مشخصات لوله و تیوب و تفاوت آن ها

در زبان فارسی به هر شکل استوانه‌‌ای تو خالی، لوله گفته می‌شود. اما در زبان انگلیسی دو کلمه‌ Pipe و Tube به معنای لوله استفاده می‌شود و جالب آن ‌که بسیاری از مردم حتی در زبان انگلیسی گمان می‌کنند که کاربرد این دو کلمه یکسان است. اما این دو کلمه تفاوت‌های زیادی با یکدیگر دارد و کاربرد آن‌ها نیز از یکدیگر متفاوت است.

این که بین پایپ و تیوب چه تفاوت‌هایی وجود دارد مطلبی است که قرار است در این مقاله آن را بررسی نماییم اما در یک پاسخ کوتاه این‌گونه می‌توان گفت که Pipe یک لوله‌ی گرد برای توزیع مایعات و گازها است که با قطر اسمی DN و یا NPS تعیین می‌شود. Tube اما یک مستطیل یا مربع بیضی توخالی است که برحسب قطر خارجی معرفی می‌شود.

برای مقایسه pipe و tube می‌توان گفت که مهم‌ترین مشخصات ابعادی لوله قطر داخلی ( ID ) ، قطر اسمی ( DN ) و سایز اسمی لوله ( NPS ) است و سطح مقطع دایره‌ای شکل‌ دارد؛ در حالی که برای تیوب مشخصات ظاهری با قطر خارجی ( OD ) و ضخامت ( WT ) نشان داده می‌شود و سطح مقطع آن، علاوه بر گرد به شکل مستطیل، بیضی و مربع است.

فیلم آموزشی تفاوت لوله و تیوب

 

لوله و مشخصات آن

لوله استوانه ای تو خالی است که در جریان هدایت موادی خاص از نقطه‌ای به نقطه‌ی دیگر استفاده می‌شود. این مواد خاص عبارتند از مایعات، گاز فاضلاب، گازهای تولید شده در صنایع، پودرهای شیمیایی و صنعتی، مواد سبک مثل الیاف در صنعت حلاجی و هر ماده‌ای که بتوان با فشار آن را به حرکت درآورد.

 

امروزه لوله در سرتاسر صنایع خرد و کلان کاربرد دارد. برای همین دانستن مشخصات لوله و نوع کاربرد آن بسیار مهم است، زیرا قیمت لوله بر اساس همین مشخصات تعیین می‌گردد.

 

از نظر شکل تولید لوله ها به دو گروه تقسیم می شوند :

• لوله درزدار ( Welded pipe )
  

زمانی که به ‌واسطه‌ خم کردن ورق فولاد و جوشکاری لوله شکل بگیرد، به آن لوله‌، لوله درزدار گفته می‌شود. لوله های درزدار طبق نوع فرآیند جوشکاری به گروه‌های مختلف تقسیم می‌شوند.

• جوش قوس زیر پودری ( SAW ) : در این روش جوشکاری با کمک الکترود انجام می‌شود و برای این ‌که در زمان جوشکاری از برخورد هوا با الکترود جلوگیری شود از پودری خاص و یا گاز آرگون استفاده می‌شود.
• جوش الکتریکی ( ERW ) : در این روش جوشکاری، به شکل فرکانسی با استفاده از مقاومت الکتریکی انجام می‌شود.
• جوش ( EFW ) : این نوع جوشکاری، جوشکاری ماهیچه‌ای نام دارد و عملیات جوشکاری به شکل پرتو الکترونی است؛ حرکت الکترون تبدیل به انرژی می‌شود، سپس انرژی جنبشی حرکت الکترون تبدیل به انرژی گرمایی می‌شود و در نهایت باعث جوش خوردن قطعه موردنظر می‌گردد.
• جوش ( HWF ) : فرکانس بالا در این روش سبب جوشکاری قطعه می‌شود. جریان الکتریکی برابر ۷۰ هزار هرتز سبب می‌شود تا گرما ایجاد شده و قطعه جوشکاری شود.

• لوله‌ بدون درز ( Seamless pipe )
  

لوله های بدون درز به صورت اكسترودينگ توسط قالب‌های مختلف توليد می شود. اصولا تولید لوله های بدون درز مستلزم فرایندی است که طی آن یک شمش فولادی تبدیل به لوله می گردد. به لوله‌ بدون درز ، لوله‌ مانیسمان می‌گویند. در فرآیند ساخت این نوع از لوله هیچ گونه‌ درز جوشی استفاده نشده است.

لوله های مانیسمان از شمش های توپر فولادی تولید می شوند. ساخت آن ها عموما با کشش و نورد شمش های گرد فولادی با کمک غلتک انجام می شوند.

البته تولید از مقاطع چهار گوش نیز امکان پذیر است اما باعث بالا رفتن هزینه تولید می گردد.

نکته جالب درباره روش تولید لوله مانیسمان این است که تولید از سایزهای بزرگتر به کوچکتر می باشد و سایزهای ۲/۱ و ۴/۳ و ۱ اینچ معمولا” به روش سرد می باشد. یعنی برای تولید سایز ۲/۱ اینچ ابتدا باید شمش ۷۶ پس از حرارت سوراخ ۲/۱ ایجاد می شود و پس از نورد و کشش در خط تولید لوله ۴/۱ ۱اینچ تولید شده و پس از آن با روش سرد لوله ۴/۱ ۱کشیده شده و پس از اسید کاری و طی چند مرحله کشش به سایز موردنظر ۲/۱ اینچ می رسند. دامنه‌ ابعادی این لوله‌ها تا قطر ۱۶ اینچ است.

قطر اسمی لوله ( Nominal Pipe Size یا NPS )

در نام گذاری لوله‌ها از دو سیستم متفاوت استفاده می‌شود؛ یکی DN و دیگری NPS . سیستم DN که توسط سازمان ISO معرفی شده، بر اساس سیستم متریک است. NPS ، سیستمی برحسب اینچ است. NPS نسبتی با اندازه لوله نداشته و بیشتر برای مشخص کردن لوله‌ها از یکدیگر استفاده می‌شود. در حقیقت پارامتری بدون بعد از اندازه‌ لوله است. برای مشخص کردن نوع سایز لوله‌ها در دو نوع پارامتر جدولی وجود دارد که به شرح زیر است.

قطر خارجی لوله ( Outside Diameter یا OD )

همان ابعاد بیرونی لوله است که می‌توان با یک متر پارچه‌ای نیز اندازه‌گیری شود. در واقع قطر واقعی همان قطر خارجی لوله است.

نکات مربوط به قطر خارجی به ترتیب زیر است :

• زمانی که NPS لوله یکسان باشد اما ضخامت متفاوت شود، قطر خارجی لوله در تمام ضخامت‌ها یکسان و به یک اندازه خواهد بود. یعنی برای NPS 10 در ضخامت‌های مختلف قطر خارجی یک‌ اندازه است. همانطور که مشاهده می‌شود، در NPS‌ های یکسان و ضخامت‌های متفاوت، قطر خارجی یکسان است.

• برای سایز‌های کوچکتر یا مساوی ۱۲، قطر اسمی NPS و قطر خارجی OD لوله‌ها با یکدیگر یکسان نیست. در این سایزها قطر خارجی از قطر اسمی بزرگتر است. ( OD>NPS )
• برای سایزهای ۱۴ اینچ به بالا قطر خارجی لوله با قطر اسمی برابر است. ( OD=NPS )

قطر داخلی لوله

برای مهندسان محاسبه‌ قطر داخلی لوله از مهم‌ترین اطلاعات است. زیرا اطلاعات قطر داخلی در محاسبات فشار خط استفاده می‌شود. از جمله مشخصه‌های هندسی یک لوله، قطر داخلی است. مقدار قطر داخلی لوله برمبنای ضخامت‌های مختلف لوله متفاوت خواهد بود.

محاسبه‌ قطر داخلی لوله از فرمول زیر استفاده می‌شود :

در این فرمول قطر داخلی ( ID ) برابر است با قطر خارجی ( OD ) منهای دو برابر ضخامت دیواره داخلی لوله. در گذشته واحد اندازه‌گیری لوله IPS بود. در سیستم جدید اندازه‌گیری واحد قطر داخلی لوله‌ها با NPS و SCH نمایش داده می‌شود. قطر داخلی را نمی‌توان به NPS ربط داد.

استقامت فشاری لوله

معمولا لوله‌ها در برابر جریان فشار انتقال مواد خاصیت شکنندگی پیدا می‌کند. لوله‌ها را بر اساس استقامت فشاری به چند دسته تقسیم بندی می‌نمایند :

• روش وزنی : قدیمی‌ترین روش در بیان استقامت لوله‌ها، روش وزنی است. این روش مورد تایید دو استاندارد ASTM و ASME می‌باشد. در این روش برای هر لوله‌ با قطر اسمی تعریف ‌شده، وزن معینی را به ‌شکل استاندارد ( STD ) بیان کرده‌اند. زمانی که یک لوله‌ در یک قطر اسمی به همان اندازه ‌برابر قوی‌تر شود، XS گفته می‌شود و زمانی که لوله دو برابر قوی‌تر شود، لوله XXS گفته می‌شود.
• روش برنامه ای : این روش مورد تایید استاندارد ANSI است و عدد اسکجول ( Schedule Number ) را می‌دهد. در این روش فشار عملی لوله را ۱۰۰۰ برابر و بر تنش مجاز لوله تقسیم کرده تا عدد اسکجول به‌ دست بیاید.
• روش کدینگ : در این نوع ابتدا استاندارد معرفی و سپس گرید لوله بر اساس حداکثر تنش نقطه‌ تسلیم معرفی می‌شود. طبق این روش لوله‌ را با گریدهای زیر تعریف می‌کنند :

1. X42
2. X46
3. X50
4. X70
5. U89
6. U100

ضخامت لوله

به لبه‌ لوله که به ‌عبارتی فاصله‌ بین دو قطر داخلی و بیرونی لوله است، ضخامت لوله گفته می‌شود. یکی از مباحثی که در مورد ضخامت لوله وجود دارد، نحوه‌ نمایش آن است. برای بیان ضخامت لوله از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود.

جدید‌ترین روش عددی است به نام عدد اسکجول که توسط موسسه‌ استاندارد آمریکا و طبق استاندارد ASME/ANSI B36. 10 M بیان می‌شود. این عدد پارامتری است برای ضخامت مختلف لوله‌ها و جایگزین روش وزنی شده است. این عدد در سال ۱۹۳۹ توسط موسسه استاندارد آمریکا معرفی شد و در ابتدا برای لوله‌های فولادی بیان گردید.

معمولا اعداد اسکجول به شکل زیر بیان می‌شود :

• ۱۶۰
• ۱۴۰
• ۱۲۰
• ۱۰۰
• ۸۰
• ۶۰
• ۴۰
• ۳۰
• ۲۰
• ۱۰
• ۵

امروزه با وجود این روش انتخاب دقیق‌تر لوله‌‌ بر مبنای عملکرد امکان‌پذیر شده است. در ایران به عدد اسکجول، رده‌ لوله نیز گفته می‌شود که به وسیله فرمول زیر به ‌دست می‌آید :

در این رابطه P فشار طراحی بر حسب PSI و S مقدار تنش تسلیم مواد تشکیل‌دهنده لوله است. هرگاه عدد اسکجول با حرف S نوشته شود، این‌گونه بیان می‌شود که جنس لوله فولادی است.

فرمول دیگری نیز در این رابطه وجود دارد که فرمول سرانگشتی Sch.No نام دارد.

در این فرمول ID قطر داخلی و WT ضخامت است.

قوانین Sch No

• هرچه عدد Sch No بیشتر شود عدد ضخامت نیز بیشتر خواهد شد.

همانطور که مشاهده می‌شود درNPS یکسان هر چه عدد اسکجول زیادتر شود، ضخامت نیز بیشتر می‌شود.

STD، XS و XXS چیست ؟

یکی دیگر از روش‌های تعیین ضخامت که در سال‌های قبل بیشتر استفاده می‌شد استفاده از سه واحد STD، XS و XXS است. در واقع این واحدها بعد از آن‌که عدد اسکجول به‌کار گیری شد کمتر مورد استفاده قرار گرفت اما این سه واحد را اگر با عدد اسکجول بخواهیم همسان‌سازی نماییم به این صورت خواهد بود که:
عدد اسکجول ۴۰ با واحد STD برابر ، عدد اسکجول ۸۰ با واحد XS و عدد اسکجول بالای ۱۶۰ با عدد XXS برابر خواهد بود.

• NPS برای سایزهای مساوی و کوچکتر از ۱۰ اینچ، کلاسه‌های ضخامت STD و Sch40 برابر است.
• در سایزهای NPS≤ ۸ اینچ کلاسه‌های ضخامت XS و Sch ۸۰ یکسان هستند. برای شماره‌های بالاتر از ۸ اینچ همه‌ پایپ‌های که گروه ضخامت آن‌ها XS است، دارای ضخامت ۱۲/۷ میلی‌متر خواهد بود.

آرایش انتهایی و طول لوله

به وضعیتی که بر روی لوله ماشین‌کاری و یا رزوه‌کاری انجام می‌شود، آرایش انتهایی لوله گفته می‌شود. بر اساس استانداردهای متداول سه نوع آرایش انتهایی روی لوله انجام می‌شود :

• انتهای ساده Plain End_ PE
• انتهای رزوه شده Threaded_TE
• انتهای ماشین‌کاری شده Beveled_ Blvd

همچنین در مورد طول لوله می‌توان گفت که لوله‌ها در شرکت‌های مختلف به طول‌های مختلف ساخته می‌شود، اما معمولا در طول ۶ متر و ۱۲ متر تولید می‌شوند.

مشخصات تیوب

از تیوب معمولا زمانی استفاده می‌شود که فشار، دما و جریان سیال بالا باشد. همچنین زمانی که نیاز به انتقال حرارت داشته باشیم از تیوب استفاده می‌کنیم. موارد کاربردی تیوب، بویلر، مبدل حرارتی و کوره های نفتی است. فراگیری دانش و علم مشخصات تیوب و لوله کمک خوبی در راهنمای خرید لوله و تیوب خواهد بود.

یکی از مشخصه‌های تیوب یکسان بودن قطر اسمی و قطر خارجی تیوب است. به‌ طور مثال تیوب ۲ اینچ، دارای قطر خارجی ۲ اینچ نیز هست. ضخامت تیوب با کلاسه ‌BWG مشخص می‌شود. دامنه گیج تیوب از ۰۰ شروع و به ۳۶ ختم می‌شود. هرچه BWG بیشتر باشد، ضخامت لوله کمتر است. به‌طور مثال گیج ۳۶ دارای ضخامت mm0.1 است. در مورد BWG باید به این مطلب اشاره نمود که آن مستقل از قطر است. یعنی چند تیوب با قطر مختلف دارای BWG یکسان، ضخامت یکسان خواهند داشت. قطر خارجی تیوب مثل OD پایپ ثابت است. با افزایش ضخامت تیوب ID کاهش پیدا می‌کند.

تیوب انواع مختلفی دارد که عبارت است از :

• تیوب سازه : این نوع تیوب در سازه‌های ساختمانی ( چهارچوب‌ها )، سازه‌های ترافیکی ( موانع در جاده‌ها ) و سازه‌های پل‌سازی کاربرد دارند. سطح مقطع این نوع از تیوب در اکثر اوقات به شکل دایره‌ است. قطر این نوع از لوله تا ۲۴ اینچ و ضخامت دیواره تا یک اینچ است.
• تیوب مکانیکی : این نوع تیوب بیشتر برای مصارف مکانیکی و ساختارهایی که نیاز به لوله‌های سبک نیاز دارند، استفاده می‌شود. تیوب مکانیکی برای زمین بازی و تجهیزات تفریحی، غلتک نوار نقاله سایبان‌ها و سازه‌های گلخانه‌ای استفاده می‌شود. تیوب مکانیکی برای جابه‌جایی سیالات استفاده نمی‌شود.
• تیوب فشار : از این نوع تیوب برای حمل سیالات استفاده می‌شود. این نوع از تیوب توان درجه حرارت و فشار بالا را دارد.

تیوب از چه ساخته می‌شود

تیوب‌ها مانند لوله‌ها که از جنس فولاد، چدن، استیل و… هستند، اما به طور کلی انواع tube بر اساس جنس به شرح زیر است :

• تیوب مسی : این نوع تیوب در یخچال‌ها و سیستم‌های تهویه کاربرد دارد و از مس خالص و یا آلیاژ مس ساخته می‌شود.
• تیوب آلومینیومی : در مصارف کم‌فشار ( مثل صنایع بهداشتی، غذایی و دارویی ) از این نوع تیوب استفاده می‌شود و به راحتی درب تیوب با فشار کم باز می‌شود.
• تیوب فولادی : این نوع تیوب برای دماهای بسیار بالا ( Super Heat ) در شرایطی مثل در بویلرها، مبدل‌های حرارتی و کندنسورها از تیوب فولادی استفاده می‌شود.
• تیوب پلاستیکی : تیوب‌های پلاستیکی مانند تیوب‌های آلومینیومی در تجهیزات کم‌فشار کاربرد دارد و معمولا از پلیمرهای پایه آلی ساخته می‌شود.

انواع استاندارد موجود در تیوب ها

• استاندارد ASTM A178 : مورد استفاده در تیوب های با درز جوشکاری قوسی الکتریکی، تیوب های دمای جوش و فوق بالا
• ASTM A179 : تیوب های بدون درز جوش و تیوب های نورد سرد
• ASTM A192 : مورد استفاده در ساخت تیوب های دمای جوش و خدمات با دمای بالا
• ASTM A209 : جهت ساخت تیوب های بدون درز آلیاژی و دمای فوق بالا
• ASTM A210 : جهت ساخت تیوب های با کربن متوسط و دماهای زیاد

جدول ضخامت تیوب

• قطر اسمی تیوب ها معمولا با قطر خارجی موجود در این مقاطع یکسان می باشد.
• حروف اختصاری BWG یا Birmangham Wire Gauge نشان دهنده کلاسه ضخامت تیوب ها می باشد.
• کمترین ضخامت در تیوب ها برابر با ۰.۱ میلیمتر و بیشترین ضخامت برابر با ۹ میلیمتر است.
• در این مقاطع گیج تیوب با ضخامت تیوب رابطه عکس دارد.
• BWG مستقل از قطر تیوب ها هستند. به این معنا که چندین تیوب با قطرهای متفاوت و BMG های برابر دارای ضخامت برابر می باشند.
• OD در تیوب ها مانند لوله ها ثابت می باشد.

تفاوت تیوب و لوله

بعد از آن ‌که مشخصات تیوب و لوله را دانستیم بهتر است به تفاوت‌های آن نیز نگاهی انداخته شود. همان‌طور که در ابتدای مقاله نیز اشاره گردید، عده‌ زیادی از مردم تیوب و پایپ را یکسان می‌دانند و بین آن‌ها تفاوتی قائل نمی‌شوند. با آن ‌که بین پایپ و تیوب تفاوت‌های زیادی وجود دارد.

• لوله استوانه ای توخالی است که با مقطع گرد ساخته می شود ولی تیوب علاوه بر مقطع گرد، با مقاطع مربعی و مستطیلی نیز ساخته می شود.
• ضخامت لوله ها دارای تلورانس ابعادی بوده و در امتداد طول آن ها متفاوت است در حالی که ضخامت تیوب ها در سراسر طول تیوب یکسان می باشد.
• برای مشخص کردن ضخامت جداره­ ی لوله ها از پارامتری به نام عدد اسکجول (Schedule Number)استفاده می شود. قطر خارجی لوله ( OD ) در یک عدد اسکجول مشخص ثابت است و با تغییر عدد اسکجول، ضخامت جداره کم یا زیاد شده و تنها قطر داخلی لوله ( ID ) افزایش یا کاهش می یابد. هیچ فرمولی بین عدد اسکجول و ضخامت لوله وجود ندارد، بلکه باید ضخامت لوله را بر حسب عدد اسکجول و سایز اسمی لوله از جدول ۱ استاندارد ASME B36.10M پیدا کرد. بر خلاف لوله ها، برای رده بندی ضخامت تیوب ها از پارامتری به نام گیج تیوب (Tube Gauge) استفاده می شود که در سیستم آمریکایی با BWG ( Birmingham Wire Gauge ) و در سیستم انگلیسی با SWG ( Standard Wire Gauge ) نشان داده می شود. با افزایش عدد گیج BWG یا SWG ، ضخامت تیوب کاهش می یابد و BWG یا SWG مستقل از قطر تیوب است، یعنی ضخامت دیواره­ ی چند تیوب با BWG یا SWG یکسان ولی قطر متفاوت برابر است. هر گیج به اینچ و میلی متر تبدیل می شود.
• در لوله ها برای اعلام سایز لوله از مشخصه ای به نام قطر اسمی (DN درسیستم متریک و  NPS درسیستم اینچی )استفاده می شود که در همه­ ی لوله ها برابر با قطر خارجی و واقعی لوله نیست. قطر اسمی در لوله هایی با NPS برابر ۱۲ و کمتر، کوچک تر از قطر خارجی واقعی لوله است ولی در لوله های با NPS بزرگتر از ۱۲، برابر با قطر خارجی و واقعی لوله است.بر خلاف لوله ها، وقتی از اندازه­ ی تیوب صحبت می شود همان اندازه­ ی قطر خارجی آن مد نظر است و دیگر از DN یا NPS استفاده نمی شود. برای مثال قطر خارجی یک لوله ۱ اینچ برابر با ۱٫۳۱۵ اینچ است ولی قطر خارجی تیوب ۱ اینچ برابر با ۱ اینچ است.
• لوله ها در سایزهای بین ۱/۸ تا ۸۰ اینچ ساخته و استفاده می شوند ولی تیوب ها در سایزهای کوچکتری ( معمولاً تا ۱۲ اینچ ) کاربرد دارند.
• لوله ها برای انتقال سیالات به کار برده شده ولی تیوب در یک سیستم بسته مانند مبدل های حرارتی و … استفاده می شوند همچنین تیوب ها بعضا جایگزین تیرآهن، قوطی و نبشی نیز در ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرند.
• فقط لوله ها می توانند تحت فشار قرار گیرند و برای انتقال مایع یا گاز مورد استفاده قرار می گیرند در حالی که از کاربردهای تیوب ها در برنامه های ساختاری و لوله کشی سیال در مسیرهای کوتاه می توان نام برد.
• تیوب ها برخلاف لوله ها دارای طول مشخصی نمی باشند و معمولاً به صورت کلاف تولید می شوند. لوله ها در شاخه هایی استاندارد با متراژ مشخص تولید و به فروش می رسند.
• در استانداردهای ساخت لوله و تیوب، الزامات ساخت، تست و بازرسی تیوب ها بیشتر و سخت گیرانه تر از لوله ها است. فرایند ساخت لوله معمولا آسان تر از ساخت تیوب است که هین عوامل باعث افزایش هزینه تمام شده و قیمت تیوب نسبت به لوله می شود.
• لوله به صورت فولاد نوردگرم ( Hot Rolling ) و فولاد نورد سرد ( Cold Rolling ) ساخته می شود. درحالی که تیوپ معمولا سیاه است ( نورد گرم ). هر دو مورد یعنی هم لوله و هم تیوب می توانند گالوانیزه شوند.