لوله های پایه فلزی
مواد فلزی خود به دو دسته تقسیم بندی میشوند:
- مواد فلزی آهنی (Ferrous Material).
- مواد فلزی غیر آهنی (Non – Ferrous Material)
الف. مواد فلزی آهنی شامل :
– آهن (Iron)، شامل: آهن کار کرده (Wrought Iron) و چدن (Cast Iron)
– فولاد (Steel)، شامل: فولادهای آلیاژی (Alloy Steel) و فولادهای کربنی (Carbon Steel)
– چدن (Cast Iron)، شامل: Gray , Ductile , Malleable , White
– فولاد آلیاژی (Alloy Steel)، شامل: High Alloy, Medium Alloy , Lowو Alloy
– کربن استیل (Carbon Steel)، شامل: High Carbon, Medium Carbon, Low Carbon
ب. مواد فلزی غیر آهنی شامل :
– مس (Copper)
– آلیاژهای مس (Copper Alloy) شامل: برنج (Brass) و برنز (Bronze) و آدمیرال (Admiral)
– آلومینیوم (Aluminium)
– سرب (Lead)
– روی (Zing )
خواص کلی مواد
خواص کلی مواد (Material) را میتوان به چهار دسته زیر تقسیم نمود:
- خواص شیمیایی: فلز پایه، فلزات آلیاژی اصلی، فلزات آلیاژی غیر اصلی، ناخالصیها
- خواص فیزیکی: چگالی، ضریب انبساط حرارتی، مدول الاستیسیته، رسانایی الکتریکی و گرمایی و …
- خواص ساختاری: ساختار اتمی و مولکولی، فاز متالوژیکی، نوع و اندازه دانهها و …
- خواص مکانیکی: استحکام (تسلیم، نهایی، انبساطی، شکست)، چقرمگی و دوام (ضربه پذیری، چکش خواری، دوام خرد شوندگی یا شکنندگی، ترد بودن و …)
انواع لولهها
- فولاد کربن استیل (Carbon Steel ): فولادی که عناصر آلیاژی آن کمتر از ۱ درصد و ماکزیمم مقدار کربن آن ۲۵/۰ درصد باشد را فولاد کربن استیل مینامند. در این میان نیز عددی بنام “کرین معادل” تعریف میشود که روشی جهت تمییز فولادهاست و به صورت زیر تعریف میشود:
CE = % C + % Mn / 6 + (% Ni + % Cu) / 15 + (% Cr + % Mo + % V) / 5
بر طبق این مشخصه، کربن معادل فولاد کربن استیل نباید بیشتر از ۴۳/۰ باشد. فولاد کربن استیل بر اساس عملیات حرارتی که روی آن انجام میگیرد (ریخته گری، شکل دهی و …) به انواع مختلف تقسیم میگردد. این جنس لوله بطور متداول و گسترده در خطوط انتقال نفت، گاز، آب و صنایع پتروشیمی و نیروگاهی و فاضلاب مورد استفاده قرار میگیرد و بر طبق استاندارد ASTM با دو کد A۱۰۶ و A۵۳ مشخص میشود. ترکیب شیمیائی این دو کد، همسان بوده ولی نوع عملیات حرارتی که روی آن انجام میگیرد متفاوت است و هریک، در دو گرید B و A تولید میشوند که نوع B دارای استحکام بیشتری است ولی نرمی آن کمتر است. به همین دلیل گرید A برای خمش سرد و کویلهای بسته توصیه میشود.
ترکیب شیمیایی کربن استیل بر اساس کد آن در استاندارد ASTM و جداول مربوطه مشخص میشود.
در مورد نحوه نامگذاری به این نمونه توجه کنید:
A۱۰۶ Gr. B SMLS: حرف A نمایانگر فولاد است، عدد ۱۰۶ نوع آن را نمایش میدهد که مقادیر عناصر آلیاژی آن در جداولی توسط ASTM تهیه شده است. گرید B نوع عملیات حرارتی انجام گرفته روی آن است و حروف اختصاری SMLS به معنای ساخته شدن لوله با روش بدون درز جوش میباشد.
این لولهها در سیستم لوله کشی صنعتی حداکثر تا دمای ۴۰۰ درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار میگیرند. موارد کاربرد و تنوع جنس این لولهها عبارتند از:
C-106A: برای سیستمهای با دمای متوسط و فشار متوسط یا بالا
B-106A: برای سیستمهای با دمای متوسط و فشار متوسط یا بالا
A۶۷۲: برای سیستمهای با دمای متوسط و فشار متوسط یا بالا و قطر نامی ۶۵۰ و بالاتر.
B-53A: برای سیستمهای با دمای پایین و فشار پایین
A۱۳۴: برای سیستمهای با دمای پایین و فشار پایین و سایز بالا
API ۵L: برای لوله کشی خطوط سوخت مایع و گاز طبیعی
در دماهای بالا، لولههای کربن استیل مقاومت کمتری دارند. لولههای درزدار با جوش الکتریکی برای دمای بالاتر از ۲۴ درجه سانتیگراد و لولههای درزدار با جوش کورهای (Fracture Butt Weld) برای دمای کارکرد بالای ۳۴۳ درجه سانتیگراد پیشنهاد نمیگردند. برای دماهای بالاتر باید از لوله -های ساخته شده از فولاد زنگ نزن یا آلیاژهای دیگر استفاده شود. محدوده فشار برای انواع لولههای فولادی در دماهای مختلف در استاندارد ASME B 31.3 آورده شده است.
۲. فولاد Killed Carbon: نوعی کربن استیل است که روی آن عملیات اکسیژن زدائی صورت گرفته و اصطلاحا آرام شده است. درصدی از عنصر آلومینیوم به آن اضافه میگردد. عمل اکسیژن زدایی باعث افزایش مقاومت در دماهای پایین میشود.
٣. فولاد آلیاژی (Alloy Steel): اگر درصد عناصر آلیاژی در فولاد از یک حد خاصی بالاتر باشد، آنرا فولاد آلیاژی مینامند. اصولا این عناصر باعث تقویت خواص فولاد شامل، کاهش ضریب انبساط، مقاومت در فشارهای بالا، افزایش مقاومت در برابر حرارت و خوردگی میگردند. با افزودن درصدی از عناصر مختلف مانند کربن C، نیتروژن N، منیزیم Mg، مولیبدن Mo، نیکل Ni، کروم Cr، سیلیسیوم Si، تیتانیوم Ti، مس Cu، وانادیوم V، و … میتوان خواص فولاد را تغییر داد.
تاثیر برخی عناصر مهم اضافه شونده به فولاد در زیر ارائه شده است:
نیکل (Ni) باعث تغییر ساختمان کریستالی شده و شکل پذیری، چقرمگی و قابلیت جوشکاری فولاد را افزایش میدهد. همچنین باعث افزایش مقاومت در مقابل خستگی میگردد و تحمل فولاد در مقابل بالا رفتن درجه حرارت را افزایش میدهد.
مولیبدن (Mo) باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگیهای حفرهای و شکافی (Crevice & Pitting) و افزایش مقاومت در مقابل خزش یا وارفتگی (Creep) میشود.
کربن (C) سختی را افزایش میدهد. کربن در میزان ۱۰۰ درصد، الماس میباشد که بالاترین سختی را دارد.
نیتروژن (N) و منیزیم (Mg) و کروم (Cr) نیز مقاومت فولاد را در مقابل خوردگی افزایش میدهند.
مس (Cu) باعث افزایش مقاومت در مقابل خوردگی از طریق اتمسفر، هوا، میشود.
لولههای فولاد آلیاژی ساخته شده، برای دمای بالای ۴۰۰ درجه سانتیگراد قابل استفاده هستند. با ترکیب عنصر مس و نیکل، فولادی آلیاژی بدست میآید که با نام Monel شناخته میشود.
۴. فولاد Low Alloy Steel: فولاد با آلیاژ پایین است که مجموع درصد عناصر آلیاژی آن کمتر از ۵ درصد میباشد. این لولهها در سیستم لوله کشی صنعتی برای سیستمهای با دمای بیش از ۴۰۰ درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار میگیرند، از جمله خطوط مبدلهای حرارتی، لوله کوره ها، راکتورهای شیمیایی و خطوط بخار دما بالا.
موارد کاربرد و تنوع جنس این لولهها عبارتند از:
- A 335 Gr. P11: 1.25 % Cr & 0.5 % Mo برای محدوده دمایی ۴۰۰ تا ۴۷۰ درجه سانتیگراد
- A 335 Gr. P22: 2.25 % Cr & 1 % Mo برای محدوده دمایی ۴۸۰ تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد
- A335 P 91: برای محدوده دمایی بالاتر از ۵۰۰ درجه سانتیگراد
- A335 P 92: برای محدوده دمایی بالاتر از ۵۶۰ درجه سانتیگراد
۵. فولاد Medium Alloy Steel: فولاد با آلیاژ متوسط است که به آن Intermediate Alloy Steel نیز میگویند. این فولاد آلیاژی دارای ۴ تا ۹ درصد کروم و ۵/۰ تا ۱ درصد مولیبدن میباشد. برای خطوط با دمای بالا مناسب است. درصد بالای کروم مقاومت فولاد را در برابر زنگ زدگی بالا میبرد.
۶. فولاد High Alloy Steel: فولاد با آلیاژ بالا است که دارای بیش از ۱۰ درصد کروم میباشد. معروفترین نوع آن فولاد ضد زنگ یا استینلس استیل با مقدار تقریبی ۱۸ درصد کروم میباشد
۷. فولاد ضد زنگ (Stainless Steel ): نوعی فولاد با آلیاژ بالا است که درصد عناصر نیکل و کروم آن نسبت به بقیه عناصر آلیاژی بیشتر است. بطور کلی اگر میزان کروم در فولاد از ۱۱ درصد بیشتر باشد آن را Stainless Steel مینامند. این مقدار کروم باعث میشود که هنگام خوردگی، لایه نازکی روی فولاد تشکیل شود و همین لایه باعث جلوگیری از خوردگیهای بعدی میشود و عملا باعث ترمیم خوردگی میشود. همچنین استینلس استیل در برابر حرارتهای بالا نیز مقاومتر است. بطور ساده فولاد استینلس استیل را میتوان بصورت زیر معرفی نمود:
S.S = Fe + C + Ni + Cr
با توجه به کم و زیاد شدن درصد هر یک از عناصر در ترکیب فوق، فولاد ضد زنگ به سه دسته زیر تقسیم میشود:
– فولاد ضد زنگ آستنیت (Austenitic): دارای درصد بیشتری از عنصر نیکل Ni است.
– فولاد ضد زنگ مارتنزیت (Martensitic): دارای درصد بیشتری از عنصر کروم Cr است.
– فولاد ضد زنگ فریت (Ferritic): دارای درصد بیشتری آهن Fe است.
بیش از ۲۰۰ گرید مختلف برای استینلس تعریف شده است که مقاومت در برابر حرارت و خوردگی و مشخصات مکانیکی متفاوتی دارند.
- A312- TP 304: برای خطوط آب سختی گیری شده و هوای فشرده ابزار دقیق
- A312- TP 316: برای خطوط نمونه گیری
- A312- TP 317: برای خطوط حاوی آب دریا با قطر نامی ۱۵۰ و کوچکتر
۸. فولاد آبکاری شده یا گالوانیزه (Galvanized): فولاد کربن استیل است که روی آن را با روکشی از فلز روی (Zinc) پوشش میدهند که آنرا در برابر عوامل محیطی همچون زنگ زدگی محافظت میکند. در سایت اوره و آمونیاک، اکثر ساپورتها روکش گالوانیزه دارند. همچنین جهت انتقال آب آشامیدنی، خطوط تصفیه آب استخرهای شنا و هوای ابزار دقیق، بدلیل ممانعت از ورود هر گونه ذرات اکسید آهن به سرویسهای فوق الذکر مورد استفاده قرار میگیرد.
لولههای فولادی گالوانیزه نباید جوشکاری شوند چون در محل جوش لایه زینک ذوب شده و از سطح فولاد برداشته میشود و سبب زنگ زدگی و خوردگی در محل جوش میگردد. این لولهها میبایست بصورت رزوهای به یکدیگر متصل شوند. لولههای گالوانیزه حدیده شده، مورد استفاده در سرویسهای بخار، گاز، هوا و آب در استاندارد ۱۲۰-ASTM A معرفی شده اند. این لولهها برای دمای کار کرد بالا، خم کردن و استفادههای مواد هیدرو کربنی توصیه نمیشوند. گالوانیزه کردن فولاد کربن استیل به دو روش صورت میپذیرد:
- روش گرم (Hot Deep Galvanized)
- روش سرد (Cold Galvanized)
در روش گرم، لوله یا ورق فولاد کربن استیل را داخل روی مذاب غوطه ور میسازند و سپس خارج میکنند تا لایهای از روی به طور کامل سطح فولاد را بپوشاند. این روش کیفیت و مقاومت خوبی را ایجاد میکند. معمولا لولههای تا سایز ۶ اینچ را با این روش گالوانیزه میکنند.
در روش سرد، فولاد کربن استیل را به قطب مثبت (کاتد) و قطعه روی را به قطب منفی (آند) میبندند و به روش الکترولیز سطح فولاد را با لایهای از روی پوشش میدهند. معمولا لولههای با سایز ۸ اینچ و بزرگتر را با این روش گالوانیزه میکنند.
در مورد نحوه نامگذاری به این نمونه توجه کنید:
لوله A53 Gr. B/ GALV: فلز پایه کربن استیل A۵۳ گرید B است و GALV هم مخفف Galvanized و نمایانگر روکش گالوانیزه آن میباشد.
بطور کلی از مواد مختلفی بعنوان روکش برای لولهها استفاده میشود. این روکشها به دو قسمت عمده تقسیم میشوند. نوع اول روکشهایی هستند که سطح لوله را بصورت شیمیائی تغییر نمیدهند و نوع دوم روکشهایی که تاثیر شیمیائی روی لوله دارند.
روکشهای نوع اول خود به چند دسته مختلف تقسیم میشوند که از آن جمله میتوان به روکشهای فلزی و غیر فلزی اشاره نمود. روکشهای نوع دوم نیز به دو دسته تقسیم میشوند که شامل روکشهای با تغییر شیمیائی و روکشهای با تغییر فیزیوشیمیایی میشوند. که در اینجا چند نمونه از روکشها معرفی میگردد: رنگ کاری، قیراندود کردن، رنگ زدن با اسپریهای تقویت شده با فلزهای گوناگون، روکش اتیل سیلیکات، Phosphating، Chromizing
۹. چدن (Cast Iron): ترکیبی از آهن و کربن که درصد کربن آن بالای ۲/۲ درصد است. انواع چدن شامل چدن خاکستری، چدن نشکن، چدن نرم، چدن سفید میباشد. پرکاربردترین نوع چدن، چدن خاکستری است. از مزیتهای آن میتوان به پائین بودن نقطه ذوب و ریخته گری آسان اشاره نمود. از این لولهها جهت انتقال آب و سیستم لوله کشی فاضلاب در فشارهای کم استفاده میشود.
لولههای چدنی دارای مزایا و معایبی میباشند که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
الف. مزایای لولههای چدنی:
- در برابر فشار وارده به جدارههای خارجی دارای مقاومت و استحکام خوبی هستند.
- فرسودگی این لولهها کمتر از لولههای فلزی است.
- میتوان براحتی از دستگاه تراکم هوا جهت باز کردن و رفع گرفتگی لوله استفاده نمود.
- قیمت لولههای چدنی نسبت به لولههای آهنی ارزانتر است.
معایب لولههای چدنی
- نصب لولههای چدنی نسبت به لولههای آهنی کندتر انجام میشود.
- لولههای چدنی به علت تاثیر مواد شیمیایی موجود در فاضلاب زنگ میزنند و جلوگیری از زنگ زدگی آنها میسر نمیباشد.
- داشتن وزن زیاد قطعات و تکثر اتصالات از معایب دیگر لولههای چدنی میباشد.
۱۰. شیشه برو سیلیکات (Borosilicate): برو سیلیکات قدیمی ترین نوع شیشه است که در مقابل حرارت و واکنشهای شیمیایی مقاوم میباشد و جهت ساخت شیشه دید سیال (Sight Glass)، شیشه گیج بویلر (Boiler Gauge Glass )، و مواردی از این قبیل مورد استفاده قرار میگیرد. از لولههای شیشهای در کاربرهای خاص دیگر نظر حمل مواد شیمیایی و آزمایشگاهها نیز استفاده میشود. لولههای شیشهای تهیه شده از جنس پیرکس (Pyrex)، نسبت به شوکهای حرارتی مقاوم هستند.
در کل فشار کارکرد لولههای شیشهای که میباشد. برای خطوط فرآیندی، در سایزهای قطر داخلی ۲/۱، ۱، ۲، ۳، ۴، و ۶ اینچ، با حداکثر دمای کارکرد ۲۳۲ درجه سانتیگراد وجود دارند که تا سایز ۳ اینچ برای محدوده فشار psi ۶۵، و سایز ۴ اینچ برای فشار psi ۵۰، و سایز ۶ اینچ برای فشار psi ۳۵ بکار میرود. بنابراین ملاحظه میشود که افزایش قطر منجر به کاهش فشار کارکرد میگردد.
۱۱. سایر مواد: موادی چون مس، آلومینیوم و سرب معمولا دارای مقاومت خوردگی و شیمیایی بیشتر، هدایت حرارتی بالاتر و مقاومت کششی بیشتر در دماهای بالاتر میباشند، معمولا قیمت این لولهها نیز گران تر میباشد.
لولههای مسی در دو نوع تولید میشوند که یکی جهت انتقال حرارت و دیگری جهت هدایت الکتریکی بکار گرفته میشود. لولههای مسی TPC هدایت الکتریکی خوبی دارند و از این رو در مصارف الکتریکی نظیر کابلشو استفاده میشوند. لولههای مسی DPL و DHP دارای قابلیت هدایت حرارتی بالا و جوشکاری مناسب هستند و در مبدلهای حرارتی استفاده میشوند.
از لولههای سربی در سیستمهای فاضلاب، هواکش ها، حمل مواد شیمیایی، واحد تولید یا بازیافت اسید سولفوریک، گازهای اسیدی و مواد شیمیایی خورنده استفاده میشود.
از لولههای آلومینیومی در رساندن هوای خشک به دستگاههای ابزار دقیق، گاز کلرو آمونیاک انیدرید سولفور، انتقال روغن و یا سوخت رسانی به موتور ماشینها استفاده میشود. از لولههای سیمانی و سفالی برای مجرای زیر زمینی و امور آب و فاضلاب استفاده میشود.
نظرات