بررسی انواع لوله های موجود در بازار تاسیسات
در این مطلب می خوانیم:
تاریخچه
نسل های اولیه سیستم های تاسیساتی از لوله های صلب آهنی و فولادی استفاده می کردند. برای اتصال این لوله ها در منازل مسکونی و ساختمان های تجاری کوچک میتینگ های رزوه ای استفاده می شد. در حالی که در سیستم های بزرگ تر لوله ها را به یکدیگر جوش می دادند. از دلایل استفاده گسترده آنها، میتوان به دسترسی آسان به این مواد، اشاره کرد.
در برخی کشورها گاهی هنوز از لوله های فولادی و آهنی استفاده می شود، اما این استفاده به لوله کشی اطراف دیگ در موتورخانه محدوده شده و به ندرت در سیستم توزیع در ساختمان مورد استفاده قرار می گیرند.
پس از جنگ جهانی دوم لوله های مسی جایگزین لوله های آهنی و فولادی شد و با گذشت زمان انواع مختلف لوله ها به صنعت تاسیسات معرفی شد که در این مطلب به طور مختصر به بررسی انواع لوله های موجود در بازار پرداخته می شود.
انواع لوله ها
لوله های فلزی
لوله های فلزی جزو نسل قدیم لوله ها است که برای کاربردهای مختلف در ساخت و ساز و تاسیسات مورد استفاده قرار گرفته اند ولی امروزه با پیشرفت تکنولوژی ساخت لوله ها، استفاده از آنها کم تر شده است.
از جمله مزایای لوله های فلزی میتوان به موارد زیر اشاره کرد.
- استحکام بالا: این لوله ها مقاومت بالایی در برابر ضربات مکانیکی، دما، فشار و. . . دارند.
- ضریب انبساط طولی پایین: این لوله ها دارای ضریب انبساط طولی پایینی میباشند لذا تغییر طول آنها نسبت به تغییرات دمایی کم است و این امر باعث می شود که هنگام سرد شدن تنش در آنها ایجاد نشود.
- نفوذ ناپذیری: تحت هیچ شرایطی نور و اکسیژن از این لوله ها عبور نمی کند لذا در این لوله ها جلبک ها تشکیل نشده و رشد نمی کنند.
- مقاوم در برابر آتش سوزی: به دلیل اینکه نقطه ذوب این لوله ها بالا است در برابر آتشسوزی از خود مقاومت نشان داده و آتش را از نقطهای به نقطه دیگر منتقل نمی کنند.
این لوله ها معایبینیز دارند که میتوان موارد زیر را نام برد.
- عدم شکل پذیری آسان: این لوله ها به دلیل اینکه استحکام مکانیکی بالایی دارند شکل پذیری آنها سخت و تقریبا غیر ممکن است لذا برای هر تغییر مسیر لوله باید از اتصالات استفاده شود.
- ضریب هدایت حرارتی بالا: ضریب هدایت حرارتی لوله های فلزی بالا است لذا در صورتیکه در سیستمهای سرمایش و گرمایش مورد استفاده قرار گیرند، اتلاف انرژی زیادی خواهند داشت و حتما باید با عایق مورد استفاده قرار گیرند.
- افت فشار و رسوب پذیری بالا: به دلیل اینکه زبری جدار داخلی این لوله ها زیاد است افت فشار و رسوب پذیری این لوله ها بالا است و چون در دماهای بالا حلالیت املاح در آب کاهش مییابد لذا هنگامی که از این لوله ها برای سیستم های گرمایش مورد استفاده قرار میگیرند سریع رسوب میگیرند. این امر موجب کاهش قطر و افزایش افت فشار میگردد.
- خوردگی بالا: این لوله در برابر اکسیژن و املاح موجود در آب و خاک مقاومت کمی دارند و بعد از مدتی از داخل و خارج دچار خوردگی شده، به خصوص هنگامی که در تماس مستقیم با خاکی با خاصیت خوردگی بالا مانند شهر دزفول قرار داشته باشد.
- وزن بالا: وزن این لوله ها بالا است لذا حمل و نقل آنها مشکل و هزینه بردار است.
- مشکلات نصب: به دلیل وزن بالای این لوله ها، انعطاف پذیری کم و اتصالات زیاد اجرای آنها زمانبر و مشکل است.
- عمر کم: عمر مفید این لوله ها کم است و بعد از مدتی این دچار مشکلاتی از قبیل پوسیدگی، کاهش قطر، ترکیدگی و… می شوند.
از جمله لوله های فلزی مورد استفاده در سیستم گرمایش میتوان به لوله های فولادی و مسی اشاره کرد.
لوله های فولادی
لوله های فولادی در دو نوع درزدار و بدون درز و در انواع سیاه فولادی و گالوانیزه عرضه می شوند. این لوله ها طی فرآیندهای مختلفی تولید می شود. لوله بدون درز، با فرآیند سوراخ کاری یا اکستروژن تولید می شود و درز طولی ندارد. در روش تولید دیگر، ورق فولادی را به صورت یک سیلندر در می آورند و سپس درز طولی آن را جوش می دهند. از جمله استانداردهای مربوط به لوله های فولادی می توان به استانداردهای DIN، ANSI، BS و ISO اشاره کرد.
شکل 1: لوله های فولادی
لوله های فولادی DIN2440 و DIN2441 درزدار و بدون درز و با سطوح خارجی سیاه گالوانیزه و یا از فولاد ST33-2 و طبق استاندارد DIN17100 ساخته می شوند فشار نامی 25 بار و فشار آزمایش در کارخانه با آب 50 بار است. این نوع لوله ها از نوع دو سر ساده و دو سر دنده با بوشن و مناسب برای اتصال دنده ای است.
ضخامت دیواره لوله لوله های فولادی در استاندارد ANSI با Schedule بیان می شود و محدوده آن از 5 Schedule که سبک ترین است تا 160 Schedule تغییر می کند. ضخامت جداره لوله با اندازه لوله تغییر می کند، رده بالاتر بیانگر ضخیم تر بودن جداره لوله برای یک قطر معین می باشد. این نوع لوله ها بستگی به نوع آنها می توانند بصورت دوسر دنده، فلنجی و یا دو سر ساده برای جوش عرضه شوند.
لوله های BS1387 فقط از نوع بدون درز مناسب برای اتصال دنده ای و یا اتصال جوشی تا قطر نامی 150 میلیمتر بصورت دو سر ساده، یا بصورت دو سر دنده با بوشن و در سه وزن سبک، متوسط و سنگین عرضه می شوند. این لوله ها تا دمای 260 درجه سانتیگراد و فشار کار مجاز 21 بار کاربرد دارند به شرطی که ضخامت جداره آنها از آنچه که در جدول وزن متوسط داده شده کم تر نباشد و نوع اتصال لوله جوشی باشد.
برای اتصال نوع دنده ای در دمای کار 260 درجه سانتیگراد، حداکثر فشار کار مجاز آن تا 9 بار کاهش می یابد.
لوله های فولادی 3600BS از نوع درز دار و بدون درز و از نظر ترکیب شیمیایی و نوع ساخت در پنج گروه با ترکیبهای مختلف عرضه می شوند.
در نهایت لوله های فولادی در استاندارد ایزو طبق ضوابط مندرج در استانداردهای 65ISO و 4200ISO عرضه می شوند لوله های 65ISO مناسب برای اتصال دنده ای و یا اتصال جوشی تا قطر 150 میلیمتر بصورت دوسردنده با بوشن میباشند و لوله های 4200ISO از نوع دوسر ساده و در دو نوع درزدار و بدون درز برای مصارف عمومی و تخصصی مورد استفاده قرار می گیرند.
لوله های مسی
لوله های مسی بسته به ضخامت دیواره شان به سه نوع K، L و M طراحی می شوند که به ترتیب از ضخامت دیواره شان کاسته می شود. قطر خارجی این سه نوع لوله مشابه هم است که امکان استفاده از فیتینگ ها و شیرهای یکسان را برای هر سه نوع لوله فراهم می کند. به خاطر کم بودن فشار در سیستم های گرمایش هیدرونیک منازل مسکونی و ساختمان های تجاری کوچک، کم ضخامت ترین نوع یعنی تیپ M در این سیستم ها مورد استفاده قرار می گیرد. این لوله با همین ضخامت، چند برابر قدرت تحمل فشار بیشتری نسبت به قسمت های دیگر سیستم هیدرونیک دارد. برخی از استانداردها لازم می دانند که برای انتقال آب مصرفی از نوع L استفاده شود. همچنین اگر در مسیر لوله خم کاری وجود داشته باشد نوع L ترجیح دارد.
لوله های مسی مقاومت مطلوبی در برابر خوردگی حاصل از اکسیژن محلول در آب دارند. هر چند این لوله ها در مقابل انواع دیگر خوردگی مصونیت ندارند. اسید حاصل از تغییرات شیمیایی ضد یخ های پایه گلیکول در دماهای بالا می تواند به این لوله ها آسیب برساند. این نوع خورندگی مخصوصاً در سیستم های خورشیدی که گاهاً آب در کلکتور آنها تحت تابش شدید آفتاب به مدت زیادی ثابت می ماند رخ می دهد. لوله های مسی همچنین در مقابل غلظت های بالای سولفید هیدروژن آسیب پذیرند.
لوله های مسی مورد استفاده در تاسیسات گرمایی و سرمایی بایستی مطابق یکی از استانداردهای 1786DIN، 88D ANSI، part1 2871 BS و 274ISO باشد.
شکل 2: لوله های مسی
لوله های پلیمری
در صنعت تاسیسات خوردگی و رسوب گذاری در لوله های فلزی خسارات و مشکلاتی را بوجود می آورد. برای حل این مشکل تلاش های زیادی صورت گرفته است. یکی از راههایی که برای حل این مشکلات پیشنهاد شده است استفاده از لوله های پلیمری است اما به کارگیری این لوله ها در عمل نشان داده که اگر چه جایگزینی فلز با پلاستیک مسئله خوردگی و پوسیدگی لوله را حل می کند با این حال مشکلات دیگری به همراه دارد که در این بخش به آن به طور مختصر پرداخته شده است.
لوله های پروپیلن
لوله های پلی پروپیلن را میتوان در شبکههای لوله کشی تحت فشار نیز به کاربرد، ولی دامنه کاربرد آن منحصر به خطوط فشار پایین (مصارف داخل ساختمانی ، لوله کشی آب سرد و گرم بهداشتی) است. امرزوه از این لوله ها در انتقال مواد شیمیایی و سیستم فاضلاب نیز استفاده فراوان می گردد. این لوله ها درسه دسته PP-H و P-B و PP-R طبقه بندی می شوند. این لوله ها دارای کم ترین چگالی درمیان همه لوله های گرمانرم است. ساختار سمولکولی انواع لوله های پلی پروپیلن سبب گردیده که مقاومت آنها در برابر سیالها بسیار وابسته به نوع سیال اعم از بازی و یا اسیدی بودن و میزان سختی سیال و همچنین مقدار دما و شرایط محیطی باشد . این لوله ها به دلیل مقاومت بالایی که در شرایط گرمایی دارند برای حمل سیالات مختلف با دمای خاص کاربرد فراوانی پیدا کرده اند.
آنچه طبق استانداردهای مربوطه اهمیت دارد محاسبه عمر مفید لوله های پلی پروپیلنی در سیستمهای گرمایش است که در این جا برای یک دوره کاری 50 ساله توضیح داده می شود. در یک دوره 50 ساله عملاً 14 سال از این دوره آب درون این لوله ها با دمایی حدود 20 درجه سانتیگراد عبور می کند چرا که قطعاً 5/3 ماه ازسال سیستم گرمایی خاموش است و تهیه آبگرم برای آن معنایی ندارد و این به معنی 14 سال از 50 سال است. در همین دوره 50 ساله ذکر شده، حداکثر 25 سال آب درون لوله ها با دمای 60 درجه سانتیگراد عبور می کند که جهت آب موجود برای مصرف استحمام است. در حداکثر 10 سال از دوره 50 ساله آب با دمای 80 درجه سانتیگراد عبور می کند. در نهایت در دوره 50 ساله، به مدت یک سال به صورت دایمی می توان آبی با دمای 90 درجه سانتی گراد را عبور داد و در همین دوره 100 ساعت آب 100 درجه سانتیگراد می تواند عبور کند.
از مزایای لوله های پلی پروپیلن به موارد زیر میتوان اشاره کرد.
- عدم پوسیدگی از داخل و خارج: این لوله ها با قرارگیری در معرض رطوبت و مواد خورندهای همچون گچ، آهک و دیگر مواد ساختمانی دچار خوردگی نمی شوند.
- وزن کم: وزن این لوله ها با توجه به پلیمری بودن جنس آنها، بسیار کم تر از لوله های فلزی است بنابراین حمل و نقل و عملیات لوله کشی با این لوله ها راحت تر است.
- پایین بودن ضریب هدایت حرارتی: این لوله ها ضریب هدایت حرارتی پایین تری نسبت به لوله های فلزی دارند. بنابراین هنگامی که از این لوله ها برای انتقال آب گرم یا سرد استفاده شود، نسبت به لوله های فلزی انرژی کم تری در خلال حرکت سیال هدر می رود.
- افت فشار و رسوب پذیری پایین: به دلیل کم تر بودن زبری سطح داخلی این لوله ها نسبت به لوله های فلزی، افت فشار و رسوب پذیری کم تری دارند.
- نصب سریع و آسان: وزن کم و خط نشان در این لوله ها و زوایای مختلف اتصالات، نصب این لوله ها را سریع کردهاست.
با وجود مزایای نسبی این لوله ها نسبت به لوله های فلزی، این لوله ها به دلیل ساختار فیزیکی و شیمیایی دارای محدودیت هایی نیز هستند مه از جمله، موارد زیر را میتوان برشمرد.
- عدم تحمل دما و فشار زیاد: این لوله ها توان تحمل حرارت مداوم 65 درجه سانتیگراد با فشار 20 بار برای عمر 50 سال را دارند. بنابراین این لوله ها فقط جهت لوله کشی آب گرم و آب سرد بهداشتی (مصرفی) مورد استفاده قرار میگیرند و برای لوله کشی سیستمهای گرمایشی استفاده از آنها محدود است.
- ضریب انبساط طولی زیاد: ضریب انبساط طولی لوله های پلی پروپیلن در مقایسه با ضریب انبساط طولی لوله های فلزی بیشتر است. لذا برای لوله کشی در مسیرهای مستقیم با طول زیاد لازم است از وسایل کنترل انبساط استفاده شود.
- امکان عبور نور و مشکلات بهداشتی: چون نور از این لوله ها عبور می کند پس از مدتی جلبکها در سطح داخلی آنها رشد می کنند و باعث می شود که طعم و بوی آب عوض شود.
- نفوذ اکسیژن: بر خلاف فلزات که دارای ساختمانی فشرده و غیر قابل نفوذ در مقابل گازها هستند، مواد پلیمری مانند پلیاتیلن، پلیپروپیلن، پلیبوتیلن و PEX تک لایه، سد خوبی در برابر عبور اکسیژن نمیباشند. نفوذ اکسیژن به داخل لوله سبب تشدید خوردگی در تجهیزات سیستمهای بسته حرارتی می شود که در این صورت سرعت پوسیدگی در سیستمهای فلزی از قبیل شوفاژ، پمپها، شیرآلات، مخازن فلزی و منبع تولید آب گرم که به چنین لوله هایی متصل هستند زیاد خواهد بود.
- عدم شکل پذیری: این لوله ها خشک هستند و به علت ساختار مولکولی خاصی که این لوله ها دارند در صورتیکه خم شوند ترک برمی دارند.
لوله های پلی اتیلن
لوله های پلی اتیلن صلیبی که عموماً PEX نامیده می شوند، امروزه به وفور در بخشهای مختلف سیستم های گرمایش هیدرونیک مورد استفاده قرار می گیرند. این لوله ها همچنین که در شکل زیر نشان داده شده اند، کاربرد وسیعی در سیستم های گرمایش تشعشعی دارند. لوله های پلی اتیلن به طرز قابل توجهی توان تحمل فشار و درجه حرارت های بالاتری نسبت به پلیپروپیلن ها دارند. این لوله ها به وفور در رول های یک تکه 1000 فوتی در سایزهای نامی 5/16 تا 2 اینچ در دسترس اند.
شکل 3: لوله های پلی اتیلن
- مزایای لوله های پلی اتیلن عبارتند از:
- ارزان بودن قیمت
- سبکی وزن و آسانی حمل و نقل
- سهولت نصب و اجرای سریع
- مقاوم در برابر فشار خارجی و قابلیت انعطاف پذیری
- حداقل ضریب اصطکاک دیواره
- مقاوم در برابر سرما تا 70 درجه سانتیگراد و گرما تا 80 درجه سانتیگراد
- مقاوم در برابر خاک و مواد شیمیایی (اسیدها)
- عدم نیاز به رنگ و پوشش
- مقاوم در برابر انرژی تابشی و اشعه رادیواکتیو
- قابلیت تولید به صورت کلاف های دلخواه
از معایب لوله های پلی اتیلن موارد زیر را می توان نام برد.
- انبساط حرارتی بالا
- مقاومت ضعیف در مقابل عوامل جوی
- قرار داشتن در معرض شکستگی ناشی از تنش
- مشکل بودن ایجاد پیوند ( چسبندگی ضعیف به سایر مواد ) و قابل اشتعال بودن
دیگر لوله های پلیمری
از دیگر لوله های پلیمری مورد استفاده در سیستم گرمایش میتوان به انواع لوله های پلیبوتیلنی و لوله های پلی اتیلنی مشبک (PEX) اشاره کرد. همچنین لوله های PE-RT و لوله های PP-R دو نوع دیگر از لوله های پلیمری هستند که استفاده روبه رشدی در سیستم های مدرن هیدرونیک دارند.
عبارت PE-RT مخفف PolyEthylene Raised Temperature می باشد. این لوله ها در بازار نسبتاً جدید هستند اما بیش از 20 سال است که در اروپا مورد استفاده قرار می گیرند. حد تحمل فشار آنها در دمای ℉73 معادل psi 200 و در دمای ℉180 معادل psi 100 می باشد. برای سیستم هیدرونیک مدار بسته جهت جلوگیری از ورود اکسیژن از بیرون به داخل لوله نوع ایزوله شده آن نیز موجود است.
نوع دیگری از لوله های پلیمری نسبتاً جدید، لوله های پلی پروپیلن تقویت شده (PP-R) می باشد و در سایزهای از تا 10 اینچ موجود است. این لوله ها دارای لایه میانی فایبرگلس مقاوم می باشند که در ترکیب با دو لایه بیرونی و درونی پلی پروپیلن باعث کاهش انبساط حرارتی می شود. دمای کاری این لوله ها در فشار psi 70 معادل ℉160 می باشد اما می توانند در دمای ℉195 حداکثر تا psi 6 مقاومت کنند.
لوله های پلیمری پنج لایه
معایب و محدودیت لوله های پلی پروپیلن متخصصان پلیمر را بر آن داشت تا با روشهای مختلف، مزایای لوله های کاربردی در ساختمان را افزایش و معایب آنها را کاهش دهند و لولهای تولید کنند که کلیه مزایای فلز و پلیمر را همزمان داشته باشد. نتیجه این تحقیقات منجر به تولید لوله هایی شده است که در آنها خواص لوله های فلزی و پلیمری گنجانده شدهاند و با تلفیق این دو عنصر (فلز و پلیمر) لوله های نسل جدید را بوجود آوردهاند که تحولات جدیدی در سیستمهای لوله کشی به ویژه تاسیسات بهداشتی، حرارتی و برودتی بوجود آوردهاند. این لوله های نسل جدید از پنج لایه تشکیل شدهاند که در شکل زیر ترتیب قرارگیری آنها نشانداده شده است.
شکل 4: اجزای سازنده لوله های پنج لایه
اجزای تشکیل دهنده لوله های پنج لایه عبارتند از:
پلیمر داخلی و خارجی: پلی اتیلن PEX به معنی پلی اتیلن مشبک شده است که مقاومت لوله را در برابر فشار و دمای بالا افزایش می دهد.
لایه آلومینیوم: لوله های پلیمری دارای مزایای زیادی نسبت به لوله های فلزی میباشند ولی دارای دو محدودیت اساسی هستند. یکی ضریب انبساط حرارتی زیاد و دیگری نفوذ اکسیژن به داخل آنها است. برای حل این دو عیب اساسی یک لایه آلومینیومی در قسمت میانی این لوله ها قرار میدهند این لایه باعث می شود که:
- از نفوذ نور و اکسیژن به داخل لوله جلوگیری می کند.
- با تلفیق لایه های چسب با آلومینیوم ضریب انبساط طولی لوله کاهش می یابد.
- تحمل لوله در مقابل فشار و دما بالا میرود.
لایه چسب: بین لایه آلومینیوم و لایههای داخلی و خارجی پلیمر از دو لایه چسب استفاده شده است. وظیفه این دو لایه چسب محکم و یکپارچه کردن لایه آلومینیومی به لایههای پلیمر داخلی و خارجی است و تا دمای 110 درجه سانتیگراد مقاومت حرارتی در زمان طولانی دارد.
مزایای لوله های پلیمری پنج لایه عبارتند از:
- مقاومت در برابر خوردگی و پوسیدگی از داخل و خارج: لایههای داخلی و بیرونی این لوله ها از پلیاتیلن است و در برابر املاح آب یا خاک مقاوم است.
- مقاوم در برابر فشار و دما: این لوله ها تحمل دمای حدود 90 درجه سانتیگراد در فشار 10 بار را بطور مداوم دارند. لذا از این لوله ها میتوان برای سیستمهای گرمایشی با حداکثر دمای کارکردی 90 درجه استفاده کرد بطوری که امروزه یکی از کاربردهای عمده این لوله ها استفاده در سیستمهای گرمایش از کف میباشد.
- ضریب انبساط طولی پایین: لایه آلومینیومی و چسب مقدار انبساط و انقباض لوله را کنترل می کنند.
- افت فشار و رسوب پذیری پایین: با توجه به اینکه سطح داخلی این لوله ها صاف بوده و از اتصالات کم تری نسبت به لوله های فلزی استفاده می شود، افت فشار و قابلیت رسوب پذیری آنها کم است و در سرعتهای بالای جریان آب، سطح داخلی آنها دچار سایش نمی شود.
- نصب آسان و سریع: سبک و انعطاف پذیر بودن این لوله ها باعث شده است که نصب آنها آسان و سریع باشد.
- عدم نفوذپذیری نور و اکسیژن
- سر و صدای پایین نسبت به لوله های فلزی
مطالب مرتبط:
- فاضلاب به زبان ساده (قسمت سوم)، سوپر درین جایگزینی برای لوله کشی ونت
- نقشه های اجرایی فاضلاب
- آشنایی با سیستمهای هیدرونیک
- یک مهندس تاسیسات به یادگیری چه نرم افزار هایی نیاز دارد؟
منبع:
