اصول و قواعد اصلی در طراحی پایپینگ

پایپینگ

پایپینگ و آموزش پایپینگ یکی از مباحث  مهم و پایه مهندسی در طراحی صنایع است که عمده  هدف آن انتقال انواع سیالات برای کاربردهای صنعتی از قبیل تامین سرمایش،گرمایش،فشار هیدرولیکی و پنوماتیکی و … است. این منظور توسط مجموعه ای از  لوله ها و سایر تجهیزات نگهدارنده­ی خطوط لوله، مثل انواع شیرها، پمپ ها، اتصالات و مبدل ها انجام میپذیرد؛ بطور کلی ، لوله ها و تجهیزات مورد استفاده در پایپینگ صنعتی از فولاد، پلیمر، الومینیوم ، مس  و بتن ساخته می شوند.

کاربردهای پایپینگ در صنایع مختلف

باتوجه به اهمیت استفاده از سیالات برای کاربردهای متفاوت، سیستم‌ های پایپینگ در صنایع گسترده­ای همانند پتروشیمی، صنعت نفت و گاز، نیروگاه ها، لوله کشی ساختمان‌‌ ، صنایع غذایی و شیمیایی، کشاورزی و … کاربرد دارد.

از انواع کاربردهای پایپینگ میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

لوله کشی صنعتی (Piping): لوله کشی در صنایع بزرگی مثل نفت و گاز را پایپینگ صنعتی می‌ گویند؛ در این صنایع حجم بالایی از نفت و گاز در مسیرهای طولانی در خطوط لوله منتقل میشوند،بدیهی است که این کار نیازمند طراحی بسیار دقیق براساس اصول پایپینگ است .

لوله کشی فرایندی (Chemical Process Plant) : به منظور انتقال سیالات (اغلب با دمای بالا) در واحدهای فرآیندی و ذخیره سازی برای تامین و راه اندازی یک فرایند شیمیایی بخصوص  استفاده میشود.

لوله کشی تاسیسات (Plumbing) : جهت انتقال و لوله کشی آب و گاز برای واحدهای مسکونی و تجاری در مقیاس های متفاوت استفاده میشود که تامین فشار مناسب سیال در آن از اهمیت بالایی برخوردار است.

خط انتقال (Pipeline) : سیستم پایپلاین به انتقال سیالات بین دو مجموعه متفاوت­ گفته میشود.

لوله کشی سرویس (Service Piping) ،جهت انتقال بخار ،هوا،آب وهوای مرطوب جهت فراهم شرایط مطلوب از جمله برای سیستم های تهویه مطبوع گفته میشود. به لوله کشی سرویس اصطلاحا Utility Piping  نیز میگویند.

اصول و قواعد اصلی در طراحی و سایزینگ پایپینگ

اصول و قواعد طراحی پایپینگ به مجموعه کارهای جانمايي و نصب لوله‌ها و تجهیزات گفته می‌شود. همانطور که گفته شد پایپینگ بعنوان یکی از مهمترین و اصلیترین شاخه‌های مهندسی  در طراحی اکثر صنایع، کاربرد دارد؛ فلذا رعايت کليه اصول و قواعد طراحي در آن از اهميت بسيار زيادي برخوردار است. این اصول شامل طراحی، به کار گرفتن قوانین مربوطه و اجرای آنها است.

هنگام طراحی معیارهای زیر مورد بررسی قرار می گیرند:

• نوع سیال جاری
• دمای سیال
• شتاب و سرعت سیال موردنظر
• میزان اتلاف انرژی
• شرایط مکان احداث خطوط لوله انتقال سیالات
• حد مجاز فشار
• اصول و قواعد طراحی پایپینگ

لازم به ذکر است قبل از اجرای سیستم لوله کشی حتما باید در طراحی، یک سری نکات طبق استاندارد ها و کد ها که حداقل الزامات را بیان می کنند رعایت شوند؛تا علاوه بر افزایش بازدهی سیستم طراحی پایپینگ، از لحاظ ایمنی نیز خطری مهندسین و تکنسین ها را تهدید نکند.به انتخاب، تعیین اندازه، جانمایی و تعیین مسیر لوله ها و تجهیزات به کمک اسناد و نرم افزار های مهندسی, طراحی پایپینگ می گویند.

به طور کلی در هر طراحی باید موارد زیر در نظر گرفته شود:

• (Maximization of safety) حداکثر ایمنی
• (Engineering Design)رعایت قواعد مهندسی در طراحی
• (Economical Design)اقتصادی بودن طرح
• (Maintenance Consistent & Space)اعمال امکانات لازم و فضای کافی دسترسی جهت تعمیرات و نگهداری
• (Operation Consistent & Space)اعمال امکانات و فضای لازم جهت عملیات بهره برداری راحت
• (Future Expansion)امکان گسترش در آینده

برای شرکت در دوره آموزش پایپیلاین در مجتمع فنی نوین پارسیان کلیک نمایید

مهندس طراح پایپینگ با داشتن مدارک و نقشه های مورد نیاز جهت طراحی، کار طراحی و سایزینگ پایپینگ را شروع می کند و مطابق با اصول و قواعد طراحی مسیریابی و لوله کشی Piping Routing & Design را انجام می دهد..

مراحل اصلی کار طراح پایپینگ:

• چیدمان تجهیزات (Plot Plan)
• مشخص نمودن محل و زوایای نازل های قرار گیرنده بر روی تجهیزات (Nozzle orientation & location)
• طراحی لوله کشی از نازل تجهیز تا تجهیز دیگر مطابق اطلاعات ارائه شده در P&ID و اطلاعات خط برگرفته شده از Line List و اطلاعات کاربردی متریالی خطوط (Piping Material Specification)
• پل ارتباطی بین تجهیزات، بستر لوله (Pipe rack یا Sleeper way) می باشد که از طریق آن لوله کشی انجام خواهد شد.

یکی دیگر از نکات بسیار مهمی که در اصول و قواعد طراحی باید به آن توجه شود، رعایت استانداردهاي پایپینگ است. این استانداردها توسط موسسات استاندارد بين المللي تهيه می‌شود.

استانداردهای اصول و قواعد طراحی پایپینگ:

• نحوه ساخت لوله
• نحوه استفاده
• طراحي
• انشعاب
• اتصال
• نحوه نصب
• نحوه تست خط لوله

برخی از استانداردهایی که در اصول و قواعد طراحی پایپینگ باید به آن‌ها توجه شود عبارتند از: ASME، ASTM، ANSI، AWWA، API. البته جهت تکمیل استانداردهای فوق از استانداردهای دیگری نیز در پایپینگ استفاده می‌شود.

طراحی پایپینگ اطراف تجهیزاتی مانند مخازن و پمپ و کمپرسور و … با توجه به نیازهای فرآیندی، عملیاتی و تعمیراتی انجام میپذیرد.

در نهایت طراح مدارک خروجی را که انواع نقشه ها و مدارک مورد نیاز ساخت می باشد را تهیه نموده و تحویل مجری کار میدهد.

از مهمترین نرم افزارهایی که در طراحی پایپینگ مورد استفاده قرار میگیرد میتوان نرم افزار ( PDMS ( Plant Design Management System ، را نام برد که ازکارآمدترین و با قابلیترین نرم افزارهای مدلسازی صنایع نفت، گاز و پتروشیمی در دنیا است . همانطور که از نام واژه ترکیبی این نرم افزار پیداست، این برنامه قابلیت طراحی، مدلسازی و مدیریت یک پروژه را تا بالاترین حد آن داراست.توانایی بالای این نرم افزار در مدل کردن تجهیزات سبب انتخاب آن به عنوان نرم افزار اول دنیا در این صنعت گردیده و کاربر بدون نیاز به نرم افزار دیگر، قادر به طراحی و مدلسازی یک Plant می باشد.

اجزای پایپینگ

سیستم پایپینگ دارای اجزای مختلفی است که لوله مهم ‌ترین آن است.

لوله

لوله ها از اصلی ترین قسمت ها و اجزای پایپینگ میباشند كه باعث پيوند بين دستگاه ها و ايجاد مسیر میشوند. لوله ها معمولا توسط “سایز نامی لوله یا NPS” و ضخامت جداره برحسب No Schedule ، “مشخصه API” یا وزن مشخص ميشوند. دراصول و قواعد طراحی پایپینگ محل‌های قرارگیری تجهیزات با توجه به نیازهای لوله کشی باید مشخص شود. از موارد مهم دیگر ضخامت لوله میباشد که آن را با Sch  نشان میدهند. روش هایی برای محاسبه ضخامت بر اساس دما و فشار طراحی وجود دارد و پس از محاسبات اولیه، ضخامت سایز نامی لوله را از روی جداول آماده­ای بدست می­آورند.

عمده لوله‌ های مصرفی از جنس مواد پلیمری یا فلزی است . از انواع جنس لوله میتوان موارد زیر را نام برد:

• لوله های فولادی
• لوله های آهنی
• لوله های پلاستیكی
• لوله های شیشه ای
• لوله های از جنس آلیاژ

اتصالات (Fittings)

اتصالات پایپینگ به منظور تغییر مسیر، تغییر قطر و … مورد استفاده قرار میگیرند. اتصالات پایپینگ بر اساس نوع اتصال به دو دسته جوشی (BW) Butt Weld و سوکتی جوشی (SW) Socket Weld تقسیم می‌شوند.

اتصال دهنده‌ها در جنس‌های پلی اتیلن یا فولاد تولید و به بازار عرضه می‌شوند. از آن جایی که دسترسی به لوله‌ های طویل از طریق اتصالات امکان پذیر است باید در طراحی پایپینگ به آن‌ها توجه ویژه داشت.

از جمله این اتصالات میتوان به موارد زیر اشاره كرد:

زانویی(Elbow)

یکی اجزای مهم در طراحی پایپینگ زانویی است که به منظورتغییر جهت جریان در سیستم پایپینگ استفاده می‌شود. معمولا از جهت چرخش جريان به اندازه ٩٠ يا ۴۵ یا 30درجه از زانوئيها استفاده مي‌شود.

در صورت نیاز به زوایای دیگر در طراحي‌هاي خاص، زانويي‌ها به صورت سفارشي نيز ساخته مي شوند. با توجه به  شعاع چرخش, دو نوع زانوئي شعاع بلند و شعاع کوتاه ساخته و عرضه می‌گردد

سه راهی(TEE)

سه راهی ها برای انشعاب گیری ودر بعضی موارد جهت تغییر مسیر سیال لوله ها بکار میروند که دارای دو قسمت اصلی (Header) و (Branch) هستند.

چهار راهی (Cross)

چهار راهی ها نیز همانند سه راهی ها وسایلی برای انشعاب دادن میباشند. چهار راهی ها هم به صورت Equal یا به صورت Reduce ساخته میشوند
موارد عمومی كاربردشان جاهايی است كه با كمبود فضا و جا روبرو هستیم.

کاهنده (Reducer)

جهت اتصال دو لوله با قطر های مختلف بکار می روند اگر قرار باشد یک لوله با قطر بزرگ را به یک لوله کوچک اتصال دهیم به آن Reducer میگویند و اگر بخواهیم یک لوله کوچک را به یک لوله بزرگ اتصال دهیم به آن Expander میگویند.

مغزی تبدیلی (Swage Nipple)

این نوع اتصال  برای اتصال دو لوله با سایز های مختلف در سایز ۲ اینچ و کمتر بکار می روند.

کوپلینگ (Coupling)

قطعه‌ای است که معمولا برای اتصال لوله های کوچکتر از 2 اینچ استفاده میکنند. کوپلینگ ها  فقط در مواردی که اتصالات بصورت سوکتی  Socket Weldingو  Thread Welding  به هم متصل میشوند کاربرد دارد و در اتصالات جوشی Butt Welded  مورد استفاده  بکار نمی روند.

مهره و ماسوره (Union)

مهره و ماسوره برای آن دسته از اتصالاتی که نیازمند باز و بسته شدن هستند بکار میرود و معمولا جهت نگهداری و اتصال استفاده میشود. همانند کوپلینگ این اتصال نیز در سیستم های اتصال سوکتی Socket-Welded مورد استفاده قرار میگیرد.

بوش(Boushing)

یک وسیله اتصال کاهنده است که جهت اتصال یک لوله کوچکتر به یک نازل یا اتصال پیچی بزرگتر بکار میرود. کاربرد عمده آن در اتصالات ابزار دقیق است.

اولت(Olet)

قطعه ای برای انشعاب گیری 90 درجه یا عمود بر لوله اصلی هستند؛ این قطعات مانند سه راهی ها عمل میکنند ولی موارد استفاده آنها با توجه به جداول موجود جهت کاهش استرس و تمرکز تنش در لوله ها طراحی میشوند.

فلنچ (Flange)

فلنچ ها یکی از مهمترین اجزا موجود در پایپینگ هستند. فلنچ ها جهت اتصال دو لوله یا لوله به نازل یا لوله به اجزا دیگر موجود در سیستم پایپینگ بکار می رود.
فلنج ها نیز ميتوانند در حالات Butt Welded يا Socket Welded و يا Thread Welded به لوله ها اتصال پيدا كنند.

جنس فلنج‌ ها در اغلب موارد چدن یا پلی اتیلن است. مهم‌ترین مزیت این نوع اتصال دهنده‌ها قابلیت جداسازی آن است. به این معنی که در صورت استفاده از فلنج‌ ها برای اتصال لوله‌ها در صورتی که نیاز به جدا کردن آن‌ها باشد با باز و بسته کردن پیچ و مهره ها این کار را می‌توان انجام داد. در اغلب موارد  بین دو صفحه فلنج از واشر و یا گسکت های آب‌ بندی استفاده می‌شود.

فلنج ‌ها از لحاظ ظاهر به سه دسته فلنج لبه دار یا گلودار، فلنج تخت و فلنج رینگی تقسیم می‎شوند.

واشر(Gasket)

از واشر ها جهت ایجاد یک آب بندی بین دو سطح جهت جلوگیری از نشت جریان استفاده میکنند.

پیچ و مهره (Bolt & Nut)

پیچ و مهره نیز از اجزای مورد استفاده فلنج ها و پایپینگ میباشد.
دو نوع پیچ موجود میباشد:
الف) (Stud Bolt ) : در نوع Stud Bolt از دو مهره استفاده میشود.
ب) (Machine Bolt ) : نوع Machine Bolt مثل پیچ و مهره معمولی است که قسمتی یا همه آن دنده شده است و تنها از يك مهره استفاده ميشود.

شیرآلات(faucets)

شیرآلات فولادی و استنلس استیل در طرحها و جنسها و فشار های مختلف اجزای بسیار مهم سیستم های پایپینگ می باشد و بدون وجود این شیرآلات امکان اجرای یک سیسم پایپینگ غیر ممکن می باشد. این شیر آلات به صورت گسترده در این پرژه ها مورد استفاده قرار می گیرند.

از شیرها برای کنترل، قطع و وصل جریان در سیستم پایپینگ استفاده می‌شود. شیرها در انواع مختلفی از نظر نوع جنس مانند کربن استیل و استنلس استیل و چدن در بازار موجود هستند که کاربردهای مختلفی دارند. برخی از این شیرآلات عبارتند از:

• شیر دروازه‌ای، دایره‌ای
• شیر کشویی
• ربع گرد
• یک طرفه
• ایمنی و اطمینان
• دیافراگمی
• سوزنی از انواع شیرهای رایج در سیستم پایپینگ است.

هنگام احداث خطوط لوله انتقال برای جلوگیری از بالا رفتن فشار از حد مجاز از شیر اطمینان استفاده میشود. طراح مکان مناسب این شیرها را در مسیر لوله کشی روی لوله ها و دیگر تجهیزات جهت تعدیل به فشار مناسب در نظر میگیرد.

اوریفیس(orifice)

اوریفیس‌ها قطعاتی از فولاد ضد زنگ هستند که برای اندازه گیری جریان سیالات، کاهش و محدود کردن نرخ جریان عبوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. این قطعه به سه صورت هم مرکز، مختلف المرکز و قطعه ‌ای ساخته می‌شود.

علاوه بر قطعات فوق، طراحی پایپینگ شامل سایر قطعات مانند صافی‌ها، تله بخار، ابزارهای دقیق ، پمپها ، الکتروموتورها ، لرزه گیرها ،فلترها و اتصالات انبساطی و … نیز می‌تواند باشد.