اصول پایپینگ: برای مهندسان تازه کار

سیستم پایپینگ: معنی آن بسط مفهوم آن

اقالم پایپینگ و الزامات دسترسی به آنها الزامات طول مستقیم

ها، اقالم جهت )سمت( قرارگیری سوراخو ...

ها در پایپینگ ها و ونت درینبندی عایق

ها جنس و اندازۀ> لولههای پایپینگ بحرانی مالحظات سیستم

تحلیل تنش در لولههای لوله گاه تکیه

خواهیم در این باره صحبت کنیم که نخست میلوله چیست؟

شکل و توخالی که از ای ای است استوانه قطعهفلز، پالستیک، شیشه و ... ساخته شده و برای

انتقال مایع، گاز یا هر مادۀ> قابل جریان دیگری به رود. کار می

جزئی است بسیار مهم از هر واحد فرایندی و طراحی آن نقش اصلی را در طراحی هر واحد

کند. صنعتی بازی می

در صفحات بعد خواهیم کوشید تا شما را با لوله و اجزای تشکیل دهندۀ> آن آشنا کنیم.

اصول پایپینگ: برای مهندسان تازه کار

ها از یک در واحدهای فرایندی سیالسر لوله به سر دیگر آن جریان دارند

ای شروع خواهیم با کارخانه حال میکنیم که مطابق شکل سه مخزن در آن

قرار دارند.

3 و مخزن 2، مخزن 1مخزن

خواهیم سیال درون مخزن شمارۀ> می را به دو مخزن دیگر بفرستیم.1

به 1برای انتقال سیال از مخزن باید آنها را با لوله به می3 و 2مخازن

هم متصل کنیم.

کXشیم. ها را می لوله

ایم، اما حاال ها را کشیده لولهباید مسایل دیگری را حل کنیم.

ها همگی قطعاتی مستقیم لوله

اند.

و به اتصاالت انشعابی

به اتصاالت خمشی نیاز

داریم

از ی

ی برخحت

لوله

زۀ> ندا

ها ا

رندی دا

متفاوت

.

برای حل این مسایل به

قطعاتی از لوله نیاز داریم با نام

ای اتصاالت لوله

(pipe fittings)

اند. ای اینها اتصاالت لولهها )اتصاالت( انواع متفاوتی از فیتینگ

وجود دارد که برای اهداف گوناگون کاربرد دارند، از جمله:

ها، ها/انشعاب راهی ها، سه ها/خم زانوییها، های سطح، کوپلینگ ها/افزاینده کاهنده

یا ها و غیره اولتElbows/Bends, Tees/Branches, Reducers/Expanders, Couplings, Olets, etc.

ها و اتصاالت با اینکه لولهسر جای خود هستند، اما

سرها باید به دهانۀ> مخازن متصل شوند.

حال باید اتصاالت انتهایی را تکمیل کنیم.

در اصطالحات پایپینگ به این اتصاالت گویند اتصاالت می

یاپایانی TERMINAL CONNECTIONS.

اینها اتصاالت فلنجی هستند

و این یک اتصال .جوشی است

ترکیب خوبی است

1اما تسلطی روی جریان خروجی از مخزن به مخازن دیگر وجود ندارد

به آرایشی نیاز داریم تا در صورت نیاز جریان را متوقف کند.

برای مهار جریان در یک خط ای نیاز داریم لوله به وسیله

خوان شود. تا با آن هم (valve)شیر به این وسیله

گفته شود. می

انواع گوناگونی از شیرها وجود دارد که بر بندی اساس ساختمان و کارکردشان دسته

شوند. می، دیسکی (Gate)ای که عبارتند از دروازه

(Globe) ،و (Butterfly)ای ، پروانه (Check)طرفه یک

غیره

به جز شیر قطعۀ> مهم دیگری در خطوط لوله وجود دارد: این

قطعه فیلتری است که ذرات جامد را از سیال در حال جریان

(STRAINER) صافیکند و جدا می نام دارد.

در اینجا یک سیستم پایپینگ کمابیش عملی بینید. را با یک صافی نصب شده در آن می

هایی از انعطاف خواهیم جنبه حاال می

پذیری لوله را نشان دهیم.

اگر با گرم شدن مخزن این دهانه

گرم شود.

باید یک قطعۀ> در چنین حالتی میای انعطاف پذیر با نام لوله

EXPANSION JOINT در این مکان قرار گیرد.

هنگام جریان یک سیال در یک لوله، مند باشیم که از ممکن است عالقه

های جریان از قبیل فشار، دما، ویژگیشدت جریان و... اطالعاتی به دست

آوریم.

برای به دست آوردن این اطالعات باید ابزار دقیق

(instrument) را در مسیرلوله نصب کنیم.

برای (instrument)انواع گوناگونی از ابزار دقیق های مختلف جریان وجود دارد. گیری ویژگی اندازه

های مختلفی برای نصب ابزار دقیق همچنین روش.در خطوط لولۀ> مختلف وجود دارد

سپس به چگونگی مهار کردن

(supporting) وزن لوله و متعلقاتش می

پردازیم.

گذاری لوله در اینجا چند ترکیب از ساپورتتواند شود. انواع پرشماری می دیده می

وجود داشته باشد، که همگی به نظر و تصمیم مهندس طراح بستگی دارد.

بینیم ها را می گاه چند نمونۀ> دیگر از تکیه .

طراحی یک خط لوله را انجام دادیم.

پذیرد. خواهیم بررسی کنیم که این کار در عمل چگونه انجام می می

شود: ابتدا طرح کلی جریان کشیده می ( تا کدام نقطه3ای ( از چه نقطه2( چه چیزی1

شود. ها و ضخامت دیواره آنها انتخاب می ها، جنس لوله اندازۀ> لوله

شود. نوع شیرها طراحی می

گردد. همچنین نوع ابزار دقیق مورد نیاز انتخاب می

Piping andای به نام نمودار پایپینگ و ابزار دقیق همۀ> موارد باال را در نقشهInstrumentation Drawing که به طور خالصهP&IDبرای دهند. شود نشان می نامیده می

شود. گیری می بهرهSPP&IDافزار از نرمP&IDتولید

، همۀ> اطالعات سامانۀ> خطوط SPP&IDها در P&IDدانیم که هنگام تهیۀ> تا اینجا میشود. لوله وارد نقشه می

ای است هوشمند که همۀ> اطالعات دربارۀ> یک لوله را نقشهSPP&IDپس نقشۀ> همچون اندازۀ> لوله، سیال در حال جریان و... در خود جای داده است.

را ببینید.SPP&ID تهیه شده با P&IDیک نقشۀ>

در صفحۀ> رایانه است که توسط P&IDاین نمایی از تولید شده است.SPP&IDافزار نرم

با کلیک روی هر خط اطالعات وارد شده در آن به آید نمایش درمی .

کنیم. کار چیدمان را آغاز میP&IDپس از آماده شدن

بعدی مجازی انجام می ها را در یک محیط سه در اینجا کار چیدمان و مسیریابی لوله

دهیم.

طراحی درست

طراحی اشتباه

PDMS یا PDS 3Dافزارهای بعدی از نرم ها در یک محیط سه برای مسیریابی لولهشود. استفاده می

گویند. سازی پایپینگ یا طراحی فیزیکی می به این کار مدلهنگام توسعۀ> چیدمان پایپینگ باید به نکات زیر توجه شود.

کشی از منبع تا مقصد باید تا جای ممکن کوتاه و دارای کمترین تغییر جهت لولهباشد.

هیچ راه عبوری نباید سد شود و فضای تعمیر و نگهداری هیچ تجهیزی نبایداشغال گردد.

هنگام تعیین مسیر لوله به نکات زیر نیز باید توجه شود:

ها و ابزار دقیق روی لوله باید به آسانی در دسترس باشند. شیرها، صافی

در صورت لزوم، باید برای دسترسی به این اقالم، سکوهای دسترسیACCESS PLATFORMS ای در نظر گرفته شود. جداگانه

موقعیت و جهت خواسته شده برای شیرها، ابزار دقیق و دیگر اقالم مورد نیازبرای یک خط باید بررسی و در صورت نیاز اصالح شود. به عنوان مثال برخی از

شیرها تنها در راستای افقی باید نصب شوند.

ملزومات ویژه برای نصب ابزار دقیق می باید مد نظر قرار گیرد، به عنوانتواند روی خطوطی با اندازۀ> کمتر از نمی(temperature gauge)مثال سنجۀ> دما

نصب شود.”4

<ابزار دقیق باید رعایت طول مستقیمملزومات ویژۀ Xلوله برای بعضی اقالم برابر قطر لوله در 15شود، مثالr برای اریفیس جریانی باید طولی به اندازۀ>

برابر قطر لوله در پایین دست مستقیم باشد.5باالدست و

مثالی از الزام طول مستقیم برای اریفیس جریانی

هایی را در خطوط چنین ترکیب pipe)لوله بیرون از کارخانه

lines)کنند تا هم استفاده میبتوان مایع درون آنها را خارج

کرد.

برای این منظور یک اتصال با شیر در پایین(drain)درین

شود. ترین نقطه خط نصب می

ها هم به سمت نقاط پست لوله

شوند. تر شیب داده می

برای خطوط منتتقل کنندۀ> مایع باید مطمئن شویم که هنگام پر کردن خط باتواند از آن خارج شود. مایع، همۀ> هوای موجود در خط می

اتصال خروج هوا ای خط، یک برای رسیدن به این هدف در بیشتر نقاط قله(vent)شود. در نظر گرفته می با شیر

در شکل اتصال

کش و های هوادرین )زیرآب(

شود دیده می

افزار هایی که توسط نرم اندازیم به یکی از مدل نگاهی میPDS 3D .تولید شده است

در اینجا یک خط آب تغذیه به

ها و همراه پمپدیگر تجهیزات

اضافی را کنید مشاهده می

یابد، معموالr خط هنگامی که سیال داغ در یک خط جریان می کاری: عایقشود. عایق می

های داغ وجود دارد های حامل سیال کاری لوله دو دلیل اولیه برای عایق . جلوگیری از هدر رفتن گرمای سیال درون لوله. عایق کاری باعث حفظ

نامند. می(hot insulation)کاری گرم عایقشود. این کار را گرما می ایمنی کارکنان، به طوری که از سوختگی افراد در اثر تماس با لوله جلوگیری

personal protection)عایق کاری برای حفاظت کارکنان شود. این کار را insulation).شوند کاری می خطوط سرد نیز عایق می نامند

های سرد یا خنک کننده برای جلوگیری از گرم شدن سیال های حامل سیال لوله (cold insulation)کاری سرد عایقشوند. به این کار کاری می سرد از بیرون عایق

گویند. می

شوند تا از چگالش بخار آب موجود در هوا در بعضی موارد خطوط سرد عایق مینامند. می(anti-sweet insulation)عایق ضدعرق جلوگیری کند. این عایق را

انواع دیگر عایقیابند، صدای زیادی تولید ها جریان می های باال در لوله هنگامی که گازها با سرعت

شوند. این نوع از ها برای کاهش سروصدا عایق می کنند. در این حالت لوله مینامند. می(acoustic insulation)عایق صوتی عایق را

های المنتشان از بیرون توسط ها برای گرم کردن محتویات در برخی موارد لولهشوند. در این گرم می(heat tracing elements)تریسینگ هیت

موارد برای جلوگیری از هدر رفتن گرمای گرم کننده، لوله و تریسینگ همراه با شوند. هم عایق می

مواد عایق کاری باید رساناهای ضعیفی برای گرما باشند. کاری مواد عایق

های آن با هوا پر شده است. چوب که فضای خالی زیاد میان رشتهای مواد رشته( 1

هایی از این مواد هستند. به یاد پنبه، پشم شیشه، پشم سنگ و الیاف طبیعی مثالداشته باشید که هوای محبوس میان الیاف، رسانای ضعیفی است.

های بسته درون آن با هوا پر شده است. کلسیم سیلیکات، که سوراخمواد متخلخل( 2، پلی )poly urethane foam )PUFاورتان ای(، کف پلی دار )کف شیشه شیشۀ> حباب

اند. هایی از این دست استایرن )ترموکول( و ... نمونهگیری شده مثل گچ سیمان یا گچ پاریس هم به کار در برخی موارد مواد غالب

روند می .

پوشش عایق مواد عایق عموماr نرم یا شکننده هستند. بنابراین سطح بیرونی شود. ها با پوشش صفحۀ> آلومینیوم یا آهن گالوانیزه محافظت می عایق

به چگونگی عایق

ها و کاری لولهاقالم عمومی

مواد عایق توجه .کنید

محاسبۀ> اندازۀ> لوله: برای انتخاب اندازۀ> لولۀ> مورد نیاز بر اساس سرعت و افت فشار

یافتن

جریان

حجمی بر

ثانیه

بررسی

پذیرفتنی

بودن

سرعت

محاسبۀ> سطح مورد نیاز برای

جریان اندازۀ> لوله

محاسبۀ> افت فشار برای اندازۀ> لوله انتخاب

شده

بررسی همخوانی افت فشار

بینی با پیش

اندازۀ> لوله مورد تایید است

بله

اندازۀ> لوله را افزایش

دهید

نه

انتخاب مواد مصرفی: راهکار انتخاب مواد مصرفی بر پایۀ> سیال در حال جریان

پیدا کردن نوع سیال در حال جریان

بررسی عمر مورد

انتظار برای لوله

انتخاب مواد مناسب بر

اساس روش مرسوم )نکتۀ>

1)

مطابقت با مواد

معرفی شده در

نظام نامۀ> طراحی

جنس لوله مورد تایید است

بله

1نکتۀ> را ببینید

: م�واد ب�ر اس�اس تج�ارب قبلی و پیش�ینۀ> ذه�نی از 1نکت�ۀ> نهاز می�ان م�واد مع�رفی ش�ده در نظ�ام قیمت ه�ا و

ش�وند. اگ�ر جنس انتخ�اب نام�ۀ> ط�راحی انتخ�اب مینظ�ام در م�اده ش�ده باش�د، نداش�ته وج�ود نام�ه

شود. دیگری انتخاب می

پیدا کردن دما و فشار سیال

انتخاب ضخامت لوله: برای انتخاب ضخامت مناسب لوله بر اساس ویژگی های سیال در حال جریان

انتخاب

جنس و

قطر

مطابق باال

تعیین مقدار

مجاز برای خوردگی

محاسبۀ> ضخامت لوله

بر اساسنظام نامه

یافتن دما

فشار

سیال

ای وجود دارد که بخار را در فشار و دمای باال جابجا در نیروگاهها خطوط لولهها کنند. این لوله کند. بعضی از خطوط هم آب را در فشار باال منتقل می می

کنند. بخار و آب چرخشی اصلی را جابجا می

،خطوط بحرانی این خطوط لوله(critical piping) شوند. نامیده می.برای طراحی این خطوط توجه فراوانی باید صورت گیرد

باید در ها باید دقت شود، چرا که می نخست اینکه در گزینش جنس این لولهبرابر فشارهای باال و احتماالr دماهای باال مقاومت کنند.

کنند، مسیر درستی باید از آنجا که این خطوط سیال اصلی نیروگاه را جابجا میبرایشان انتخاب شود و انتخاب مسیر آنها در آغاز چیدمان اجزای نیروگاه صورت

گیرد. میهای داغ منبسط می کنند و لوله خطوط بخار در دمای بسیار باالیی کار می

شوند، پس ناگزیریم که خطوط لوله را طوری بسازیم که در دماهای باال پذیری خود را حفظ کند و نیروی انبساط را درون خود مستهلک نماید. انعطاف

ها و های پمپ همچنین برای جلوگیری از انتقال نیروهای انبساط به نازلپذیری کافی باید در این خطوط وجود داشته باشد. کمپرسورها، انعطاف

ها و المللی تایید شدۀ> بسیاری وجود دارد که راهنمایی های بین نامه نظامالزامات قانونی مربوط این خطوط را بیان

کند. می

نامۀ> مورد استفاده برای مهندسان پایپینگ نیروگاهها عبارتست ترین نظام مهماز

ASME ANSI B31.1- Power Piping Code

تحلیل تنش لولهها ها تحت فشار و دمای باالیی قرار دارند. لوله پیشتر دیدیم که برخی از لوله

کنند. بار سیال در حال جریان را نیز تحمل می

ها تحت بارهای یاد شده از هم الزم است بررسی و تایید کنیم که این لولهشوند. گسیخته نمی

فرایندی را که تنش گسترش یافته در لوله را در اثر بارهای مختلف بررسیتحلیل تنش لولهکند، می

(pipe stress analysis ) پذیری تحلیل انعطافیا(flexibility analysis )نامند. میشود و تنش لوله طی تحلیل تنش بارهای ثابت شدۀ> گوناگونی به لوله وارد می

گیرد. مورد ارزیابی قرار میکنیم که آیا پذیرفتنی های حاکم مقایسه می نامه ها را با نظام سپس این تنش

هستند یا نه. ها و جابجایی آنها تحت شرایط بارگذاری گوناگون مورد گاه بارگذاری تکیهگیرد. بررسی قرار می

همچنین بارگذاری نقاط پایانی نیز که توسط سیستم پایپینگ به تجهیز متصلهای گیرد. این نیروها باید در محدوده شود مورد ارزیابی قرار می به آن وارد می

مورد پذیرش که از سوی فروشندگان این تجهیزات پیشنهاد شده قرار داشته باشد.

آید و الزم است همچنین تغییر طول لوله به دنبال تغییرات دمایی به دست میهای لوله در محدودۀ> قابل پذیرش قرار گیرد. که این جابجایی

هر گام باید بررسی کنشی و تکراری است. تحلیل تنش لوله یک فرایند برهمشود.

اگر یک بررسی به نتیجۀ> نادرستی منجر شد، باید به عقب برگردیم، طرح رابهبود دهیم و تحلیل را از سر بگیریم.

تحلیل تنش لوله

ها ورودیطرح هندسی لوله

گاههای لوله پیکربندی تکیه

قطر و ضخامت لوله

فشار درون لوله

دماهای سرد و گرم لوله

وزن لوله و عایق

وزن سیال جابجا شده

ویژگی جنس لوله )مدول یانگ، ضریبانبساط گرمایی(

بار وارد شده به لوله از سوی باد

بار وارد شده به لوله توسط زمین لرزه

بار وزنی برف بر لوله

همۀ> بارهای گذرا همچون ضربۀ> قوچبخار

هر باری که به لوله وارد شود

ابزارهای کاربردیCAESAR ، ComPIPSYS افزار که یک نرم

های یکپارچه برای تحلیل تنش لولهPLADES 2000 .است

mercial Piping analysis software

افزارهای تجاری دیگری نیز در بازار نرمها خروجیموجود است.

های تنش لوله در شرایط بارگذاریمختلف

گاههای بارگذاری در قیدوبندها و تکیهگوناگون

گاهها جابجایی لوله در محل تکیه

بارگذاری لوله در نقاط پایانیها و استانداردها نامه نظام

در پایپینگ نیروگاههای معمولی بایدبرآورده ASME ANSI B31.1 شروط

شود.

گاههای لوله انواع تکیه

در آغاز این بحث دربارۀ گونه

گاههای لوله های مختلف تکیهصحبت کردیم. اکنون به جزییات

پردازیم. بیشتری می

سه دستۀ> معمولی از تکیه

گاهها وجود دارد

پذیری در بدون انعطافجهت مهار

<نوع فنری )به لوله اجازۀحرکت در جهت بارگذاری

دهد( را می

گاه دینامیکی )درجۀ> تکیهمهار به شتاب بارگذاری

بستگی دارد(

گاههای فنری دو نوع از تکیهوجود دارد.

،نوع بار متغیر: در این نوعگاه با جابجایی بار تکیه

کند. لوله تغییر می

نوع بار ثابت: در این نوعای گاه، در محدوده از تکیه

از جابجایی لوله، بار تکیه

کند. گاه تغییری نمی

فنر بار ثابت(Constant Load

Spring)

فنر متغیر(Variable

Spring)

بصل

ز وی

آ (R

igid

Ha

ng

er)

هکی

ت

بصل

ه گا

(R

igid

Su

pp

ort

)تکیه گاه

دینامیکی، ضربه

Dynamic)گیرSupport, Snubber)

تکیه گاه صلب(Rigid Support)

برخی مالحظات خاص در مورد پایپینگ )مدفون( نکات زیر باید مورد توجه قرار گیرد.زیرسطحیهای هنگام طراحی لوله

اینچ باشد.1های زیرسطحی نباید کمتر از کوچکترین اندازۀ> لوله

های زیرسطحی باید خودداری شود. از به کار بردن اتصاالت فلنجی در لوله

های زیرسطحی نشتی داشته باشند تشخیص آن دشوار به یاد داشته باشید که اگر لولهکشی زیرسطحی خودداری شود. های سمی از لوله باید برای سیال است، پس می

رسد، لوله باید از عمقی بیشتر تر از دمای یخبندان می در جاهایی که دمای هوا به پاییناز عمق یخبندان عبور داده شود.

های مدفون زیرسطحی باید به طور مناسب در برابر خوردگی محافظت شوند. لوله

برای جلوگیری از خوردگی، لوله باید به طور کامل نوارپیچ یا با یک الیه پالستیکپوشیده شود.

.یا آنکه با استفاده از محافظت کاتدی در برابر خوردگی محافظت شودیخ زدگی های در معرض هوای آزاد در برابر محافظت لوله

کند، این امکان وجود دارد که در در مناطقی که دما به کمتر از دمای یخبندان افت میها یخ بزند. هنگام خاموشی کارخانه محتویات لوله

4در حالتی مشابه برای نگاه داشتن دمای محتویات لوله باالتر از دمای انجماد )حدود های هیت درجه( حتی هنگامی که دما کمتر از دمای انجماد است، لوله توسط المنت

شود. پوشیده می(heat tracing)تریسنگ

شود و با پایین تریسینگ برقی با پیچاندن کالف الکتریکی به دور لوله اجرا می هیتشود. تریسینگ عایق می های هیت شود. لوله برای پوشاندن کالف رفتن دما روشن می

های باریک بخار به دور لوله اصلی اجرا نمود. توان با پیچاندن لوله تریسینگ را می هیت

امیدواریم که در باال بردن دانش شما دربارۀ پایپینگ موثر بوده

باشیم:برگردان به فارسی

علی ظفریاز شرکت نفت و گاز پارس

piping.blogsky.com