تفاوت‌های لوله و تیوب چیست؟

یکی از مسایلی که مهندسین در تمامی صنایع با آن به نحوی سروکار پیدا خواهند نمود و جزء مباحث پایه است، درک کامل تفاوت میان لوله و تیوب می‌باشد. در این نوشتار تلاش شده است تا تفاوت‌های میان لوله و تیوب با جزییات کامل و ذکر مثال مورد بررسی قرار گیرد.

لوله چیست؟

لوله ظرفی با مقطع دایره‌ای توخالی (دارای قطر، ضخامت و طول مشخص) که برای جابجایی و انتقال سیالات به کار می‌رود و از جنس‌های متفاوتی می‌تواند ساخته شود. فولادی، بتنی، فایبرگلاس و….

لوله‌ها نیز از نظر ساخت به دو دوسته لوله‌های درزدار و لوله‌های بدون درز تقسیم‌بندی می شوند. نمونه لوله‌های رایج عبارتند از:

ASTM A53 Specification for Pipe, Steel, Black and Hot-Dipped, Zinc-Coated, Welded and Seamless

ASTM A106 Specification for Seamless Carbon Steel Pipe for High-Temperature Service

ASTM A333 Specification for Seamless and Welded Steel Pipe for Low-Temperature Service

1- لوله‌های بدون درز Seamless Pipe

این لوله‌ها با استفاده از شمش‌های با مقطع توپر و دایره‌ای و با نیروی حرارت و کشش توسط غلتک تولید می‌شوند. لوله‌های بدون درز معمولا تا قطر 16 اینج ساخته می‌شوند.

2- لوله‌های درزدار Welded Pipe

برای ساخت اینگونه لوله‌ها از ورق فولادی و جوشکاری استفاده می‌شود. لوله‌های درزدار معمولا به دو روش جوشکاری زیر پودری (SAW) و جوشکاری مقاومت الکتریکی (ERW) تولید می‌شوند. لوله‌های درزدار از نظر درز به دو نوع تقسیم می‌شوند:

لوله‌های درز مستقیم Straight Seam Pipe
لوله‌های درز مارپیچی Spiral Seam Pipe

مشخصات ابعادی لوله‌ها

قطر اسمی لوله یا NPS) Nominal Pipe Size)
قطر داخلی لوله یا ID) Internal Diameter)
قطر خارجی لوله یا OD) Outside Diameter)
کلاسه ضخامت لوله یا Schedule یا (Sch)
ضخامت t یا wall Thickness
طول L یا Length
آرایش سر لوله یا End Preparation

مفاهیم ID و OD و NPS برای لوله‌ها

قانون اول: لوله‌ها دارای OD مشخصی می‌باشند هر چند که ضخامت آنها متفاوت باشد. یک لوله با قطر اسمی ثابت برای ضخامت‌های متفاوت، قطر خارجی آن یکسان است. به عنوان مثال قطر خارجی (OD) لوله ای 8 اینچ با Sch 40 و Sch 60 و … یکسان بوده و برابر 8.625 inch می‌باشد.
قانون دوم: تا سایز 12 >=NPS، قطر اسمی (NPS) و قطر خارجی (OD) لوله‌ها یکسان نمی‌باشند و قطر خارجی بیشتر از قطر اسمی (OD>NPS) است. به عنوان مثال لوله ای با قطر اسمی 10 اینچ، OD آن برابر 10.750 اینچ می‌باشد.
قانون سوم: از سایز 14 اینچ به بعد ( NPS≥ 14) قطر خارجی لوله OD با قطر اسمی NPS یکسان است.

تقسيم‌بندی لوله‌ها از نظر استقامت فشاری

الف: روش وزنی: اين روش قديمي‌ترين روش مي‌باشد. براي هر لوله با قطر اسمی مشخص، وزن مشخصي را به صورت استاندارد شده (STD) قرارداد نموده‌اند. لوله‌هایی را كه يك برابر قوی شده باشد با نام XS و لوله‌ای را كه دو برابر قوی شده باشد را XXS می‌نامند. اين روش مورد تایید ASME و ASTM مي‌باشد. در ادامه مفصلا در این زمینه بحث خواهد شد.

ب: روش برنامه‌ای: در اين روش از حاصل تقسيم 1000 برابر فشار كاری لوله بر تنش مجاز آن استفاده می‌شود. عدد حاصل را گرد نموده و با نام Schedule Number می‌شناسند.اين روش مورد تائيد ANSI می‌باشد.

ج: روش كدينگ: در اين روش ابتدا استاندارد معرفي شده و سپس گريد لوله بر اساس حداكثر تنش نقطه تسليم معرفی می‌شود. براين اساس لوله ها را با گريدهای A,B, X42, X46, X52, X56, X60, X65, X70, U89, U100 مشخص می‌نمايند. مثال: لوله اي با مشخصات API – 5LS – X60 لوله اي است كه به صورت اسپيرال ساخته شده و مقاومت تنش تسليم آن 60000PSI مي‌باشد.

کلاسه ضخامت لوله

کلاسه ضخامت لوله (Schedule No) به منظور سهولت در تجارت لوله‌ها به کار می‌رود. مثلا به جای اینکه بگوییم لوله 10 اینج ضخامت 9.27mm بیان می‌شود لوله 10 اینچ Sch 40

فرمول سرانگشتی محاسبه Sch No:

A=(3+ID)/WT

A عدد مفروض
ID قطر داخلی
WT ضخامت

حال کلاسه ضخامت (Sch) را بر اساس عدد A و جدول زیر به دست می‌آوریم.

Sch No A Number Range

Sch 30 40~50

Sch 40 29~39

Sch 60 25~29

Sch 80 20~23

Sch 100 16~18

Sch 120 13~15

Sch 140 11~13

Sch 160 9~11

نکات کلیدی در مورد Sch No

قانون اول: برای یک لوله با قطر ثابت، هر چه Sch No افزایش پیدا کند ضخامت هم زیاد می‌شود. مثال:

Pipe 8 inch, Sch 30, t=7.04 mm
Pipe 8 inch, Sch 40, t= 8.18 mm
Pipe 8 inch, Sch 60, t=10.53 mm

قانون دوم: به منظور سهولت در کاربری تجارت کلاسه‌های رایج ضخامت به نام‌های زیر عنوان می‌شوند:

Standard: STD
Extra Standard: XS
Double Extra standard: XXS Sch>160

نکته: به لوله‌های ضخامت بالا نظیر Sch 120 ،140 ،160 ،XXS لوله‌های Heavy Wall نیز گفته می‌شود.

قانون سوم: تا سایز 10≥NPS اینچ کلاسه‌های ضخامت STD و Sch 40 یکسان هستند.

برای سایزهای بالاتر از 10 اینچ تمامی لوله‌ها با کلاسه ضخامت STD دارای ضخامت (9.53mm = 3/8 inch) خواهند بود. مثال:

Pipe 6 inch, Sch 40 = STD, t=7.11 mm
Pipe 10 inch, Sch 40 = STD, t=9.27 mm
Piep 12 inch, Sch STD, t=9.53 mm

قانون چهارم: تا سایز 8 ≥NPS اینچ کلاسه های ضخامت XS و Sch 80 یکسان هستند.

برای سایزهای بالاتر از 8 اینچ تمامی لوله‌ها با کلاسه ضخامت XS دارای ضخامت (12.7mm = 1/2 inch) خواهند بود. مثال:

Pipe 6 inch, Sch 80 = Sch XS, t=10.97 mm
Pipe 10 inch, Sch 60 = Sch XS, t= 12.7 mm
Pipe 12 inch, Sch 80 = Sch XS, t=12.7 mm

نکته اول: تنها برای سایز 10 اینچ کلاسه ضخامت XS برابر Sch 60 است.

نکته دوم: کلاسه ضخامت XXS تنها تا سایز 12 inch وجود دارد.

تیوب چیست؟

تیوب‌ها معمولا برای کاربردهای انتقال حرارت و فشارهای بالا و دمای بالا به کار برده می‌شوند و نسبت به خزش مقاوم اند. از تیوب‌ها در بویلرها، کوره های نفتی، مبدل‌های حرارتی استفاده می‌شود.

تیوب‌ها بدون درز بوده و معمولا تا سایز 12 اینچ ساخته می‌شود.

تیوب‌ها دارای طول مشخصی نمی‌باشند در حالی که لوله دارای طولی مشخص می‌باشد.

ضخامت تیوب‌ها در سرتاسر طول تیوب یکسان می‌باشد در حالی که ضخامت لوله ها در امتداد طول آنها دارای تلرانس ابعادی می‌باشد.

نمونه تیوب‌های رایج در صنعت عبارتند از:

ASTM A178 Specification for Electric-Resistance-Welded Carbon Steel and Carbon-Manganese Steel Boiler and Superheater Tubes

ASTM A179 Specification for Seamless Cold-Drawn Low-Carbon Steel Heat-Exchanger and Condenser Tubes

ASTM A192 Specification for Seamless Carbon Steel Boiler Tubes for High-Pressure Service

ASTM A209 Specification for Seamless Carbon-Molybdenum Alloy-Steel Boiler and Superheater Tubes

ASTM A210 Specification for Seamless Medium-Carbon Steel Boiler and Superheater Tubes

مشخصات تیوب‌ها

1- قطر اسمی تیوب‌ها با قطر خارجی آنها یکسان است.

مثال: تیوب ¾ اینچ دارای قطر خارجی OD¾ است یا تیوب 6 اینچ دارای قطر خارجی 6 اینچ می باشد.

2- کلاسه ضخامت تیوب‌ها با (BWG (Birmangham Wire Gauge مشخص می‌شود.

3- گیج تیوب‌ها از 00 دو صفر (بیشترین ضخامت، 9mm) شروع می شود و به 36 (کمترین ضخامت 0.1mm) خاتمه می‌یابد.

4- با افزایش BWG (گیج تیوب) ضخامت تیوب کم می شود.( بر عکس Sch در لوله ها)

مثال:

Tube 6 inch, BWG 12, t=2.76 mm
Tube 6 inch, BWG 16, t=1.65 mm

5- BWG مستقل از قطر تیوب‌ها می‌باشد. به عبارت دیگر چند تیوب با قطر متفاوت ولی BWG یکسان دارای ضخامت یکسان می‌باشند. مثال

Tube 6 inch, BWG 22, t= 0.711 mm
Tube 8 inch, BWG 22, t= 0.711 mm
Tube ½ inch, BWG 22, t= 0.711 mm

6- OD تیوب مانند لوله همیشه ثابت است. یک تیوب با قطر ثابت (مثلا 2 اینچ) و گیج‌های متفاوت دارای قطر ثابت (2 اینچ) می‌باشد. به عبارت دیگر با افزایش ضخامت تیوب (کاهش گیج) ID تیوب کاهش می‌یابد ولی قطر خارجی آن ثابت است. مثال:

Tube 1 inch, BWG 20, t= 0.89 mm, OD=1 inch, 0.930 inch
Tube 1 inch, BWG 12, t= 2.76 mm, OD=1 inch, 0.782 inch

منبع: www.qcpage.com (با اندکی ویرایش)
تهیه و تنظیم: ابراهیم خیر-مهندس بازرس فنی-شرکت نفت فلات قاره – منطقه بهرگان