اعتبارجهانی : تاریخچه استفاده از لوله های انتقال به هزاران سال پیش که چینی ها به وسیله ساقه های بامبو آب را انتقال میدادند بر میگردد . در سال 1804 اولین بار در ایالات متحده آمریکا از لوله های چدنی برای این کار استفاده شد و با پیدایش و رشد تکنولوژی فولاد در 1855 که تولید فولاد به روش بسمر آغاز گردید موجب تحول صنعت لوله سازی شد. و تولید لوله که تا آن زمان با روش رول فرمینگ و با طول 1.2 تا 2.4 متری بود به لوله های فولادی حدود 9 متری که درز های آن با پرچ به هم دوخته میشد ارتقا پیدا کرد و به مدت 50 سال مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1932 با توسعه فناوری جوش الکتریکی ، جوشکاری درز لوله ها جایگزین پرچ کاری گردید . پس از آن صنعتگران لوله سازی در سالهای 1960 تا 1970 به فناوری ساخت لوله های اسپیرال دست پیدا کردند و امروز که حدود 40 سال از پیدایش این نوع لوله ها میگذرد کاربرد این لوله ها با توجه به افزایش کیفیت مواد اولیه و جوشکاری بیش از پیش گردیده بطوریکه در بولتن های اخیر سهم 5 درصدی از کل خطوط لوله که برابر لوله های درز مستقیم هستند را به خود اختصاص داده است.

1

در این میان لوله های اسپیرال که با روش آفلاین ( فرمینگ و جوشکاری جدا از هم ) تولید می شوند ، به دلیل افزایش آشکار سرعت و کیفیت جایگاه ویژه ای دارند. این تکنولوژی متعلق به شرکت HOESCH MFD آلمان بوده و اکنون با گذشت چندین سال از ارائه این تکنولوژی این شرکت بهW+K Industrial Technology تغییر نام داده و سهام آن متعلق به شرکت DANIELI ایتالیا می باشد. شایان ذکر است با وجود مرور زمان شرکتهای اندکی از این تکنولوژی بهره مند هستند.

لوله های درز جوش مارپیچی امروز با توجه به مزایای فراوان فنی و اقتصادی که در ادامه این بحث به تشریح آن خواهیم پرداخت مورد تایید مراجع استانداردی مختلف نظیر AWWA , ، ASME ، ANSI ، NACE ، API هستند و مصرف آن در اکثر کشورهای دنیا رو به افزایش میباشد.

اعتبار داخلی : تا قبل از سال 1378 لوله های انتقال در کشور منحصر به لوله های تولید شده به روش ERW و همچنین UOE میشد که عمدتاً در شرکت لوله سازی اهواز تولید میگردید. پس از آن با توجه ایجاد ظرفیت تولید لوله های اسپیرال در داخل کشور و همچنین با توجه به رشد بومی این صنعت استفاده از این لوله ها مورد توجه قرار گرفت و در تیر ماه 1381 کنفرانسی با عنوان " جايگاه ‌لوله‌هاي درزجوش مارپيچي (  SPIRAL ) در صنايع نفت ‌وگاز جهان و با حضور صاحبنظران ، کارشناسان و متولیان وزارت نفت و با حمایت شرکت های تولید کننده لوله و مواد اولیه برگزار گردید. در این کنفرانس خط انتقال گاز مسیر خانگیران – مشهد با طول 80 کیلومتر و با سایز 36 اینچ که با لوله های اسپیرال نصب و بهره برداری گردیده بود مورد بررسی قرار گرفت و نتیجتا به تبع استانداردهای جهانی نظیر API استفاده از این نوع لوله در کشور ما با درج عبارت :

5.1.3.11   Helical seam SAW pipe (SPW pipe)

The following sentence shall be added to the existing clause:

This type of pipe is acceptable, in which case all the requirements indicated in this standard shall be applied.

در استاندارد IPS-M-PI-190 مورد تایید قرار گرفت.

و امروز که حدود 12 سال از تایید این لوله ها میگذرد سهم عمده ای از مجموع حدود 39000 کیلومتر خط لوله صنعت نفت مختص به این لوله ها بوده است . این در حالی است که هیچگونه گزارشی مبنی بر حادثه که ناشی از کیفیت این لوله ها باشد گزارش نگردیده است.

2

همانطور که در بخش قبل ذکر گردید لوله های (Submerged Arc Welded Pipe)(SSAW)(HSAW) درز جوش مارپیچی با توجه به روش تولید و مواد اولیه مورد استفاده دارای مزیت های فراوانی نسبت به رقیب اصلی خود که لوله های درز جوش مستقیم می باشند هستند. این مزایا به حدی است که تقاضا برای این نوع محصول را به صورت مشهودی در عرصه جهانی افزایش داده و گزینه مهمی برای طراحان خطوط لوله به شمار میرود. در ادامه به بخشی از مزایای این لوله ها میپردازیم :

گستره وسيع تولید در اقطار و ضخامت هاي مختلف : توانايي توليد كليه قطرهاي مورد نياز لوله مابين 100 تا 3600 ميلي متر با ضخامت هاي 3.4 تا 25.4 ميلي متر كه با توجه به اين مزيت قيمت خط لوله با توجه به امكان انتخاب نزديكترين سایز و ضخامت نسبت به نیازهای طراحی کاهش خواهد یافت.

طول غیر محدود : در تولید به روش اسپیرال لوله ها با طول دلخواه تا ماکزیمم طولی که قابل حمل باشد ( معمولا 14 متر ) تولید میشوند بنابراین با توجه به اینکه در این حالت تعداد اتصالات ما کمتر از خط لوله با درز مستقیم خواهد بود خط لوله ما نیز با عنایت به کاهش هزینه های جابجایی ، ریسه کردن و جوشکاری سر به سر لوله هزینه کمتری خواهد داشت که تخمین کارشناسان کاهش هزینه حدود 15 درصد را نشان میدهد.

گردی و صافی (موزی شکل نشدن) کامل لوله : با روش تولید اسپیرال گردی و صافی بهتری نسبت به سایر روشها قابل حصول می باشد که این به علت قاعده ذاتی در تولید همگون و گرد در روش اسپیرال و همچنین انقباض یکنواخت جوش که در طول لوله توزیع گردیده است می باشد. هم مرکزیت خوبی که در روش تولید اسپیرال به وجود می آید شرایط جوش سر به سر دو لوله را تسهیل نموده که متعاقباً موجب تثبیت بیشتر خط لوله و عملیات پیلینگ می گردد.

ضخامت یکنواخت : لوله های اسپیرال با توجه نوع تولید و همچنین پیچیدن درز جوش به دور لوله دارای ضخامت کاملا یکنواخت در طول لوله می باشند.

مقاومت مکانیکی بالاتر : علاوه بر این مورد که فرم دادن ورق به لوله به علت انجام عملیات سردکاری موجب افزایش مقاومت لوله میگردد ، جوشکاری دوبل درز جوش که به صورت مارپیچ به دور لوله پیچیده شده است به صورت چشمگیری مقاومت آن را افزایش میدهد( اثر بانداژ).این مورد در آزمایشات مختلف خمکاری که اخیرً نیز توسط موسسه تحقیقات خط لوله اروپا نیز انجام شده کاملاً مشهود است ( ضمیمه 3 ) .

ضخامت کمتر : جوشکاری زیر پودری دوبل در تولید لوله های اسپیرال مقاومت این لوله ها را به صورت چشمگیری افزایش داده که این مطلب میتواند با انتخاب ضخامت کمتر نسبت به سایر لوله ها بر کاهش هزینه های اولیه خط لوله و همچنین نیازمندیهای عملیات پیلینگ موثر باشد.

مقاومت بهتر نسبت به فشار : لوله های اسپیرال با جوشکاری دوبل مقاومت بسزایی در مقابل فشار دارند به قسمی که این لوله ها توانایی تحمل 25 درصد بیشتر از لوله های درز مستقیم را با ضخامت یکسان نشان میدهند.

انعطاف پذیری : سهولت خمکاری لوله های اسپیرال نسبت به لوله های بدون درز و لوله های درز مستقیم که قطر ، ضخامت و مواد اولیه مشابه دارند ، یکسان می باشد.

جوش پذیری مناسب : مواد اولیه مورد استفاده در تولید این لوله ها قابلیت جوشکاری خوبی دارند که موجب تولید روان و بدون اشکال می گردد. همچنین جوش پذیری مواد اولیه موجب تسهیل استفاده از این لوله ها در سایت می باشد.

توزیع تنش مناسب روی درز جوش : مزیت های درز جوشی که نسبت به محور لوله زاویه دار است مشهود می باشد ولی با توجه به محاسباتی که در رابطه با لوله های جدار نازک برقرار است میتوان معادلات زیر را برای تنش حاصل از فشار داخلی لوله ها در نظر گرفت:

تنش محیطی :

3

تنش طولی :

 4

که در این فرمولها :

P: فشار داخلی  

d: قطر خارجی لوله

S: ضخامت لوله

5

6

از مقایسه این معادلات میتوان مشاهد نمود که استرس محیطی 2 برابر استرس طولی می باشد و از آنجاییکه سوابق آزمایش مخرب لوله ها نیز نشان دهنده از هم گسیختگی در راستای محور طولی لوله حتی در لوله های بدون درز می باشد نتیجتاً در طراحی خط لوله و محاسبات مربوط به ضخامت تنش محیطی فاکتور اصلی خواهد بود .این تنش محیطی در لوله های درز مستقیم به صورت عمودی به درز جوش اعمال میگردد.اماتنش تسلیم در لوله اسپیرال که با توجه به فشار داخلی و عمود بودن به محیط لوله به صورت زیر محاسبه میگردد:

7

معادله فوق برای استوانه های توخالی که از دو سر باز هستند صادق می باشد. اگر استوانه از دو طرف بسته باشد تنش طولی می بایست مطابق معادله زیر محاسبه گردد:

8

9

زوایای معمول لوله های اسپیرال مابین 40 تا 70 درجه می باشند که در این شرایط باعث میشود تنش عمودی وارد بر درز جوش اسپیرال 25 تا 45 درصد کمتر از تنش محیطی وارد بر درز جوش در لوله های درز جوش مستقیم می باشد.

با توجه به این مطلب میتوان با توافق مشتری ضخامت لوله های اسپیرال را به میزان 25 درصد لوله های درز مستقیم کاهش داد به نحوی که بتواند تست های مربوطه را پاس نماید. شایان ذکر است تست های بیشمار دولتی و شرکت های مستقل آزمایشی در ایالات متحده آمریکا ، اروپا و آسیا این موارد را تست و درستی آن را تایید نموده اند.

10

با توجه به اجتناب ناپذیر بودن خمکاری لوله ها برای گذر از عوارض طبیعی و مناطق پر خطر در اجرای خط لوله این مهم در سایت اجرای خط لوله با عنایت به مزایای اقتصادی از ماشین های خم کن انجام میگردد که ضوابط اجرای آن مطابق استانداردهای داخلی و خارجی ( ASME B 31.8) برای لوله های اسپیرال و درز مستقیم یکسان می باشد.

تفاوتهای اجرایی خمکاری لوله برای لوله اسپیرال و درز مستقیم با توجه به تفاوتهای عمده در تولید این لوله ها را میتوان به شرح زیر مورد بررسی قرار داد:

لزوم قرار گیری درز جوش در محور خنثی خمش : مطابق استاندارد های مطرح در این زمینه که شامل استاندارد IPS-CPL-100 که ضوابط مشخصات فنی و راه اندازی خطوط انتقال گاز فشار قوی را تببین مینماید درز جوش لوله میبایست در خط خنثی خمش یا نهایتا با اختلاف 15 در جه ای آن قرار گیرد که این موضوع با توجه به نوع درز جوش در لوله های اسپیرال شامل آن نمیگردد.

نیروی لازم برای خم کاری : نیروی خمکاری پیشنهاد شده برای خمکاری لوله ها جهت اجتناب از بروز چروکیدگی و دفرم شدن لوله در مستندات فنی مربوطه ماکزیمم 30 درصد بیشتر از تنش تسلیم مواد اولیه می باشد که البته با توجه به مقاومت مکانیکی بیشتر لوله های اسپیرال این مورد میبایست پس از محاسبه در اعمال نیروی لازم توسط ماشین خمکاری رعایت گردد. پیشنهاد میگردد این مورد به عنوان پژوهش عملی با همکاری دانشگاههای معتبر و مراجع استانداردی ملی انجام و نتایج در دستورالعمل IPS-CPL-100 گنجانده شود.

استفاده از مندرل خمکاری : در خمکاری لوله ها توصیه اکید دستورالعمل های مختلف اجرای خط لوله و همچنین کاتالوگ های مربوط به ماشین های خم کن بر استفاده از مندرل خمکاری لوله برای جلوگیری از بروز عیوبی نظیر چروکیدگی ، کینک ، اوالیته ، کاهش ضخامت در مقطع خمش و ... می باشد مخصوصا زمانی که نسبت قطر به ضخامت لوله بیشتر از 30 باشد . که البته این مورد به دلایل مختلف اغلب در اجرای خطوط لوله در ایران مد نظر قرار نگرفته و در گزارشات مختلف که توسط کارشناسان ذیربط منتشر می گردد منعکس گردیده است.

این در حالی است که با توجه به شرایط لوله های بدون درز عدم استفاده از مندرل تولید اشکال عمده ای نمی کند و در مقابل باعث بروز عیوب مختلف برای لوله های اسپیرال میگردد. لذا توصیه اکید برای خمکاری این لوله ها به استفاده از مندرل خمکاری جهت حصول خم یکنواخت و بدون اشکال باید مد نظر قرار گیرد.

ماکزیمم اندازه خمکاری : ماکزیمم خمش توصیه شده معادل 1.5 درجه به ازاء هر طول معادل قطر لوله می باشد که اجرای آن ارتباطی به نوع لوله ندارد. ولی باتوجه مطالبی که در بخش نیروی لازم برای خمش ذکر گردید و همچنین کاتالوگ مربوط به ماشین های خمکاری ، نیرو و تعداد اثر نیرو را برای جبران اثر فنری (Spring Back ) لوله و دفرمگی پلاستیک مورد نظر مورد بررسی قرار داد.