۶ به دلیل مقاوم شدن این لوله برای آب های شور که حاوی ماده کلراید هستند، است. علاوه بر سری ۳۰۰ که شامل لوله هاس ۳۰۴ و ۳۱۶ بوده و به معرفی آن ها پرداختیم، لوله استیل دارای سری ۴۰۰ نیز است که در آلیاژ فولادی این سری، عنصر نیکل وجود نداشته و به همین سببب لوله های استیل سری ۴۰۰ بر خلاف سری  300 جذب آهن ربا می شوند و اصطلاحاً با نام استیل بگیر نیز شناخته می شوند.

نکته دیگری که در هنگام استفاده از لوله استیل باید مد نظر قرار داد، محیطی است که قرار است این لوله نصب شود. با اینکه از نام لوله استنلس استیل انتظار ضد زنگ بودن می رود، اما این لوله در محیط هایی که آب راکد وجود دارد دچار خوردگی، و اغلب به صورت خوردگی حفره شکل می گردد. البته خوردگی در آب های راکد اغلب در لوله های استیل ۳۰۴ رخ می دهد؛ بنابراین در هنگام انتخاب لوله استیل تنها نباید به نام این لوله اکتفا کرده و آن را معیار ضد زنگ بودن قرار داد، بلکه باید خاصیت هر نوع از لوله استنلس استیل و هم چنین ویژگی های محیط را برای انتخاب، مد نظر قرار داد. متریال لوله های استنلس استیل بر اساس استاندارد ASTM تعیین می گردند.