پایپ و تیوب

لوله یا پایپ چیست؟

فیلم معرفی انواع لوله و پایپ

پایپینگ یا همان لوله کشی صنعتی به اجزا مختلفی تقسیم می شود. جهت انتقال سیالات در سیستم پایپینگ از لوله یا پایپ استفاده می شود و یكی از مهم ترین تجهیزات مورد استفاده در این صنعت می باشد.

لوله ها را طبق استاندارد با 7 پارامتر مشخص می کنند که عبارتند از:

1. نوع لوله
2. سایز لوله
3. جنس لوله
4. استاندارد ابعادی
5. ضخامت
6. آرایش انتهای لوله
7. طول لوله

در زیر به اختصار به توضیح هر یک از این 7 پارامتر می پردازیم.

1. نوع لوله

لوله ها بر اساس روش تولید به دو دسته تقسیم می شوند:

• بدون درز جوش (Seamless)
• با درز جوش (Welded)

لوله های بدون درز هیچ گونه درز جوشی روی خود ندارند. ولی لوله های درزدار عموما با 4 روش جوشکاری می شوند:

• ERW جوش مقاومت الکتریکی (Electrical Resistance Weld)
• FBW جوش کوره ای لب به لب (Furnace Butt Weld)
• EFW جوش الکتریکی گداخت (Electrical Fusion Welding)
• SAW جوش قوس الکتریکی زیر پودری (Submerged Arc Welding)

2. سایز لوله

سایز لوله نشان دهنده قطر خارجی لوله است. نحوه بیان سایز لوله به دو صورت میلی متری و اینچ می باشد.

(Nominal Pipe Size (NPS عددی است که به قطر خارجی لوله مربوط می شود. این عدد به صورت اینچی است. همچنین برای معرفی لوله به روش میلی متری از DN استفاده می کنیم.

3. جنس لوله

انجمن تست و مواد آمریکا American Society of Testing and Material) ASTM) اطلاعات مربوط به متریال را در بر می گیرد. بر اساس استاندارد ASTM جنس لوله ها به صورت زیر مشخص شده است:

• فلز (METAL)
  • پایه آهنی (Ferrous): لوله های با پایه آهنی شامل لوله های Carbon Steel (فولادی)، Stainless Steel (فولاد زنگ نزن) و Alloy Steel (فولاد آلیاژی) می باشند.
  • پایه غیرآهنی (Non-Ferrous): لوله های با پایه غیر آهنی شامل لوله های کاپر نیکل، آلومینیوم، مسی و غیره می گردند.
• غیرفلز (NON METAL): لوله های غیر فلزی نیز شامل انواع لوله های پلیمری و پلاستیکی مانند PVC، PE، PP و غیره و لوله هایی که با چوب و الیاف شیشه و غیره ساخته می شوند، می شود.

4. استاندارد ابعادی

استاندارد ها و کد ها برای سرویس های مختلف توسط مؤسسات استاندارد بین المللی تهیه و توزیع می گردد. این استاندارد ها شامل نحوه ساخت لوله، نحوه استفاده، طراحی، اتصال، نحوه نصب و نحوه تست خطوط لوله می باشند.

انجمن های مختلف در زمینه پایپینگ استاندارد هایی ارائه کرده اند که از جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• ASME: American Society of Mechanical Engineers
• ASTM: American Society of Testing and Materials
• ANSI: American National Standards Institute
• AWWA: American Water Works Association
• API: American Petroleum Institute

براساس استاندارد ASME که ﺗﻮﺳﻂ اﻧﺠﻤﻦ ﻣﻬﻨﺪﺳﻴﻦ ﻣﻜﺎﻧﻴک اﻳﺎﻻت ﻣﺘﺤﺪه در زﻣﻴﻨﻪ ﻟﻮﻟﻪ و اﺗﺼﺎﻻت و غیره ﺟﻤﻊ آوری ﺷﺪه اﺳﺖ، استاندارد ابعادی و طراحی لوله ها بر اساس کدهای زیر تعریف می شوند:

• ASME B31: کد طراحی خط لوله نیروگاه های حرارتی، توربین گاز، بخار و سیکل ترکیبی
• ASME B31: کد طراحی خط لوله سیستم های سوخت رسانی
• ASME B31: کد طراحی خط لوله های فرآیندی در صنایع پتروشیمی و پالایشگاه ها
• ASME B31: کد طراحی خطوط لوله انتقال سیالات دوغابی
• ASME B31: کد طراحی خط لوله سیستم های تبرید و سردخانه
• ASME B31: کد طراحی خطوط انتقال و توزیع سیالات گازی
• ASME B31: کد طراحی لوله کشی تاسیسات و ساختمان ها
• ASME B31: کد طراحی خطوط لوله انتقال سیالات محلول مانند آب آهک

دو استاندارد ASME پر کاربرد در پایپینگ:

• ASME B36: برای کربن استیل ها، فولادهای آلیاژی
• ASME B36: برای فولادهای ضد زنگ

5. ضخامت

به فاصله بین قطر داخلی و قطر خارجی لوله، ضخامت لوله گفته می شود.

6. آرایش انتهای لوله

نحوه اتصال لوله ها رابطه مستقیم با آرایش انتهای لوله دارد. لوله ها بر اساس آرایش انتها به 3 دسته زیر تقسیم می شوند:

• انتهای پخ خورده (Bevel End): این نوع آرایش برای لوله های سایز بالاتر از دو اینچ و خود دو اینچ کاربرد دارد. قسمت های پخ خورده روبروی هم قرار گرفته و به یکدیگر جوش داده می شوند. به این اتصال اصطلاحا لب به لب یا Butt Weld گفته می شود.

• انتهای صاف (Plain End): این نوع آرایش مناسب لوله های با سایز کوچکتر از 2 اینچ است که به روش سوکتی یا Socket Weld به یکدیگر متصل می شوند. برای اتصال لوله ها با انتهای صاف از بوشن یا کوپلینگ استفاده می کنند. دور تا دور این اتصال به وسیله جوش ماهیچه ای جوشکاری می شود.

• انتهای رزوه ای (Thread End): این نوع آرایش برای سایزهای کوچکتر از 2 اینچ کاربرد دارد و در آن لوله ها به وسیله رزوه به یکدیگر متصل می شوند.

7. طول لوله

لوله ها اغلب به صورت شاخه های 6 متری یا 12 متری تولید می شوند.

نحوه انتخاب لوله پایپینگ

1. الزامات، قوانین و استانداردهای ملی و منطقه ­ای
2. نوع سیال عامل
3. دما و فشار سیال عامل
4. نوع محیط محل نصب
5. هزینه خرید و اجراء

لوله ­ها در اندازه­ های مختلف از قطر ½ اینچ تا 80 اینچ عرضه می­ گردند. قطرهای ⅛ تا ½ معمولاً برای سرویس خطوط ابزار دقیق مورد استفاده قرار می­ گیرند. قطرهای ¾ تا 2 اینچ نیز جهت استفاده در مبدل­ ها كاربرد دارند. اندازه ½ اینچ جزء اندازه ­هایی است كه بسیار مورد استفاده قرار می­ گیرد.

معمولاً لوله ­ها در طول­ های 6 یا 12 متری تولید می­ شوند. وزن لوله و قطعات نیز بر حسب قطر لوله و یا مشخصات اتصالات در جداولی ارائه می­ گردد.

سایز لوله­ ها بر حسب NPS(Nominal Pipe Size) یا اندازه نامی بیان می­ گردد.

انواع لوله­ های مورد استفاده در پایپینگ

لوله های فولادی

برای انتخاب نوع لوله برای سیستم ­های مختلف می توان از جدول استفاده کرد ولی PIPNG HANDBOOK برای دماهای بالاتر از C°F200 و فشارهای بیش از psig 150 لوله‌ های بدون­ درز را پیشنهاد داده است. لوله‌ های فولادی در دو نوع درزدار و بدون­ درز ساخته میشوند و در دو نوع سیاه فولادی و گالوانیزه (داخل، بیرون و یا هر دو رو گالوانیزه شده) عرضه میشوند.

• لوله‌های فولادی در استاندارد DIN

لوله‌ های فولادی DIN2440 و DIN2441 درزدار و بدون درز و با سطوح خارجی سیاه گالوانیزه و یا از فولاد ST33-2 و طبق استاندارد DIN17100 ساخته می شوند فشار نامی 25 بار و فشار آزمایش در کارخانه با آب 50 بار است. این نوع لوله‌ ها از نوع دو سر ساده و دو سر دنده با بوشن و مناسب برای اتصال دنده‌ ای است.

• لوله‌ های فولادی در استاندارد ANSI

ضخامت دیواره لوله با اسکجول (Schedule) بیان می‌شود و محدوده آن از 5 اسکجول که سبک­ترین است تا 160 اسکجول تغییر می‌کند. ضخامت جداره لوله با اندازه لوله تغییر می کند، رده بالا­تر بیان­گر ضخیم­تر بودن جداره لوله برای یک قطر معین می باشد. این نوع لوله‌ها بستگی به نوع آنها می توانند بصورت دوسر دنده، فلنجی و یا دو سر ساده برای جوش عرضه شوند.

دو نوع سیستم برای توصیف ضخامت جداره لوله‌ها عمومیت یافته است:

سسیتم اول که سال های متمادی در عرصه تجارت کاربرد دارد:

• STD=Standard
• XS=Extra strong (extra heavy)
• XXS=Double extra strong (Double extra heavy)

سیستم دوم بر اساس رده لوله‌ ها موسوم شده است و هر رده برای یک اندازه معین ،دارای ضخامت­های جداره گوناگونی است.

برخی از رده‌های معروف بشرح ذیل است:

• Sch 40= Schedule 40
• Sch 80 =Schedule 80
• Sch 160= Schedule 160

• لوله‌ های فولادی در استاندارد BS

برای کاربردهای مورد نظر این قسمت لوله‌ های فولادی در استاندارد و عرضه می‌شوند.

1. لوله‌ های فقط از نوع بدون­درز مناسب برای اتصال دنده‌ای و یا اتصال جوشی تا قطر نامی‌150 میلی متر بصورت دو سر ساده، یا بصورت دو سر دنده با بوشن و در سه وزن سبک، متوسط و سنگین عرضه می‌شوند. این لوله‌ها تا دمای و فشار کار مجاز 21 بار کاربرد دارند به شرطی که ضخامت جداره آنها از آنچه که در جدول وزن متوسط داده شده کمتر نباشد و نوع اتصال لوله جوشی باشد. در صورتی که اتصال از نوع دنده‌ای باشد تا دمای کار حداکثر، فشار کار مجاز آن تا 9bar کاهش می‌یابد. فشار آزمایش این لوله‌ها در کارخانه 50 بار می‌باشد این لوله‌ها قابل خم­کردن هستند.
2. لوله‌ های ­فولادی از نوع درز­دار و  لوله بدون­­ درز و از نظر ترکیب شیمیایی و نوع ساخت در پنج گروه عرضه می‌شوند:
   • فولاد کربن دار مخصوص مصارف عمومی تحت فشار
   • فولاد کربن دار و کربن منگنز مخصوص مصارف تحت فشار با دمای بالا
   • فولاد کربن دار و با آلیاژهای دیگر مخصوص مصارف تحت فشار با دمای پایین (صنایع تبرید)
   • فولاد کربن دار و با آلیاژهای دیگر مخصوص مصارف تحت فشار با دمای دمای بالا
   • لوله‌ های فولادی ضد زنگ (Stainless Steel)

• لوله‌ های فولادی در استاندارد ISO

برای کاربردهای مورد نظر این قسمت در استاندارد ISO لوله‌ های فولادی طبق ضوابط مندرج در استانداردهای 65 ISO  و 4200 ISO  عرضه می شوند لوله‌ های 65 ISO مناسب برای اتصال دنده‌ای و یا اتصال جوشی تا قطر 150 میلی متر بصورت دو سر دنده با بوشن در چهار­سری عرضه می‌شوند:

1. لوله‌ های فولادی سنگین درزدار و بدون­درز
2. لوله‌ های فولادی وزن متوسط، درزدار و بدون­درز: 

کاربرد لوله‌ های گالوانیزه در این سیستم ­ها مجاز نیست که مهم­­ترین علت آن ازبین رفتن پوشش گالوانیزه (روی) در سختی های کمتر از 50ppm است.

لوله های غیر آهنی

فلزات غیر آهنی در پایه خود آهن ندارند و هر کدام دارای ویژگی های مختص به خود هستند از جمله این لوله های غیر آهنی می توان به لوله مسی و لوله آلومینیوم اشاره کرد.

لوله های آلومینیومی

لوله های آلومینیوم در صنایع مختلف برای کاربردهای مختلف و در آلیاژهای متفاوت مورد استفاده قرار می گیرند. این لوله ها دارای وزن کم و در مقابل، استحکام و طول عمر بالا هستند.

لوله‌ های مسی

لوله‌ های مسی، که در تأسیسات گرمایی و سرمایی مورد استفاده قرار می گیرد، باید مطابق یکی از استانداردهای زیر باشد:

• DIN 1786
• BS 2871 PART 1
• ANSI/ASTM B88
• ISO 274

لوله‌ های پلیمری

لوله های پلیمری یا پلاستیکی بهترین جایگزین برای لوله های فلزی می باشند. این لوله ها سبک بوده و قیمت مقرون به صرفه تری نسبت به لوله های دیگر دارند و نصب کردن آنها آسان تر است. یکی از دلایل رواج یافتن این نوع از لوله ها خاصیت ضد زنگ بودن و مقاومت در برابر خوردگی و تنش، انعطاف پذیری بالا و نارسانایی آنها می باشد.

کاربرد لوله های پلیمری

بیشترین استفاده از این لوله ها در سیستم های آب و فاضلاب و آبرسانی، دامداری، پساب های شیمیایی، صنعتی و کشاورزی می باشد. همچنین لوله‌های پلیمری می توانند جایگزین خوبی برای لوله‌های گالوانیزه در تأسیسات آب و غیره باشند.

لوله‌ های پلیمری باید در تاسیسات گرمایی با آب گرم کننده با دمای حداکثر 90 درجه سانتی گراد و تا قطر 32 میلیمتر با ضخامت 3 میلیمتر مورد استفاده قرار گیرند.

انواع لوله‌ های پلیمری

• لوله‌ های پلی وینیل کلراید (PVC)
• لوله‌ های پلی اتیلن (PE)
• لوله‌ های پلی بوتیلن (PB)
• لوله‌ های پلی پروپیلن (PP)
• لوله‌ های پنج لایه
• لوله های پوش فیت
• لوله های کاروگیت
• لوله های ABS

مبانی طراحی

سرعت: ماکزیمم سرعت آب در سیستم­ های لوله­ کشی آب گرم کننده (دیگ)، آب سرد کننده (چیلر)، آب خنک کننده (برج خنک کن) در مناطق متصرفه 8 فوت بر ثانیه گفته شده است و در مناطق غیر متصرفه 10 فوت بر ثانیه هم می تواند برسد ولی سرعت مناسب را 2 تا 6 فوت بر ثانیه می‌ گیرند.

برای قطرهای 50 میلیمتر و کمتر باید سرعت ft/s4 در نظر گرفته شود و برای قطرهای بیش از 50 میلیمتر با افت فشار 4% اقدام به اندازه­ گیری کرد. بیشترین سرعت مطمئنه در لوله‌ های ترموپلاستیک ft/s 5/1، در این­ حالت فشار کلی حاصله بواسطه ضربه قوچ نبایستی بیشتر از 150% فشار کاری سیستم شود.

لوله ­های سیاه فولادی (Carbon Steel)

این لوله­ ها در سیستم لوله­ كشی صنعتی حداكثر تا دمای ­400 درجه سانتی گراد­ مورد استفاده قرار می­ گیرد. موارد كاربرد و تنوع جنس این لوله ­ها عبارت است از:

• A106-C: برای سیستم ­های با دمای متوسط و فشار متوسط یا بالا مانند خط دهش پمپ­های آب تغذیه
• A106-B: برای سیستم­ های با دمای متوسط و فشار متوسط یا بالا
• A672: برای سیستم­ های با دمای متوسط و فشار متوسط یا بالا و قطر نامی 650 و بالاتر
• A53-B: برای سیستم­ های با دمای پایین و فشار پایین
• A134: برای سیستم ­های با دمای پایین و سایز بالا ،مانند خطوط اصلی آب خنك كن
• API 5L: برای لوله­ كشی خطوط سوخت مایع و گاز طبیعی

لوله ­های فولاد آلیاژی (Alloy steel)

این لوله ­ها در سیستم لوله­ كشی صنعتی برای سیستم­ های با دمای بیش از 400 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار می­ گیرد.

موارد كاربرد و تنوع جنس این لوله ها عبارت است از:

• A335-P11 : برای محدوده دمایی 400 تا 470 درجه سانتی گراد
• A335-P22: برای محدوده دمایی 480 تا 550 درجه سانتی گراد (هدرهای اصلی بخار)
• A335-P91 : برای محدوده دمایی بالاتر از 500 درجه سانتی گراد
• A335-P92: برای محدوده دمایی بالاتر از 560 درجه سانتی گراد

لوله­ های فولاد ضد زنگ (Stainless steel)

لوله استنلس استیل در سیستم لوله ­كشی صنعتی برای سیستم ­های حاوی مواد خورنده مورد استفاده قرار می­ گیرد. موارد كاربرد و تنوع جنس این لوله ­ها عبارتند از:

• A312-TP304: برای خطوط آب سختی­ گیری شده و هوای فشرده ابزار­دقیق و سرویس
• A312-TP316: برای خطوط نمونه ­گیری
• A312-TP317: برای خطوط حاوی آب دریا با قطر نامی 150 و كوچكتر

استاندارد ابعاد و ضخامت لوله

ANSI B36.10: جهت لوله­ های جوشی یا بدون درز فولادی (Wrought steel)

ANSI B36.19: جهت لوله ­های فولادی ضد زنگ (Stainless steel)

روش­ های اتصال لوله­ ها

 عمده روش ­های که برای اتصال لوله ­ها بکار می ­رود را می ­توان در سه دسته اصلی تقسیم­ بندی کرد، دو روش بصورت جوشی و روش دیگر بصورت پیچی است. این سه روش عبارتند از:

• BUTT WELDED
• SOCKET WELDED
• THREADED

اتصال BUTT WELD

در این روش که به روش جوشی (جوش لب به لب) نیز موسوم است، دو لوله در راستای هم قرار داده می­ شوند و در فاصله مناسبی از یکدیگر خال جوش خورده و سپس جوشکاری انجام می شود. البته قبل از انجام اتصال دو انتهای لوله پخ زده می­ شود که به آماده­ سازی لبه (Edge Preparation) موسوم است.

همانطوری­ که بیان شد در هنگام جوشکاری لوله ­ها و اتصالات ابتدا دو لوله در امتداد هم قرار می ­گیرند، سپس بوسیله جوش ­های موقت دو لوله در حالت هم محوری، ثابت می­ شوند که به این عملیات اصطلاحاً FITUP گفته می­ شود.

اتصال SOCKET WELD

در این نوع اتصال یکی از لوله ­ها در داخل اتصالات دیگر قرار گرفته و دور تا دور آن با فلز جوش پر می­ شود. در این نوع اتصال انتهای لوله ها صاف ساخته می ­شود.

اتصال رزوه ای THREADED

در این نوع اتصال انتهای لوله رزوه شده و با چرخاندن لوله ها داخل يكديگر به هم متصل مي گردند. براي آب بند نمودن اين قسمت از كوپلينگ یا بوشن نیز استفاده می شود. لازم است تا به حالت نر و مادگی دو لوله توجه شود. چنانچه داخل لوله رزوه شده باشد، به آن قسمت مادگی و اگر قسمت بیرونی لوله رزوه شده باشد، به آن قسمت نر اتصال می گویند. از لوله های با اتصال رزوه ای معمولاً برای سیستم های با فشار و دمای پایین که ارتعاشات آن ها کم است و نشتی ندارند، مانند سیستم های لوله کشی خانگی آب و فاضلاب و غیره استفاده می شوند.

تیوب

به طور کلی به سایزهای کمتر از یک چهارم اینچ در کلیه حالات تیوب گفته می شود.

تفاوت لوله و تیوب

• اصلی ترین تفاوت لوله و تیوب در شکل ظاهری آنها است. لوله ها فقط به شکل استوانه و در سطح مقطع دایره تولید می شوند، در حالیکه تیوب ها به صورت مربع، مستطیل، بیضی و غیره نیز ساخته می شوند.
• لوله ها هم به صورت درزدار هم بدون درز تولید می شوند، ولی تیوب ها اکثرا بدون درز هستند. لوله ها معمولا به صورت 6 متری یا 12 متری تولید می شوند اما تیوب ها طول مشخصی ندارند.
• قابلیت خم کاری و انعطاف پذیری تیوب ها بسیار بیشتر از لوله ها می باشد. همچنین قطر تیوب ها در امتداد طولشان ثابت است اما در لوله ها ممکن است تغییر کند.
• تیوب ها سبک تر از لوله ها می باشند و معمولا دچار انسداد داخلی نمی شوند، اما احتمال مسدود شدن در لوله ها بیشتر است.
• همواره قطر اسمی و قطر خارجی تیوب ها با یکدیگر برابر است. همچنین قطر خارجی آن ها مانند لوله ها ثابت است. همچنین رده ضخامت آن ها نیز با BWG مشخص می گردد.