لوله وسیله ای است که از آن برای انتقال منظم جریان سیال استفاده میشود. لوله کشی در صنایع فرآیندی و پالایشگاهی، مصارف شهری و انتقال آب و فاضلاب، نیروگاه ها، جایگاه های سوخت، سیستم ها و تأسیسات گرمایشی و سرمایشی، کلیۀ کارخانجات و آزمایشگاه ها و… کاربرد گسترده ای دارد. جنس مواد سازنده ی لوله ها معمولاً از فولاد، فولادهای آلیاژی، مس، آلومینیوم، برنج، مواد پلیمری، پلاستیک مانند PVC و … می‌باشد.
جنس لوله ها
انتخاب جنس مناسب برای لوله از لحاظ مقاومت لوله و عمر کارکرد آن از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در این انتخاب باید عوامل مختلفی نظیر شرایط محیطی کارکرد لوله، دما و فشار سیال عبوری و خورندگی سیال در نظر گرفته شود. در این زمینه استاندارهای مختلفی وجود دارد که استاندارد های API و ASTM مهمترین استانداردها در زمینۀ انتخاب جنس لوله هستند.
اغلب لوله های مورد استفاده در صنعت از جنس فولاد هستند. لوله های فولادی معمولاً به دو صورت درز دار و بدون درز ساخته می‌شوند. لوله های درزدار به وسیلۀ اتصال پلیت های خم شده و لوله های بدون درز به صورت اکسترودینگ توسط قالب های مختلف تولید می‌شوند.
لوله های پلاستیکی عمر زیادی داشته و در برابر خوردگی و مواد شیمیایی مقاوم هستند. همچنین به علت انعطاف پذیری که دارند، فرآیند لوله کشی را تسهیل می‌کنند و در خیلی از موارد بدون نیاز به اتصالات می‌توانند تغییر زاویه دهند. اصولاً برای انتقال مایعات خورنده مثل اسیدهای معدنی، گازهای خورنده و ترکیبات شیمیایی از لوله های پلاستیکی استفاده میشود. هرچند که امروزه به علت ارزان بودن این لوله ها و سبک بودن و انعطاف پذیری بیشتر آنها، در لوله کشی های مربوط به آب و تأسیسات خانگی هم از لوله های پلاستیکی استفاده می‌کنند.
انواع مواد سازندۀ لوله های پلاستیکی عبارتند از : پلی پروپیلن و پلی اتیلن (PE)، پلی بوتیلن (PB)، پلی وینیل کلرید (PVC)، اکریلو نیتریل بوتادین استیرن (ABS) و… . از این پلاستیک ها به سه روش در ساخت لوله ها استفاده میشود: به صورت لوله های تمام پلاستیک، به شکل مواد پلاستیکی غنی شده ( تقویت شده با فیبر شیشه، غنی شده از کربن و…) و به صورت مواد پوشش دهنده یا آستر.
برای کاربردهای انتقال آب و فاضلاب معمولاً از لوله های چدنی مانند Cast ironو Ductile iron استفاده میشود. زمانی که جریان خاصیت خورندگی یا شیمیایی داشته باشد، لوله های چدنی مناسب نبوده و از فلزات دیگری مثل مس، نیکل، آلومینیوم، برنج، فولاد ضد زنگ و … برای ساخت لوله ها استفاده میشود. این لوله ها معمولاً دارای قیمت بالاتری نسبت به لوله های چدنی می‌باشند.
استفاده از مس و آلیاژهای آن در خطوط ابزار دقیق، کارخانجات و صنایع غذایی و تجهیزات انتقال حرارت بسیار مرسوم است؛ هرچند که استفاده از فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) هم در این موارد روبه افزایش است.
برای برخی کاربردها مانند آزمایشگاه ها و یا یک سری مواد شیمیایی خاص از لوله های شیشه ای استفاده می‌کنند. اگر این لوله های شیشه ای از جنس پیرکس (Pyrex) باشند، نسبت به تغییرات ناگهانی در درجه حرارت مقاوم تر هستند اما فشار کارکرد آنها کمتر است.
محدوده ی دما و فشار کاری لوله ها
لوله ها با توجه به جنسشان و نوع و غلظت سیال عبوری از آنها باید در محدودۀ دما و فشار مناسب با خود، کار کنند. لوله های کربن استیل در دماهای بالا مقاومت مناسبی ندارند و بهتر است از آنها برای دمای پایین استفاده شود. فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) جنس مناسبی برای عملکرد لوله در دماهای بالا می‌باشد. همچنین لوله های پلاستیکی اصولاً مقاومت دمایی بالایی ندارند و نمیتوان از آنها برای جریان های دما بالا مانند جریانات بخار داغ استفاده کرد.
استاندارد ANSI B31.3 محدودۀ فشار مناسب برای انواع لوله های فولادی را بیان کرده است. در صورتی که فشار جریان سیال بالا باشد، لولۀ مورد نظر باید بتواند تنش های حاصل از جریان را تحمل کرده و دچار ترک و شکست نشود. به طور کلی برای لوله های تحت فشار مانند لوله های انتقال گاز استفاده از جنس فولاد ضد زنگ بهتر است و از لوله های پلاستیکی و PVC نمیتوان برای فشارهای بالا بهره جست.
حفاظت در برابر خوردگی
ایجاد یک سری واکنش های شیمیایی و الکتروشیمیایی در سطح داخلی و خارجی لوله که موجب تخریب تدریجی ساختمان لوله میشود را خوردگی می‌گویند. به منظور محافظت از لوله در برابر خوردگی و جلوگیری از انجام این واکنش ها باید اقدامات خاصی روی آنها صورت گیرد. میزان خوردگی ایجاد شده در لوله با توجه به نوع سیال عبوری از آن، محیط قرارگیری لوله و دما و غلظت سیال عبوری متفاوت است.
پوشش های داخلی و خارجی لوله
پوشش هایی که در سطح داخلی لوله ها برای حفاظت در برابر خوردگی استفاده می‌شوند عمدتاً از جنس پلاستیک ها و پلیمرها می‌باشند. که به صورت یک لایه یا چند لایه داخل لوله ها قرار می‌گیرند و در برابر مواد خورنده عبوری از لوله مقاومت خوبی را دارا هستند.
اما در اکثر موارد لازم است تا پوستۀ خارجی لوله هم به دلیل مجاورت با رطوبت، هوا، آب و مواد شیمیایی محافظت گردد. حفاظت لایۀ بیرونی لوله به خصوص برای لوله های مدفون در خاک و سیستم های لوله کشی زیر آبی در صنایع نفت و گاز از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
در خطوط انتقال نفت خام و فراورده های نفتی معمولاً یک لایه قیر و پشم شیشه دور لوله می‌پیچند. همچنین در برخی موارد از پوشش های پلی اتیلن به همراه یک لایه نوار پرایمر اپوکسی در سطح خارجی لوله استفاده میشود. این نوع پوشش برای لوله های مدفون در خاک بسیار رایج است.
همچنین رنگ آمیزی و استفاده از مواد ضد زنگ در بدنۀ لوله برای تمام لوله های فولادی در معرض هوا امری واجب است. طبق استاندارد AWWA آمریکا برای رنگ آمیزی سطوح خارجی لولۀ فولادی باید از یک پرایمر از نوع Organic Zinc Rich و دو لایه رنگ پوششی از نوع Chlorinated Rubber – alkyd استفاده شود.
حفاظت کاتدی
حفاظت کاتدی (Cathodic protection) عبارت است از جلوگیری یا کاهش خوردگی فلز با اعمال یک جریان الکتریکی مستقیم خارجی، یا اتصال فلز لوله به یک فلز از بین رونده تر که نقش آند را بازی می‌کند و تبدیل بدنۀ لوله به کاتد. قبل از اعمال حفاظت کاتدی، فلزی که خورده میشود دارای مناطق کاتدی و آندی یعنی منفی و مثبت به طور همزمان است که با برقراری جریان، این فلز به طور کامل به قطب مثبت یا آند تبدیل میشود.
حفاظت کاتدی به دو روش انجام میشود که عبارتند از: حفاظت کاتدی با اعمال و تزریق جریان برق مستقیم و حفاظت کاتدی بدون استفاده از جریان برق و با استفاده از آندهای فنا شونده. جریان برق مورد استفاده در حفاظت کاتدی عموماً از نوع جریان مستقیم (DC) می‌باشد.
با برقراری جریان بین دو فلز، قطب آند شروع به تخریب کرده و جلوی واکنش های شیمیایی و خوردگی در قطب کاتد که بدنۀ لوله است را می‌گیرد.
منبع
