لوله برودتی به لوله فولاد کربنی دما پایین (LTCS) گفته میشود. عمدتا از این لوله برای تجهیزات با دمای پایین و به ویژه برای مخازن تحت فشار استفاده می شود. لوله برودتی از فولادهای با کربن کم تا متوسط (0.20 تا 0.30٪)، دارای منگنز بالا (0.70 تا 1.60٪) و سیلیسیوم (0.15 تا 0.60٪) هستند که ساختاری دانه ریز با پراکندگی کاربید یکنواخت دارند. این لوله برودتی استحکام و چقرمگی متوسط در دماهای پایین و همچنین جوش پذیری و مقاومت در برابر خوردگی خوبی دارند.
لوله برودتی چیست؟
لوله برودتی یا لوله فولادی کربنی دما پایین در استاندارد ASTM A333 پوشش داده می شود. لوله برودتی ASTM A333 در دماهای پایین استحکام، چقرمگی و انعطاف پذیری بالایی دارد. این لوله ها دارای بدنه مسطح و یکنواختی هستند تا خوردگی و تنش مکانیکی را به حداقل برسانند. لوله های برودتی ضخامت دیواره بالایی ندارند زیرا لوله های ضخیم خواص ضربه‌ای نامطلوبی در دمای پایین دارند.
لوله های فولاد کربنی با دمای پایین (LTCS) به طور ویژه برای مقاومت در برابر دماهای پایین و فشار بالا طراحی شده اند. آنها معمولا در صنایعی مانند نفت و گاز، پتروشیمی و صنایع شیمیایی استفاده می شوند، جایی که دمای سیالات در حین عملیات به زیر 29- درجه سانتی گراد کاهش می یابد. لوله های برودتی همچنین در فرآیندهای جداسازی گاز برای خنک کردن و تقطیر گازها استفاده می شوند.
انواع لوله برودتی
متداول ترین استاندارد برای لوله های برودتی، ASTM A333 است که لوله های فولادی کربنی بدون درز و جوشی را برای سرویس دهی در دمای پایین پوشش می دهد. ASTM A333 دارای شش گرید، از گرید 1 تا گرید 6، با ترکیبات شیمیایی و خواص مکانیکی متفاوت است. گرید 6 بیشترین استفاده را دارد، زیرا می تواند در دمای پایین 46 - درجه سانتیگراد استحکام خود را حفظ کند. علاوه بر این، لوله برودتی ASTM A333 گرید 3، با بدنه صیقلی برای مقابله با هرگونه حمله خوردگی احتمالی بهترین گزینه برای کار لوله‌کشی است.
گریدهای مختلف لوله برودتی بسته به کاربرد و استاندارد، ترکیبات شیمیایی و خواص مکانیکی متفاوتی دارند. برخی از انواع لوله برودتی عبارتند از:
A333 Grade 6: لوله فولاد کربنی و آلیاژی بدون درز یا جوشی است که برای استفاده در دماهای پایین، معمولا بالای 50 - درجه فارنهایت (45 - درجه سانتیگراد) به کار گرفته می شوند. دارای حداقل استحکام کششی ksi 60 و حداقل استحکام تسلیم ksi 35 است. معمولا در صنایعی مانند نفت و گاز، شیمیایی و تولید برق استفاده می شود.
A334 Grade 6: تیوب فولاد کربنی و آلیاژی بدون درز یا جوشی است که برای استفاده در کندانسورها، اواپراتورها و مبدل های حرارتی با دمای پایین به کار گرفته می شوند. ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی مشابه با A333 Grade 6 دارد. حداکثر میزان کربن این تیوب کمتر از 0.18٪ است.
A420 WPL6: اتصالات لوله فولادی کربنی و آلیاژی است که برای استفاده در دماهای پایین به کار گرفته می شوند. دارای حداقل استحکام کششی ksi 60 و حداقل استحکام تسلیم ksi 35 است. معمولا برای ساخت زانویی، سه راهی، کاهنده، کپ و غیره استفاده می شود.
A350 LF2/LF3: فلنج های فولاد کربنی و آلیاژی فورجینگ هستند که برای استفاده در دماهای پایین در نظر گرفته می شوند. حداقل استحکام کششی ksi 70 و حداقل استحکام تسلیم ksi 36 دارند. آنها معمولا برای پیچ و مهره یا جوش دادن اتصالات لوله، ولوها و غیره استفاده می شوند.
A694 F42/F52/F60/F65/F70: فلنج های فولاد کربنی و آلیاژی فورجینگ هستند که برای استفاده در خدمات فشار بالا در نظر گرفته می شوند. حداقل استحکام کششی آنها ksi 60 و حداقل استحکام تسلیم ksi 42 است. آنها معمولا برای پیچ و مهره یا جوش دادن اتصالات لوله، ولوها و غیره استفاده می شوند.
برخی از تفاوت های این گریدها حداکثر مقادیر مجاز برای عناصری مانند فسفر، گوگرد، کروم و مولیبدن است که بر مقاومت خوردگی و جوش پذیری لوله ها تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، A333 Grade 6 دارای حداکثر مقدار فسفر و گوگرد بالاتری از A334 Grade 6 است که ممکن است آن را مستعد ترک خوردن یا شکنندگی کند. به طور مشابه، A694 F42/F52/F60/F65/F70 دارای حداکثر میزان کروم و مولیبدن بالاتری نسبت به A350 LF2/LF3 است که ممکن است آن را در برابر سوراخ شدن یا ترک خوردگی ناشی از تنش مقاوم تر کند.
شرکت پردیس فولاد وارد کننده انواع لوله برودتی برای صنایع پتروشیمی و نیروگاهی است. همچنین انواع لوله فولادی، ولوها، فلنج ها و اتصالات صنعتی نیز در سبد محصولات پردیس فولاد وجود دارد.
آنالیز شیمیایی لوله برودتی A333 Grade 6
آنالیز شیمیایی لوله برودتی A333 Grade 6 را در جدول زیر مشاهده می کنید.
|
درصد |
عنصر شیمیایی |
|
0.30 |
کربن Carbon(max.) |
|
0.29-1.06 |
منگنز Manganese |
|
0.025 |
فسفر Phosphorus(max.) |
|
0.025 |
گوگرد Sulfur(max.) |
خواص مکانیکی لوله برودتی A333 Grade 6
خواص مکانیکی لوله برودتی A333 Grade 6 را در جدول زیر مشاهده می کنید.
|
415 Mpa |
حداقل استحکام کششی (MPa) |
|
240 Mpa |
حداقل استحکام تسلیم (MPa) |
|
30 |
درصد ازیاد طول (%) |
مشخصات استاندارد لوله برودتی
مشخصات فنی لوله برودتی به شرح زیر است.
|
استاندارد لوله برودتی |
ASTM A333/ ASME SA333
|
|
نوع استاندارد |
ASTM, ASME and API
|
|
سایز لوله |
1/2 '' - 24''
|
|
رده (Schedule) |
SCH 40, SCH 80, SCH 160, SCH XS, SCH XXS |
|
روش ساخت |
Seamless/ ERW/ Welded/ Fabricated/ CDW |
|
طول لوله |
طول دلخواه، اغلب 6 یا 12 متر |
|
انواع انتهای لوله |
ساده، اریب و رزوه ای |
|
گرید لوله |
ASTM A333 Grade1 ASTM A333 Grade 3 ASTM A333 Grade 6 ASTM A334 Grade 1 ASTM A334 Grade 6 و....
|
استاندارد اتصالات لوله برودتی
از لوله برودتی برای ساخت اتصالات لوله مانند زانویی، سه راهی، ردیوسر (کاهنده) و فلنج استفاده می شود. در جدول زیر استاندارد انواع اتصالات لوله برودتی را مشاهده می کنید.
|
استاندارد اتصالات لوله |
ASTM A420 WPL6 |
|
استاندارد فلنج |
ASTM A350 |
|
استاندارد پلیت فولادی |
ASTM A203 Grade A ASTM A203 Grade B ASTM A203 Grade D ASTM A203 Grade E ASTM A203 Grade F |
روش ساخت انواع لوله برودتی
انواع لوله برودتی به روش های گوناگونی تولید می شوند. رایج ترین روش های ساخت لوله برودتی عبارتند از:
1-لوله برودتی بدون درز
این لوله ها با اکسترود کردن یا کشیدن یک شمش فولادی بدون هیچ گونه جوش یا درز اتصال ساخته می شوند. لوله های برودتی بدون درز دارای سطح صاف و خواص یکنواخت در سراسر لوله هستند. این لوله ها به طور کلی گران تر و کمیاب تر از لوله های درزدار جوشی هستند. برخی از استانداردها و گریدهای لوله های برودتی بدون درز عبارتند از:
-
ASTM A333 Grade 1/6
-
ASTM A334 Grade 1/6
-
ASTM A312 TP304L/316L
2-لوله های برودتی جوشی
این لوله ها از اتصال یک ورق فولادی با فرآیند جوشکاری مانند جوشکاری با مقاومت الکتریکی (ERW)، جوشکاری زیر آب (SAW) یا جوشکاری مارپیچی (SW) ساخته می شوند. لوله های برودتی جوشی دارای یک درز اتصال در طول لوله هستند که ممکن است بر استحکام و مقاومت در برابر خوردگی لوله تأثیر بگذارد. آنها به طور کلی ارزان تر و در دسترس تر از لوله های برودتی بدون درز هستند. برخی از استانداردها و گریدهای لوله های برودتی جوشی عبارتند از:
-
ASTM A671/A672
-
ASTM A358 TP304L/316L
-
API 5L X42/X52/X60/X65/X7
3-لوله های برودتی فابریکیت یا ساخته شده
این لوله ها با مونتاژ یا نصب اجزای مختلف مانند زانویی، سه راهی، کاهنده، فلنج و... ساخته می شوند. آنها به طور کلی نسبت به لوله های برودتی بدون درز یا جوشی انعطاف پذیرتر و سازگارتر هستند. برخی از استانداردها و گریدهای لوله های برودتی ساخته شده عبارتند از
-
ASTM A420 WPL6
-
ASTM A350 LF2/LF3
-
ASTM A694 F42/F52/F60/F65/F70..
مزایای لوله برودتی
-
درصد کربن کم باعث حذف رسوب کربن در فرآیند جوشکاری می شود. رسوب کربن باعث ترک خوردگی و شکنندگی جوش شود.
-
در محیط های خورنده شدید مانند گاز ترش و سولفید هیدروژن مقاومت می کند.
-
آنها می توانند مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای فرآیندهای صنعتی را کاهش دهند، زیرا دمای عملیاتی کمتر و راندمان بالاتری دارند.
-
جوشکاری فقط در کاربردهای با تنش بالا مورد نیاز است.
چالش های استفاده از لوله برودتی
برخی از چالش های استفاده از لوله های برودتی عبارتند از:
-
در هنگام ساخت، نصب و بهره برداری نیاز به مراقبت و نگهداری خاصی دارند، زیرا بیشتر در معرض انبساط و انقباض حرارتی، ترک خوردگی ناشی از تنش و شکنندگی هستند.
-
ممکن است برای جلوگیری از یخ زدگی و متراکم شدن سیالات داخل لوله ها به عایق و سیستم گرمایش اضافی نیاز داشته باشند.
-
ممکن است هزینه های اولیه و نگهداری بالاتری نسبت به لوله های فولادی کربن معمولی داشته باشند.
کاربرد لوله برودتی
از لوله برودتی در صنایع گوناگونی استفاده می شود. برخی از کاربردهای لوله های برودتی عبارتند از:
-
ساخت مبدل های حرارتی
-
محفظه نگهداری مواد شیمیایی
-
مخازن تحت فشار
-
خطوط لوله
-
تجهیزات صنایع غذایی
-
صنایع پتروشیمی
-
مخازن گاز و بخار دما بالا
جمع بندی
به طور خلاصه، لوله های برودتی نوعی لوله فولاد کربنی هستند که می توانند در دماهای پایین و فشار بالا کار کنند. آنها کاربردها و مزایای مختلفی در صنایع گوناگون دارند، اما برخی از چالش های فنی و اقتصادی را نیز به همراه دارند.