راهنمای جامع خرید لوله فولادی

طبقه بندی لوله های فولادی

یکی از مهمترین موضوعاتی که پیش از خرید هر کالایی باید به آن توجه کرد داشتن دانش کافی در خصوص آن محصول می باشد و خرید لوله فولادی نیز از این قاعده مستثنی نیست. در این مقاله قصد داریم هر آنچه خریداران بایستی در خصوص این محصول پیش از خرید بدانند اعم از طبقه بندی لوله فولادی از نظر نامگذاری، سطح تولید، استحکام مکانیکی، روش تولید، تحمل فشاری، محاسبات وزن، مشخصات ابعادی لوله ها و کلاسه بندی ضخامت به طور جامع شرح دهیم.

طبقه بندی از نظر نامگذاری

الف) لوله

لوله یک استوانه توخالی است که برای انتقال مواد قابل جریان مانند مایعات، گازها و سایر سیالات به کار گرفته می شود. در مسیرهای کوتاه با شرایط خاص برای انتقال جامدات نیز استفاده می شوند و از جنس های متفاوتی مانند فولاد، چدن، بتن، فایبرگلاس، پلی اتیلن و … ساخته می شوند.

ب) تیوب

تیوب تعریف کلی آن مانند لوله است ولی دارای تفاوت های زیر است

• کاربرد تیوب ها برای انتقال بخار در فشار و دمای بالا است و در بویلرها ، کوره ها، مبدل های حرارتی و … استفاده می شوند.
• تیوب ها بدون درز بوده و معمولا تا قطر ۱۲ اینچ ساخته می شوند.
• تیوب ها دارای طول مشخصی نمی باشند.
• ضخامت تیوب ها در سرتاسر طول تیوب یکسان می باشد.
• قطر اسمی خارجی تیوب ها با قطر واقعی آن ها یکسان است ولی در لوله ها تا قطر ۱۴ اینچ قطر واقعی با قطر اسمی آن ها متفاوت است.

برای مثال تیوب ۶ اینچ دارای قطر خارجی ۶ اینچ است ولی لوله ۶ اینچ دارای قطر واقعی ۶٫۶۲۵ اینچ است.

طبقه بندی بر مبنای سطح تولید

استاندارد API5L لوله های انتقال نفت و گاز را به دو گروه زیر تقسیم کرده است

الف) تولید لوله های سطح یک (PSL1)

لوله های سطح یک همان طوری که در جدول ۱-۲ درج شده است به آزمایشات زیادی نیاز ندارند و در جاهایی که فشار و حساسیت کار کم باشد از آن ها استفاده می کنند.

ب) تولید لوله های سطح دو (PSL2)

لوله های سطح دو با دقت و کنترل بیشتری تولید می شوند. از این لوله ها برای فشارهای بالا و انتقال فرآورده های حساس و خطوط اصلی انتقال نفت و گاز استفاده می شود.

اختلاف این دو سطح تولید به طور عمده شامل موارد زیر است:

محدوده رتبه و قطر ، نوع جوشکاری درز طولی، برای جوش های مقاومت الکتریکی مقدار فرکانس و لزوم عملیات حرارتی، حداکثر عناصر کربن، فسفر، سولفور، درصد معادله کربنی، محدود کردن تنش کششی و تسلیمی و لزوم آزمایش مقاومت به ضربه، آزمایشات عیب یابی غیر مخرب، صدور گواهینامه تولید و روش ردیابی همچنین ممنوعیت تعمیر با عملیات جوشکاری در بدنه و درز طولی جوش های مقاومت الکتریکی و تائید روش تولید

طبقه بندی بر مبنای استحکام مکانیکی (کششی)

این طبقه بندی بر مبنای حداقل استحکام تسلیمی (رتبه لوله فولادی ) انجام شده است. برای لوله های سطح دو حداقل و حداکثر تنش تسلیمی و گسیختگی در جدول آورده شده است. این داده ها در محاسبات طراحی فشار خطوط لوله؛ انتخاب صحیح الکترودهای جوشکاری و پارامترهای دیگر تاثیر دارند.

برای لوله های سطح یک به حداقل تنش تسلیمی و گسیختگی اکتفا شده است. برای درک بهتر مطالب فوق مثال زیر موضوع طبقه بندی لوله ها را روشن تر می کند. فرض کنیم در یک فرم سفارش مشخصات لوله فولادی به شرح زیر نوشته شده است.

API5LPSL2SAWL56-0.812-X70

این مشخصات به شرح زیر تفسیر می شود:

• استاندارد تولید لوله، انستیتو نفت آمریکا (API5L)
• سطح ۲ تولید
• جوش زیرپودری درز مستقیم
• قطر لوله ۵۶ و ضخامت آن ۰٫۸۱۲ اینچ
• رتبه آن ایکس ۷۰ می باشد

با توجه به مشخصات فوق و مراجعه به جدول تنش تسلیمی بین ۴۸۵ تا ۶۳۵، تنش گسیختگی ۵۷۰ تا ۷۶۰ مگاپاسکال و درصد افزایش طول ۲۲% و حداکثر عناصر شیمیایی آن نیز در استاندارد مربوطه درج گردیده است.

طبقه بندی لوله ها بر مبنای استحکام مکانیکی (کششی)

تقسیم بندی بر مبنای روش تولید

لوله فولادی از نظر ساخت به دو دسته زیر تقسیم می شوند

لوله بدون درز

این لوله ها با استفاده از شمش با مقطع دایره یا مربع مستطیل و با حرارت و کشش و عبور از غلتک ها بدون جوش تولید می شوند. جهت رسیدن به ابعاد لازم و یکنواخت عملیات شکل دهی ممکن است در دو مرحله انجام گیرد. مرحله اول پس از گرم کردن شمش ها در کوره دوار توسط قالب و پرس عمودی و شلیک سمبه ماتریس از غلتک های مخصوص عبور می دهند و پس از رسیدن به شکل اولیه (تبدیل شمش به لوله مادر) دوباره لوله های مادر در کوره گرم می شوند و بستگی به قطر و ضخامت مورد درخواست از غلتک های مخصوص تحت نورد و کشش عبور داده می شوند تا به اندازه مورد نظر برسند.

لوله های بدون درز از استحکام بیشتری نسبت به لوله های جوشی برخوردارند.

این لوله ها را نیز به نام دانشمندی آلمانی که اولین بار در قرن ۱۹ این لوله ها را ساخت لوله مانیسمان می نامند.

لوله درز جوش

لوله هایی که یک یا دو جوش طولی داشته باشند لوله های جوشی گفته می شوند. جهت ساخت این لوله ها از ورق فولادی تخت یا کلاف به عنوان ماده اولیه استفاده می شود.

بعد از شکل دهی و تبدیل ورق به (O) کامل ، درز طولی آن ها معمولا به یکی از روش های جوش و یا تلفیقی از دو روش جوشکاری می شوند. لوله های جوشی از نظر طولی به دو گروه زیر تقسیم می شوند

لوله درز مستقیم

لوله های درز مارپیچی

تقسیم بندی لوله ها از نظر تحمل فشاری

الف- روش وزنی

در چاپ قدیمی استانداردهای ASME و ASTM برای هر لوله با قطر اسمی مشخص، به صورت استاندارد (STD) وزن مشخصی را تعریف کردند و برای فشارهای معینی در نظر می گیرند. لوله هایی را که یک برابر تقویت می شوند ضخامت آن ها افزایش می یابد و با نام (XS) و لوله هایی که دو برابر تقویت می شوند ضخامت آن ها را نیز افزایش می دهند و (XXS) می نامند.

محاسبه وزن لوله ها

به طور کلی محاسبه وزن مواد جامد که شکل هندسی معینی دارند از حاصل ضرب حجم در وزن مخصوص آن ماده به دست می آید. در رابطه با محاسبه وزن لوله ها نیز معیار کلی قابل پذیرش است. ولی بعضی از استانداردها جهت سهولت محاسبه فرمول های یا جداولی مانند جدول شماره ۴-۳ با خطای ۰٫۰۱ به کار می گیرند.

رابطه های زیر توسط انیستیتو نفت آمریکا برای محاسبه وزن لوله ارائه شده است

برای محاسبه یک فوت طول لوله به پوند، که در آن D قطر لوله و T ضخامت لوله به اینچ است طبق رابطه زیر محاسبه می شود:

W= 10.69 (D – T) T

برای محاسبه یک متر لوله به کیلوگرم که در آن D قطر لوله و T ضخامت لوله به میلی متر است، طبق رابطه زیر محاسبه می شود

W= 0.02466 (D-T) T

ضخامت های میانی: اگر در محاسبات طراحی به ضخامت خارج از جدول استاندارد برسند و حجم سفارش زیاد باشد کارفرما اختیار انتخاب ضخامت میانی را دارد.

تقسیم بندی بر مبنای مشخصات ابعادی لوله ها

از قطر ۱۲ اینچ و پایین تر، قطر اسمی (NSP) و قطر خارجی (OD) لوله ها یکسان نمی باشند و قطر واقعی بیشتر از قطر اسمی است. به عنوان مثال لوله ای با قطر اسمی ۱۲ اینچ ، قطر واقعی آن ۱۲٫۷۵۰ اینچ می باشد.

از قطر ۱۴ اینچ به بالا قطر خارجی لوله با قطر اسمی آن ها برابر است.

در این طبقه بندی استفاده از اصطلاحات مشروحه زیر ضروری است.

• قطر اسمی لوله به اینچ (NPS) Nominal pipe size
•  قطر اسمی لوله به میلی متر (DN) Diameter nominal
• قطر داخلی لوله (ID) Inside diameter
• قطر خارجی لوله (OD) Outside diameter
• ضخامت (WT) Wall thickness
• طول (L) Length
• پخ یا آرایش دو سر لوله (Bevel) End preparation

روش کلاسه بندی ضخامت (اسکچول)

کلاسه بندی ضخامت لوله ها (شماره اسکچول) : این روش به منظور سهولت در کار بازرگانی استفاده می شود و فرمول محاسبه آن به شرح زیر است:

در این فرمول عدد ۱۰۰۰ ثابت، P فشار بهره برداری، S استحکام تسلیمی لوله و  A) ( schedule number است که با مراجعه به جدول شماره یک استاندارد M ASME 36.10 مشخصات کامل لوله مورد نظر استخراج می گردد.

در صورت عدم مطابقت عدد حاصل از رابطه فوق بایستی به عدد بالاتر گرد شود. مانند مثال زیر:

لوله ای به قطر اسمی ۶ اینچ با رتبه X42 برای فشار طراحی ۱۵۲۰ psi مورد نیاز است. اسکچول و ضخامت آن طبق فرمول فوق و جدول ۴-۲ به شرح زیر محاسبه می شود.

نظر به اینکه عدد حاصل در محاسبات فوق اسکچول ۳۶ در جدول موجود نیست عدد بالاتر آن ۴۰ انتخاب می گردد و ضخامت آن ۰٫۲۸۰ اینچ منظور می شود.