لوله آتشخوار چیست؟
انواع لوله به خصوص لوله‌های فولادی در صنایع امروزی جایگاه ویژه و کاربردهای متعددی دارند. از این محصولات برای انتقال مایعات و سیالات مختلف استفاده می‌شود. به طور مثال برای انتقال نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند یا می‌توان به واسطه آنها سیالات داغ را از محلی به محل دیگر منتقل کرد. اما همه لوله‌ها قادر به تحمل حرارت بالا نیستند و ممکن است در اثر جابجایی سیالات داغ دچار شکستگی و ایجاد خسارت‌های مالی یا جانی فراوان شوند.
به همین علت برای حل این مشکل نوعی لوله به نام لوله آتشخوار تولید شده که این لوله می‌تواند فشار و حرارت بالا را به خوبی تحمل کند. بنابراین انتخاب خوبی برای انتقال سیالات داغ محسوب می‌شود. لوله آتشخوار در صنایع امروزی جایگاه منحصر به فردی دارد و در انواع و اقسام قطرها، ضخامت‌ها و سایزها برای مصارف مختلف تولید و مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه بیشتر راجع به این محصول صحبت خواهیم کرد.
لوله آتشخوار
لوله آتشخوار یکی از انواع لوله‌های صنعتی است که با استفاده از آلیاژ‌های به خصوصی تولید می‌شود. جنس این لوله‌ها به گونه‌ای است که می‌توانند فشار و حرارت بالا را به خوبی تحمل کنند. بنابراین برای انتقال مایعات و گازهای پرفشار و با حرارت بالا بیشترین استفاده را دارند. برای اینکه آهن را به فولاد تبدیل کنند، آن را با آلیاژها و عناصر مختلف ترکیب می‌کنند.
ترکیب آهن با فلزات مختلف باید با حساسیت بالایی انجام شود؛ چرا که زیاد شدن یا کم شدن میزان فلز در ترکیبات آهن، می‌تواند ویژگی‌های شیمیایی فولاد و خواص آن را دچار تغییرات اساسی کند. برای تولید لوله‌های آتشخوار آهن را با ۰/۱۷ تا ۲/۰ درصد کربن ترکیب می‌کنند. این میزان کربن، مقاومت و سختی لوله را افزایش می‌دهد. همچنین برای تولید این لوله‌ها و به منظور افزایش مقاومت لوله در برابر حرارت، درصدی از منگنز را نیز به ترکیبات آن می‌افزایند.
به طور کلی لوله آتشخوار را از فولاد نرم تولید می‌کنند. فولاد نرم فولادی است که درصد کمی کربن در ترکیبات خود دارد و سختی آن زیاد نیست. اما به لحاظ انعطاف پذیری و جوش پذیری مقاومت بسیار بالایی دارد. این لوله می‌تواند تا دمای ۳۴۰ درجه را به خوبی تحمل کند.
انواع لوله آتشخوار
- استاندارد ASTM A335: این نوع لوله آتشخوار، لوله بدون درز است که مقاومت خوبی در برابر حرارت دارد. در ساختار این نوع لوله از کروم و عناصر دیگری مانند مولیبدن استفاده شده است. به همین دلیل به این لوله مولی کروم نیز گفته می‌شود. وجود این عناصر باعث ایجاد ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر زنگ زندگی و افزایش مقاومت این لوله‌ها در برابر حرارت شده است. این لوله‌ها در گریدهای p5، P9، P11 وP22 به تولید می‌رسند و هر کدام کاربردهای مختلفی دارند. به طور مثال لوله‌های P11 در ساخت توربین‌های صنعتی، موتور راکتورهای هسته‌ای و ترانسفورماتورها مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما لوله‌های گرید ۲۲ از این استاندارد، بیشتر در ساخت ژنراتور و مبدل‌های حرارتی یا در صنایع دریایی کاربرد دارند.
- استاندارد ASTM A179 BoiLer Tube: در تولید لوله‌های آتشخوار با این استاندارد درصد کمی کربن به کار رفته است. میزان کربن به کار رفته در تولید این لوله ۰.۱۸ الی ۰.۱۶ درصد است و میزان منگنز آن ۰.۵ الی ۰.۷۰ درصد است. این لوله حرارت ۱۵ درجه سانتیگراد و فشاری برابر با ۱۵ بار را به خوبی تحمل می‌کند و تا ۱۸۰ درجه امکان خم کاری دارد. از ویژگی‌های دیگر این لوله می‌توانیم به امکان باز کردن دهانه آن تا ۱۰ میلی‌متر و انعطاف پذیری بالای این لوله در برابر برش اشاره کنیم.
- استاندارد ST35.8 DIN 17175: در ساخت این نمونه از لوله‌های آتشخوار، ۰.۱۷ الی ۰.۱۹ درصد کربن و ۰.۵۵ الی ۰.۸۰ درصد منگنز به کار رفته است. این لوله‌ها بهترین انتخاب برای انتقال حرارت محسوب می‌شوند و برای انتقال سیالات تا ۵۸۵ درجه سانتیگراد و فشار ۲۵ بار بسیار مناسب هستند. میزان کربن به کار رفته در ساخت این لوله باعث شده تا امکان خمکاری آن تا ۹۰ درجه فراهم باشد. همچنین دهانه این لوله تا ۵ میلی‌متر قابلیت باز شدن دارد. از این لوله می‌توان برای ساخت دیگ آب گرم و دیگ روغن داغ استفاده کرد.
- استاندارد ASME SA 192 DIN 17175: این لوله به علت داشتن ۰.۱۸ الی ۰.۲۰ کربن همچنین ۰.۴۵ الی ۰.۷۰ درصد منگنز، می‌تواند گرمای ۵۵۰ درجه سانتیگراد و فشاری برابر با ۲۷ بار را به خوبی تحمل کند. این لوله انعطاف پذیری بالایی دارد و به لحاظ کارایی شبیه به لوله‌های با استاندارد ST35.8 است.
- استاندارد ST45.8 DIN17175 & DIN2448: در ساخت این نوع لوله از ۰.۲۰ الی ۰.۲۲ کربن و ۰.۵۵ تا ۰.۶۵ درصد منگنز استفاده می‌کنند. این لوله می‌تواند علاوه بر انتقال حرارت تا حدود ۵۳۵ درجه، مقاومت بالایی در برابر فشار معادل با ۳۰ بار از خود نشان دهد. کاربردهای این لوله با لوله‌های استاندارد ST35.8 تقریبا یکسان است.
مقاله پیشنهادی جهت مطالعه : کاربرد لوله آتشخوار چیست؟
مشخصات و ویژگی‌های لوله آتشخوار
وجود یک سری مشخصه‌ها و ویژگی‌های منحصر به فرد در لوله‌های آتشخوار، باعث شده تا این لوله‌ها در صنایع مختلف بیشترین استفاده را داشته باشند و باعث بروز خسارت‌های جانی و مالی نشوند. برخی از مشخصات و ویژگی‌های این لوله عبارتند از:
- بدون درز بودن: از ویژگی‌های مهم لوله آتشخوار مناسب می‌توان به نداشتن شکاف و درز اشاره کرد. این لوله‌ها در محل اتصال باید به صورت کاملاً حرفه‌ای و درست جوشکاری شوند تا امکان نشتی در آنها به حداقل برسد. به همین علت اغلب از جوش‌های شیاری برای اتصال سر به سر لوله‌ها استفاده می‌کنند. قبل از اینکه از این لوله‌ها استفاده کنند معمولاً چند مرتبه آنها را از لحاظ کیفیت و ایمنی کنترل می‌کنند تا از لحاظ احتمال وجود هرگونه نشتی، مطمئن شوند.
- مطابقت ضخامت با میزان تحمل فشار و حرارت: لوله‌های آتشخوار در ضخامت‌های مختلف تهیه می‌شود و برای عبور انواع مایعات با میزان مشخصی دما و فشار، مناسب هستند. بنابراین شما با توجه به میزان فشار و دمای سیالات مختلف می‌توانید از لوله‌های با ضخامت و استانداردهای مناسب با نیاز خود استفاده کرده و بهترین نتیجه را دریافت کنید.
- کیفیت: لوله آتشخوار استاندارد، کیفیت فوق العاده‌ای دارد. این موضوع در آزمایش‌ها و تست‌های کنترل کیفیت و جوشکاری به خوبی مشخص می‌شود. میزان کیفیت این لوله در دریافت نتایج مطلوب از کارکرد این لوله در حوزه‌های مختلف بسیار موثر است و به هیچ عنوان نباید برای ساخت دستگاه‌های فرایندی، از لوله‌های بی‌کیفیت استفاده کرد.
- میزان صحیح منگنز و کربن: همانطور که بیشتر هم اشاره کردیم لوله‌های آتشخوار از ترکیب عناصری مانند کربن و منگنز با آهن به دست می‌آیند. ترکیب درست و به اندازه از این عناصر در ساخت لوله‌های آتشخوار اهمیت زیادی دارد و ترکیب نادرست آنها باعث ایجاد مشکلاتی مانند ترکیدگی، شکست، نشتی و مشکلاتی از این قبیل می‌شود.
- ضد زنگ بودن لوله آتشخوار: از دیگر ویژگی‌های لوله‌های آتشخوار مرغوب و درجه‌یک می‌توان به ضد زنگ بودن آنها اشاره کرد. از آنجا که این لوله‌ها برای عبور مایعات داغ مورد استفاده قرار می‌گیرند در دراز مدت احتمال زنگ زدگی در آنها وجود دارد. بنابراین بهتر است برای جلوگیری از زنگ زدگی و کاهش عمر این لوله‌ها از پوشش‌های آبکاری و چندگانه مناسب که خاصیت ضد زنگ به این لوله‌ها می‌دهند استفاده کرد. معمولاً محل اتصالات این لوله از مهمترین قسمت‌های آن است که بیشتر در معرض خطر زنگ زدگی قرار می‌گیرد. این محل به دلیل سنگ زنی و برشکاری معمولاً نسبت به سایر قسمت‌ها نازک‌تر بوده و مقاومت آن در برابر اکسید شدن با هوا کمتر می‌شود. بنابراین در ساخت لوله‌های آتشخوار با کیفیت، می‌بایست به این نقطه توجه ویژه‌ای داشت و به خوبی این قسمت را آبکاری کرد.
- قابلیت انعطاف پذیری در لوله آتشخوار : قابلیت انعطاف پذیری یکی از مهمترین ویژگی‌های لوله‌های آتشخوار است. از آنجا که این لوله‌ها برای انتقال سیالات داغ مورد استفاده قرار می‌گیرند باید توان انقباض و انبساط را در شرایط پرفشار و در معرض حرارت بالا داشته باشند. در واقع این ویژگی مانع از ترکیدن لوله‌ها در برابر فشار و حرارت بالا می‌شود. در برخی موارد نیز قابلیت انعطاف پذیری کمک می‌کند که این لوله‌ها در صورت نیاز به زوایای مختلف خمکاری شوند. بنابراین اگر قابلیت انعطاف نداشته باشند با اندکی فشار بریده شده و دچار آسیب می‌شوند و می‌توانند خسارات سنگینی را به کل پروژه وارد کنند.
نحوه ساخت لوله آتشخوار
÷ به شکل مستقیم از میله‌هایی به شکل استوانه تهیه می‌شوند. این لوله‌ها در دمای بسیار بالا قرار می‌گیرند تا ذوب شده و قابلیت شکل پذیری پیدا کنند. سپس وسط این میله‌ها را سوراخی ایجاد می‌کنند که قطر و ضخامت آن با توجه به نوع لوله متفاوت است. هرچه ضخامت و قطر لوله کمتر باشد مقاومت آن در برابر فشار بیشتر خواهد بود. بعد از ساخت لوله، برای اطمینان از کیفیت آن، آزمایش‌هایی توسط کارشناسان انجام می‌شود که برخی از آنها به شرح زیر است:
- آزمایش دوام سنجی در مقابل حرارت: در این مرحله لوله‌ها را تحت حرارت بالا قرار می‌دهند تا مقاومت آنها را در برابر حرارت بررسی کنند.
- آزمایش اشکال زدایی: در این آزمایش از طول لوله برشی ایجاد می‌کنند تا مشکلات مولکولی لوله را به شکل دقیق بررسی کنند.
- آزمایش آندوسکوپی: برای چک کردن سطح کیفیت لوله، این آزمایش روی لوله انجام‌می‌شود.
- آزمایش اندازه گیری ضخامت: در این آزمایش میزان ضخامت لوله‌ها را بر اساس استانداردهای خواسته شده مورد بررسی و آزمایش قرار می‌دهند.
- آزمایش ضربه: برای اینکه میزان مقاومت و دوام لوله‌های آتشخوار در برابر فشار و ضربه مشخص شود، آزمایش ضربه روی این لوله‌ها انجام می‌شود.
- آزمایش‌های مکانیکی: مهمترین آزمایش در میان انواع آزمایش‌هایی که روی لوله‌های آتشخوار برای بررسی کیفیت آنها انجام می‌شود، آزمایش‌های مکانیکی است. در این آزمایش لوله‌ها را در شرایط مختلف قرار می‌دهند تا میزان مقاومت آنها را در برابر شعله ور شدن، تنش، فشار، سختی و… به طور دقیق بررسی کنند.
- آزمایش تجزیه و تحلیل: این آزمایش بدون دخالت دست و با استفاده از تجهیزات و ماشین آلات فوق العاده پیشرفته انجام می‌شود. در این آزمایش، ترکیبات شیمیایی به کار رفته در ساختار لوله را بررسی می‌کنند و میزان عناصری مانند کربن و منگنز را که در تولید این محصول به کار رفته بر اساس استانداردها مورد سنجش قرار می‌دهند. پس از تایید، نمونه‌ها به تولید انبوه می‌رسند.
کاربرد لوله‌های آتشخوار
همانطور که پیشتر هم اشاره کردیم، لوله‌های آتشخوار به دلیل ویژگی‌های ارزشمند و متفاوتی که دارند، در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند. به طور مثال لوله‌هایی که مقاومت بالایی در برابر حرارت دارند برای ساخت موتورهای جت مناسب هستند و لوله‌هایی که مقاوم در برابر خوردگی هستند، برای انتقال سیالات اسیدی مناسبند. از دیگر کاربردهای ارزشمند لوله آتشخوار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- مورد استفاده در صنایع تولید فولاد
- ساخت انواع مبدل‌های حرارتی
- مورد استفاده در خطوط انتقال مایعات با فشار متوسط یا کم
- استفاده در صنعت نیروگاه‌های هسته‌ای
- قابل استفاده در صنعت ساخت و تولید موتورهای دیزلی
- قابل استفاده در صنایع کشتی‌سازی
- استفاده در صنایع ساختمان سازی
- استفاده در صنایع تولید کاغذ
- استفاده در صنعت فرآوری لبنیات
- استفاده در صنعت نفت و گاز
- استفاده در صنایع دارویی و شیمیایی
- مورد استفاده در ساخت دیگ‌های بخار و مخازن
- سوپر هیتر
- کونومایزر
- فشرده سازی
- لوله‌های آتشخوار سرد کشیده شده به دلیل مقاومت بالایی که دارند، برای تحقیقات دانشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- لوله آتش‌خوارهای پرکربن که سختی بالایی دارند، در صنعت دفاع و توسعه به منظور تولید اسلحه به کار می‌روند.
سخن پایانی در رابطه با لوله آتشخوار
در این مقاله در رابطه با اینکه ” لوله آتشخوار چیست؟ “ صحبت کردیم. این لوله‌ها امروزه به جزء لاینفک دستگاه‌های پردازش فرایندی و صنایع مختلف تبدیل شده‌اند و هرجا که از فشار بالا و حرارت، حرفی در میان باشد، استفاده از این لوله‌ها امری مهم و ضروری خواهد بود. برای اینکه این لوله‌ها بهترین عملکرد را در پروژه‌های صنعتی و به ویژه دیگ بخار و صنایع پتروشیمی داشته باشند پس از تولید باید تحت آزمایش‌ها و پروتکل‌های کنترل کیفیت قرار بگیرند و میزان عملکرد و مقاومت آنها در برابر شرایط گوناگون به دقت بررسی شود. در غیر این صورت، هرگونه کم توجهی و قصور می‌تواند خسارت‌های جبران ناپذیر جانی یا مالی را برای پروژه‌ها ایجاد کند.