انتخاب جنس مناسب برای لوله به عوامل مختلفی نظیر استحکام ماده و مقاومت در برابر خوردگی بستگی دارد. این عوامل باید با توجه به فرآیندهای کارخانه و شرایط محیطی مورد بررسی قرار گیرند. اطلاعات مورد نیاز با استفاده از نموداردهای جریان فرآیند (PFD)، جداول موازنه جرم-حرارت و مدارک طراحی به دست می‌آیند. پس از جمع‌آوری تمام اطلاعات، نمودارهای انتخاب مواد بر اساس معیارهای زیر تهیه می‌شود و کمک زیادی در انتخاب انواع لوله و اتصالات به ما خواهد کرد:
• ترکیب شیمیایی سیال: بررسی وجود مواد خورنده نظیر هیدروژن سولفید، کربن دی اکسید و کلریدها
• مشخصات سیال: حداکثر فشار کاری، دما، pH، سرعت، نقطه شبنم، فاز و میزان آلاینده
• عملکرد لوله: بررسی احتمال پوسته پوسته شدن، محتوای آب، نمودارهای تغییرات دما، فشار و تنش‌های اعمال شده بر لوله
• ملاحظات اقتصادی و اجرایی
• شرایط شروع، توقف و شکست
• سرویس‌های دوره‌ای و فرآیندهای استیم اوت
مبنای انتخاب جنس لوله
انتخاب جنس لوله، معمولا با توجه به پارامترهای زیر انجام می‌گیرد:
• عمر مفید: بازه زمانی مورد انتظار برای عملکرد مناسب و بدون مشکل لوله پیش از تعمیر، نگهداری یا جایگزینی
o فولاد آلیاژی/فولاد ضد زنگ: حداقل 20 سال
o فولاد کربنی: 15 سال
• الزامات فنی: انتخاب استاندارد پایپینگ بر اساس محل اجرا و کاربری مورد نظر
• تنش مجاز: مشخص کردن حدود فشار و دمای مجاز به منظور تعیین ابعاد و ضخامت لوله
• دمای طراحی: حداکثر دمای سیال در نقطه تماس با تجهیزات پایپینگ (دمای عملیاتی به علاوه 25± درجه فارنهایت)
• فشار طراحی: حداقل فشار در شرایط بحرانی و دمای مورد انتظار (فشار عملیاتی به علاوه 2± بار)
• خوردگی: از بین رفتن سطح لوله بر اثر وجود مواد شیمیایی مخرب (حداکثر 1.5 تا 3 میلی‌متر برای لوله‌های فولادی بر اساس شاخص خورندگی لانجلیر)
o غلظت یون هیدروژن یا pH: اطمینان از نزدیک بودن pH به عدد ۷
o مقاومت ویژه خاک: مقدار بیشتر، خوردگی کمتر (مقاومت بالای 5000 اهم سانتی‌متر)
o کلرید: حضور بتن مسلح با پوشش کم، امکان افزایش کلرید در محیط و خوردگی لوله‌های فولادی را افزایش می‌دهد.
o آهک: وجود آهک (یکی از مواد اصلی تشکیل دهنده سیمان و بتن) در محیط اطراف لوله‌های بدون پوشش، امکان خوردگی را افزایش می‌دهد.
o سولفات: ترکیب سولفات درون نفت، گاز و دیگر مواد شیمیایی با اکسیژن و رطوبت، باعث تشکیل اسید سولفوریک، کاهش pH و آسیب به لوله‌ها می‌شود.
• ملاحظات اقتصادی: انتخاب بهترین گزینه با رعایت ایمنی و صرف هزینه‌های کمتر
خصوصیات رفتاری لوله
لوله انتخاب شده برای سیستم پایپینگ باید قابلیت سرویس‌دهی در شرایط مورد انتظار را داشته باشد. از مهم‌ترین خصوصیات مورد بررسی برای انتخاب مناسب‌ترین لوله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• مدول الاستیسیته: میزان تمایل ماده به بازیابی تغییر شکل
• منحنی تنش کرنش: نمایش رابطه بین تنش و کرنش اعمال شده بر مواد
• مقاومت تسلیم: نقطه شروع تغییر شکل پلاستیک در مواد
• مقاومت نهایی: حداکثر تنش قابل تحمل پیش از شکست
• شکل پذیری: میزان تغییر شکل کششی قابل تحمل پیش از شروع ترک یا شکست
• چکش خواری: میزان تغییر شکل فشاری قابل تحمل بدون رخ دادن ترک یا شکست
• سختی: مقاومت در برابر خراش و فشار
• تردی: تمایل به ترک خوردگی یا شکست در حین تغییر شکل
• چقرمگی: توانایی تغییر شکل پلاستیک و جذب انرژی پیش از شکست
• خزش: تغییر شکل ناشی از اعمال بارهای تکراری؛ مسئله خزش لوله‌های مختلف در دماهای زیر، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند:
o فولاد کربنی: 370 درجه سانتی‌گراد
o فولاد ضد زنگ: 950 درجه سانتی‌گراد
o آلیاژ آلومینیوم: 150 درجه سانتی‌گراد
مواد مورد استفاده برای لوله
فلزات به عنوان پرکاربردترین مواد مورد استفاده برای ساخت لوله در سیستم‌های پایپینگ در نظر گرفته می‌شوند. دلیل این موضوع، امکان دستیابی به خصوصیات مکانیکی منحصر به فرد در مواد فلزی است. فلزات معمولا از استحکام و شکل‌پذیری بالایی بهره می‌برند. در ادامه، به معرفی مواد مورد استفاده برای لوله و ویژگی‌های آن‌ها می‌پردازیم.
تعیین استاندارد لوله
استانداردهای مختلفی برای تعیین ویژگی‌های مواد به کار رفته در لوله‌ها و دیگر اجزای سیستم‌های پایپینگ وجود دارند. ASTM، یکی از کامل‌ترین استانداردها برای تعیین ترکیبات سازنده لوله، فیتینگ و فلنج است. علائم معرف استاندادرهای تعیین مشخصات مواد در ASTM به صورت زیر است:
• A: فولاد
• B: آلیاژهای غیر آهنی (برنز، برنج، مس-نیکل، آلومینیوم و غیره)
• D: مواد پلاستیکی مانند PVC
به عنوان مثال، استاندارد ASTM A105/A105M-02، مشخصات و فرآیند متالورژی فولاد کربنی برای پایپینگ را مشخص می‌کند. یکی از مهم‌ترین مراحل برای انتخاب ماده مناسب اجزای پایپینگ، تعیین استاندارد مبنا و بررسی خصوصیات فیزیکی و مکانیکی قطعات معرفی شده در آن استاندارد است.
عیار فولاد
عیار (مشخصات مکانیکی) فولاد قابل استفاده برای پایپینگ در استاندارد ASTM با حروف A (فولاد نرم) تا E نمایش داده می‌شود. حروف بالاتر به معنای مقاومت تسلیم و میزان کربن بیشتر (در صورت غیر آلیاژی بودن) است. به عنوان مثال، عیارهای لوله فولاد کربن بدون درز در استاندارد ASTM A106 عبارت هستند از:
• Grade A: مقاومت کششی 330 مگاپاسکال با 0.25 درصد کربن
• Grade B: مقاومت کششی 410 مگاپاسکال با 0.۳۰ درصد کربن
• Grade C: مقاومت کششی 480 مگاپاسکال با 0.۳5 درصد کربن