لوله وسیله‌ای است که از آن برای انتقال جریان سیال استفاده می‌شود. صنعت لوله‌کشی و پایپینگ در پالایشگاه مصارف شهری، انتقال آب و فاضلاب، جایگاه‌های سوخت، نیروگاه‌ها، سیستم‌ها و تاسیسات گرمایشی و سرمایشی و تمامی آزمایشگاه‌ها کارخانجات کاربردهای بسیار گسترده‌ای دارد. از آنجایی که در طراحی پایپینگ استفاده از لوله حرف اول را میزند؛ بنابراین در ادامه قصد داریم به بررسی این مطلب بپردازیم که در طراحی این حوزه از چه سایز لوله‌هایی استفاده می‌شود. بنابراین اگر دوست دارید درباره این موضوع بیشتر اطلاعات کسب کنید با ما همراه باشید.
استفاده از لوله در صنعت پایپینگ
معمولاً انواع لوله‌ها با قطر خارجی یا اندازه نامی یا Nomina Size، ضخامت دیوارۀ لوله یا Schedule No و شاخص API یا API Designation مشخص میشوند. جنس مواد سازنده‌ی لوله‌ها معمولاً از فولاد، فولادهای آلیاژی، مس، آلومینیوم، برنج، مواد پلیمری، پلاستیک مانند PVC و… است. لوله‌ها ابعاد مختلفی از لحاظ طولی دارند که بسته به نوع کاربری هر کدام از آن‌ها به دو نوع بلند یا کوتاه تقسیم میشوند. مواردی که می‌توانند تعیین کنند هر کدام از آن‌ها در یک سیستم چه نوع کاربردی باید داشته باشد شامل دمای سیال، نوع سیال، فشار سیال، میزان خوردگی سیال، محل قرارگیری لوله، میزان ارتعاشات موجود در سیستم لوله‌کشی، شرایط آب و هوایی محیط و… هستند.
در واحدهای فرآیندی به دلیل تنوع تجهیزات و همچنین مواد مختلفی که چه از لحاظ مصرفی و چه از لحاظ تولیدی وجود دارد، کیلومترها لوله و سایز و جنس‌های مختلف به کار برده می‌شود. به همین دلیل است که بحث پایپینگ در شرکت‌های مهندسی بسیار مهم است به طوری که به طور متوسط در یک پروژه حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد حجم کار و هزینه ساخت و نیروی انسانی مربوط به قسمت پایپینگ است.در دوره آموزش پایپینگ piping به شکل کامل در این مورد توضیح داده شده است.
اندازه و طول‌های متداول انواع لوله‌ها
لوله‌ها می‌توانند در انواع مقطع دایره‌ای، مربع، بیضی و مستطیل باشند. اما لوله‌هایی که مقطع دایره‌ای شکل دارند دارای بیشترین کاربرد هستند و به ندرت از لوله‌هایی با اشکال دیگر استفاده می‌شود. لوله‌هایی که به طور معمول بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند بر حسب اینچ عبارت‌اند 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
البته نکته‌ای که باید به آن توجه داشته باشید این است که برخی کاربردها مانند قسمت‌هایی از کارخانجات، نیروگاه‌های سیمان و… نیاز به لوله‌هایی با قطر بسیار بالا دارند؛ بنابراین در این نیروگاه‌ها و کارخانجات از لوله‌هایی به قطر بیش از ۲۴ اینچ و در سایزهای ۳۶ تا ۱۲۰ اینچ و بیشتر استفاده می‌شود. همچنین 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 بیشتر برای لوله‌کشی جانبی پمپ‌ها کاربرد دارد. انواع لوله‌ها معمولاً در طول‌های استاندارد ۶ و ۱۲ متری تولید میشوند. هر چند که بسته به کاربردهای مختلف خود می‌توانند به طور سفارشی و با طول‌های دیگر هم تولید شوند. به طور کلی اندازه یک لوله با سایز نامی آن یا (NPS (Nominal Pipe Size بیان می‌شود. سایز نامی، یک سیستم برای نام‌گذاری لوله‌ها است که باعث تمایز سلول‌ها از یکدیگر می‌شود. عددی که پس از سایز نامی بیان می‌شود بیانگر قطر داخلی و خارجی لوله نیست زیرا به طور مثال ممکن است عددی که پس از سایز نامی می‌آید ۳ باشد در حالی که قطر خارجی لوله برابر با ۳.۵ اینچ است.
تعیین ضخامت لوله‌ها
لوله‌ها با توجه به سایز خود در ضخامت‌های مختلفی ساخته میشوند. استانداردهای مختلفی برای بیان ضخامت انواع لوله‌ها وجود دارد که در ادامه می‌خواهیم به آن‌ها اشاره کنیم، طبق استاندارد ANSI B36.10M از عدد اسکجول یا Schedule برای بیان ضخامت لوله استفاده می‌شود. در ایران از این عدد با نام رده لوله هم یاد می‌شود. فرمول تعیین عدد به روش عدد اسکجول به صورت زیر است:
P/S*1000 = Schedule number
P = فشار طراحی
S = تنش مجاز
پس از اینکه با استفاده از فرمول بالا عدد را به دست آوردید و آن‌ها را روند کردید، عددی که به دست می‌آید عبارت‌اند از ۵، ۱۰، ۲۰، ۳۰، ۴۰، ۶۰، ۸۰، ۱۰۰، ۱۴۰ و ۱۶۰ هرچقدر که عدد اسکجول بزرگ‌تر باشد ضخامت و وزن لوله شما بیشتر است
قطر داخلی و خارجی لوله
طبق استاندارد ASTM از روش STD برای تعیین ضخامت لوله استفاده می‌شود. در این روش برای هر لوله با قطر معین وزن مشخصی در نظر گرفته شده است. همچنین با استفاده از این استاندارد لوله‌هایی که نسبت به لوله‌های عادی یک بار تقویت شده‌اند یا XS و به لوله‌هایی که دو بار تقویت شده‌اند XXS گفته می‌شود.
جنس انواع لوله‌ها
همان‌طور که می‌دانید، انتخاب جنس مناسب برای لوله از لحاظ مقاومت لوله و همچنین عمر و کارکرد آن از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در هنگام انتخاب باید عوامل مختلفی مانند شرایط محیطی، کارکرد لوله، دما و فشار سیال عبوری و همچنین خوردگی سیال را در نظر بگیرید. در زمینه مشخص کردن جنس انواع لوله استانداردهای مختلفی وجود دارد که از جمله مهم‌ترین این استانداردها می‌توان به API و ASTM اشاره کرد که جز مهم‌ترین استانداردها هستند. اغلب لوله‌های مورد استفاده در صنعت پایپینگ از جنس فولاد هستند.
لوله‌های فولادی به طور معمول به دو صورت بدون درز و درزدار تولید میشوند. لوله‌های درزدار به وسیله اتصال پلیت‌هایی خم شده و لوله‌های بدون درز به صورت اکسترودینگ توسط قالب‌های مختلف تولید میشوند. برای کاربردهای دیگری مانند انتقال آب و فاضلاب معمولاً از لوله‌های چدنی استفاده می‌شود. اما هنگامی که جریان، خاصیت خوردگی شیمیایی داشته باشد، لوله‌های چدنی خیلی برای این کار مناسب نیستند و بهتر است از لوله‌هایی که از جنس فلزاتی مانند آلومینیوم، مس، نیکل، برنج، فولاد ضدزنگ و… ساخته میشوند استفاده کرد. درست است که این لوله‌ها معمولاً دارای قیمت بالاتری نسبت به لوله‌های چدنی هستند اما عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند.
لوله با جنس آهن (چدن) داکتیل
استفاده از مس و آلیاژهای مختلف آن در کارخانجات خطوط ابزار دقیق، صنایع غذایی، تجهیزات انتقال حرارت و… بسیار مرسوم است. هر چند که امروزه استفاده از فولاد ضدزنگ نیز در کنار دیگر موارد رو به افزایش است. لوله‌های پلاستیکی عمر زیادی دارند و در برابر مواد شیمیایی و خوردگی مقاومت زیادی از خود نشان می‌دهند. همچنین به دلیل انعطاف‌پذیر بودن آن‌ها باعث سهولت در فرایند لوله‌کشی میشوند، به طوری که می‌توان در خیلی از موارد بدون نیاز به اتصالات آن‌ها را تغییر زاویه داد. به طور معمول برای انتقال مایعات خورنده مانند اسیدهای معدنی و ترکیبات شیمیایی و گازهای خورنده از لوله‌های پلاستیکی استفاده می‌شود.
هرچند که امروزه به دلیل ارزان بودن این لوله‌ها، انعطاف‌پذیری و سبک بودنشان در لوله‌کشی‌های مربوط به آب و تاسیسات خانگی کاربرد بیشتری دارند. از جمله انواع مواد سازنده لوله‌های پلاستیکی می‌توان به پلی پروپیلن و پلی اتیلن، پلی بوتیلن، پلی وینیل کلرید، اکریلو نیتریل بوتادین استیرن و… اشاره کرد. از این پلاستیک‌ها به سه روش لوله‌های تمام پلاستیک، به شکل مواد پلاستیکی غنی شده (تقویت شده با فیبر شیشه، غنی شده از کربن و…) و به صورت مواد پوشش‌دهنده یا آستر در ساخت لوله‌ها استفاده می‌شود.
لوله‌های PVC
برای برخی از کاربردهای دیگر مانند آزمایشگاه و یا یک سری مواد شیمیایی خاص از لوله‌های شیشه‌ای استفاده می‌شود. اگر این لوله‌های شیشه‌ای از جنس پیرکس باشند نسبت به تغییرات ناگهانی و حرارت مقاومت بیشتری دارند اما فشار کارکرد آن‌ها کمتر است.
حفاظت در برابر خوردگی لوله‌ها
به ایجاد یک سری از واکنش‌های شیمیایی و الکتروشیمی در سطح داخلی و خارجی یک لوله که باعث تخریب تدریجی ساختمان لوله می‌شود خوردگی گفته می‌شود. برای حفاظت از لوله در برابر خوردگی و همچنین جلوگیری از انجام این واکنش باید اقدامات خاصی روی آن‌ها انجام شود. ( توصیه میکنیم مقاله معرفی و آشنایی با انواع عایق لوله را مطالعه کنید) توجه داشته باشید که میزان خوردگی ایجاد شده بر روی لوله به نوع سیال عبوری از آن‌ها و همچنین موقعیت قرارگیری لوله و دما بستگی دارد. از روش‌های زیر می‌توانید برای حفاظت در برابر خوردگی لوله‌ها استفاده کنید.
پوشش‌های داخلی و خارجی لوله
به طور معمول پوشش‌هایی وجود دارد که در سطح داخلی لوله‌ها برای حفاظت در برابر خوردگی استفاده میشوند. این پوشش‌ها معمولاً از جنس پلاستیک و پلیمرها هستند که به صورت یک لایه یا چند لایه داخل لوله قرار می‌گیرد و در برابر مواد خورنده عبوری از لوله مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهند. اما در بیشتر مواقع لازم است که پوسته خارجی لوله هم به دلیل مجاورت با رطوبت، آب‌وهوا و همچنین مواد شیمیایی محافظت شود. حفاظت از لایه بیرونی لوله‌ها به خصوص برای لوله‌های دفن شده در زیر خاک و سیستم لوله‌کشی زیر آبی در صنایع نفت و گاز اهمیت بسیار زیادی دارد. در خطوط انتقال نفت خام و فرآورده‌های نفتی به طور معمول یک لایه قیر و پشم شیشه دور لوله می‌پیچند. در برخی از موارد از پوشش‌های پلی اتیلن به همراه یک لایه نوار پرایمر آپوکسی در سطح خارجی لوله استفاده می‌شود. این نوع از پوشش‌ها برای لوله‌هایی که در زیر خاک قرار گرفته‌اند بسیار رایج است. همچنین رنگ‌آمیزی و یا استفاده از مواد ضدزنگ در بدنه لوله برای تمام لوله‌های فولادی که در معرض هوا قرار دارند واجب است.
حفاظت کاتدی
حفاظت کاتدی باعث جلوگیری یا کاهش خوردگی فلز می‌شود. در حفاظت کاتدی از یک جریان الکتریکی مستقیم خارجی که نقش آند را ایفا می‌کند و می‌تواند بدنه لوله را به کاتد تبدیل کند استفاده می‌شود. قبل از اینکه حفاظت کاتدی انجام شود، فلزی که خورده می‌شود دارای مناطق کاتدی و آندی یعنی مثبت و منفی است.
هنگام برقراری جریان، این فلز به طور کامل به قطب مثبت یا آند تبدیل می‌شود. به طور معمول حفاظت کاتدی به دو روش اعمال و تزریق جریان برق مستقیم و یا بدون استفاده از جریان برق و با استفاده از فلزهای از بین رونده انجام می‌شود. جریان برقی که در حفاظت کاتدی مورد استفاده قرار می‌گیرد معمولاً از نوع جریان مستقیم است. هنگامی که جریان بین دو فلز برقرار می‌شود قطب آند تخریب می‌شود و در نتیجه جلوی انجام واکنش‌های شیمیایی و خوردگی در قطب کاتد که بدنه لوله است را می‌گیرد.
محدوده‌ی دما و فشار کاری لوله‌ها
انواع مختلف لوله‌ها با توجه به نوع غلظت سیال عبوری و جنسشان باید در محدوده دما و فشار مناسبی کار خود را انجام دهند. لوله‌های کربن استیل در دماهای بسیار بالا مقاومت مناسبی ندارند؛ بنابراین بهتر است از آن‌ها در دماهای پایین استفاده شود. همچنین فولاد ضد زنگ جنس مناسبی برای عملکرد لوله در دمای بالا است؛ بنابراین برای دماهای بالا پیشنهاد مناسبی است. از آنجایی که لوله‌های پلاستیکی اصولا مقاومت دمای بالایی ندارند؛ بنابراین می‌توان از آن‌ها برای جریان‌های دمای بالا مانند جریانات بخار داغ استفاده کرد.
در صورتی که فشار جریان سیال بسیار بالا باشد لوله باید بتواند تنش‌های به وجود آمده از جریان را تحمل کند و دچار ترک خوردگی و شکستگی نشود. به طور کلی برای لوله‌های تحت فشار مانند لوله‌های انتقال گاز استفاده از جنس فولاد ضد زنگ بهترین گزینه است، زیرا از لوله‌های پلاستیکی و لوله‌های PVC نمی‌توان برای فشارهای بالا استفاده کرد.
سخن پایانی
حالا که تا پایان این مقاله با ما همراه بودید و درباره انواع لوله‌ها و ضخامت آن‌ها در طراحی پایپینگ اطلاع کسب کردید، لازم است تا یک خبر خوب درباره برای علاقه‌مندان به حوزه آموزش‌های فنی و مهندسی بدهیم. خبر خوب ما این است که مجتمع آموزشی فلات قاره با بیش از ۱۵ سال سابقه تجربه در حوزه آموزش‌های مدیریتی، اداری، فنی، مهندسی، ایمنی و… و با دارا بودن مجوزات سازمان آموزش فنی و حرفه‌ای کشور دوره‌های کاملاً کاربردی در زمینه‌های آموزشی مانند پایپینگ، پروسس، صنایع و کنترل پروژه عمران، ایمنی مواد و متالوژی، سیمان، تعمیر و نگهداری، فناوری اطلاعات، مدیریت و… برگزار می‌کند. این دوره‌ها در مجتمع فلات قاره یا محل شرکت‌ها برگزار می‌شود. همچنین این آموزش‌ها هم به صورت حضوری و هم به صورت آموزش‌های مجازی و آفلاین در دسترس هستند و هدف آن کاهش هزینه‌ها و آسان کردن آموزش است. بنابراین اگر به این زمینه‌های آموزشی علاقه‌مندید این فرصت استثنایی را از دست ندهید.