اصول پایپینگ برای مهندسان تازه کار (بخش اول)

رتبه: 4.11 از 5

 Loading ...

۷ فروردین ۹۰ | نوشته شده توسط: IranPetroTech

سیستم پایپینگ

۱- بسط مفهوم پایپینگ

۲- اقلام پایپینگ و الزامات دسترسی به آنها

۳- الزامات طول مستقیم

۴- جهت (سمت) قرار گیری سوراخ ها، اقلام و …

۵- درین ها و ونت ها در پایپینگ

۶- عایق بندی

۷- جنس و اندازه لوله ها

۸- ملاحظات سیستم های پایپینگ بحرانی

۹- تحلیل تنش در لوله

۱۰- تکیه گاه های لوله

نخست می خواهیم در این باره صحبت کنیم که لوله چیست؟

قطعه ای است استوانه ای شکل و توخالی که از فلز، پلاستیک، شیشه و … ساخته شده و برای انتقال مایع، گاز یا هر مادۀ قابل جریان دیگری به کار می رود.
جزئی است بسیار مهم از هر واحد فرایندی و طراحی آن نقش اصلی را در طراحی هر واحد صنعتی بازی می کند.
در ادامه خواهیم کوشید تا شما را با لوله و اجزای تشکیل دهندۀ آن آشنا کنیم.

در واحدهای فرایندی سیال ها از یک سر لوله به سر دیگر آن جریان دارند. حال می خواهیم با کارخانه ای شروع کنیم که مطابق شکل، سه مخزن در آن قرار دارند.
مخزن ۱، مخزن ۲ و مخزن ۳
می خواهیم سیال درون مخزن شمارۀ ۱ را به دو مخزن دیگر بفرستیم. برای انتقال سیال از مخزن ۱ به مخازن ۲ و ۳ می باید آنها را با لوله به هم متصل کنیم. لوله ها را می کِشیم.

لوله ها را کشیده ایم، اما حالا باید مسایل دیگری را حل کنیم.
لوله ها همگی قطعاتی مستقیم اند.

اینها اتصالات لوله ای اند.
انواع متفاوتی از فیتینگ ها (اتصالات) وجود دارد که برای اهداف گوناگون کاربرد دارند، از جمله: زانویی ها/خم ها، سه راهی ها/انشعاب ها، کاهنده ها/افزاینده های سطح، کوپلینگ ها، اولت ها و غیره یا Elbows/Bends, Tees/Branches, Reducers/Expanders, Couplings, Olets, etc.

ترکیب خوبی است اما تسلطی روی جریان خروجی از مخزن ۱ به مخازن دیگر وجود ندارد. به آرایشی نیاز داریم تا در صورت نیاز جریان را متوقف کند.

انواع گوناگونی از شیرها وجود دارد که بر اساس ساختمان و کارکردشان دسته بندی می شوند. که عبارتند از دروازه ای(Gate) ، دیسکی (Globe)، یک طرفه(Check) ، پروانه ای (Butterfly) و غیره…

در اینجا یک سیستم پایپینگ کمابیش عملی را با یک صافی نصب شده در آن می بینید. حالا می خواهیم جنبه هایی از انعطاف پذیری لوله را نشان دهیم.

هنگام جریان یک سیال در یک لوله، ممکن است علاقه مند باشیم که از ویژگی های جریان از قبیل فشار، دما، شدت جریان و… اطلاعاتی به دست آوریم.

انواع گوناگونی از ابزار دقیق (instrument) برای اندازه گیری ویژگی های مختلف جریان وجود دارد. همچنین روش های مختلفی برای نصب ابزار دقیق در خطوط لولۀ مختلف وجود دارد.

در اینجا چند ترکیب از ساپورت گذاری لوله دیده می شود. انواع پرشماری می تواند وجود داشته باشد، که همگی به نظر و تصمیم مهندس طراح بستگی دارد.

طراحی یک خط لوله را انجام دادیم.
می خواهیم بررسی کنیم که این کار در عمل چگونه انجام می پذیرد.

• ابتدا طرح کلی جریان کشیده می شود:

۱) چه چیزی

۲) از چه نقطه ای

۳) تا کدام نقطه

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

• نوع شیرها طراحی می شود.

• همچنین نوع ابزار دقیق مورد نیاز انتخاب می گردد.

همۀ موارد بالا را در نقشه ای به نام نمودار پایپینگ و ابزار دقیق Piping and Instrumentation Drawing که به طور خلاصه P&ID نامیده می شود نشان می دهند. برای تولید P&ID از نرم افزار SPP&ID بهره گیری می شود.
تا اینجا می دانیم که هنگام تهیۀ P&IDها در SPP&ID، همۀ اطلاعات سامانۀ خطوط لوله وارد نقشه می شود.
پس نقشۀ SPP&ID نقشه ای است هوشمند که همۀ اطلاعات دربارۀ یک لوله را همچون اندازۀ لوله، سیال در حال جریان و… در خود جای داده است.
یک نقشۀ P&ID تهیه شده با SPP&ID را ببینید.

این نمایی از P&ID در صفحۀ رایانه است که توسط نرم افزار SPP&ID تولید شده است.

پس از آماده شدن P&ID کار چیدمان را آغاز می کنیم.
در اینجا کار چیدمان و مسیریابی لوله ها را در یک محیط سه بعدی مجازی انجام می دهیم.
برای مسیریابی لوله ها در یک محیط سه بعدی از نرم افزارهای PDS 3D یا PDMS استفاده می شود.
به این کار مدل سازی پایپینگ یا طراحی فیزیکی می گویند.

هنگام توسعۀ چیدمان پایپینگ باید به نکات زیر توجه شود.
لوله کشی از منبع تا مقصد باید تا جای ممکن کوتاه و دارای کمترین تغییر جهت باشد.
هیچ راه عبوری نباید سد شود و فضای تعمیر و نگهداری هیچ تجهیزی نباید اشغال گردد.

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

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

• در صورت لزوم، باید برای دسترسی به این اقلام، سکوهای دسترسی ACCESS PLATFORMS جداگانه ای در نظر گرفته شود.

• موقعیت و جهت خواسته شده برای شیرها، ابزار دقیق و دیگر اقلام مورد نیاز برای یک خط باید بررسی و در صورت نیاز اصلاح 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 عنوان مثال سنجۀ دما (temperature gauge) نمی تواند روی خطوطی با اندازۀ کمتر از ۴” نصب شود.

• ملزومات ویژۀ طول مستقیم لوله برای بعضی اقلامِ ابزار دقیق باید رعایت شود، مثلاً برای اریفیس جریانی باید طولی به اندازۀ ۱۵ برابر قطر لوله در بالادست و ۵ برابر قطر لوله در پایین دست مستقیم باشد.

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

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

چنین ترکیب هایی را در خطوط لوله بیرون از کارخانه (pipe lines) هم استفاده می کنند تا بتوان مایع درون آنها را خارج کرد.
برای این منظور یک اتصال درین (drain) با شیر در پایین ترین نقطه خط نصب می شود. لوله ها هم به سمت نقاط پست تر شیب داده می شوند.

عایق کاری: هنگامی که سیال داغ در یک خط جریان می یابد، معمولاً خط عایق می شود.
دو دلیل اولیه برای عایق کاری لوله های حامل سیال های داغ وجود دارد.

• جلوگیری از هدر رفتن گرمای سیال درون لوله. عایق کاری باعث حفظ گرما می شود. این کار را عایق کاری گرم (hot insulation) می نامند.

• ایمنی کارکنان، به طوری که از سوختگی افراد در اثر تماس با لوله جلوگیری شود. این کار را عایق کاری برای حفاظت کارکنان (personal protection insulation) می نامند.

خطوط سرد نیز عایق کاری می شوند

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

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

انواع دیگر عایق

• هنگامی که گازها با سرعت های بالا در لوله ها جریان می یابند، صدای زیادی تولید می کنند. در این حالت لوله ها برای کاهش سروصدا عایق می شوند. این نوع از عایق را عایق صوتی (acoustic insulation) می نامند.

• در برخی موارد لوله ها برای گرم کردن محتویات شان از بیرون توسط المنت های هیت تریسینگ (heat tracing elements) گرم می شوند. در این موارد برای جلوگیری از هدر رفتن گرمای گرم کننده، لوله و تریسینگ همراه با هم عایق می شوند.

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

1. مواد رشته ای که فضای خالی زیاد میان رشته های آن با هوا پر شده است. چوب پنبه، پشم شیشه، پشم سنگ و الیاف طبیعی مثال هایی از این مواد هستند. به یاد داشته باشید که هوای محبوس میان الیاف، رسانای ضعیفی است.
2. مواد متخلخل که سوراخ های بسته درون آن با هوا پر شده است. کلسیم سیلیکات، شیشۀ حباب دار (کف شیشه ای)، کف پلی اورتان poly urethane foam (PUF)، پلی استایرن (ترموکول) و … نمونه هایی از این دست اند.

در برخی موارد مواد غالب گیری شده مثل گچ سیمان یا گچ پاریس هم به کار می روند.
پوشش عایق مواد عایق عموماً نرم یا شکننده هستند. بنابراین سطح بیرونی عایق ها با پوشش صفحۀ آلومینیوم یا آهن گالوانیزه محافظت می شود.

• در نیروگاهها خطوط لوله ای وجود دارد که بخار را در فشار و دمای بالا جابجا می کند. بعضی از خطوط هم آب را در فشار بالا منتقل می کنند. این لوله ها بخار و آب چرخشی اصلی را جابجا می کنند. این خطوط لوله، خطوط بحرانی (critical piping) نامیده می شوند.

• برای طراحی این خطوط توجه فراوانی باید صورت گیرد.

• نخست اینکه در گزینش جنس این لوله ها باید دقت شود، چرا که می باید در برابر فشارهای بالا و احتمالاً دماهای بالا مقاومت کنند.

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

• خطوط بخار در دمای بسیار بالایی کار می کنند و لوله های داغ منبسط می شوند، پس ناگزیریم که خطوط لوله را طوری بسازیم که در دماهای بالا انعطاف پذیری خود را حفظ کند و نیروی انبساط را درون خود مستهلک نماید.

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

• نظام نامه های بین المللی تایید شدۀ بسیاری وجود دارد که راهنمایی ها و الزامات قانونی مربوط این خطوط را بیان

می کند.

• مهم ترین نظام نامۀ مورد استفاده برای مهندسان پایپینگ نیروگاهها عبارتست از

ASME ANSI B31.1- Power Piping Code

تحلیل تنش لوله
پیشتر دیدیم که برخی از لوله ها تحت فشار و دمای بالایی قرار دارند. لوله ها بار سیال در حال جریان را نیز تحمل می کنند.
لازم است بررسی و تایید کنیم که این لوله ها تحت بارهای یاد شده از هم گسیخته نمی شوند.

• فرایندی را که تنش گسترش یافته در لوله را در اثر بارهای مختلف بررسی می کند، تحلیل تنش لوله (pipe stress analysis) یا تحلیل انعطاف پذیری(flexibility analysis) می نامند.

• طی تحلیل تنش بارهای ثابت شدۀ گوناگونی به لوله وارد می شود و تنش لوله مورد ارزیابی قرار می گیرد.

• سپس این تنش ها را با نظام نامه های حاکم مقایسه می کنیم که آیا پذیرفتنی هستند یا نه.

• بارگذاری تکیه گاه ها و جابجایی آنها تحت شرایط بارگذاری گوناگون مورد بررسی قرار می گیرد.

• همچنین بارگذاری نقاط پایانی نیز که توسط سیستم پایپینگ به تجهیز متصل به آن وارد می شود مورد ارزیابی قرار می گیرد. این نیروها باید در محدوده های مورد پذیرش که از سوی فروشندگان این تجهیزات پیشنهاد شده قرار داشته باشد.

• همچنین تغییر طول لوله به دنبال تغییرات دمایی به دست می آید و لازم است که این جابجایی های لوله در محدودۀ قابل پذیرش قرار گیرد.

• تحلیل تنش لوله یک فرایند برهم کنشی و تکراری است. هر گام باید بررسی شود.

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

انواع تکیه گاههای لوله
در آغاز این بحث دربارۀ گونه های مختلف تکیه گاههای لوله صحبت کردیم. اکنون به جزییات بیشتری می پردازیم.
سه دستۀ معمولی از تکیه گاهها وجود دارد

• بدون انعطاف پذیری در جهت مهار

• نوع فنری (به لوله اجازۀ حرکت در جهت بارگذاری را می دهد)

• تکیه گاه دینامیکی (درجۀ مهار به شتاب بارگذاری بستگی دارد)

دو نوع از تکیه گاههای فنری وجود دارد.

1. نوع بار متغیر: در این نوع، بار تکیه گاه با جابجایی لوله تغییر می کند.
2. نوع بار ثابت: در این نوع از تکیه گاه، در محدوده ای از جابجایی لوله، بار تکیه گاه تغییری نمی کند.

برخی ملاحظات خاص در مورد پایپینگ

• هنگام طراحی لوله های زیرسطحی (مدفون) نکات زیر باید مورد توجه قرار گیرد.

• کوچکترین اندازۀ لوله های زیرسطحی نباید کمتر از ۱ اینچ باشد.

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

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

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

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

• برای جلوگیری از خوردگی، لوله باید به طور کامل نوارپیچ یا با یک لایه پلاستیک پوشیده شود.

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

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

• در حالتی مشابه برای نگاه داشتن دمای محتویات لوله بالاتر از دمای انجماد (حدود ۴ درجه) حتی هنگامی که دما کمتر از دمای انجماد است، لوله توسط المنت های هیت تریسنگ (heat tracing) پوشیده می شود.

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

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

امیدواریم که در بالا بردن دانش شما دربارۀ پایپینگ موثر بوده باشیم
برگردان به فارسی:
علی ظفری
از شرکت نفت و گاز پارس

PIPING FUNDAMENTALS

INTRODUCTION TO PIPING

INTRODUCTION
Piping systems are like arteries and veins. They carry the lifeblood of modern civilization. In a modern city they transport water from the sources of water supply to the points of distribution; convey waste from residential and commercial buildings and other civic facilities to the treatment facility or the point of discharge. Similarly, pipelines carry crude oil from oil wells to tank farms for storage or to refineries for processing. The natural gas transportation and distribution lines convey natural gas from the source and storage tank forms to points of utilization, such as power plants, industrial facilities, and commercial and residential communities. In chemical plants, paper mills, food processing plants, and other similar industrial establishments,
the piping systems are utilized to carry liquids, chemicals, mixtures, gases, vapors, and solids from one location to another.
The fire protection piping networks in residential, commercial, industrial, and other buildings carry fire suppression fluids, such as water, gases, and chemicals to provide protection of life and property. The piping systems in thermal power plants convey high-pressure and high-temperature steam to generate electricity. Other piping systems in a power plant transport high- and low-pressure water, chemicals, low-pressure steam, and condensate. Sophisticated piping systems are used to process
and carry hazardous and toxic substances. The storm and wastewater piping systems transport large quantities of water away from towns, cities, and industrial and similar establishments to safeguard life, property, and essential facilities.
In health facilities, piping systems are used to transport gases and fluids for medical purposes. The piping systems in laboratories carry gases, chemicals, vapors, and other fluids that are critical for conducting research and development. In short,
the piping systems are an essential and integral part of our modern civilization just as arteries and veins are essential to the human body.
The design, construction, operation, and maintenance of various piping systems involve understanding of piping fundamentals, materials, generic and specific design considerations, fabrication and installation, examinations, and testing and inspection
requirements, in addition to the local, state and federal regulations.

در این بخش فصل های مربوط به هندبوک پایپینگ برای علاقه مندان جهت دانلود قرار گرفته است. برای دانلود به صورت لینک مستقیم از سایت ایران پتروتک بر روی هر فصل کلیک کنید.

CHAPTER A1

CHAPTER A2

CHAPTER A3

CHAPTER A4

CHAPTER A5

CHAPTER A7

CHAPTER A8

CHAPTER A9

CHAPTER A10

GENERIC DESIGN CONSIDERATIONS

In today’s atmosphere of complex projects, extended liabilities, tight cost controls, and strict quality standards, it is essential that all phases of a project, from inception to operation, be effectively communicated and correctly executed. To this end, contract documents, design documents, fabrication details, procedures, and specifications are developed to communicate, monitor, and document the design, fabrication, and erection of piping systems precisely. The number and variety of documents to be prepared for a particular piping system are determined not so much by the
importance of the piping system as by the complexity of the system and by the interface requirements of the owner, the design organization, the contractor, the material suppliers, and the regulatory agencies. In the following sections, the  documentation requirements of a complex project are illustrated to provide a broad overview of the hierarchy of documents. However, since the specific requirements of a project are driven by many variables, such as the owner’s requirements, budgets, market conditions, company practice, and licensing  requirements, the discussion here should be considered as a guideline only.
In this chapter all the principal design documents normally prepared for a complex piping system are identified, and their roles in the overall project are described. Note, however, that future developments in engineering tools might dictate variations from the documents described here. With the ongoing development of sophisticated computer software, several related design documents may be developed from one database with the capability to extract information as required. For example, pressure drop and pipe stress analysis calculations may be executed from a physical piping drawings database.
The production and management of design documents may be influenced by outside parties. There are many industry and  national standards that provide guidance in the preparation and control of design documents. Conformance to certain international standards is often mandatory. The references listed below contain standards for the preparation and control of design documents. The list is based on current practices in the United States. Where need for clarity exists, the reference is accompanied by a statement of field of applicability. The list is not all-inclusive;engineers responsible for the preparation of design documents must, from time to time, review the current codes and standards in order to comply with and take
advantage of the changes in the industry which are expected to continue as computerized drafting and preparation of text and record keeping improve. Additionally, where unique requirements exist, as in shipbuilding, the system design evolution
process is governed by specialized methods. One reference is provided below for ship system design practice.
The military (MIL) and Department of Defense (DOD) standards and specifications referenced below provide a number of generally useful concepts and procedures for producing and maintaining design documents. Not all the information
may be directly applicable to the field of interest of this handbook; however, the referenced documents should not be ignored by anyone setting up a system of design document production and control because the information is of fundamental importance to an organized approach to the task.

CHAPTER B1

CHAPTER B2

CHAPTER B3

CHAPTER B4

CHAPTER B5

CHAPTER B6

CHAPTER B7

CHAPTER B8

CHAPTER B9

CHAPTER B10

CHAPTER B11

CHAPTER B12

CHAPTER B13

CHAPTER B14

مطالب مرتبط

• مدلسازی پایپینگ واحدهای صنعتی با نرم افزار PDMS
• سری کتاب های پایپینگ
• تعدادی از نرم افزار های کاربردی برای مهندسان نفت و گاز
• وزیر نفت ایران برای سال ۲۰۱۱ به ریاست اوپک انتخاب شد
• اصول و مبانی ۵S در مدیریت کیفیت