دمای طراحی پایپینگ

دمای طراحی برای سیستم پایپینگ در کد ASME B31.3

دمای طراحی هر جزء از سیستم پایپینگ، دمایی است که در آن دما تحت فشار متناظر با آن، بیشترین ضخامت یا بالاترین ریتینگ مورد نیاز باشد.

هنگام تعیین دمای طراحی دست­کم دماهای سیال، دماهای محیط، تابش خورشید، دماهای سیال گرم کننده یا سرد کننده و موارد زیر در نظر گرفته می­شود.

پایین­ترین دمای طراحی: پایین­ترین دمای طراحی کمترین دمای مورد انتظار برای یک جزء در حال کار است. این دما ممکن است شرایط طراحی خاص و نیازهای کیفی ویژه­ای را طلب کند.

الف) اقلام عایق نشده

·        برای اقلام عایق نشده با دمای زیر 65ºC (150º F) دمای پایپینگ برابر با دمای سیال در نظر گرفته می­شود، مگر آنکه تابش نور خورشید یا عوامل دیگر باعث بالا رفتن دما شود.

·        برای اقلام عایق نشده با دمای 65ºC (150º F) یا بالاتر، دمای پایپینگ بدون عایق نباید کمتر از دماهای زیر لحاظ شود، مگر آنکه از راه محاسبه دمای پایین­تری برای آن به دست آید:

1)     شیرها، لوله­ها، اتصالات جوشی و دیگر اقلام دارای ضخامت نزدیک به لوله: 95% دمای سیال.

2)     فلنج­ها (به جز لپ جوینت) از جمله فلنج­های روی اتصالات و شیرها: 90% دمای سیال.

3)     فلنج­های لپ جوینت: 85% دمای سیال.

4)     پیچ­ها: 80% دمای سیال.

ب‌)   پایپینگ عایق­کاری شده از بیرون: دمای طراحی این اقلام باید برابر با دمای سیال منظور شود، مگر آنکه محاسبه، آزمایش یا تجربۀ کاری دربارۀ اندازه­گیری دمای دیگری را به دست دهد. هر جا که لوله با تریس یا جکت گرم یا سرد شود، اثر این کار باید در به دست آوردن دمای پایپینگ لحاظ گردد.

ج‌)     پایپینگ عایق کاری شده از درون: دمای طراحی پایپینگ در این حالت باید بر مبنای آزمایش یا محاسبات انتقال گرما باشد.

سرویس سیال در کد ASME B 31.3

عبارتی است عمومی دربارۀ کاربرد سیستم پایپینگ، که راجع به ترکیب ویژگی­های سیال، شرایط کاری و دیگر عوامل تاثیرگذار بر سیستم پایپینگ بحث می­کند و 4 گروه را دربرمی­گیرد.

الف) سرویس سیال ردۀ A: سرویسی که شرایط زیر در مورد آن صادق است.

1)     سیال جابجا شده غیرآتش­زا و غیرسمی است و بر بافتهای بدن آسیب نمی­رساند.

2)     فشار طراحی نسبی از 1035 kPa (150 psi) فراتر نمی­رود.

3)     دمای طراحی در بازۀ –29ºC (–20ºF) تا 186°C (366°F) قرار دارد.

ب) سرویس سیال ردۀ M: سرویس سیالی که قابلیت آسیب آن به نیروی انسانی در معرض، قابل توجه ارزیابی می­شود؛ به طوری که حتی با وجود اقدامات درمانی فوری، یک تماس با مقدار ناچیزی از آن به دنبال نشتی این سیال می­تواند آسیب خطرناک و جبران­ناپذیری بر دستگاه تنفس یا سطح بدن در پی داشته باشد.

ج) سرویس سیال فشار بالا: سرویس سیالی که در آن برای دمای طراحی و گروه مواد به کار رفته، فشار از فشار مجاز در استاندارد B16.5 کلاس 2500 فراتر می­رود.

د) سرویس سیال معمولی: سرویس سیالی که در هیچ کدام از رده های D، M یا سرویس فشار بالا نمی گنجد و بیشتر سیالات تحت پوشش این کد را دربرمی­گیرد.

شیرهای کنترلی

دربارۀ شیرهای کنترلی چه می­دانیم؟

شیرهای کنترلی از نوع گلوب (globe) هستند و با اطلاعاتی که حسگرهای سامانۀ ابزار دقیق از سیال درون لوله یا مخزن پایین­دست آنها می­گیرد (شامل دما، فشار، سرعت جریان و سطح مایع)، و واکنش سامانۀ ابزار دقیق برای کنترل ویژگی­های یاد شده به شیر کنترلی برای کاهش یا افزایش جریان دستور می­دهد. اندازۀ (قطر نامی) شیر کنترلی از طریق محاسبات لازم تعیین می­شود و به طور معمول یک یا دو شماره از اندازۀ نامی لوله­های بالادست و پایین­دستش کوچکتر است.

پس از این مقدمه می­رویم سراغ لوله­کشی مجاور شیرهای کنترلی و به طور کلی globe valveها. همان طور که گفتیم شیر کنترلی معمولاً یک یا دو شماره از لولۀ مجاورش کوچکتر است. پس فلنج­های اطراف آن باید به کاهنده (reducer) متصل شود (شکل). اما این کاهنده­ها از چه نوعی باید باشند؟ همانطور که در شکل می­بینید در شیرهای کنترلی که در نقاط پایینی (low point) قرار دارند کاهنده­ها از نوع ناهم­مرکز با سطح تخت در پایین (eccentric & bottom flat) هستند، در حالی که در نقاط بالایی در حالت وارونه نسبت به حالت قبلی قرار دارند.

اما دلیل آن. همان طور که می­دانید پس از ساخت لوله­ها برای اطمینان از اجرای درست و قدرت تحمل فشار مجموعۀ لوله­کشی تست می­شود که سیال تست به طور پیش­فرض آب است، مگر آنکه به خاطر محدودیت­های اجرایی ناگزیر به تست با هوا باشیم. از لازمه­های یک تست درست این است که هنگام آب­گیری هوای درون لوله به کلی خارج شود و پس از تست نیز آب استفاده شده کاملاً خارج گردد، که برای این منظورها vent و drain به ترتیب در نقاط بالایی و پایینی تعبیه می­شود. اما هنر طراح این است که تا جای ممکن از هزینه­ها بکاهد و حذف vent و drain در صورت امکان یکی از این راههاست. با کمی دقت متوجه می­شوید که در ترکیب­های یاد شده با شل کردن فلنج­ها هوا خودبه­خود vent و آب خودبه­خود drain می­شود.

به این دو تصویر توجه کنید. به نظر شما کدام یک درست طراحی شده است؟ هر دو مربوط به پایپینگ خروجی از پمپ­های مشابه است. همانطور که می­بینید تفاوت میان آنها یک جفت فلنجی است که در خط کنارگذر (bypass) شیر یک­طرفۀ مجموعۀ بالایی هست که در مجموعۀ پایینی نیست. در ضمن شیری که دستۀ فلکه­ای دارد (globe valve) به صورت جوشی به لوله اتصال می­یابد.

خوب؛ به نظر شما این جفت فلنج باید باشد یا نه؟ به نظر من باید باشد. به دو دلیل: یکی قابلیت باز و بسته شدن شیر یک طرفه است؛ چنانچه دو فلنج یاد شده وجود نداشته باشند، مجموعه حالت صلب خواهد داشت و باز و بسته کردن شیر یک­طرفه -که مستلزم افزایش فاصلۀ میان دو فلنج اطراف آن است- مقدور نیست.

دلیل دیگر این است که دو لوله نسبتاً قطور دو سمت چک ولو (که می­تواند به مراتب قطورتر از این باشد) با لولۀ سه­چهارم اینچی کنارگذر به هم اتصال می­یابند و به هر دلیلی اگر بخواهیم مجموعه را باز کنیم وزن یک سمت توسط این لولۀ باریک روی دیگری می­افتد و کج شدن و آسیب دیدن آن دور از ذهن نخواهد بود.

نکاتی دربارۀ طراحی آویزها (2)

فاصلۀ میان آویزها :(hanger span)

موقعیت تکیه­گاهها و آویزها به قطر لوله، آرایش لوله­ها، موقعیت شیرها و اتصالات سنگین و سازۀ موجود برای تحمل بار تکیه­گاه و آویز بستگی دارد.

قانون و حدود مشخصی برای تعیین سرراست موقعیت تکیه­گاه در یک سامانۀ لوله­کشی وجود ندارد. در عوض مهندس طراح باید برای تعیین موقعیت آویز مناسب به قضاوت شخصی­اش اتکا کند.

فواصل حداکثری پیشنهادی میان آویزها که در جدول زیر آورده شده است فرضیات عملی لحاظ شده در تعیین فاصلۀ تکیه­گاهها را در مسیرهای مستقیم لوله و برای لوله­هایی با ضخامت استاندارد انعکاس می­دهد. این اعداد عموماً برای فواصل ساپورت­ها در سامانه­های بحرانی مورد استفاده قرار می­گیرند.

این فواصل مطابق با استاندارد MSS SP-69 هستند. این مقادیر در مواردی که بارهای متمرکز از قبیل شیرها یا اتصال­های سنگین در مسیر لوله قرار دارند یا هنگامی که مسیر لوله در فاصلۀ میان آویزها دستخوش تغییر می­شود کابرد ندارند.

برای بارهای متمرکز، تکیه­گاهها باید تا جای ممکن نزدیک این نقاط قرار گیرد تا تنش­های خمشی را به حداقل برساند.