لوله اسپیرال

لوله اسپیرال چیست و انواع کاربرد آن در صنعت

بررسی لوله اسپیرال و مزایا و معایب آن در صنعت

یکی از روش های تولید لوله فولادی روش اسپیرال می باشد. در این روش لوله فولادی به صورت مارپیچ از ورق هایی با ضخامت مختلف تولید می گردند. تولید این لوله ها در سایزهای 5 تا 120 اینچ به صورت رولی موجود می باشند. استفاده از این لوله ها در صنایع گاز و نفت به علل مختلف اعم از انعطاف پذیر بودن فرایند ساخت. یکنواختی ابعاد، خواص مکانیکی مناسب، مسائل اقتصادی و … بیش از گذشته مورد توجه قرار گرفته است. لذا با توجه به کاربرد روزافزون لوله فولادی مذکور در صنعت نفت و گاز. بررسی عملکرد این لوله ها و تحقیق در مورد عیوب آن ها ضروری به نظر می رسد.

از اواسط دهه 1960 میلادی تولید لوله فولادی اسپیرال (درز جوش مارپیچی) با کیفیت مطلوب در جهان آغاز گردید. پیش از این تاریخ تکنولوژی تولید این لوله ها چندان پیشرفت نکرده بود. و از نظر کیفی قابل رقابت با لوله فولادی درز جوش مستقیم نبود. البته لازم به ذکر است که هنوز از این لوله ها قسمت کمتری از کل تولیدات لوله در جهان را به خود اختصاص می دهند. لی روز به روز کاربرد آن ها در نقاط مختلف جهان افزایش می یابد.

تعریف لوله اسپیرال

اخیراً تولید و به کارگیری لوله فولادی اسپیرال (درز جوش مارپیچی). در خطوط لوله انتقال نفت و گاز روند رو به رشدی را در اقصی نقاط جهان در پیش گرفته است. با پیشرفت فزاینده ای که تکنولوژی تولید این لوله ها در چند دهه اخیر نموده است. هم اکنون می توان اذعان کرد که لوله فولادی اسپیرال از کیفیتی قابل رقابت با لوله های درز جوش مستقیم برخوردارند. به گونه ای که در اغلب استانداردهای بین المللی به موارد کنترل کیفی این لوله ها. در کنار لوله های درز جوش مستقیم اشاره شده است. از جمله مزایای این لوله ها می توان به موارد زیر اشاره نمود.

مزایا

این لوله ها از یکنواختی خوبی برخوردارند.

لوله های اسپیرال دارای خواص مکانیکی بالایی هستند.

از نقطه نظر جریان سیال در این لوله فولادی، لوله های مذکور خواص مناسبی را نشان داده اند.

در صورت نیاز به خم کاری در حین نصب، این لوله ها مناسب تر از سایر لوله ها هستند.

از نظر اقتصادی نسبت به سایر لوله های فولادی مزایای بیشتری دارند.

جهت و امتداد نورد ورق و درزجوش نسبت به جهش تنش های اصلی که به هنگام بهره برداری به لوله اعمال می شود. در مقایسه با لوله های دیگر از استحکام و اطمینان بیشتری در مقابل ترک و شکست برخوردار است.

فرایند ساخت این لوله ها انعطاف پذیر است. بدین معنی که می توان از ورقی با پهنای ثابت، لوله هایی با قطرهای متفاوت تولید کرد. همچنین امکان تولید لوله هایی با قطر یکسان از ورق هایی با پهنای متفاوت وجود دارد.

روش ساخت لوله اسپیرال

به طور کلی پنج روش عمده در ساخت لوله آهنی با قطر بالا معمول است.

الف) روش: O&U که در آن ابتدا صفحه به صورت U و سپس به صورت O در می آید.

ب) خمش غلتکی با نورد هرمی: که در آن صفحه بین چند غلتک انحنای لازم را به دست آورده سپس درز نهایی جوش می خورد.

ج) روش 2: C که در آن دو نیمه لوله که قبلاً به صورت C تهیه شده اند. بر روی هم جوش دهی می شوند.

د) روش: C&O مشابه روش U&O است. با این تفاوت که در مرحله اول خمش بیشتری به صفحه اعمال می شود.

ه) شکل دهی مارپیچی (لوله های اسپیرال) که در آن ورق همچون رزوه ای. که پیرامون یک پیچ را فرا گرفته به صورت لوله فرم داده می شود. و درز بین لبه های ورق توسط جوش پر می شود. در ساخت لوله های درز جوش مستقیم ورق فلزی در جهت خروج لوله به ماشین وارد می شود. ولی در زمان ساخت لوله های اسپیرال محورهای نوار و لوله با هم زاویه ای می سازند. که به آن زاویه ورودی یا شکل دهی می گویند.

ورق آلیاژی

جوشکاری لوله فولادی اسپیرال

جوشکاری لوله فولادی اسپیرال به روش قوسی زیر پودری انجام می شود. اصول جوشکاری زیر پودری اولین بار در سال 1892 توسط اسلاویانوف پایه گذاری گردید. و در سال 1927 روش جوشکاری قوسی تحت لایه ای از مواد گداز آور دانه ای و نیز دستگاه جوشکاری قوسی زیر پودری اختراع گردید. در این نوع جوشکاری قوس تحت پوشش فلاکس یا پودر مخصوص مخفی می شود. و بدین ترتیب اکسیژن وارد قوس نشده و جوش اکسیده نمی شود. در لوله فولادی اسپیرال جوشکاری مارپیچی در دو طرف لوله فولادی (داخل و خارج) انجام می شود.

ولی در هر لحظه نقاطی که از داخل و خارج جوشکاری می شوند. 180 درجه با هم اختلاف مکانی دارند. از جمله مشخصات بارز جوشکاری قوسی زیر پودری تنش های پسماند قابل توجهی است که پس از این نوع جوشکاری در قطعه باقی می ماند. جوشکاری SAW تنش پسماند قابل ملاحظه ای حتی پس از عملیات سرد و هیدروتست ایجاد می کند. تحقیقات نشان داده است. که میزان تنش های پسماند در لوله های اسپیرال پس از عملیات هیدروتست از 40 تا 80 درصد. استحکام تسلیم در مجاورت خط جوش SAW تغییر می کند.

معرفی استانداردهای بین المللی تولید لوله فولادی

اغلب خطوط لوله ای که امروزه در جهان تولید می شود. از دستورالعمل انستیتوی آمریکای API تبعیت می کند.

برخی از دستورالعمل های این سازمان که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند به این شرح می باشد.

الف: API Spec 5L (این دستورالعمل اغلب لوله های درزجوش مستقیم و بدون درز که از فولادهای نوع A و B تولید می شوند. را تحت پوشش قرار می دهد.

ب: API Spec X51 (این دستورالعمل برای لوله های درز جوش مستقیم و بدون درز از جنس فولادهای X42 تا X70. مورد استفاده قرار می گیرد.

ج: API Spec 5LU (این دستورالعمل برای لوله های بدون درز و درزدار از جنس فولادهای U80 و U100 استفاده می شود.

د: API Ppec 5LS (این دستوالعمل در مورد لوله های اسپیرال (درز جوش مارپیچی) از جنس فولاد های X70,X42,B,A کاربرد دارد.

علاوه بر استانداردهای API، استانداردهای بین المللی دیگری چون JIS,AFNOR,BSو … نیز جهت کنترل کیفی خطوط لوله اسپیرال مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله استانداردهایی که اغلب در کشور آلمان بکارگیری می شود می توان به موارد زیر اشاره کرد.

DIN17172&2470 برای خطوط لوله انتقال نفت و گاز

DIN1626&1628 برای لوله های حرارتی

DIN1626&2460 برای خطوط لوله انتقال آب

DIN 17120 برای لوله های ساختمانی

DIN30670 برای پوشش پلی اتیلن

API RP 5L2 برای آستر رزینی اپوکسی

لوله های درز جوش مستقیم و لوله های درز جوش اسپیرال دو روش عمده در تولید لوله های درزدار محسوب می شوند. با توسعه فناوری طراحی و تولید لوله درزجوش اسپیرال امروزه لوله های قطور درزجوش اسپیرال به صورت اقتصادی تولید می شوند. بنابراین گسترش تحقیقات بر روی لوله های درزجوش اسپرال امری بدیهی است.

معرفی لوله درز جوش اسپرال

لوله درز جوش اسپرال برای نخستین بار در سال 1877 تولید شد. این لوله ها معمولاً دارای قطری بین 500 تا 3000 میلی متر و ضخامت دیواره حدوداً 9 تا 25 میلی متر هستند. طول آنها 8 تا حدود 50 متر است. لوله های درزجوش اسپرال در خطوط انتقال سیالاتی مانند نفت، گاز و آب و همچنین مصارف ساختمانی مانند. تأسیس پل ها، ستون ها و دیگر سازه هاهی لوله ای استفاده می شوند.

مراحل تولید لوله درزجوش اسپرال به صورت باز کردن کلاف، صاف کردن و موج گیری ورق، اتصال ابتدای کلاف به انتهای کلاف قبلی. اصلاح لبه های ورق، عملیات تغییر شکل ورق، جوشکاری اتوماتیک داخل و سپس خارج لوله به روش جوشکاری زیر پودری. برش طولی با روش اکسی استیلن یا پلاسما با طول مشخص، تمیزکاری فلاکس و پودر سرباره. بازرسی چشمی درزجوش، بازرسی جوش به روش فلوئورسانس، تست آلتراسونیک. پخ زدگی سر و ته لوله جهت جوشکاری در سایت، تست هایدروتست و رادیوگرافی درز جوش می باشد.

جوشکاری لوله درزجوش اسپیرال معمولاً در ماشین شکل دهی پایان می یابد. برای دست یابی به کیفیت جوش بهتر، رایج است که لبه های ورق. بلافاصله پس از شکل دهی به وسیله جوش تک جوش داده می شوند. سپس لوله به طول مورد نظر بریده و جوشکاری به وسیله جوشکاری زیر پودری نهایی می شود. این روش تولید، روش تولید دو مرحله ای نام دارد.

مزایا و معایب لوله درزجوش اسپیرال نسبت به لوله درزجوش مستقیم

هزینه تولید لوله های درزجوش اسپیرال در مقایسه با لوله های درزجوش مستقیم پایین تر است. چراکه ورق های عریض ماده اولیه در تولید لوله های درزجوش مستقیم هستند. این ورق ها اغلب در طول 12 متر و عرضی که حداقل محیط لوله را تأمین کند. تولید و به بازار عرضه می شوند. فرایند تولید این ورق ها پیوسته نبوده و پر هزینه است. خواص ورق تولیدی نیز در مقایسه با ورق هایی که به روش معمول نورد تولید می شوند، پایین تر است. محصول نورد ورقی با عرض کمتر که زین پس نوار ورق نام دارد. و معمولاً به صورت کلاف به بازار عرضه می شود است.

طول این محصول را در مقایسه با طول ورق عریض می توان نامحدود تلقی کرد. نوار ورق ماده اولیه در تولید لوله های درزجوش اسپیرال است. بنابراین در تولید لوله های درز جوش اسپیرال از ماده کیفی تر و ارزان تر بهره گیری می شود. ضمن آنکه فرایند تولید لوله های درزجوش اسپیرال نیز مداوم است. که خود کاهش هزینه تولید را به همراه دارد. همچنین در تولید لوله های درز جوش اسپیرال برخلاف لوله های درز جوش مستقیم نیاز به تجهیزات خیلی سنگین مانند. پرس های بزرگ و همچنین دستگاه های عظیم مربوط به انبساط سرد نیست.

در حالی که لوله های درز جوش اسپیرال در محدوده وسیعی از قطر و ضخامت قابل تولید می باشند. و محدودیتی در انتخاب عرض ورق خام وجود ندارد. چراکه قطر نهایی تابع زاویه ورودی و عرض ورق خام می باشد.

لوله ای اسپیرال نسبت به رشد ترک ها رفتار بهتری دارند. زیار چقرمگی این لوله ها در جهت محیطی بیشتر است. لذا مقاومت لوله های اسپیرال در برابر شکست بالاتر است. به عبارت دیگر شکست ترد و رشد ترک در لوله های اسپیرال به سختی اتفاق می افتد. و لذا کمتر با خطر ترکیدگی لوله ها مواجه خواهیم بود.