درباره لوله کشی صنعتی

در صنعت از لوله کشی برای انتقال سیالات و گازها از جایی به جای دیگر استفاده می کنند. در رشته مهندسی طراحی لوله کشی به مطالعه رفتار سیال، سرعت حرکت آن در لوله و افت فشار می پردازند. جنس مواد سازنده لوله می تواند از شیشه، فولاد، آلومینیوم، پلاستیک، مس و بتن باشد. درون خط اجزایی مانند اتصالات، سوپاپ ها، سنسورها و کنترلرها؛ سرعت، فشار و دمای سیال را اندازه گیری می کنند. لوله کشی همچنین در برنامه های صنعتی دیگری از جمله انتقال مایعات خام و نیمه فراوری شده در پالایشگاه ها نیز کاربرد دارد. لوله کشی در نیروگاه های حرارتی شامل دو بخش است یکی لوله کشی داخلی و دیگری لوله کشی سیستم های بخار. لوله های به کار رفته در سیستم پایپینگ باید به اندازه کافی در برابر انبساط حرارتی انعطاف پذیر بوده و بتواند بارهای عملیاتی و یا زمین لرزه را تحمل کند.

فرایند طراحی لوله کشی

اقدام بنیادی در طراحی، تشکیل پیکربندی خطوط لوله کشی و سایززنی لوله هاست به نحوی که دبی را تامین کند، امنیت بالایی داشته ؛ در ضمن از لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد. گام های طراحی خطوط لوله شامل مراحل زیر می باشد.

• تعیین مشکلات که شامل موارد زیر است

1. ویژگی های سیال حامل از جمله حد ماکزیمم و حد مجاز سرعت، محاسبه افت فشار
2. محل دفن لوله و مقصد آن، محل سپراتور در ایستگاه ها
3. طراحی کدهای دنباله دار و مواد مورد استفاده آن

• تعیین مسیر لوله های اولیه، طول خط و اختلاف فشار استاتیکی
• تعیین قطر لوله ها بر اساس حد افت فشار مجاز
• آنالیز سازه:

1. ضخامت لوله ها
2. آنالیز استرس

• پشتیبانی تجزیه تحلیل ساختاری بر اساس لنگرهای خمشی

تهیه نقشه ها، مشخصات و گزارشات طراح

لوله کشی بخار

در طراحی لوله های بخار عواملی چون سایش بخار، سرعت، دما و افت فشار و عوامل بسیاری نقش دارد. برای انتقال جریان های بخار قطر لوله ها بزرگتر است. بخار خارج شده از سپراتور شامل گازهای غیر قابل تراکم، کلرید ها و دیگر  گونه های شیمیایی است که می تواند در طول لوله ، توربین و سایر تجهیزات خوردگی ایجاد کند. این مواد شیمیایی محلول در میعانات می تواند از طریق تله های بخار جدا شده یا از سیستم تخلیه درین شوند. در لوله های انتقال، سرعت مجاز بخار 40 m/s و افت فشار نیز بر طبق معادله دارسی وایسباخ و کلبروک محاسبه می شود.

قطر لوله های بخار بر اساس سرعت، افت فشار و هزینه ها تعیین می شود. سیال با سرعت پایین معمولا افت کمی نیز دارند اما در لوله های با قطر زیاد عبور می کنند در مقابل سیال با سرعت بالا که افت بالایی نیز دارد از لوله های با قطر کوچک عبور می کند.

سپراتور

سپراتور یا جدا کننده دستگاهی است که بخار را از آب جدا می کند. این کار برای جلوگیری از برخورد بخار به پره های توربین انجام می شود تا فرسایش به حداقل برسد. معمولا زمانی که از مولد های بخار افقی استفاده شود، سپراتور اجزای آب و بخار را جدا می سازد. یکی از محل های نصب سپراتور، نزدیک توربین است.  مزیتش این است که فشار کاری کمتری نیاز دارد.

انواع لوله نیروگاهی و کاربرد آن

لوله های بدون درز (SMLS)

این لوله ها اکسترود شده می باشند و هیچ گونه درز طولی ندارند در واقع بین لوله های ذکر شده قوی ترین می باشند.

لوله های جوش داده شده قوس دار  (SWA)

صفحات این لوله ها نوردکاری شده و درز آن جوش داده می شوند. راندمان اتصال جوش تا 0.95% است.

لوله با جوشکاری مقاومت الکتریکی  (ERW)

این لوله ها از طریق جوشکاری درز با جوش مقاومتی ساخته شده و راندمان اتصال جوش آن 80% است.

آنالیز استرس در لوله

فرایند لوله کشی در تاسیسات توسط مهندسین متخصص بررسی تنش جهت تعیین بار نازل ها، نگه دارنده ها و… در مسیر کنترل می شود تا از حد تنش مجاز تجاوز نکند. تنش مجاز در لوله و میزان پایداری آن در استاندارد ASME  و دیگر استانداردهای محلی آورده شده. بررسی مواردی مانند زمین لرزه، شدت باد و ارتعاشات خاص با نرم افزارهای مخصوص تجزیه تحلیل تنش مانند CAEPIPE و AUTOPIPE محاسبه می گردد.

تنش محیطی یا استرس هوپ با توجه به فشار و خلا در انتخاب قطر و ضخامت لوله باید لحاظ شود.

معادله تجزیه تحلیل تنش لوله در کدهای نرم افزار نوشته شده. گام اول تعیین ضخامت دیواره مورد نیاز:

Tm: ضخامت دیواره mm

P: فشار طراحی Kpa

D0: قطر خارجی لوله mm

SE: حد مجاز استرس Kpa

y: اغلب 0.4 در کاربرد زمین گرمایی و نوع فولاد

: A م 3  میلیمتر جهت فرسایش و خوردگی

انواع تجزیه تحلیل استرس بارها

1.بارهای پایدار؛ گرانش و فشار

2. بارهای عملیاتی؛ استرس های انبساط حرارتی + بار پایدار

3. بارهای دوره ای؛ بار پایدار+ بار لرزه ای عمود یا موازی بر لوله

4. بارهای دوره ای؛ بار پایدار+ بار لرزه ای در طول مسیر

5. بار های باد در جهت  و در خلاف

 علاوه بر این ها، تجزیه و تحلیل ها باید برای اصطکاک صفر در نظر گرفته شود تا حداکثر بار خمشی در زمین لرزه را تحمل کند. سایر بارهای دینامیکی شامل چکش خواری، ضربات جریان، شیرهای ایمنی نیز در نرم افزار PipePlus محاسبه می شود.

سایر نرم افزارهای طراحی لوله کشی PDMS, PDS, Microstation, Smartsketch, Tekla, Review Reality, AutoCAD,SpoolGen,Nemetschek, Bccad-3D,Cascade, Dimy, Flexperte

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن

صفحه مهندسی مکانیک