مقدمه:

انتقال جامدات و سیالاتی مانند نفت، آب و گاز از مکانی به مکان دیگر همواره یکی از چالش های بشریت بوده است، برای این منظور از لوله های فولادی استفاده می شود. لوله های فولادی از جمله قطعات مهم و کاربردی در صنایعی مانند نفت، گاز و پتروشیمی هستند. به طور کلی برای تولید لوله فولادی دو روش درزدار و بدون درز (لوله مانیسمان) وجود دارد. روش تولید اسپیرال جزء گروه درزدارها می باشد. لوله اسپیرال نوعی لوله فولادی نورد گرم است که به صورت مارپیچی در ضخامت های مختلف با ورق فولادی تولید می شود و به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود در صنایع نفت و گاز کاربرد فراوانی دارد. فضای داخلی لوله اسپیرال دارای سطحی صاف و یکنواخت است تا تلفات اصطکاکی را کاهش داده و آن را برای انتقال سیال آماده کند، اما سطح بیرونی لوله دارای یک درز جوش است که مقاومت آن را چندین برابر نسبت به لوله درز مستقیم افزایش می دهد. در ادامه این مقاله به فرآیند تولید لوله اسپیرال و انواع آن، اتصال لوله و … پرداخته ایم، بنابراین برای اینکه بدانید لوله اسپیرال چیست و با روش تولید آن، مزایا و معایب آن آشنا شوید، پیشنهاد می کنیم با ما همراه باشید.

لوله ی اسپیرال چیست؟

لوله اسپیرال در سال ۱۹۶۰ با کیفیت قابل قبولی در دنیا تولید شد و در صنایع وابسته مورد استفاده قرار گرفت. در دوره قبل از سال ۱۹۶۰ اگر چه لوله اسپیرال در بازار موجود بود اما به دلیل کیفیت پایین تر از لوله درزدار چندان مورد تایید عموم قرار نگرفت و در صنایع بیشتری به جای لوله های اسپیرال از لوله های درزدار استفاده می شد. لوله اسپیرال یکی از انواع لوله های صنعتی است که از پلی اتیلن، فولاد، الیاف کربن مقاوم و مستربچ های مناسب ساخته شده است. این نوع لوله ها بسیار ضخیم هستند و معمولاً در کارخانه در ابعاد حدود ۸۰۰ تا ۲۵۰۰ میلی متر تولید می شوند. مواد اولیه پلی اتیلن که در ساخت انواع لوله های اسپیرال استفاده می شود دقیقاً همان موادی است که در ساخت انواع لوله های پلی اتیلن تک جداره استفاده می شود که دارای خواص بسیار منحصر به فردی است و آن ها را برای نصب در شرایط سخت کاری مناسب می کند. لوله های اسپیرال رول شده و در سایزهای ۲۰ الی ۳۰۰ سانتی متر تولید می شوند. این لوله ها عموماً برای تامین آب و گازرسانی با استانداردهای مشخص برای همان سیال تولید می شوند. لوله های اسپیرال در شاخه های ۶ تا ۱۲ متری و در ضخامت های تعریف شده برای هر سایز برای مصارف ذکر شده استفاده می شود. این لوله ها در طول فرآیند تولید در مواردی دچار نشتی یا خرابی می شوند که به آن لوله های غیر آزمایشی می گویند که به عنوان تکیه گاه یا فونداسیون سازه های مختلف کاربرد دارند. در این نوع لوله ها جوشکاری مهمترین گزینه تولید است. نحوه جوشکاری لوله ها مهم است، زیرا استحکام لوله در برابر سیال ورودی و فشاری که به دیوار وارد می شود مهم و اساسی است. بنابراین در انواع لوله های اسپیرال، جوش دیواره لوله مهمترین قسمت تولید لوله های اسپیرال می باشد.

روش تولید

در ساخت لوله اسپیرال پس از صاف شدن ورق فولادی به کمک غلتک لبه های آن از هرگونه ضایعات پاک می شود. پس از آن این لوله مارپیچ به دو روش مختلف یک و دو مرحله ای ایجاد می شود. روشی که از آن به صورت تک مرحله ای یاد می شود، دارای سه بخش اصلی است. در قسمت اول ورق های فولادی به هم جوش داده شده و اطراف لبه های خود صاف می شوند. پس از آن، لبه های ورق ها خم می شوند تا از ایجاد برجستگی هایی که نمی توان آن ها را فشار داد، جلوگیری کرد. در قسمت دوم نوبت به جوشکاری زیر پودری می رسد که لبه های داخلی ورق و سپس لبه های بیرونی جوش داده می شود. در قسمت سوم این نوع روش، لوله برش داده می شود. روش دیگری که برای ساخت لوله اسپیرال استفاده می شود روش دو مرحله ای است. در این روش تمامی مراحل به جز قسمت دوم مشابه روش تک مرحله ای می باشد. در روش ساخت یک مرحله ای به دلیل جوشکاری موجود سرعت ساخت پایین است. اما در روش دو مرحله ای به دلیل جوشکاری همزمان از داخل و خارج، راندمان و سرعت این روش افزایش یافته و لوله مارپیچ چهار برابر بیشتر از روش تک مرحله ای تولید می شود.

اسپیرال تک مرحله ای

روش تک مرحله ای خود به سه قسمت تقسیم می شود که شامل مراحل زیر می باشد:

• آماده سازی اولیه ورق
• شکل دهی
• جوشکاری زیر پودری در داخل و خارج

در این روش در هر دقیقه حدود ۱ تا ۳ متر لوله اسپیرال تولید می شود. یکی از معایب این روش کندی فرآیند ساخت لوله اسپیرال است.

اسپیرال دو مرحله ای

روش ساخت لوله اسپیرال دو مرحله ای شامل مراحل زیر است:

• آماده سازی اولیه
• شکل دهی
• جوشکاری با GMAW
• جوشکاری زیر پودری در داخل و خارج

همانطور که مشاهده می کنید این روش یک مرحله بیشتر از روش قبلی دارد. اما نکته قابل توجه اینجاست که در این روش در هر دقیقه حدود ۱۲ متر لوله اسپیرال تولید می شود. به همین دلیل سرعت تولید بالا یکی از مزیت های روش تولید دو مرحله ای است.

روش شکل دهی اسپیرال

در روش تولید لوله با استفاده از روش شکل دهی مارپیچی، ابتدا ورق فولادی از بین غلتک هایی که دارای درز مارپیچی هستند عبور کرده و به صورت لوله در می آید. اگرچه در لوله درز مستقیماً قطر لوله بستگی به عرض ورق دارد اما در روش مارپیچی با تغییر زاویه اولیه ورق، قطر لوله تغییر می کند. در واقع به جای تغییر کل قالب های خط تولید، با تغییر زاویه تغذیه ورق، قطرهای مختلفی ساخته می شود. علاوه بر این روش مارپیچی نسبت به روش درز مستقیم هزینه کمتری برای شما دارد.

روش ساخت لوله مارپیچ

به طور کلی پنج روش اصلی در ساخت لوله اسپیرال با قطر بالا رایج است:

الف) روش O & U: که در آن صفحه ابتدا U شکل و سپس O شکل می شود.

ب) خم شدن غلتک یا نورد هرمی: در این روش محصول از چند مرحله عبور کرده و سپس درز نهایی جوش داده می شود.

ج) روش 2C: در این روش دو نیمه از لوله را به شکل حرف C می سازند و سپس به هم جوش می دهند.

د) روش C & O: مشابه روش U & O است با این تفاوت که در مرحله اول خمش بیشتری روی صفحه اعمال می شود.

ه) شکل دهی مارپیچی: که در آن ورق به شکل لوله ای مانند نخی که پیچ را احاطه کرده است، درز بین لبه های ورق را با جوش پر می کند.

کاربردهای صنعتی لوله اسپیرال

استحکام و مقاومت این لوله در شرایطی با فشارهای مثبت و منفی بالا، کاربردهای صنعتی متعدد و گسترده ای را به همراه داشته است که از جمله آن ها می توان به:

• حذف گرد و غبار و سایر ذرات ریز موجود در هوا
• سیستم HVAC (تهویه مطبوع)
• دفع بخارهای شیمیایی و سایر سموم محیطی
• جابجایی مواد فله مانند کامیون های بارگیری و قیف های ناودانی
• حذف تولید محصولات جانبی مانند خاک اره و تراشه های چوب

کاربردهای تجاری لوله اسپیرال

اولین استفاده از این نوع لوله ها در کاربردهای تجاری برای سیستم های گرمایش و تهویه مطبوع یا سیستم های HVAC می باشد. کاربرد اصلی لوله اسپیرال در لوله کشی مهندسی آب، صنایع پتروشیمی، صنایع شیمیایی، صنایع برق، آبیاری کشاورزی و ساخت و ساز شهری می باشد. این یکی از بیست محصول اصلی توسعه یافته توسط چین است. این لوله برای حمل و نقل مایعات مانند تامین آب، زهکشی، عملیات تصفیه فاضلاب و حمل و نقل آب دریا استفاده می شود. از این لوله برای انتقال گاز و مایع نیز استفاده می شود. این لوله همچنین برای استفاده سازه ای برای پل ها، اسکله ها، جاده ها، سازه های ساختمانی و … استفاده می شود. همچنین کاربرد های تجاری این لوله از جمله موارد زیر است:

• مراکز عمومی
• ساختمان های اداری و انبارها
• کلینیک ها و بیمارستان ها
• تجمعات و مکان های تفریحی

مزایا و معایب لوله اسپیرال

لوله اسپیرال، مانند تمام محصولات ساخته شده توسط انسان، ممکن است دارای معایب و همچنین مزایایی باشد. سطح مقطع بیضی شکل این لوله و داشتن شیارها و چین و چروک روی سطح آن از معایب لوله مارپیچ است.

مزایای لوله اسپیرال عبارتند از:

• برای خم کاری مناسب تر از لوله های درزدار مشابه
• دارای خواص مکانیکی بالا
• فرآیند تولید انعطاف پذیر
• استحکام بالاتر نسبت به سایر لوله های درزدار

انواع لوله های اسپیرال

لوله های اسپیرال با توجه به ضخامتشان تقسیم می شوند اما لوله های فولادی اسپیرال با توجه به کیفیت لوله اسپیرال به سه دسته واجد شرایط، بازسازی شده و غیرقابل استفاده تقسیم می شوند.

ترمیم شده: لوله هایی که کیفیت آن ها مطابق با شرایط استاندارد و فنی پذیرش نبوده، اما قابل تعمیر هستند.

واجد شرایط: لوله هایی که کیفیت آن ها مطابق با استانداردها و شرایط فنی باشد.

غیر قابل استفاده: لوله هایی که از نظر ظاهر و کیفیت جالب نیستند و حتی پس از تعمیرات، استاندارد و شرایط فنی لازم را ندارند.

روش های اتصال لوله های اسپیرال

لوله های صنعتی اسپیرال روش های اتصال مختلفی دارند که رایج ترین آن ها روش جوشکاری است. اما در برخی موارد خاص می توان این لوله ها را با روش هایی مانند اتصال پیچی، فلنجی، سوکتی و شیار به یکدیگر متصل کرد. اتصالات جوشی و فلنجی بیشتر در لوله های مارپیچ و سایر لوله های درزدار دیده می شود. این روش های اتصال تاثیر زیادی بر عملکرد، آب بندی و سایر جنبه های فنی لوله های اسپیرال دارند. بیشتر اوقات برای جوشکاری لوله های اسپیرال از روش جوشکاری زیر پودری استفاده می شود. این روش جوشکاری اصول و قوانین خاصی دارد و با استفاده از قوس الکتریکی و ذوب دانه ای انجام می شود. همچنین جوشکاری زیر پودری به پوشاندن نواحی جوش با استفاده از پودر یا فلکس مخصوص کمک می کند. این کار از ورود اکسیژن به درزها و قوس ها جلوگیری می کند و از اکسید شدن یا زنگ زدگی آن ها جلوگیری می کند. بقایای جوشکاری که گاهی در سطح لوله های مارپیچی دیده می شود، جوش های زیرپودری هستند که شکاف ۱۸۰ درجه ای درز لوله اسپیرال را می پوشانند.

عوامل موثر بر قیمت لوله اسپیرال

اگر می خواهید بدانید چه عواملی بر قیمت لوله های اسپیرال تاثیر می گذارد باید به شما بگوییم که کیفیت ورق های فولادی مورد استفاده برای تولید لوله های اسپیرال و نوع جوش لوله در این امر تاثیر بسزایی دارد. همانطور که می دانید کیفیت جوشکاری در لوله های اسپیرال بسیار مهم است. به همین دلیل است که لوله های با کیفیت از جوش قوی تری بهره می برند و طبیعتا قیمت بالاتری نیز دارند. نکته دومی که باید به آن توجه کنید نوع ورق فولادی مورد استفاده در فرآیند ساخت لوله های اسپیرال است. اگر برای ساخت این نوع لوله ها از ورق های فولادی خارجی و وارداتی استفاده شود، قیمت محصول نهایی افزایش می یابد. بهتر است به این نکته توجه شود که ورق های فولادی ساخت داخل نیز دارای کیفیت بالایی هستند و از استانداردهای لازم برخوردار می باشند. شما می توانید با توجه به نیاز و بودجه مالی خود از بین لوله های اسپیرال ایرانی و خارجی یکی را انتخاب کرده و محصول مورد نظر خود را تهیه نمایید.

جمع بندی

همانطور که گفته شد لوله اسپیرال یک لوله فولادی نورد گرم و مارپیچی است که در سایزهای ۲۰ الی ۳۰۰ سانتیمر تولید می شود. در فرآیند تولید لوله اسپیرال، نوار فولادی به گونه ای نورد می شود که ضلع آن با ضلع مرکز لوله زاویه داشته باشد. برای استحکام بیشتر در برابر فشار وارد شده به دیواره لوله، نوع جوشکاری آن از اهمیت بالایی برخوردار است. این لوله ها به دو روش تک مرحله ای و دو مرحله ای تولید می شوند و تفاوت این دو روش در انجام جوشکاری زیرپودری همزمان در دو طرف لوله است. لوله های اسپیرال به دلیل مزایای مهمی که دارند از جمله طول زیاد، قطر زیاد، دقت ابعادی مناسب، نشت هوای کمتر نسبت به لوله های درزدار و همچنین بهبود خواص مکانیکی در آن ها، کاربردهایی در صنایع نفت و گاز، آب و فاضلاب و … دارند.