جدول تحمل لوله‌های فولادی موضوعی است که به مقاومت و تحمل حداکثر فشارهای داخلی و خارجی لوله‌های فولادی اشاره دارد. این تحمل فشار به نام ظرفیت بار نیز شناخته میشود. ظرفیت بار به حداکثر وزن یا باری اشاره دارد که یک لوله فولادی میتواند بدون شکست یا تغییر شکل پشتیبانی کند. تحمل فشار لوله های فولادی با توجه به سایز و کاربردشان نسبت به هم متفاوت است. به عنوان مثال تحمل فشار یک لوله خطوط انتقال آب با میزان ظرفیت و تحمل لوله گلخانه متفاوت است. این مقاله قصد داریم تا به میزان تحمل و مقاومت لوله‌های فولادی در مقابل فشارهایی که به آن تحمیل میشود بپردازیم. پس با ما همراه باشید.
میزان تحمل فشار لوله‌های فولادی به عوامل مختلفی بستگی دارد. از جمله:
- نوع لوله
- سایز و اندازه لوله
- ضخامت دیواره لوله
- استاندارد تولید
- نوع جوش
- نوع ماده‌ای که از داخل لوله عبور میکند
- حجم ماده‌ای که از داخل لوله عبور میکند
- محیطی که لوله در آن قرار می‌گیرد
- وزن لوله (می توانید از محاسبه آنلاین وزن لوله را بدست بیارید)
تمام این موارد بر قیمت نهایی خرید لوله گالوانیزه فولادی تاثیر مستقیم دارند. واحد اندازهگیری تحمل فشار لوله‌های فولادی بر اساس واحد اندازهگیری PSI است. توجه داشته باشید که میزان فشار و دمای لولهها به یکدیگر وابسته‌اند. یعنی هر زمان که فشار افزایش پیدا کند، دمای قابل تحمل آن کاهش پیدا میکند.
میزان فشار قابل تحمل برای لوله های فولادی چقدر است؟
میزان فشار قابل تحمل برای لوله های فولادی، با توجه به نوع متفاوت است. در واقع این میزان برای لوله‌های درزدار و بدون درز (مانیسمان) عدد متفاوتی است. همچنین میزان تحمل فشار بین لوله های سیاه درزدار و لوله‌های گالوانیزه نیز متفاوت است.
-
میزان تحمل لوله‌های فولادی مانیسمان
به طور کلی ظرفیت تحمل فشار لوله‌های بدون درز فولادی (مانیسمان) بیشتر از لوله‌های فولادی درزدار است. چون در تمام سطح لوله ضخامت یکنواخت‌تری دارند و عاری از عیوب جوشکاری لوله فولادی مانند درز جوش هستند. مقدار تحمل فشار و ظرفیت بار در لوله‌های مانیسمان به عوامل مختلفی مثل قطر، ضخامت دیواره، طول لوله، ساختار، نوع بارگذاری و درجه خلوص فولاد، بستگی دارد. به همین دلیل قیمت لوله مانیسمان در تمام رده‌ها گران‌تر از لوله‌های درزدار است.
حقیقت این است که لوله‌های مانیسمان برای تحمل فشار بالا طراحی شده‌اند. ظرفیت بار و تحمل فشار لوله‌های مانیسمان با توجه به ابعاد و ویژگی‌های خاص لوله از چند صد psi تا چندین هزار psi میتواند متغیر باشد. این لولهها برای مواردی که فشار داخلی به بدنه لوله خیلی بالاست، استفاده میشود. مثل صنعت حمل و نقل، صنایع نفت‌و‌گاز، پردازش شیمیایی و تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرند.
آنچه که مسلم است، فولاد (آهن) رسانای خوبی برای حرارتی است و میتواند دماهای بالا را برای مدت‌زمان کوتاهی تحمل کند. با این حال، چنانچه فولاد به صورت مداوم در معرض دماهای بالا قرار بگیرد، ممکن است استحکام و یکپارچگی ساختاری خود را از دست بدهد.
-
میزان تحمل دما و فشار انواع لوله درزدار (داربستی)
لوله‌های درزدار، لوله های سیاهی هستند که از نورد ورق های فولادی شکل می گیرند که 2 لبه ورق در محل اتصال، جوش می خورند. ظرفیت بار و تحمل فشار این لولهها نیز به عوامل مختلفی از جمله جنس لوله، قطر لوله، ضخامت دیواره لوله و نوع سیستم پروژه مورد استفاده بستگی دارد.
لوله‌های درزدار، فشار تا 900 کیلوگرم (2000 پوند) را به راحتی تحمل میکنند. بدون آنکه آسیبی ببینند یا درز جوش آنها باز شود. به طور کلی میزان مقاومت ایستایی و تحمل فشار لوله‌های سیاه درزدار با توجه به استانداردهای تولید ممکن است تغییر کند. مثلا در استاندارد API 5L برای لوله‌های فولادی مورد استفاده در انتقال مواد نفتی و گازی، تحمل فشار با گروه‌ها و کلاس‌های مختلف تفاوت دارد. همچنین لوله سیاه فولادی (داربستی) از جنس فولاد میتواند تا 450 درجه سانتی‌گراد و حتی بیشتر از این مقدار را به‌خوبی تحمل کند. در دمای بالاتر از این مقدار، خواص مکانیکی لوله فولاد کربنی افت و تغییر می کند. اما همچنان قادر است تا مدت زمان طولانی به صورت متناوب کار کند.
با توجه به خواص مکانیکی ضعیف‌تر لوله‌های درزدار فولادی مانند استحکام، تحمل فشار و غیره و تفاوت آنها با لوله‌های مانیسمان قیمت روز این نوع از لولهها ارزان‌تر است. البته این خواص مکانیکی کمتر به معنای عدم مناسب بودن این لوله نیست؛ بلکه این لولهها با توجه به کاربرد اختصاصی آنها که داربست بندی است، خواص مناسب و قابل قبولی دارند.
-
میزان تحمل دما و فشار لوله گالوانیزه
لوله های گالوانیزه لوله های بسیار مقاومی هستند که طی فرایند گالوانیزاسیون لوله‌های سیاه درزدار (داربستی) تولید می‌شوند. از مزایای لوله‌های گالوانیزه می‌توان به مقاومت بسیار بالای آنها در برابر رطوبت، خوردگی، حرارت، سایش، ضربه و سایر آسیب‌های محیطی اشاره کرد.
با توجه به اینکه پوشش گالوانیزه، یک پوشش فلزی است که تمام سطح لوله را می‌پوشاند، لوله‌های گالوانیزه‌ای که با گالوانیزاسیون لوله‌های درزدار تولید می‌شوند، به علت داشتن خط درز و جوش، مقاومت بیشتری نسبت به لوله های سیاه درزدار دارند. اما از لوله های مانیسمان تحمل فشار کمتری دارند و اگر فشار بیش از ظرفیت بار لوله باشد، ممکن است لوله ترک خورده و بترکد. از جمله لوله‌های گالوانیزه درزدار می‌توان به لوله های گالوانیزه گلخانه اشاره کرد. عموما از این لوله ها به عنوان ستون و پایه استفاده میشود و فشار خارجی بر آنها تحمیل می‌گردد. این لوله ها عموما بین 1.8 تا 3.5 اینچ هستند. در نتیجه می توان گفت که وزن لوله گلخانه نسبت به لوله های گالوانیزه صنعتی کمتر است. در نتیجه تحمل فشار کمتری هم نسبت به سایر لوله های گالوانیزه دارند.
در مقابل لوله ای مانیسمانی که گالوانیزه می شوند، مقاومت بیشتری نسبت به لوله‌های سیاه مانیسمان دارند و خاصیت ضد انفجاری پیدا میکنند. این لوله ها جزو محکمترین لوله‌های داخل بازار است و میزان تحمل فشار و دمای بسیار بالا و بی نظیری دارد.
جدول تحمل فشار انواع لوله فولادی
|
جدول تحمل فشار لوله های فولادی |
|||||
|
دما |
تنش مجاز |
||||
|
در دمای آنیل شده |
در دمای سخت کاری فولاد |
||||
|
F˚ |
˚C | psi | Mpa | Mpa | psi |
| 100 | 38 | 6000 | 41 | 10300 |
71 |
|
150 |
65 | 5100 | 35 | 10300 | 71 |
| 200 | 94 | 4900 | 34 | 10300 |
71 |
|
250 |
121 | 4800 | 33 | 10300 | 71 |
| 300 | 150 | 4700 | 32 | 10000 |
69 |
|
350 |
177 | 4000 | 27 | 9700 | 66 |
| 400 | 205 | 3000 | 20 | 9400 |
64 |
اهمیت تعیین فشار کاری لوله های فولادی چیست؟
قطعا از لوله های فولادی برای انجام کار یا عبور مواد استفاده می شود. با توجه به اهمیت عملکرد لوله ها، به خصوص در صنایع مهم، هر عاملی که باعث آسیب به لوله شود، باید بررسی گردد. تحمل فشار و دمای لوله‌های فولادی در تمام صنایع، به ویژه در صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، نیروگاه‌ها، صنایع حمل و نقل، ساخت و ساز و صنایع تولید و فرآوری، اهمیت بسیاری دارد.
میزان تحمل لوله‌های فولادی، امنیت و عملکرد ایمن در سیستم‌ها و فرآیندهای صنعتی را تضمین میکند. لولهها با تحمل فشار و تحمل حرارت مشخص به صورت پایدار و بدون آسیب دیدگی عمل میکنند. این شرایط خطر انفجار یا خرابی ناگهانی را کاهش می‌دهند و پروژه شما بدون خسارت مالی و جانی برای مدت زمان خیلی طولانی کار میکند.
به عنوان مثال اگر یک لوله خط انتقال آب، نتواند حجم آب و فشار جریان آن را در زیر زمین تحمل کند، می ترکد و حجم زیادی از آب هدر می رود. همچنین می تواند به خاک و زمین اطراف آسیب برساند. همچنین اگر ساختمانی در نزدیکی آن باشد، نیز ممکن است دچار خسارت شود.
یا چنانچه لوله‌های خطوط گاز نتوانند فشار و دمای مورد انتظار را تحمل کنند، خرابی، نشت و حتی انفجار رخ می‌دهد و منجر به خسارات مالی و جانی شدید خواهد شد. علاوه بر آن میتواند عاملی برای آلودگی محیط زیست باشد.
یکی دیگر از دلایل اهمیت تعیین مقدار تحمل برای لولهها، فلنجها هستند. فلنجها یک عضو ضعیف در سیستم‌های لوله‌کشی هستند. هر گونه شکستگی و خرابی در سیستم به این معنی است که فلنج در سیستم دچار مشکل شده است. در صورت بروز مشکل در یک قسمت، کل سیستم دچار اختلال میشود. در اینجا اهمیت آگاهی از فشار و دما مشخص میشود.
شیوه‌های محافظت از سیستم لوله کشی در برابر دما و فشار بالا
از جمله عواملی که سیستم‌های لوله کشی را در خطر قرار می‌دهد، این است که نتوانند فشار وارده را تحمل کنند. از این باید جهت ایمنی لوله و جلوگیری از ترکیدن ناشی از فشار داخلی، از آن محافظت کرد. چند مورد از روش‌های محافظت از لوله‌های فولادی به شرح زیر است:
-
پوشاندن سطح خارجی لوله در لوله‌کشی ها
در لوله‌هایی که به صورت توکار نصب می‌شوند، به دلیل جذب فشار توسط گچ و بتن موجود در اطراف لولهها، عامل فشار و انبساط حرارتی حذف می‌شوند. از این رو، توصیه میشود که در محل انشعابات یا در محل تغییر مسیر لولهها، از فوم یا اسفنج استفاده کنید.اما در سیستم‌های لوله‌کشی روکار باید تمامی اصول و استانداردهای لازم را رعایت کرد. برای جلوگیری از افزایش فشار و دمای سیستم لوله کشی از متعادل کننده‌های انبساط حرارتی استفاده میکنند.
-
استفاده از لوپ انبساطی
یکی از روش‌های متعادل سازی حرارتی، استفاده از لوپ انبساطی است. این روش، فشار وارد بر سیستم را کنترل میکند و تغیرات ناشی از تغییرات دمایی را در سیستم لوله‌کشی کاهش می‌دهد.
-
خم L
ایجاد خم L در لوله، باعث میشود تا انبساط طولی ناشی از دمای بالا، به لوله آسیب وارد نشود شده و فضا را برای حرکت محوری لوله فراهم میکند. البته لازم به ذکر است که این روش در مسیرهای بیش از 3 متر قابلیت استفاده ندارد. در نتیجه بهتر است لوپ U شکل جایگزین آن شود.
-
استفاده از لولهها و اتصالات با ضریب انبساط حرارتی کمتر
استفاده از لولهها و اتصالات با ضریب انبساط حرارتی کمتر، باعث کاهش جابه‌جایی و تغییر طول در برابر تغییرات دمایی خواهد شد. مثل استیل، چدن و یا استنلس استیل.
-
استفاده از بست
استفاده از بست‌های ثابت دیواری به تثبیت لولهها و اتصالات آن کمک میکند. با این روش، لوله در جای خود ثابت می‌ماند و در اثر تنش‌ها و فشارهای داخلی جابجا نمی‌شود و احتمال آسیب دیدن آن بسیار کاهش می‌یابد. دقت داشته باشید که برای جلوگیری و خنثی شدن تنش‌ها، بست‌ها باید در فاصله‌های منظم و یکسان قرار بگیرند.
محاسبه تحمل فشار لوله های فولادی و گالوانیزه براساس استاندارد ASME B31.3
استانداردهای ASME (انجمن مهندسان مکانیک آمریکا)، میزان درجه بندی فشار و دمای استاندارد برای آلیاژهای گوناگون مثل فلنج و دیگر اتصالات را مشخص میکند. بر اساس این استاندارد، فشار طراحی مشخص شده برای هر یک از اجزا در سیستم‌های لوله‌کشی نباید از فشار سخت‌ترین شرایط دمایی و فشاری (حداقل و حداکثر) کمتر باشد. دشوارترین شرایطی که برای لوله وجود دارد در نهایت منجر به تعیین ضخامت و کلاس فشاری برای اجزای سیستم لوله کشی میشود. لوله ای که در تست استاندارد آسیب ببیند از دایره توزیع خارج میشود.
یک طراح ساختمان و یک مهندس تاسیسات لوله‌کشی، باید اطلاعات کافی در زمینه پایپینگ، انواع اتصالات لوله و اصول مرتبط با آن داشته باشد تا بتواند بر اساس آن تشخیص دهد که چه میزان دما و فشاری برای لوله‌های سیستم لوله کشی مد نظرش، مورد انتظار است. در نتیجه ضخامت آن را تعیین کند. بنابراین یک نتیجه مشخصی وجود ندارد و باید بر اساس هر منطقه تعیین شود. فراموش نکنین هر لوله فولادی برای استفاده در هر سیستم لوله کشی مناسب نیست. عدم توجه به این موضوع منجر به بروز خسارات و از بین رفتن سیستم لوله‌کشی میشود.
جهت محاسبه دما و فشار لولهها از فرمول‌های استاندارد ASME B31.3 استفاده می‌کنیم. که به شرح زیر است:
t = PD/(2(SE+PY))
هر کدام از این حروف بدین معناست:
t = ضخامت لوله
P = فشار داخلی لوله
D = قطر خارجی لوله
S = تنش کششی مجاز
E = فاکتور کیفیت لوله طبق استاندارد ASME 31.3
Y = ضریب ضخامت طبق استاندارد ASME 31.3
Y = 0.5 برای لوله‌های نازک ، Y < 0.5 برای لوله‌های ضخیم
نکته: ضریب Y وابسته به نوع ماده، دما و ضخامت است.
سخن پایانی
انواع مختلفی از لولهها در بازار موجودند. مثل لوله گالوانیزه، لوله فولادی و…. هر کدام از این لولهها در ابعاد و ضخامت‌های مختلف و با شکل‌های مختلف نقش مهمی در شبکه انتقال آب، سیالات و گازها در بسیاری از صنایع ایفا میکند. مقدار تحمل فشار حاصل از جریانات داخلی لوله و تغییرات دمایی به ضخامت بدنه، طول لوله، جنس لوله و آلیاژ استفاده شده در آن بستگی دارد. مقدار فشار ورودی طبق واحدی به نام PN بر حسب بار اندازهگیری میشود.
میزان تحمل لوله های فولادی در مقابل فشار ورودی متفاوت است. حتی ممکن است در بعضی از آنها سبب شکستگی و ترکیدن لوله ها شود. چنین اتفاقات ناگواری می تواند منجر به ایجاد خسارات مالی به ساختار پروژه، اختلال در عملکرد پروژه و هزینه بالای تعمیرات شود. همچنین می تواند باعث خسارات جانی شده و افراد در اثر انفجار لوله جان خود را از دست بدهند. راهکارهای متفاوتی برای جلوگیری از بروز این مشکلات و آسیب به لولهها وجود دارد که در مقاله بالا به آن پرداختیم. توجه به استانداردها و رعایت آن میتواند به ایجاد یک سیستم لوله کشی درست و ایمن کمک کند.
