لوله 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 جملهمزایایلوله 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 هامعایبینیز 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 فولادی

لوله های فولادیدر 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 استانداردهایDIN،ANSI،BSوISOاشاره کرد.

شکل 1: لوله های فولادی

 

لوله های فولادیDIN2440وDIN2441درزدار و بدون درز و با سطوح خارجی سیاه گالوانیزه و یا از فولادST33-2و طبق استانداردDIN17100ساخته 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 استانداردANSIباScheduleبیان می شود و محدوده آن از 5Scheduleکه سبک ترین است تا 160Scheduleتغییر 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 هایBS1387فقط 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 3600BSاز 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 65ISOو 4200ISOعرضه می شوند لوله های 65ISOمناسب برای اتصال دنده ای و یا اتصال جوشی تا قطر 150 میلی­متر بصورت دوسردنده با بوشن می­باشند و لوله های 4200ISOاز نوع دوسر ساده و در دو نوع درزدار و بدون درز برای مصارف عمومی و تخصصی مورد استفاده قرار می ­گیرند.

 

لوله مسی

لوله های مسی بسته به ضخامت دیواره شان به سه نوعK،LوMطراحی 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 تیپMدر 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 نوعLاستفاده شود. همچنین اگر در مسیر لوله خم کاری وجود داشته باشد نوعLترجیح 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،part12871BSو 274ISOباشد.


 

لوله 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 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 دستهPP-HوP-BوPP-Rطبقه 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.

ازمزایایلوله 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 دارایمحدودیت­هایی 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 وPEXتک 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 پلی اتیلن

لوله های پلی اتیلن صلیبی که عموماًPEXنامیده 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.

 

·مزایای لوله های پلی اتیلنعبارتند 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

ازمعایب لوله های پلی اتیلنموارد 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 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.

عبارتPE-RTمخففPolyEthylene Raised Temperatureمی 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 معادلpsi200 و در دمای ℉180 معادلpsi100 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 فشارpsi70 معادل ℉160 می باشد اما می توانند در دمای ℉195 حداکثر تاpsi6 مقاومت کنند.

 

لوله  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.

 



 

اجزای لوله پنج لایهعبارتند از:

پلیمر داخلی و خارجی: پلی­ اتیلنPEXبه 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:

1. از نفوذ نور و اکسیژن به داخل لوله جلوگیری می­ کند.

2. با تلفیق لایه ­های چسب با آلومینیوم ضریب انبساط طولی لوله کاهش می ­یابد.

3. 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 پلیمریپنج 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