لوله فولادی چیست ؟ بررسی انواع لوله فولادی و کاربرد آنها
دسترسی سریع به محتوای مقاله
لوله های فولادی مقاطعی طویل و توخالی با سطح مقطع دایره ای هستند که کاربرد اصلی آنها انتقال میعانات و گازها است و همچنین در ساخت و ساز نیز اغلب به کار برده می شوند. وجود روش های متنوع تولید لوله های فولادی سبب ایجاد تنوع در بین این مقاطع شده که هر یک مزایا و معایب خود را داشته و دامنه کاربردی خاصی را نیز شامل می شوند. در این مقاله با معرفی انواع لوله فولادی، استانداردهای تولید لوله، مزایا و کاربردهای انواع لوله های فولادی با ما همراه باشید. قیمت لوله داربست در سایت قابل مشاهده است.
لوله فولادی چیست ؟
لوله فولادی مقطعی استوانه ای بوده که می تواند دارای درز و یا بدون درز ساخته شود و کاربرد فراوانی در صنایع لوله کشی (Piping) شامل انتقال نفت، گاز، آب و سایر سیالات دارد. این لوله های فولادی معمولا در طول های 6 و 12 متر تولید شده و در همین طول ها نیز به کار برده می شوند. لوله های فولادی 6 متری اغلب برای مصارف لوله کشی صنعتی و لوله های فولادی 12 متری نیز به منظور استفاده در خطوط انتقال به کار برده می شوند. البته خود لوله های فولادی نیز انواع مختلفی داشته که در ادامه مفصل به آنها پرداخته خواهد شد.
انواع لوله فولادی
دسته بندی لوله های فولادی می تواند بر اساس معیار های متفاوتی انجام شود که دوتا از رایج ترین آنها، بر اساس وجود و یا عدم وجود درز جوش در لوله فولادی و یا بر اساس جنس لوله فولادی است. برای مشاهده وزن لوله ها در تمامی ابعاد و سایزها به این لینک مراجعه نمایید.
لوله های فولادی درز دار یا درز جوش
لوله های فولادی ای که به صورت ورق های استوانه ای در می آیند و در انتها لبه های آنها جوش داده می شوند را لوله های فولادی درز دار یا لوله فولادی درز جوش می نامند. این مرحله از جوشکاری می تواند به دو صورت انجام پذیرد که بر این اساس، انواع لوله های درز جوش تولید می شوند که به شرح زیر هستند:
- لوله فولادی درز دار طولی: این لوله ها دارای درز جوشی هم راستا با طول لوله فولادی دارند.
- لوله های فولادی اسپیرال: لوله های فولادی اسپیرال دارای درز جوش به صورت مارپیچ بوده که در واقع این جوشکاری مارپیچ یک فرآیند ثانویه به منظور اتصال لوله های فولادی با طول کوتاه تر به هم و ایجاد یک لوله طویل است.
لوله های فولادی بدون درز یا مانیسمان
نوع دیگری از لوله های فولادی وجود داشته که با توجه به فرآیند تولید آنها، به صورت بدون درز ساخته می شوند. این لوله ها را لوله فولادی مانیسمان نیز می گویند که بر نحوه تولید آنها دلالت دارد. لوله گوشتدار از این نوع اند. لوله های فولادی بدون درز بر اساس تنوع فرآیند تولید آنها به انواع زیر تقسیم می شوند:
- لوله فولادی بدون درز Mandrel Mill یا آسیاب و سنبه
- لوله فولادی مانیسمان
- لوله فولادی اکسترود شده
- لوله فولادی حاصل از ریخته گری گریز از مرکز
لوله استیل
لوله های استیل گونه ای از لوله های فولادی بوده که از جنس فولاد ضد زنگ هستند. بر اساس تنوع بین فولادهای ضد زنگ، لوله های استیل نیز به صورت زیر تقسیم بندی می شوند:
- لوله استیل فریتی
- لوله استیل آستنیتی
- لوله استیل مارتنزیتی
- لوله استیل داپلکس یا دو فازی
- لوله استیل رسوب سخت شده
فرآیند تولید انواع لوله فولادی
به طور کلی، لوله ها به دو صورت درز دار و یا بدون درز ساخته می شوند که در هر دو حالت، ابتدا مواد اولیه به شکل بلوم و بیلت در آمده تا پس از آن با نورد به شکل ورق در آیند. سپس این ورق ها به دو صورت درزدار و یا بدون درز لوله ها را تشکیل می دهند و در انتها نیز لوله ها در اندازه استاندارد برش زده می شوند.
تولید لوله فولادی درز دار
برای ساخت لوله فولادی درز دار، ابتدا ورق هایی فولادی از طریق فرآیند شکل دهی سرد تولید می شوند و به شکل استوانه در می آیند و لبه های آنها به هم نزدیک می شوند. سپس جریانی از بین دو لبه استوانه فولادی عبور داده می شود تا فولاد تا نقطه ای گرم شود که در آن، لبه ها بدون استفاده از مواد پرکننده جوش به یکدیگر متصل شوند تا یک پیوند ایجاد کنند. این روش، تولید لوله فولادی درز دار از طریق فرآیند جوشکاری الکتریکی مقاومتی است.
تولید لوله فولادی درز دار به روش جوشکاری مقاومتی خود شامل دو حالت جوشکاری القایی فرکانس بالا و جوشکاری تماسی با فرکانس بالا است. همچنین این مرحله جوشکاری می تواند به صورت جوشکاری قوس زیرپودری نیز انجام شود که از یک شار برای تولید گازهای محافظ و سرباره و افزودن عناصر آلیاژی به حوضچه جوش استفاده می کند. در این حالت نیز دو روش وجود داشته که یکی شامل جوشکاری زیرپودری در راستای طول لوله و دیگری جوشکاری زیرپودری به صورت مارپیچ است که حالت دوم، منجر به تولید لوله اسپیرال می شود. سپس درز جوش داده شده از یک غلتک فشار قوی عبور داده می شود که به ایجاد یک جوش محکم کمک می کند.
تولید لوله فولادی بدون درز
برای تولید لوله فولادی بدون درز از سه روش شامل آسیاب سنبه (Mandrel Mill)، مانیسمان و اکستروژن استفاده می شود. در فرآیند آسیاب سنبه، از یک شمش فولادی گرد استفاده می شود. بیلت در یک کوره اجاق دوار شارژ می شود. پس از تخلیه شمش از کوره اجاق دوار، یک سوراخ کوچک در انتهای آن ایجاد می شود. این فرورفتگی به عنوان نقطه شروع برای کمک به سوراخ کردن چرخشی عمل می کند. سوراخ کردن چرخشی یک فرآیند نورد بسیار سریع و پویا است که شمش از قبل گرم شده را با سرعت بالا بین دو رول بشکه ای شکل می چرخاند.
هنگامی که پوسته لوله سوراخ شده تولید شد، میله های سنبه در پوسته لوله سوراخ شده وارد می شوند و سپس به آسیاب سنبه منتقل می شوند و به شکل یک پوسته لوله با اندازه متوسط نورد می شوند. پوسته آسیاب سنبه پس از آن در یک کوره حرارتی مجددا گرم می شود تا بتواند فرآیند نورد نهایی را تکمیل کند و ابعاد نهایی و کیفیت ریز ساختاری خود را به دست آورد. در تولید لوله های فولادی بدون درز به روش مانیسمان، از غلتک های نورد استفاده می شود که یکی از آنها در بالای دیگری قرار داشته و در جهت مخالف جریان مواد عمل می کند.
تنها تفاوت بین فرآیند آسیاب مانیسمان و آسیاب سنبه در این است که در روش سنبه، قطر داخلی در یک عبور از سنبه به دست می آید در حالی که در مانیسمان، کاهش در چند مرحله اتفاق خواهد افتاد. در ساخت لوله فولادی بدون درز به روش اکستروژن، یک بیلت گرم شده در داخل قالب قرار می گیرد. یک ابزار هیدرولیک شمش را به سنبه سوراخ کننده فشار داده و مواد از حفره استوانه ای بین قالب و سنبه جریان می یابد. این عمل باعث تولید لوله از بیلت می شود. اطلاعات بیشتر در این باره را در تفاوت لوله درز دار و بدون درز بخوانید.
استاندارد انواع لوله فولادی
لوله های فولادی توسط استانداردهای مختلفی تولید می شوند. دو نمونه از مهم ترین این استانداردها، ANSI / API 5L و ASTM هستند. استاندارد ANSI / API 5L ساخت دو سطح محصول (PSL1 و PSL2) شامل لوله فولادی بدون درز و لوله فولادی جوش داده شده را برای استفاده در خط لوله حمل و نقل نفت و گاز طبیعی مشخص می کند. نوع PSL1 فقط مینیمم الزامات و خواص را مشخص می کند اما نوع PSL2 هم مینیمم و هم ماکزیمم الزامات و خواص را مشخص می کند. ماکزیمم خواص به خصوص در محیط های ترش و اسیدی مهم است. مثلا اگر ماکزیمم سختی در محیط های ترش از یک حد استاندارد زیادتر باشد، هیدروژن نفوذ کرده و باعث ایجاد ترک در لوله می شود.
استاندارد ASTM نیز انواع لوله ها و اتصالات فولادی را برای سرویس دهی در دمای بالا، مصارف معمولی و کاربردهای خاص مانند مصارف حفاظتی در برابر آتش، پوشش می دهد. بر اساس استاندارد ASTM، مشخصات لوله های فولادی، الزامات استاندارد برای لوله های دیگ بخار و سوپرهیتر، لوله های خدمات عمومی، لوله های فولادی در خدمات پالایشگاه، لوله های مبدل حرارتی و کندانسور، لوله های مکانیکی و ساختاری فهرست بندی می شوند.
در همین راستا، برخی از گریدها و استانداردهای ساخت لوله های فولادی به شرح زیر هستند:
- لوله فولادی گرید A به صورت نوردی و یا نرماله شده مطابق با استاندارد API 5L PSL1
- لوله فولادی گرید B و گریدهای X42 تا X70 به صورت های نوردی، نرماله، ترمومکانیکال و نرمال-تمپر مطابق با استاندارد API 5L PSL1
- لوله فولادی گرید X42N تا X60N، X42Q تا X100Q و X42M تا X120M به صورت های نورد نرماله شده، کوئنچ-تمپر و نورد ترمومکانیکال مطابق با استاندارد API 5L PSL2
- استاندارد ASTM A53 مربوط به لوله های فولادی درز دار و بدون درز
- استاندارد ASTM A106 مربوط به لوله های فولادی بدون درز برای کاربردهای دما بالا
- استاندارد ASTM A333 مربوط به لوله های فولادی بدون درز برای کاربردهای دما پایین
- استاندارد ASTM A134 مربوط به لوله های فولادی درز دار ساخته شده به روش جوشکاری قوس الکتریکی
- استاندارد ASTM A135 مربوط به لوله های فولادی درز دار ساخته شده به روش جوشکاری مقاومتی
کاربرد انواع لوله فولادی
لوله های فولادی با توجه به سایز، ضخامت، استاندارد تولید و نیز جنس آنها دارای کاربردهای متنوعی بوده که در ادامه به برخی از مهم ترین کاربردهای لوله فولادی اشاره می کنیم:
- انتقال سیالات: شاید بتوان گفت که اصلی ترین کاربرد لوله های فولادی، انتقال سیالات است. انواع لوله های فولادی در آبرسانی شهری، آب و فاضلاب، صنایع پتروشیمی و نیز خطوط انتقال نفت و گاز به کار برده می شوند.
- کاربردهای ساختمانی: لوله های فولادی که به عنوان تیوب های فولادی نیز شناخته می شوند، استحکام بیشتری را به فونداسیون ها می دهند و به طور گسترده در پروژه های ساختمانی استفاده می شوند.
- شمع های ساختمانی: لوله های فولادی در فرآیندی به نام شمع بندی، استحکام پایه ها را فراهم می کنند. در این کاربردها، لوله قبل از گذاشتن فونداسیون به عمق زمین هدایت می شود و برای یک ساختمان مرتفع یا ساخت و ساز در زمینی که ایمن نیست، پایداری ایجاد می کند.
- تیرهای داربست: تیرهای داربست با اتصال لوله های فولادی به یکدیگر از طریق پیچ و مهره ساخته می شوند که به کارگران ساختمانی اجازه می دهد به مناطقی بالاتر از سطح زمین دسترسی پیدا کنند.
- صنعت نفت: از لوله های فولادی در صنعت نفت به منظور پوشش چاه نفت و تجهیزات پالایشگاه نفت استفاده می شود.
- دودکش ها: لوله های فولادی مخصوصا از نوع ضد زنگ، برای کاربردهایی نظیر خروج گازهای سمی از کوره ها و یا اگزوز خودروها به کار برده می شوند.
- ساخت مخازن ذخیره فشار قوی: لوله های فولادی در ساخت مخازن فشار قوی در ابعاد کوچک به کار برده می شوند اما مخازن تحت فشار در ابعاد بزرگ توسط ورق های فولادی ساخته می شوند.
- ساخت بدنه دوچرخه: بدنه بسیاری از دوچرخه ها از خم کاری لوله ها و تیوب های سایز پایین ساخته می شوند.
- لوله های فولادی برای اکثر کاربردها در زمینه پزشکی از جمله ترمیم استخوان های شکسته، تجهیزات پزشکی، ابزار جراحی، درمان های دندانپزشکی و حتی کمک های دارویی استفاده شده است. تطبیق پذیری فولاد گواهی بر دوام، محافظت و سازگاری آن است.
مزایای لوله فولادی
لوله های فولادی به عنوان یکی از پر کاربردترین مقاطع صنعتی، دارای مزایایی به شرح زیر هستند:
- استحکام بالا و ایمنی: همه ما می دانیم که فولاد یک ماده پرکاربرد است زیرا بادوام و ایمن است و استحکام بسیار بالایی را ارائه می دهد. بنابراین لوله های فولادی نیاز به استحکام بالا را تامین می کنند. همچنین، لوله های فولادی در برابر ضربه و لرزش بسیار مقاوم بوده و نوسان فشار آب و یا فشار ناشی از ضربات مکانیکی تأثیر کمی بر روی لوله فولادی دارد. در نتیجه این لوله ها از ایمنی بالایی برخوردار بوده که آنها را برای انتقال سیالات خطرناک و قابل اشتعال بسیار مناسب می گرداند.
- قابلیت بازیافت و حفظ محیط زیست: فولاد قابل بازیافت است. محصولات فولادی را می توان بارها و بارها بدون از دست دادن کیفیت آنها بازیافت کرد. تقریباً نیمی از فولاد جهان به روش کوره الکتریکی تولید می شود که از ضایعات بازیافتی استفاده می کنند.
- مقرون به صرفه: برای هر فشار معینی، لوله های فولاد را می توان بسیار نازک تر از لوله های ساخته شده از مواد دیگر تولید کرد، بنابراین ظرفیت حمل بیشتری نسبت به لوله های تولیدی با مواد دیگر و با قطر مشابه دارند.
- دوام، پایداری و تطبیق پذیری: استحکام بی نظیر لوله های فولادی طول عمر آنها را افزایش می دهد و نیاز به تعویض و تعمیر را کاهش می دهد. تطبیق پذیری آن نیز باعث مقرون به صرفه شدن آن می شود.
- مقاوم به خوردگی: لوله های فولادی در صورتی که از جنس فولاد ضد زنگ باشند، مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی از خود نشان می دهند که آنها را برای انتقال سیالات خورنده و یا استفاده در محیط های شور و خورنده مناسب می گرداند.
سوالات متداول
1- انواع لوله فولادی کدام اند؟ کدام بهتر است؟
لوله های درز دار یا درز جوش و لوله های بدون درز یا مانیسمان. لوله های بدون درز استحکام، دوام و قیمت بالاتری دارند.
2- استاندارد لوله های مورد استفاده در خطوط نفت و گاز چیست؟
استاندارد API 5L با دو سطح PSL1 و PSL2