بررسی کامل به همراه تمامی نکات اصول طراحی سیستم پایپینگ

سیستم های لوله کشی شامل تجهیزات و متعلقات فراوان هستند و طراحی این سیستم ها طی مراحل مختلف و با رعایت الزامات و استاندارد های مربوطه انجام می­‌پذیرد. لوله ها، اتصالات و شیر ها هرکدام دارای جنس، ابعاد و کاربردهای مختلفی هستند.

اصول طراحی سیستم پایپینگ توسط طراحان پایپینگ با رسم نقشه ها و سپس پیاده سازی آن­ها، پروژه­ انتقال سیال را در سیستم لوله کشی انجام می‌­دهند. برای آن­که سیستم مورد طراحی عملکرد مناسبی داشته باشد، لازم است تا مهندسین مکانیک با انجام محاسبات و شبیه سازی های مختلف سیستم را طراحی و آزمایش کنند.

در سیستم مورد نظر باید فشار، دبی، دما و مشخصات سیال عبوری در نقاط مختلف سیستم، طبق پیش بینی های انجام شده و مطابق مقادیر مورد نیاز باشد. از این رو انجام محاسبات قبل از اجرای پروژۀ پایپینگ از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.

 

در این مقاله مراحل مختلف اجرای پروژه­ پایپینگ (Piping) و برخی الزامات آن توضیح داده خواهد شد.

 

اصطلاحات و مفاهیم اصول طراحی سیستم پایپینگ

این اصطلاحات در اصول طراحی سیستم پایپینگ یک کارخانه، پالایشگاه، سیستم انتقال آب و … بسیار متداول و مورد استفاده هستند:

 

دیاگرام جریانی فرایند – (Process Flow Diagram (PFD

این نقشه به طور خلاصه فرآیند و سیستم های واحد مورد بررسی را، به همراه چگونگی ارتباط آن­ها با یکدیگر به وسیلۀ لوله ها، داکتها و نقاله ها را نشان می‌­دهد. در این نقشه نوع و تعداد تجهیزات مختلف، دبی جریان، فشار عملکرد و درجه حرارت جریان در مسیر لوله ها مشخص می‌­شود.

 

دیاگرام لوله کشی و ابزار دقیق – (Piping & Instrument Diagram (P & ID

این نقشه به صورت شماتیک شامل فرآیند مورد نیاز، تجهیزات و لوله های به کار رفته همراه با نامگذاری و مشخصات آن­ها می­باشد. در این نقشه همچنین مصالح لوله کشی مانند شیرها، فلنج ها، وسایل ابزار دقیق و عایق کاری مشخص شده اند.

 

مشخصه های فنی لوله گذاری – Piping Specification

این سند نوع محدودۀ کاری مورد استفاده برای لوله ها، شیر ها و اتصالات را برای هر جنس و مواد موجود در پروژه، بر اساس کلاس کاری آن­ها لیست می‌­نماید. این کلاس کاری بر مبنای فشار، درجه حرارت و خورندگی، در حالت متوسط جریان است.

در این سند همچنین ضخامت جدارۀ لوله ها و چگونگی اتصال قسمت های مختلف به یکدیگر در قالب استانداردهای معتبر بیان می‌­شود. برای تهیۀ این سند نیاز به دانش فنی و تسلط کامل بر مسائل اقتصادی برای استفاده از اقلام کم هزینه تر و با کیفیت تر می­‌باشد.

نقشۀ چیدمان – Planning Study or Layout Drawing

این نقشه همۀ تجهیزات موجود را در مقیاس کوچک نشان می­‌دهد و شامل سیستم های فرآیند اصلی، لوله کشی، شیرآلات، تجهیزات کاربردی و ابزار دقیق است. در این نقشه محل دقیق قرار گیری تجهیزات از لحاظ ارتفاع و زوایای تجهیزات با هم، به طور کامل مشخص می‌­گردد.

همچنین نوع تکیه گاه های لوله ها و بارهای وارد به آن­ها در این نقشه مشخص شده و از آن برای طراحی نهایی و تهیه لیست اقلام مورد نیاز استفاده می­‌گردد. تهیه این نقشه نیازمند تجربه­ بسیار در صنعت و شناخت کامل فرآیندها و تجهیزات است و رسم آن معمولاً به وسیلۀ خبره ترین مهندسان واحد صنعتی انجام می­‌شود.

 

تکیه گاه های لوله ها

تکیه گاه ها، سازه هایی برای نگه داری لوله و گرفتن درجات آزادی حرکت لوله ها در جهات مختلف هستند. تکیه گاه ها در اشکال، اندازه ها و مقیاس های مختلفی در دسترس هستند و به طور کلی به سه دستۀ زیر تقسیم می­‌شوند.

1. تکیه گاه هایی که فقط جهت نگه داری وزن لوله به کار می‌­روند. (Resting Support)
2. تکیه گاه هایی که باعث جلوگیری از حرکت لوله در یک یا چند جهت خاص می‌­شوند. (Guide Support)
3. تکیه گاه هایی که امکان حرکت لوله در کلیۀ جهات را می­‌گیرند. (Anchor Support)

در زیر تعدادی از تکیه گاه های متداول به طور مختصر توضیح داده شده اند.

کفشک های لوله (Pipe shoes) : برای خطوط عایق شده از این کفشک ها استفاده می‌­شود که معمولاً بسته به ضخامت عایق ابعاد کفشک تغییر می­‌کند و رایج ترین نوع آن کفشک T شکل می­‌باشد.

 

تکیه گاه های فنری (Spring Support) : از این تکیه گاه برای خطوط لوله ای استفاده می‌­شود که در اثر انبساط و انقباض حرارتی و اعمال بار یا وزن زیاد در راستای خط لوله یا عمود بر آن، دارای افزایش و کاهش طول می­ شوند. بنابراین از یک یا چند فنر در تکیه گاه استفاده شده تا لوله را مهار کند.

تکیه گاه های ترونیون یا پایه های ساختگی (Trunnions & Dummy leg) : این تکیه گاه ها کاربرد وسیعی در خطوط لوله دارند. برای نصب این تکیه گاه، بدون سوراخ کردن دیوارۀ لوله آن را به یک پروفیل جوش می‌­دهند و طرف دیگر پروفیل به سازه جوش داده شده تا لوله مهار شود.

 

براکت ها (Brackets) : این نوع از تکیه گاه ها به اجزاء سازه یا تجهیزات جوش داده می­‌شوند و بر روی آن یا زیر آن لوله ها را تکیه می‌­دهند. این تکیه دادن می­‌تواند توسط کفشک، فنر و … باشد.

نکات و قوانین کلی اصول طراحی سیستم پایپینگ

در اجرا و طراحی سیستم های لوله کشی مهم ترین مسائل با کیفیت بودن سیستم و اجرای وظایف مورد انتظار و همچنین کمینه کردن هزینه های اجرایی است. مهندسان طراح باید توجه داشته باشند تا حتی الامکان کمترین میزان مصالح و اتصالات را در سیستم لوله کشی مصرف کنند و کوتاه ترین مسیرها را جهت خطوط لوله برگزینند.

نحوۀ آرایش و چیدمان لوله ها در سیستم از مهم ترین نکات اصول طراحی سیستم پایپینگ می‌­باشد. تعدادی از نکات مهم در طراحی سیستم پایپینگ در ادامه ذکر شده است:

• میزان انشعابات گرفته شده از خط لولۀ اصلی باید حتی الامکان کمینه شود. زیرا انشعابات زیاد موجب افت فشار در مسیر جریان و افزایش هزینه ها می­‌شود.
• مسیر لوله باید ترجیحاً مستقیم بوده و انحنا و تغییر مسیر در آن کم باشد.
• ارتفاع لوله ها از سطح زمین باید با توجه به محل قرارگیری دیگر تجهیزات سیستم تعیین شود. اما به طور کلی بهتر است تا لوله ها دارای ارتفاع کمی نسبت به سطح زمین باشند تا مصالح کمتری برای آن­ها صرف شود.

 

 

• به کار گرفتن کمترین فضا برای سیستم طراحی شده از مهم ترین نکات اصول طراحی سیستم پایپینگ است. در صورتی که فضای زیادی اشغال شود، هزینه های طرح بالا رفته و فضای کاری کارگران کوچک شده و اجرای طرح مشکل ساز می­‌شود. لذا در بسیاری از موارد لازم است تا از آرایش عمودی برای لوله ها استفاده گردد تا سیستم فضای کمتری را اشغال کند.

 

• اوپراتور باید به فضا یا مسیر مورد نیاز بین لوله ها، شیر آلات و تجهیزات دسترسی کامل داشته باشد تا زمانی که نیاز به تعویض یا تعمیر تجهیزات می‌­شود اوپراتور بتواند به سهولت این امور را انجام دهد. حداقل فواصل لازم بین تجهیزات ارتفاع 180 cm و عرض 75cm است تا تجهیزات سرگیر و پاگیر نباشند.
• شیرهای با اکچویتور دستی نباید با ارتفاع بیش از 20 سانتی متر بالاتر از سکو یا پلت فرم ها باشند تا اوپراتور بتواند به راحتی آن­ها را باز و بسته کند.
• با توجه به شرایط واحد و تجهیزات مورد استفاده، باید مسقف یا غیر مسقف بودن محل قرارگیری سیستم پایپینگ تعیین شود.
• در صورتی که سیال عبوری از لوله ها شامل سوخت ها و مواد قابل اشتعال باشد، لازم است تا اقدامات ایمنی به طور کامل در سیستم پایپینگ انجام شود. این اقدامات شامل پوشش های ضد حریق بر روی لوله ها و تجهیزات و همچنین نصب کپسول ها و سیستم های اطفاء حریق در اطراف سیستم پایپینگ است.

 

• زمانی که بار های اعمالی بر لوله از جمله وزن آن خیلی زیاد باشد، بهتر است تا لوله ها در مجاورت سقف و دیوار ساختمان نصب شوند تا بار های وارده کنترل شود.
• مقدار انبساط لوله یا هر دستگاه دیگر باید در حین کار مورد توجه قرار گیرد که این انبساط باعث ایجاد مشکل بر سر نازل ها و تکیه گاه ها نشود. این امر با بالا بردن انعطاف پذیری و استفاده از فنر در مسیر حرکت لوله ها ممکن است.
• نصب و اصول طراحی سیستم پایپینگ در مسیر خطوط لوله الزامی است. مثلاً هنگامی که فشار بخار سیال عبوری از لوله بالا باشد، لازم است تا شیر فشارشکن یا شیر تخلیه بخارات ( Drain Valve ) روی خط لوله نصب گردد. همچنین وجود درپوش ها در مسیر جریان برای تخلیۀ سیال به محیط در مواقع اضطراری لازم است.