فرآیند تولید انواع لوله ها و اتصالات

[soheiiil 24,250]

سلام عزیزان

پروژه ای درباره نحوه تولید انواع لوله ها و محسابات فنی (استاندارد ها - جریان سیال و نحوه انتخاب لوله)آنها را یکی از اساتید درس سیالات به دوستم محول کرده که بنده هم کمکش میکنم

از دوستان سیالاتی هم دعوت به همکاری میکنیم که هذا خیر لنا

خب بهتره یخورده درباره نحوه تولید لوله ها اعم از پلاستیکی - چدنی - فولادی - فایبر گلاس و.... صحبت کنیم

[soheiiil 24,250]

مطلبی کامل درباره نحوه تولید لوله های چدنی

 

 

واحد ذوب(Melting Section):

در اين واحد ابتدا کوره ها جهت ذوب شارژ مي شوند . مواد شارژ بسته به شرايط به دو حالت کلي زير تقسيم بندي مي شوند:

1) لوله ضايعاتي-پرسي-گرافيت

2) پرسي- قراضه باز-گرافيت-کاربيد سيليسيم

جهت انجام محاسبات و رسيدن به آناليز مناسب درصد کربن و سيليسيم قراضه باز و پرسي ناديده گرفته مي شوند. در ضمن چند نمونه از محموله قراضه باز جهت بررسي عناصر مضر از جمله گوگرد و ساير عناصر به صورت تصادفي آناليز مي شوند تا درصد اين عناصر به دليل مشکلاتي که در ادامه ذکر مي شود، بالا نروند.

بعد از ذوب شارژ و در صورت مطلوب بودن آناليز آن، مذاب توسط پاتيل هايي به کوره نگهدارنده منتقل مي شود. جهت ذوب شارژ از کوره هاي القايي استفاده مي شود. اين کوره ها داراي يک سري کويل مسي آب گرد که به صورت مارپيچ طراحي شده است، مي باشند که هنگامي که از اين کويل جريان زيادي عبور مي کند، ميدان مغناطيسي شديدي ايجاد مي شود . اين ميدان مغناطيسي در داخل شارژ به ميدان الکتريکي تبديل شده و بدين صورت فرآيند ذوب صورت مي گيرد. مبناي تقسيم بندي کوره القايي بر اساس فرکانس کوره (فرکانس کم ، متوسط و بالا) و نيز با هسته يا بي هسته بودن آنهاست. لازم به ذکر است هرچه فرکانس کوره بالاتر باشد گرماي بيشتري در واحد زمان ايجاد شده و در نتيجه مذاب زودتر آماده مي شود. شكل 2-1 تصوير شماتيكي از يك كوره القايي را نشان مي دهد.

شكل 1-1- تصويري شماتيك از يك كوره القايي

بعد از آماده شدن مذاب با آنالیز مناسب و بلافاصله قبل از ریخته گری جهت نشکن سازی به آن فروسیلیکومنیزیم اضافه می شود. میزان اضافه کردن فروسیلیکومنیزیم بستگی به آنالیز ذوب قبل از نشکن سازی دارد.بطور کلي افزودن منيزيم به مذاب چدن چندان آسان نيست . منيزيم در دماي

°C 1100 مي جوشد و با توجه به فشار بخار بالاي آن در دماي عمليات، واکنش شديدي ايجاد مي شود که باعث اتلاف قابل ملاحظه منيزيم به شکل بخار مي شود(که در اصطلاح به سوخت Mg معروف است). در طي عمليات، شعله منيزيم درخشاني ايجاد مي شود که همراه با ايجاد اکسيد منيزيم است. اکسيد و سولفيدها به صورت سرباره روي سطح مذاب ايجاد مي شوند که بايد سعي شود اين سرباره قبل از ريخته گري تا سر حد امکان خارج شود. چندين روش مختلف افزودن منيزيم به مذاب با درصدهاي متفاوت بازيابي منيزيم وجود دارد که قبل از اشاره به آنها ابتدا درصد بازيابي منيزيم را تعريف مي کنيم:

هرچه درصد بازيابي منيزيم به عدد 100 نزديک شود، نشان دهنده سوخت کمتر و بازدهي بيشتر است.

متداول ترین روش افزودن فروسیلیکومنیزیم استفاده از روش ته پاتیلی است. در این روش ابتدا فروسیلیکومنیزیم در ته پاتیل نشکن سازی ریخته می شود و سپس عملیات نشکن سازی با ورود ذوب به داخل پاتیل صورت می گیرد. لازم به ذکر است که درصد بازیابی منیزیم در این روش بسیار پایین و در حدود 52% است.استفاده از روش های زیر سبب بهبود درصد بازیابی منیزیم می شود:

 

• استفاده بيشتر از روش تزريق بصورت سيم (Cored Wire):
  

در اين روش يک لوله فولادي که در مغز آن منيزيم خالص قرار دارد، بعد از آماده سازي ذوب و قبل از ريختن آن ، وارد پاتيل مي شود. سرعت و مقدار سيم تزريقي تابع پارامترهايي از جمله مقدار گوگرد چدن، درجه حرارت چدن و ... است. اين روش داراي درصد بازيابي منيزيم مطلوبي است و با توجه به امكانات موجود بايد سعي شود که در کارخانه براي عمليات كروي سازي بيشتر از اين روش استفاده شود.

 

• استفاده از پاتيل درپوش دار يا روش تانديش (Tundish Cover)
  

در اين روش پاتيل داراي درپوشي است که بر روي اين روپوش سوراخي جهت ورود ذوب به داخل پاتيل تعبيه شده است. از طرفي مواد کروي ساز و جوانه زا نيز در داخل پاتيل و در مکاني خاص قرار گرفته اند.وجود درپوش باعث ميشود که: اولا مذاب به تدريج و آهسته وارد پاتيل مي شود و در تماس با مواد کروي ساز قرار مي گيرد، ثانيا از تبخير و سوخت بيش از اندازه منيزيم نيز جلوگيري مي کند. بنابراين استفاده از پاتيل درپوش دار درصد بازيابي منيزيم را بطور قابل ملاحظه اي افزايش مي دهد ( تا حدود 65% ) و در ضمن باعث کاهش آلودگي محيط خواهد شد .

واحد لوله ريزي (Pipe Making Section)

ريخته گري گريز از مرکز (Centrifugal Casting)

اساس ريخته گري گريز از مرکز بر پايه ورود مذاب به قالبي دوار قرار دارد و در نتيجه نيروي حاصل از دوران محوري ( يا همان نيروي گريز از مرکز ) قادر به تامين فشار لازم براي پرشدن قالب مي باشد. (ريخته گري گريز از مرکز به طور عمده براي توليد و تهيه لوله هاي چدني استفاده مي شود.)

نيروي دوراني دو خاصيت مهم دارد :

1) در جريان باريزي مي تواند سراسر قالب را پرکند.

2) ديگر آنکه تا مرحله انجماد فشار زيادي بر قسمت هاي پرشده اعمال مي کند.

3-1-2-اصول توليد

نيروي حاصل از دوران برابر است با:

كه پارامتر هاي

m = جرم جسم بر حسب کيلوگرم

r = شعاع دوران بر خسب متر

v = سرعت خطي دوران

w = سرعت زاويه اي دوران

مي باشند.

چنانچه N سرعت دوراني در دقيقه منظور شود داريم:

رابطه فوق ارتباط بين سرعت دوران (محور عمودي)و قطر قالب (محور افقي) را نشان مي دهد که شکل 2-1 نمودار آن را نشان مي دهد.

مشخصات ريخته گري گريز از مرکز

1- ريز بودن دانه ها (به دليل سرعت بالاي انجماد و تلاطم و دوران مذاب)

2- امکان توليد قطعاتي سالم و بدون عيب

3- ايجاد ساختار ستوني و محوري به جاي تشکيل ساختار نامطلوب دندريتي

عمليات لوله ريزي

همان طور که در شکل نیز دیده می شود ابتدا مذاب از پاتیل نشکن سازی داخل باریز ریخته می شود. سپس عملیات لوله ریزی توسط ماشین که قالب لوله در داخل آن با سرعت زیادی در حال چرخش است(بنا به روابطی که در بالا ذکر شد)، صورت می گیرد. می توان مراحل زیر را جهت تولید لوله در نظر گرفت:

 

1) مذاب ابتدا از باریز وارد زانویی و سپس داخل ناودانی می شود.

2) پس از پر شدن طول ناودانی از مذاب، ماشین لوله ریزی به سمت پایین حرکت طولی می کند.

3) لازم بذکر است در جلوی ماشین ماهیچه ای نیز نصب می شود تا قسمت سرکاسه لوله ایجاد شود.(مکانیزم اتصال لوله های تایتونی بر اساس قرار گرفتن انتهای هر لوله در قسمت سرکاسه لوله بعدی است.)

 

بطور كلي عمليات لوله ريزي وابسته به سه پارامتر اصلي زير است:

 

1. حركت دوراني ماشين
   
2. حركت طولي ماشين
   
3. دبي و حجم ذوب ورودي از باريز
   

اين سه پارامتر را مي توان با تنظيمات دستگاه به گونه اي كنترل كرد كه نتيجه‌ آن توليد لوله اي سالم و بدون عيب باشد. نمونه ای از ماشین لوله ریزی در حین تولید و نیز حین خروج لوله پس از تولید، در زیر دیده می شوند:

عملیات حرارتی آنیلینگ

بعد از تولید لوله، به علت آنکه سرعت سرد شدن در جداره خارجی لوله بسیار زیاد می باشد، در این مناطق کاربید آهن یا همان سمانتیت (Fe₃C) زیادی ایجاد میشود و از آن جا که کاربید آهن بسیار سخت و از طرفی ترد است، باعث شکنندگی لوله می شود.

بنابراین لوله ها پس از تولید، وارد کوره عملیات حرارتی می شوند تا عملیات آنیلینگ بر روی انها انجام شود. در طی این عملیات کاربید آهن طی واکنش زیر تبدیل به گرافیت می شود:

گرافیت + آستنیت = Fe₃C

در ادامه و با گذر از دمای یوتکتویید آستنیت نیز به فریت و گرافیت تبدیل می شود:

گرافیت + فریت = آستنیت

سیکل عملیات حرارتی شامل پیش گرم(جهت جلوگیری از شوک حرارتی)، منطقه جهنم و در انتها سرد کردن می باشد که زمان اعمال این سیکل در حدود 45-40 دقیقه بطول می کشد.

واحد كنترل و تكميل محصول

نظام کيفيت:

اهميت کيفيت در تمامی فرآيندهای مهندسی، ساخت و توليد، تأمين مواد و ارايه خدمات شرکت و همچنين پايبندی همه سطوح سازمانی به حفظ محيط‌زيست و رعايت اصول ايمنی و بهداشت منجر به ايجاد سيستم جامع مديريت (IMS) شامل نظام کيفيت بر پايه استاندارد 9001:2000 ISO و نظام زيست محيطی بر مبنای استاندارد 14001:2004 ISO و همچنين نظام ايمنی و بهداشت صنعتی بر مبنای استاندارد QHSAS 18001:1999 شده است. لازم به ذکر است که شرکت هامون نايزه دارنده گواهينامه 9001:2008 ISO از شرکت DQS آلمان می‌باشد. کنترل‌های دقيق کيفيت محصولات مختلف توليدی در داخل شرکت برپايه اصول مهندسی کيفيت و با تکيه بر افراد مجرب و تجهيزات پيشرفته باعث شده است که محصولات با کيفيت تعيين شده توليد و آماده ارسال به مشتري گردد.

آزمايش‌های کنترل کيفی

آزمايش‌های کنترل کيفی شامل آزمايش‌های غيرمخرب و آزمايش‌های مخرب هستند. آزمايش‌های غيرمخرب بعد از عمليات ريخته‌گری بر روی تمامی لوله هاي توليد شده انجام می‌شوند در حالی که آزمايش‌های مخرب بر روی تعداد محدودی از لوله ها جهت حصول اطمينان از سلامت بودن فرآيند و برخورداری لوله توليد شده از خواص لازم صورت می‌گيرد. آزمايش‌های غيرمخرب شامل بازرسی چشمی، کنترل ابعادی، تست ضخامت سنجي به روش آلتراسونيك، آزمايش سختی سنجی(در صورتی که سختی سنجی در محل مناسبی از لوله صورت گيرد آزمايش غيرمخرب محسوب می‌شود) و.... مي شود. آزمايش‌های مخرب نيز شامل تست کشش، خمش و متالوگرافی نمونه‌ها جهت اندازه‌گيری استحكام، درصد افزايش طول و ساير مشخصات مي باشد.

تکمیل محصول

لوله ها پس از عمليات حرارتي و در حالي كه هنوز دمايشان بالاست؛ وارد دستگاهي مي شوند تا پوشش روي به عنوان لايه اول بر سطح آنها اعمال شود. وجود روي در سطح لوله حفاظت كاتدي ايجاد مي كند بدين معنا كه روي نسبت به آهن داراي پتانسيل يا همان E₀منفي تري است و در نتيجه (در واكنش هاي مربوط به خوردگي) بهتر الكترون از دست مي دهد. بنابراين چنانچه لوله در محيطي خورنده قرار گيرد ابتدا روي خورده شده و پس از انهدام كامل آن، سطح آهني لوله خورده مي شود. اعمال روي به دو روش صورت مي گيرد:

1) اعمال روي فلزي توسط قوس الكتريكي

2) اعمال روي توسط محلول پايه آبي

در روش اول بين دو سيم از جنس روي با خلوص بالا كه به قطب هاي مثبت و منفي متصل شده اند، ولتاژ زيادي برقرار مي شود در نتيجه ما بين آنها قوسي ايجاد مي شود و بدين صورت روي ذوب شده و با فشار هوا بر روي سطح لوله اي كه به تازگي از كوره عمليات حرارتي خارج شده، قرار مي گيرد در نتيجه نفوذ براحتي صورت گرفته و يك باند متالورژيكي قوي بين روي و لايه زيرين ايجاد مي شود. كيفيت سطحي روي اعمال شده بسيار عالي است، علاوه بر آن در اين روش نيازي به پيشگرم كردن لوله ها نبوده ولي از طرفي مصرف انرژي در اين روش تقريبا بالاست.

 

تست هیدرواستاتیک:

مرحله بعد آزمايش فشار آب يا همان تست هيدرواستاتيك است. نحوه كار بدين شكل است كه پس از بسته شدن دو سر لوله ميان فك هاي دستگاه، داخل آن از آب پر شده و فشار را بتدريج بالا مي برند و پس از رسيدن به فشار مورد نظر، 15 ثانيه اعمال فشار ادامه ميابد كه در طي اين مدت نبايد هيچ گونه نشتي مشاهده شود.

 

 

 

در ادامه بر روي لوله عملياتی از قبیل دو پهن گيري ، سنگ زني داخل سر كاسه و پخ زني صورت گرفته و لوله ها وارد مرحله سيمان زني مي شوند.

هدف از اعمال سيمان، بهبود ضريب زبري سطحي لوله ها و در نتيجه عبور روان تر سيال از داخل آن مي باشد. پارامتر هاي موثر بر كيفيت سيمان داخل لوله به قرار زير است:

 

1. ميزان آب
   
2. دانه بندي مواد اوليه (كه هر چه ريز تر باشد، بهتر است.)
   
3. ميزان خاك
   
4. درصد اختلاط ماسه و سيمان
   

سپس لوله وارد محفظه پخت يا Curing مي شود تا واكنش هاي سيمان طي مدتي 12 الي 14 ساعته صورت گيرد. بعد از اين مرحله رنگ بيتومن به عنوان لايه نهايي بر سطح لوله اعمال مي شود و لوله براي فروش در انبار دپو مي شود. مراحل کلی تولید در شکل زیر بطور شماتیک نشان داده شده است.