لوله آتشخوار چیست؟ | مشخصات، ویژگی، کاربرد و استانداردها

نیازها دلیل اصلی و اساسی اختراعات و ابداعیات انسان‌ها هستند. به عبارت دیگر هرگاه انسان به چیزی نیاز پیدا کرد راه رفع نیازش را ایجاد کرد و این موضوع دلیل اصلی پیشرفت جوامع امروزی است. به طور مثال تلفن همراه، حاصل نیاز برقراری تماس در همه‌ی مکان‌ها بود. نیاز انتقال آب هم دلیل ساخته شدن لوله‌ها شد. به عبارت دیگر روزی که انسان به انتقال آب از مکانی به مکانی دیگر نیاز پیدا کرد به فکر ساخت لوله‌ها افتاد. اما با گذر زمان انسان‌‌ها لوله‌ را بنا به نیازهای متفاوت به جنس‌ها و اشکال مختلفی درآوردند. به طور مثال برای انتقال آب به نوعی از لوله‌ و برای ساخت پایه‌ی مبل‌ به نوعی دیگر از لوله نیاز است. چرا که پایه‌ی مبل‌ها نیاز به زیبایی و انعطاف دارند اما لوله‌ی آب نیاز به استقامت در مقابل فشار شدید آب دارد. برای انتقال هر نوع از سیالات نیاز به لوله‌ای مخصوص است. به طور مثال لوله‌ای که برای انتقال آب تعبیه می‌شود با لوله‌ای که برای انتقال گاز نصب می‌شود یکی نیست. اما مشکل از جایی شروع شد که گازها یا مایعات دمای بالایی داشته باشند. لوله‌های قبلی تحمل فشار یا دمای بالا را نداشتند و باید لوله‌ای خاص استفاده می‌شد. به همین دلیل است که گاهی اوقات می‌بینیم که قیمت لوله گاز در بین انواع مختلف آن متفاوت می‌شود. اینجا بود که لوله آتشخوار پا به دنیای صنعت گذاشت. در ادامه با صباپروفیل همراه باشید تا به بررسی بیشتر لوله آتشخوار و کاربردهای آن بپردازیم.

لوله آتشخوار چیست؟

انتقال مایعات و گازها توسط لوله‌ها انجام می‌شد تا اینکه نیاز به انتقال مایع یا گازی با دمای بالا شد. لوله‌های قبلی برای عبور این سیالات ناتوان بودند و امکان بروز خطرات زیادی وجود داشت. بنابراین آزمایشات و هزینه‌های بسیار زیادی انجام شد تا لوله‌ای مخصوص این موضوع ایجاد شود. در نهایت لوله‌ی آتشخوار رونمایی شد و وظیفه‌ی انتقال سیالات پرفشار و با حرارت بالا را به عهده گرفت. جنس آلیاژ این لوله دلیل این توانایی منحصر‌به‌فرد آن است. این آلیاژ برای افزایش مقاومت لوله در برابر فشار بالا بین 0.15 الی 0.22 درصد کربن دارد. این موضوع باعث شده تا این لوله‌ها انعطاف‌پذیری و جوش‌پذیری بالایی را شامل شوند.

لوله‌های آتشخوار باید حداقل ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد را تحمل کنند. به همین دلیل از مقداری منگنز در آلیاژشان استفاده شده است. در واقع منگنز عنصری است که باعث افزایش تحمل گرما و فشار توسط لوله می‌شود. وجود همین عنصر باعث شده تا به این لوله، «آتشخوار» گفته شود و تحمل حرارت در نامش هم آشکار باشد.

انواع لوله آتشخوار

لوله‌های آتشخوار بنا به درصد منگنز و کربن به کار رفته در آلیاژشان میزان تحمل‌پذیری متفاوتی در برابر فشار و گرما خواهند داشت. به همین دلیل برای این نوع از لوله، استانداردهای مختلفی تعریف شد که در هر کدام میزان منگنز و کربن کم و زیاد شده و این تحمل پذیری را شخصی سازی کرده‌اند. با هم این استانداردها را بررسی می‌کنیم:

استاندارد ASTM A335

لوله آتشخوار astm A335 لوله‌ای بدون درز آلیاژی می‌باشد که در مقابل حرارت مقاومت خوبی دارد. به دلیل وجود عناصر مولیبدن و کروم در ساختار این لوله، به آن لوله مولی کروم هم گفته می‌شود. وجود عناصر مولیبدن و کروم در این لوله‌ها باعث افزایش مقاومت این لوله‌ها در مقابل حرارت، زنگ‌زدگی و خوردگی می‌شود. این لوله‌ها گریدهایی از جمله P5 و P9 و P11 و P22 را دارا می‌باشند که کاربردهای متفاوتی دارند. مثلاً از گرید 11 در موتورهای جت، توربین صنعتی، راکتورهای هسته‌ای و ترانسفورماتورها استفاده می‌شود اما کاربرد گرید 22 بیشتر در صنایع دریایی، ساخت ژنراتور و مبدل‌های حرارتی می‌باشد. درصد کربن این لوله‌ها چیزی حدود 0.15 درصد و میزان منگنز آن 0.3 الی 0.6 درصد می‌باشد.

بیشتر بدانید: استاندارد ASTM و کاربرد آن در صنعت فولاد

استاندارد ASTM A179 Boiler Tube

این نوع از لوله آتشخوار کمترین درصد کربن در میان انواع دیگر را دارد و از آلیاژی فولادی با 0.16 الی 0.18 درصد کربن و 0.5 الی 0.70 درصد منگنز ساخته می‌شوند. این نوع لوله در مقابل حرارتی در حدود 530 درجه سانتی‌گراد و فشاری برابر با 15 بار، مقاوم است و تا 180 درجه امکان خم‌کاری دارد. از دیگر ویژگی‌های این نوع لوله می‌توان به باز کردن دهانه آن تا 10 میلی‌متر و منعطف بودن در مقابل برش اشاره کرد.

استاندارد ST35.8 DIN 17175

لوله st35.8 شامل آلیاژی با کربن 0.17 الی 0.19 درصد و منگنز 0.55 الی 0.80 درصد متغیر است. این نوع لوله برای انتقال حرارت کاملاً مناسب بوده و انتقال سیالات تا 585 درجه سانتی‌گراد و فشار 25 بار را به خوبی تحمل می‌کند. میزان کربن این لوله امکان خم‌کاری تا 90 درجه را به شما داده و دهانه‌اش تا 5 میلی‌متر باز می‌شود. از کاربردهای این نوع لوله می‌توان به ساخت دیگ آب گرم و دیگ روغن داغ اشاره کرد.

استاندارد ASME SA 192 DIN 17175

لوله آتشخوار asme sa 192 به دلیل داشتن آلیاژی شامل 0.18 الی 0.20 درصد کربن و 0.45 الی 0.70 درصد منگنز در برابر گرمای 550 درجه سانتی‌گراد و فشاری برابر با 27 بار مقاوم می‌باشد. انعطاف‌پذیری در مقابل برش و کاربردهایی مشابه با استاندارد st35.8 از ویژگی‌های این نوع لوله است.

استاندارد ST45.8 DIN 17175 & DIN 2448

در ساخت آلیاژ st45.8 از 0.20 الی 0.22 درصد کربن و 0.55 تا 0.65 درصد منگنز استفاده شده است. این نوع لوله آتشخوار علاوه بر توانایی انتقال حرارت تا حدود 535 درجه سانتی‌گراد، در مقابل فشاری معادل با 30 بار، مقاوم است. کاربردهای این لوله آتشخوار هم با استاندارد ST35.8 مشابه است.

همان‌طور که بررسی کردیم 5 نوع استاندارد برای ساخت لوله‌های آتشخوار وجود دارد که در هر استاندارد تفاوت میزان درصد کربن و منگنز به تفاوت تحمل لوله در مقابل حرارت و فشار منجر می‌شود. در جدول زیر این تفاوت‌ها را می‌بینیم:

ویژگی‌های لوله آتشخوار

جریان سیالات داغ در لوله‌‌ها ممکن است باعث ترکیدن آن‌ها شده و خسارات جبران ناپذیری را وارد کند. همچنین در برخی صنایع نیاز است تا لوله را خم کرده و شکل خاصی به آن بدهند. به همین دلیل است که کارخانه‌های تولید فولاد، لوله‌های آتشخوار را شکل‌پذیر می‌سازند تا هم در برابر حرارت، انقباض و انبساط داشته باشند و هم در صورت نیاز قابل خم کردن باشند.

کیفیت بالا و ضدزنگ بودن از ویژگی‌های بدیهی این نوع لوله‌ها است. اما درکنار این ویژگی‌ها دو ویژگی دیگر از اهمیت بالاتری برخوردار است. یکی نداشتن درز که باعث استحکام بالاتر می‌شود و یکی وجود تنوع ضخامت. چرا که ضخامت لوله با میزان حرارت و فشار قابل تحمل آن متناسب است. مثلاً برای حرارت‌های بسیار بالا نباید از لوله با ضخامت کم استفاده شود. در بازار، قطرهای متفاوتی از لوله آتشخوار موجود است که پرکاربردترین آن‌ها لوله‌هایی با قطر خارجی 25.8، 31.8، 38، 44.5، 50.8، 57، 60.3، 63.5 و 76.1 میلی‌متر می‌باشد.

چگونگی ساخت لوله آتشخوار

لوله‌های آتشخوار چون از دسته‌ی لوله‌های بدون درز هستند، مستقیماً از میله‌هایی که به شکل استوانه هستند تولید می‌شوند. اینگونه که ابتدا در دمای بسیار بالا گرم شده تا شکل‌پذیر شوند سپس سوراخی وسط این میله‌ها ایجاد شده و قطر و ضخامت لوله‌ها مشخص می‌شود. هرچه ضخامت بیشتر و قطر کمتر باشد مقاومت در برابر فشار افزایش می‌یابد. در حین ساخت و پس از ساخت، آزمایش‌های گوناگونی توسط کارشناسان این حوزه روی لوله انجام می‌شود که با برخی از آن‌ها آشنا می‌شویم:

1. آزمایش دوام‌سنجی در مقابل حرارت: لوله‌ها تحت حرارت زیاد قرار داده می‌شوند تا دوام آن‌ها در مقابل حرارت بررسی شود.
2. آزمایش اشکال‌زدایی: برای بررسی مشکلات مولکولی لوله از طول آن برشی تهیه می‌شود تا این آزمایش روی آن انجام شود.
3. آزمایش آندوسکوپی: این آزمایش برای چک کردن لوله از نظر کیفیت سطح می‌باشد.
4. آزمایش اندازه‌گیری ضخامت: در این آزمایش ضخامت لوله مشخص می‌شود تا طبق استانداردهای خواسته شده باشد.
5. آزمایش ضربه: برای اندازه‌‌گیری میزان مقاومت لوله در مقابل ضربات، این آزمایش انجام می‌شود.
6. آزمایش‌های مکانیکی: این آزمایشات مهمترین مرحله از آزمایش‌ها است. چرا که با قرار دادن لوله در شرایط مختلف، مقاومت آن نسبت به تنش، شعله‌ور شدن، فشار، سختی و غیره مشخص می‌شود.
7. آزمایش تجزیه و تحلیل: با این آزمایش که بدون دخالت دست و با تجهیزات پیچیده انجام می‌شود ترکیب شیمیایی لوله مشخص می‌‌شود. در این آزمایش میزان عناصر و مقادیر آن‌ها مثل کربن و منگنز بررسی شده و در صورت کم و زیاد بودن، به تولید انبوه نمی‌رسند.

کاربردهای لوله آتشخوار

لوله‌های آتشخوار بر اساس ویژگی‌هایی که دارند در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مثلاً لوله‌ای که مقاومت بیشتری در مقابل حرارت دارد، در موتورهای جت استفاده می‌شود و لوله‌ای که در مقابل خوردگی مقاوم باشد برای انتقال اسید مورد استفاده قرار می‌گیرد. به برخی از کاربردهای این لوله‌ها می‌پردازیم:

1. ساخت انواع مبدل‌های حرارتی
2. صنایع تولید فولاد
3. استفاده از لوله بویلر بدون درز در صنعت نیروگاه هسته‌ای
4. خطوط انتقال مایعات با فشار کم و متوسط
5. صنعت ساخت و تولید موتورهای دیزلی
6. صنایع ساختمان‌سازی
7. صنایع کشتی‌سازی
8. صنایع کاغذسازی
9. صنعت فرآوری لبنیات
10. صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
11. صنایع شیمیایی و دارویی
12. ساخت مخازن و دیگ‌های بخار
13. اکونومایزر
14. سوپر هیتر
15. فشرده‌سازی
16. از لوله آتشخوار سرد کشیده شده و با مقاومت بالا برای تحقیقات دانشگاهی استفاده می‌شود.
17. از لوله آتشخوار پرکربن و با سختی بالا در صنعت دفاع و توسعه برای تولید انواع اسلحه از جمله لوله تانک استفاده می‌شود.

جمع‌بندی

هر لوله‌ای را بهر کاری ساخته‌اند! به عبارت دیگر هر لوله‌ای برای رفع نیاز خاصی تولید می‌شود. لوله آتشخوار هم مخصوص انتقال سیالات با حرارت یا فشار بالا بوده و از استحکام و انعطاف خوبی برخوردار است. اگر لوله استحکام و انعطاف لازم را نداشته باشد امکان ترکیدن و بروز خطرات جبران‌ناپذیر به وجود می‌آید. به همین دلیل است که در حین و بعد از تولید این لوله‌ها آزمایشات گوناگونی روی آن‌ها انجام می‌شود. این نوع لوله که در استانداردهای گوناگونی ساخته می‌شود بنا به تغییر درصد کربن و منگنز موجود در آن، استقامتش در مقابل حرارت و فشار تغییر می‌کند. با تغییر استقامت لوله، کاربرد آن نیز تغییر می‌کند. کاربردهای زیاد و خاص این لوله آن را منحصربه‌فرد کرده و اهمیت وجودش را نشان می‌دهد.

پرسش و پاسخ