سیستم های پایپینگ 1

در این پست و چند پست آینده قصد دارم تا ترجمۀ فصل 5 از کتاب process piping design نوشتۀ Rip Weaver را که دربارۀ سیستم­های پایپینگ است برایتان بیاورم. البته جرح و تعدیل­های اندکی هم صورت گرفته که در جهت بهبود مطلب بوده است. امید که بپسندید. در ضمن خوشحال خواهم شد اگر نظرهایتان را در میان بگذارید.

همۀ تاسیسات پایپینگ با سیستم­هایشان شناخته می­شوند که هر سیستمی با آخرین سیستم طراحی شده توسط طراح مشترکات و تفاوت­هایی دارد. سیستم تقطیر از همۀ دیگر سیستم­ها فراوان­تر است، زیرا مبنای همۀ واحدهای فرایندی به شمار می­رود. همۀ واحدهای داخل کارخانه و بیرون کارخانه دارای سیستم­های تخلیۀ فاضلاب برای انتقال آب سطحی یا آب باران هستند، که شامل تراوش­ها و مایعات دورریز روغنی یا مایعات خاص مثل بازها، اسیدها و غیره هستند. همۀ واحدهای فرایندی یک یا دو سیستم مشعل دارند. سیستم­های گرمایش با بخار (steam tracing) مشابه یکدیگرند. این فصل سیستم­های یاد شده و سیستم­های دیگر را توضیح می­دهد.

جزییات سیستم­ها نیز در واحدهای مختلف مشابه­اند. بسیاری از جزییات باید در صنعت استاندارد شوند، اما به دلیل استاندارد نبودن میلیون­ها دلار و نفرساعت برای توسعۀ راهی صرف می­شود که پیشتر 50 بار از سوی دیگر طراحان انجام شده است. این فصل جزییات روش­هایی را برای طراحی بیان می­کند که هنوز استاندارد نیستند اما کار می­کنند.

مرحلۀ نصب برای همۀ سیستم­های پایپینگ انجام می­شود. بیشتر لوله­کشی­های فرایندی در کارگاه ساخته شده و به شکل «اسپول­های کارگاهی» به سایت منتقل می­شوند تا توسط کارگران نصب شوند. بیشتر طراحان پایپینگ دربارۀ مشکلات نصب کنندگان و چگونگی انجام کار اطلاعات کمی دارند. به دلیل بازده بالاتر ساخت اسپول در کارگاه و کیفیت بهتر جوشکاری، این کار هزینۀ کمتری را دربردارد و پیمانکاران ترجیح می­دهند اسپول­هایشان را تا جای ممکن در کارگاه بسازند.

لوله­کشی زیرسطحی:

لوله­کشی زیرسطحی به دو دستۀ اصلی تقسیم می­شود: سیستم­های فرایندی و پشتیبانی. از لوله­کشی فرایندی زیرسطحی پرهیز می­شود؛ با این حال مواردی هست که در آنها این نوع لوله­کشی بهترین گزینه است. سیستم­های پشتیبانی زیرسطحی نیز به دو دسته تقسیم می­شوند: سیستم­های جریان گرانشی و تحت فشار.

سیستم­های جریان گرانشی:

این سیستم­ها به نیروی جاذبۀ گرانشی وارد شده به جریان بستگی دارند. به همین دلیل این خطوط باید از مبدأ تا مقصد شیب یکنواختی داشته باشند. کمترین شیب پیشنهادی برای این خطوط 1% است.

این نوع لوله­کشی برای سیستم­های زیر به کار می­رود:

1-    آب تمیز که شامل آب باران، آب شستشو و آب مصرفی آتش نشانی است. این آب معمولاً از روی سطوح سیمانی توسط دریچه­های مشبک (catch basin) جمع­آوری شده و برای جدا کردن مواد روغنی موجود در آب به یک گودال جدا کننده یا جدا کنندۀ API لوله­کشی می­شود و سپس به نهر، رود یا احتمالاً حوضچۀ تبخیر منتقل می­گردد.

2-    فاضلاب فرایندی، که گاهی فاضلاب چرب یا کثیف هم نامیده می­شود، شامل تراوش و مایعات تخلیه شده از پمپ­ها، مخازن و قیف­های نمونه­گیری است. این سامانه به یک جدا کننده هدایت شده و هیدروکربن­ها معمولاً بازیافت می­شوند.

3-    فاضلاب مخلوط فاضلابی است شامل هر دو نوع فاضلاب تمیز و فرایندی که تنها یک سیستم پایپینگ برای آن به کار می­رود. این نوع فاضلاب باید به یک جدا کنندۀ API بزرگ فرستاده شود که توانایی جداسازی هیدروکربن از آب را دارد. با اینکه سیستم مخلوط از لحاظ هزینۀ لوله­کشی به صرفه است، اما این صرفه­جویی با هزینۀ اضافی ناشی از ساخت تاسیسات جدا کنندۀ بزرگتر سربه­سر می­شود. امروزه سیستم مخلوط به ندرت به کار می­رود.

4-    فاضلاب­های بهداشتی سیستم­هایی هستند که فاضلاب­های انسانی را منتقل می­کنند. این فاضلاب­ها به یک سیستم بهداشتی بزرگ منتقل می­شوند یا به صورت محلی به چاه جذبی فرستاده می­شوند.

5-    فاضلاب­های خورنده به صورت سیستم­های فاضلاب مستقل درون واحد فرایندی طراحی می­شوند. سیالات این نوع فاضلاب شامل اسیدها، آمین ها، کربنات­ها و دیگر سیالات خورنده است. برخی از این فاضلاب­ها توسط قیف­هایی جمع­آوری شده، به لوله­ای اصلی سرازیر شده و به یک انباره فاضلاب (sump) محلی منتقل می­شوند. یک پمپ فاضلاب، این مایعات را به سیستم تحت فشار بازمی­گرداند، یا آنکه آنرا برای امحا به بیرون واحد می­فرستد، احتمالاً به یک گودال خنثی سازی. برخی از اسیدها مثل اسید سولفوریک، انباشته شده و سپس برای بازیافت به یک کارخانۀ بازیافت منتقل می­شوند.

6-     فاضلاب­های تحت فشار که بیشتر در پالایشگاه­های گاز به کار می­رود و مایعات فرّار را که در دما و فشار معمولی به گاز تبدیل می­شوند، با لوله­کشی تحت فشار جمع آوری کرده و به مشعل می­فرستند یا برای بازیافت انبار می­کنند. سیال این نوع فاضلاب­ها بیشتر شامل هیدروکربن­های سبک بوتان و پروپان است که هنگام تخلیۀ خط (مثلاً برای تعمیر) سیال درون آن را خارج می­کنند و اتصال آن به سیستم فاضلاب تنها از نوع فلنجی است.

طراحی لوله کشی ورودی پمپ

به این دو شکل نگاه کنید. به نظر شما لوله کشی اطراف این پمپ ها درست طراحی شده است؟ چه اشکالی می­تواند در این دو طرح وجود داشته باشد؟

برای روشن تر شدن مطلب می­رویم سراغ مدرک :API-RP 686 در بخشی از این استاندارد گفته شده: لوله­کشی ورودی پمپ­های گریز از مرکز نباید نقاط تجمع هوا یا بخار مایع در حال تلمبه شدن را داشته باشد (اصطلاحاً باید no pocket باشد).

اما دلیل این گزارۀ این است که هوا یا گازهای محلول در مایع، یا بخار مایع می­توانند در این نقاط جمع شده و موقع به کار افتادن پمپ، با ورود به لابلای پره­ها باعث کاویتاسیون شوند.

حال نکتۀ دیگری را مطرح می­کنیم. در جای دیگری از این مدرک گفته شده: طول مستقیم خط ورودی پمپ، از فلنج متصل شده به نازل تا اولین زانویی، سه­راهی، کاهنده، صافی دایمی یا هر آیتم برهم زنندۀ جریان باید دست کم پنج برابر قطر لوله در ورودی پمپ باشد.

دلیل این گزاره هم این است که مایع هنگام ورود به پمپ نباید زیاد مغشوش و درهم باشد، زیرا درهمی زیاد می­تواند باعث کاویتاسیون شود.

همانطور که در شکل 1 می­بینید، لولۀ ورودی به این پمپ دارای محل تجمع گاز است که می­تواند باعث بروز مشکل شود و باید به گونه­ای این مشکل حل شود. مثلاً با بردن اقلام بالادست این بخش روی یک سکو یا طبقات پایپ رک می­توان محل تجمع گاز را از بین برد (شکل 5). در شکل 2 نیز نسبت طول به قطر لولۀ ورودی کمتر از 5 است (حدود 2 برابر) که اشتباه است.

به شکل های زیر نیز دقت کنید:

در شکل های 3 و 4 هر دو مشکل همزمان وجود دارند، اما در شکل 5 مشکل تجمع گاز با بردن لوله روی طبقه حل شده است، اما اشکال طول مستقیم هنوز پابرجاست.

لوله کشی زیرسطحی

لوله­کشی زیرسطحی به دو دستۀ اصلی تقسیم می­شود: فرایندی و پشتیبانی. از لوله­کشی فرایندی به صورت زیرسطحی باید پرهیز شود؛ با این حال مواردی هست که در آنها این کار بهترین گزینه است. لوله­کشی پشتیبانی زیرسطحی به دو گروه تقسیم می­شود: جریان گرانشی و لوله­کشی تحت فشار.

سامانه­های جریان گرانشی: وجود سامانه­های گرانشی به جاذبۀ گرانشی بستگی دارد. در نتیجه این خطوط باید از مایع مبدأ تا نقطۀ مقصد یک شیب ثابت داشته باشند. حداقل شیب پیشنهادی 1 درصد است. لوله­کشی گرانشی برای جریانهای زیر به کار می­رود:

1-    آب باران یا آب پاک که از آب باران، آب شستشو و آب آتش­نشانی مصرفی تشکیل می­شود. این آب معمولاً از طریق کانال­های حفاری شده به یک گودال جمع­آوری می­رسند و برای جداسازی به گودال جداسازی یا جدا کنندۀ API لوله­کشی می­کنند تا هر گونه روغنی که احتمالاً وارد سیستم شده جدا شود و سپس به نهر، رودخانه یا احتمالاً یک دریاچۀ تبخیر بزرگ ریخته می­شود.

2-    فاضلاب فرایندی که گاهی فاضلاب چرب یا فاضلاب آب کثیف هم گفته می­شود، از تراوش­های پمپ­ها، مخازن و قیف­های نمونه­گیری و دیگر مایعات دورریز کثیف تشکیل شده است. این مایعات از طریق یک جدا کننده تعیین مسیر شده و هیدروکربن­ها معمولاً جداسازی می­شوند.

3-    فاضلاب مرکب که ترکیب هر دو نوع فاضلاب باران و فرایندی است، که تنها از یک سامانۀ لوله­کشی بهره می­برد. این فاضلاب می­باید به یک جدا کنندۀ API بزرگ که قادر است جریان ترکیبی را پذیرفته و هیدروکربن­ها را از آب جدا کند فرستاده شود. هر چند به کار گیری سامانه مرکب باعث صرفه­جویی در هزینۀ لوله­کشی می­شود، اما تاسیسات بزرگتر جدا کننده این صرفه­جویی را خنثی می­کنند. امروزه سامانۀ مرکب به ندرت استفاده می­شود.

4-    فاضلاب­های بهداشتی آنهایی هستند که فاضلاب مصرفی انسانی را جابجا می­کنند. این فاضلاب­ها توسط یک سامانۀ بزرگ بهداشتی جمع­آوری شده، یا چنانچه به صورت محلی به آنها پرداخته شود به یک انبار فاضلاب و جاهای مربوط فرستاده می­شود.

5-    فاضلاب­های خورنده به صورت سامانه­ای جدا در کارخانه طراحی می­شود. این فاضلاب اسیدها، آمین­ها، کربنات­ها و موارد دیگری را شامل می­شوند. برخی از این فاضلاب­ها در داخل واحد می­چرخند و همۀ قیف­ها به یک لولۀ جدای متصل شده به یک گودال محلی می­ریزند. یک پمپ فاضلاب، فاضلاب­ها را به سامانۀ تحت فشار برمی­گرداند یا احتمالاً برای خنثی سازی به بیرون از واحد می­فرستد.

برگرفته از کتاب process piping design نوشته: Rip Weaver.

رواداری تغییرات فشار و دما

ترجمۀ بند 302-2-4 از کد ASME B31-3

رواداری تغییرات فشار و دما: فراتر رفتن موردی فشار یا دما (یا هر دو) از محدوده­های طراحی می­تواند در یک سامانۀ پایپینگ رخ دهد. این تغییرات باید در انتخاب فشار طراحی و دمای طراحی مد نظر قرار گیرد. شدیدترین همزمانی فشار و دما باید مبنای شرایط طراحی قرار گیرد، مگر آنکه همۀ شروط زیر برآورده شود:

الف) هیچکدام از اقلام تحمل کنندۀ فشار در سامانۀ پایپینگ نباید از چدن یا دیگر فلزات ترد ساخته شده باشند.

ب) تنش­های فشاری نامی نباید از استحکام تسلیم در آن دما فراتر روند.

ج) تنش­های طولی مرکب نباید از محدوده­های آورده شده در بند 326-6 فراتر روند.

د) تعداد کلی دفعات بالاتر رفتن فشار-دما از شرایط طراحی نباید از 1000 بار در طول عمر سامانۀ پایپینگ فراتر رود.

ﻫ) تحت هیچ شرایطی فشارِ افزایش یافته نباید از فشار تست سامانۀ پایپینگ فراتر رود.

و) افزایش­های موردی نسبت به شرایط طراحی می­باید درون یکی از محدوده­های طراحی فشار جای گیرد:

1) با شرط گرفتن مجوز مالک طرح، فشار می­تواند از محدودۀ فشاری یا فشار مجاز برای دمای مورد نظر فراتر رود به شرط آنکه به موارد زیر محدود باشد:

الف) 33% برای مساوی یا کمتر از 10 ساعت برای هر بار و کمتر از 100 ساعت در سال، یا

ب) 20% برای مساوی یا کمتر از 50 ساعت برای هر بار و کمتر از 500 ساعت در سال

برای ایمنی سامانۀ پایپینگ در طول عمر کاری­اش باید اثرات چنین تغییراتی با روش­های مورد قبول مالک، از سوی طراح مشخص شود.

2) هنگامی که تغییرات خودمحدود کننده است (برای مثال به خاطر اقلام فشارشکن)، و بیش از 50 ساعت در هر بار و کلاً 500 ساعت در سال طول نمی­کشد، محدودۀ فشار یا تنش مجاز برای فشار طراحی یا تنش مجاز در هر دما می­تواند تا 20% زیاد شود.

ز) ترکیب اثرات بارهای ثابت و متغیر دوره­ای بر دوام تمامی اقلام پایپینگ باید مورد ارزیابی قرار گرفته باشد.

ح) کاهش دما به کمتر از کف دمایی نشان داده شده در پیوست الف مجاز نیست، مگر آنکه شرایط بند 323-2-2 دربارۀ کمترین دمای مجاز برآورده شود.

ط) اثر فشار بالاتر از محدوده­های فشار-دمای شیرها ممکن است تحت شرایط خاصی باعث کاهش آببندی شیر یا دشواری کار با شیر شود. اختلاف فشار وارد بر بندآور شیر نباید از سقف محدودۀ اختلاف فشار مشخص شده از سوی سازنده فراتر رود. انجام این کار با مسئولیت کارفرما است. 

اتصالات در لوله کشی

نکاتی چند دربارۀ استفاده از اتصالات در لوله­کشی

·        از اتصال چهارراهی (cross) استفاده نکنید؛ هزینه و مدت زمان تحویل آن پذیرفتنی نیست.

·        از تبدیل ناهم­مرکز (eccentric reducer) تنها زمانی استفاده کنید که به راستی نیاز است. این نوع تبدیل نسبت به نوع هم­مرکز آن دو برابر هزینه دربردارد.

·        برای گسترۀ وسیعی از اقلام کربن­استیل و برای اندازۀ زیر 10”، زانویی­های کاهنده (reducing elbows) باعث صرفه­جویی می­شود. اما برای فولاد آلیاژی مناسب نیست.

·        زانویی­ شعاع کوتاه باعث اعمال افت اضافی بر سامانۀ لوله­کشی می­شود. تنها هنگامی از آن استفاده کنید که فضای کافی برای زانویی شعاع بلند وجود ندارد.

·        از نیپل­های شکل داده شده (olet) بپرهیزید. تا جای ممکن لوله انشعابی را به طور مستقیم (stub) به لولۀ اصلی متصل کنید.

برگرفته از کتاب process piping design نوشتۀ Rip Weaver.