رده لوله چیست | تعریف، طبقه‌بندی، کاربردها

مفهوم رده لوله

رده لوله یا Pipe Schedule (SCH) نشان‌دهنده‌ی نسبت بین قطر خارجی (OD) و ضخامت دیواره (WT) است. این مقدار به طور مستقیم روی تحمل فشار، استحکام مکانیکی و کاربرد لوله در سیستم‌های تحت فشار تأثیر دارد. این مشخصه توسط استاندارد ASME B36.10 و ASME B36.19 تعریف شده و نقش مهمی در تعیین استحکام و قابلیت تحمل فشار لوله ایفا می‌کند. این مفهوم به‌ویژه در رده‌بندی لوله مانیسمان (لوله بدون درز) اهمیت بیشتری دارد، زیرا این نوع لوله‌ها در صنایع حساس مانند نفت، گاز، پتروشیمی و تأسیسات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

رده‌های لوله معمولاً با عددی مانند رده ۱۰، ۲۰، ۴۰، ۸۰، ۱۲۰، ۱۶۰ و STD (Standard) مشخص می‌شوند. هرچه عدد رده بالاتر باشد، ضخامت دیواره و ظرفیت تحمل فشار لوله افزایش می‌یابد.

نحوه‌ی محاسبه رده لوله

رده لوله به‌صورت دقیق از طریق رابطه زیر محاسبه می‌شود:

$$Schedule\;=\;\frac{P\;\times\;1000}S$$

• Schedule: رده لوله
• P: فشار طراحی بر حسب psi یا MPa
• S: تنش مجاز بر حسب psi یا MPa

این فرمول نشان می‌دهد که افزایش فشار طراحی یا کاهش تنش مجاز، منجر به افزایش رده لوله و در نتیجه ضخامت بیشتر دیواره می‌شود. به عبارتی، رده لوله تأثیر مستقیم بر فشار کاری مجاز (Allowable Working Pressure) دارد.

2. استانداردهای رده لوله مانیسمان

رده لوله در دو استاندارد اصلی معرفی می‌شود:

• ASME B36.10 برای لوله‌های فولادی کربنی ( کربن استیل Carbon Steel ) و کم‌آلیاژی – لوله مانیسمان
• ASME B36.19 برای لوله‌های فولاد زنگ‌نزن (استنلس استیل)

هر کدام از این استانداردها برای کاربردهای خاص صنعتی طراحی شده‌اند.

فرمول بارلو (Barlow’s Formula) و کاربرد آن در محاسبه فشار و ضخامت لوله

فرمول بارلو یکی از مهم‌ترین روابط در مهندسی مکانیک و لوله‌کشی است که برای تعیین توانایی یک لوله در تحمل فشار داخلی استفاده می‌شود. این فرمول نشان‌دهنده رابطه بین فشار، ضخامت دیواره، قطر و تنش مجاز مواد لوله است. فرمول بارلو به‌صورت زیر بیان می‌شود:

$$P=\frac{2\times S\times t}D$$

که در آن:

• P = فشار داخلی لوله (psi یا مگاپاسکال)
• S = تنش مجاز ماده (psi یا مگاپاسکال)، معمولاً بر اساس تنش تسلیم (SMYS) یا استحکام کششی نهایی (SMTS)
• t = ضخامت دیواره لوله (اینچ یا میلی‌متر)
• D = قطر خارجی لوله (اینچ یا میلی‌متر)

تغییر شکل فرمول برای محاسبه ضخامت دیواره

گاهی هدف محاسبه ضخامت لازم برای لوله‌ای است که باید فشار مشخصی را تحمل کند. در این حالت، فرمول را به‌صورت زیر حل می‌کنیم:

$$t=\frac{P\times D}{2\times S}$$

کاربرد:
اگر شما فشار کاری موردنظر (P) و جنس لوله (که S را مشخص می‌کند) را بدانید، می‌توانید حداقل ضخامت موردنیاز t را محاسبه کنید.

کاربردهای فرمول بارلو

فرمول بارلو در موارد زیر کاربرد دارد:

1. محاسبه فشار داخلی حداکثری که یک لوله می‌تواند تحمل کند
   • در این حالت، ضخامت دیواره و مشخصات ماده مشخص است و می‌خواهیم ببینیم لوله تا چه فشاری را تحمل می‌کند.
2. محاسبه حداقل ضخامت لازم برای تحمل یک فشار مشخص
   • در این روش، فشار مشخص است و با انتخاب جنس لوله، ضخامت مناسب را پیدا می‌کنیم.
3. تعیین کلاس فشاری یا رده لوله (Schedule)
   • با استفاده از این فرمول، ضخامت محاسبه‌شده را با جداول استاندارد (مانند ASME B36.10) مقایسه کرده و رده مناسب را انتخاب می‌کنیم.

مراحل انتخاب رده مناسب لوله:

1. محاسبه ضخامت دیواره (WT): ابتدا با استفاده از مقادیر مشخص، مقدار ضخامت دیواره موردنیاز را محاسبه کنید.
2. مقایسه با رده‌های استاندارد لوله‌ها: مقدار محاسبه‌شده WT را با جدول استاندارد ضخامت دیواره لوله‌ها مقایسه کنید.
3. انتخاب مناسب‌ترین رده: اگر مقدار WT محاسبه‌شده بین دو مقدار استاندارد باشد، رده‌ای که ضخامت بیشتری دارد انتخاب می‌شود تا ایمنی تضمین شود. مثال: اگر WT در لوله 4 اینج، 7.5 میلی‌متر محاسبه شود و ضخامت‌های استاندارد موجود 6.02 میلی‌متر(رده 40) و 8.56 میلی‌متر (رده80) باشند، باید رده‌ای را انتخاب کنیم که حداقل 7.5 میلی‌متر ضخامت داشته باشد. در نتیجه رده 80 انتخاب می‌شود.

رده بندی لوله های مانیسمان

۱. رده ۵ (Sch 5)

لوله‌های با ضخامت کم که عمدتاً در کاربردهای کم‌فشار و غیرسازه‌ای استفاده می‌شوند. این رده بیشتر در لوله‌های استنلس استیل (SS) مطابق ASME B36.19 یافت می‌شود و در سیستم‌های لوله‌کشی کم‌فشار مانند صنایع غذایی و دکوراتیو کاربرد دارد.

۲. رده ۱۰ (Sch 10)

لوله‌های نازک برای کاربردهای با فشار و دمای پایین، معمولاً در خطوط آب، سیستم‌های HVAC و صنایع شیمیایی استفاده می‌شوند. این رده در استاندارد ASME B36.19M برای لوله‌های استنلس استیل و در برخی موارد فولاد کربنی تولید می‌شود.

۳. رده ۲۰ (Sch 20)

ضخامت متوسط که برای سیستم‌های لوله‌کشی آب، گاز و سیالات غیرخورنده در محیط‌های کم‌فشار استفاده می‌شود. در برخی صنایع پالایشگاهی و نیروگاهی نیز برای خطوط کم‌فشار کاربرد دارد.

۴. رده ۳۰ (Sch 30)

ضخامت دیواره‌ای بین رده ۲۰ و ۴۰، که بیشتر برای سیستم‌های انتقال سیالات کم‌فشار در صنایع عمومی و تأسیسات کاربرد دارد. این رده در برخی استانداردهای صنعتی خاص تولید می‌شود اما استفاده گسترده‌ای ندارد.

۵. رده ۴۰ (Sch 40)

پرکاربردترین رده لوله در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، تأسیسات ساختمان، و سیستم‌های آب و بخار. مطابق استاندارد ASME B36.10M، این رده تعادل مناسبی بین استحکام و وزن دارد. برای لوله‌های فولادی و استنلس استیل استفاده می‌شود.

۶. رده ۶۰ (Sch 60)

لوله‌هایی با ضخامت بیشتر از Sch 40 که معمولاً برای سیستم‌های تحت فشار متوسط تا بالا در صنایع فرآیندی و نیروگاه‌ها استفاده می‌شوند. این رده به‌ندرت در پروژه‌های عمومی کاربرد دارد.

۷. رده ۸۰ (Sch 80)

لوله‌های ضخیم‌تر از Sch 40 که برای سیستم‌های فشار بالا و دماهای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. این رده در صنایع نفت و گاز، پالایشگاه‌ها، و سیستم‌های بخار فشار قوی کاربرد دارد. در مواردی که خوردگی مدنظر باشد، از Stainless Steel Sch 80 استفاده می‌شود.

۸. رده ۱۰۰ (Sch 100)

ضخامت بیشتر از Sch 80، که برای فشارهای بالاتر در خطوط فرآیندی و سیستم‌های فشار قوی به کار می‌رود. این رده در لوله‌های فولادی آلیاژی برای شرایط دمایی و فشاری خاص موجود است.

۹. رده ۱۲۰ (Sch 120)

لوله‌های ضخیم که در شرایط عملیاتی بسیار پرتنش مانند صنایع نیروگاهی، راکتورها، و خطوط بخار فوق‌فشار استفاده می‌شوند. به دلیل هزینه و وزن بالا، تنها در موارد خاص به کار می‌روند.

۱۰. رده ۱۴۰ (Sch 140)

مشابه Sch 120 اما با ضخامت کمی بیشتر، برای کاربردهای خاص در صنایع سنگین، به‌ویژه در محیط‌هایی که نیاز به استحکام بیشتر در برابر فشار و خوردگی دارند.

۱۱. رده ۱۶۰ (Sch 160)

یکی از بالاترین رده‌های استاندارد که برای خطوط با فشار و دمای بسیار بالا استفاده می‌شود. در صنایع نیروگاهی، خطوط بخار فوق فشار، و محیط‌های خورنده شدید به کار می‌رود. به دلیل ضخامت بالا، جوشکاری این لوله‌ها نیاز به تخصص ویژه دارد.

۱۲. رده XXS (Extra Extra Strong)

بیشترین ضخامت دیواره در استاندارد ASME B36.10M. برای سیستم‌هایی که نیاز به مقاومت حداکثری در برابر فشار داخلی دارند، مانند خطوط فشار فوق‌العاده بالا در پالایشگاه‌ها، تأسیسات هسته‌ای، و صنایع دفاعی. معمولاً از جنس فولاد آلیاژی تولید می‌شود.

جمع‌بندی نهایی

نکات کلیدی

1. Sch 40 و Sch 80 رایج‌ترین رده‌های صنعتی هستند.
2. Sch 160 و XXS برای شرایط عملیاتی بسیار پرتنش طراحی شده‌اند.
3. رده‌های ۱۰ و ۵ بیشتر در لوله‌های استنلس استیل استفاده می‌شوند.
4. ضخامت هر رده بسته به قطر اسمی (NPS) تغییر می‌کند، یعنی مقدار Sch در همه سایزها یکسان نیست.