پایپینگ سیستمی است که از لوله به منظور انتقال سیال از نقطه ای به نقطه ی دیگر، اتصالات لوله ها و شیرآلات استفاده می شود، در طراحی سیستم پایپینگ مهندس طراح سیستم لوله کشی را طراحی میکند که بهینه باشد.

مراحل طراحی پایپینگ:

لوله : به منظور انتقال مواد سیالی مانند مایعات، گازها و … از قطعه های استوانه ای شکل و توخالی که از فلز، شیشه، پلاستیک و مواد دیگر ساخته می شود، استفاده می گردد.

در هر طرح صنعتی، طراحی نقش اصلی را ایفا می کند و برای هر فرایندی لوله کشی از اجزای اصلی آن به شمار می رود.

مجموعه ای را در نظر بگیرید که دارای سه مخزن ۱ و ۲ و ۳ می باشد:

به منظور انتقال سیال از مخزن ۱ به دو مخزن دیگر از لوله استفاده می شود نحوه قرار دادن لوله ها به صورت زیر می باشد:

حال برای اتصال این لوله های مستقیم از، اتصالات استفاده خواهد شد، انواع اتصالات لوله ها را در زیر مشاهده می کنید

فیتینگ های مختلفی برای کاربردهای گوناگون وجود دارد:

• کاهنده ها/ افزاینده ها
• انشعابات/ سه راهی
• زانویی / خم
• کوپلینگ ها
• اولت

به منظور کنترل جریان خروجی از مخزن ۱ و توقف آن در صورت نیاز :

ولوها براساس ساختمان و کارکردشان به دسته های زیر تقسیم بندی می شوند:

• شیرهای دروازه ای
• شیرهای دیسکی
• شیرهای پروانه ای
• شیرهای یک طرفه

تا به حال یک سیستم قابل کارکرد با یک صافی مشاهده شد، به منظور افزایش انعطاف پذیری سیستم:

نصب ابزار دقیق برای بدست آوردن اطلاعاتی مانند دبی، فشار و دما:

با توجه به محیط کار و نظر مهندس طراح می توان تکیه گاهایی برای نگهداری لوله ها نصب کرد:

تا اینجا، یک طراحی خط لوله به طور کامل مورد ارزیابی قرار گرفت و نحوه انجام آن توضیح داده شد، مراحل طراحی خط لوله در صنعت به صورت زیر می باشد:

• طراحی پلان کلی از طرح: اینکه چه چیزی از کجا شروع و به کجا ختم خواهد شد
• اندازه لوله ها، جنس آنها و ضخامت دیواره متناسب با طرح مورد نظر انتخاب می شود
• شیرهای متناسب با طرح طراحی و انتخاب گردد
• به منظور اندازه گیری متغیرهای مختلف ابزار دقیق متناسب انتخاب شود

همه موارد ذکر شده در نموداری به نام نمودار پایپینگ و ابزار دقیق (Piping and Instrumentation Drawing)  یا P&ID نشان داده می شود. بدین منظور از نرم افزار SPP&ID استفاده می شود. نقشه های خروجی از SPP&ID نقشه های هوشمندی هستند که کلیه اطلاعات نوع لوله ها، نوع سیال، جنس لوله و … را در خود جای داده است زیر هنگام طراحی کلیه اطلاعات لوله کشی وارد نقشه می شود.

در شکل روبه رو نمایی از نقشه p&id را مشاهده می کنید که در نرم افزار SPP&ID طراحی شده است.

مدل سازی پایپینگ یا طراحی فیزیکی در حقیقت چیدمان نقشه آماده شده در P&ID است. مسیر لوله ها و چیدمان آن در یک محیط سه بعدی انجام می شود که برای مسیریابی لوله ها از نرم افزارهایی مانندPDMS یا PDS 3D استفاده می شود. هنگام توسعه چیدمان پایپینگ باید نکاتی را مد نظر قرار داد:

• بهینه ترین و کوتاه ترین مسیر ممکن برای انتقال لوله استفاده شود و تا حد امکان از تغییر جهت پرهیز گردد.
• راههای عبور سد نگردد و محیط مناسبی برای تعمیر و نگهداری تجهیزات در نظر گرفته شود.

• همه ای تجهیزات و ابزار جانبی مانند شیرها و صافی ها (strainers ) به راحتی قابل دسترسی باشند.
• به منظور دسترسی راحت و سریع تر این اقلام سکوهای جداگانه ای در نظر گرفته شود.
• نحوه نصب تجهیزات جانبی، ابزار دقیق ها و بقیه اقلام مورد استفاده باید بررسی دقیق گردد برای مثال : شیرها باید به صورت افقی نصب شوند.
• الزامات کلی در نصب تجهیزات و ابزار دقیق ها در نظر گرفته شود برای نمونه:گیج های اندازه گیری دما در خطوطی با اندازه کمتر از ۴ اینچ نباید نصب گردد.
• ملزومات ویژه طول لوله که برای برخی از اقلام ابزار دقیق است باید رعایت گردد. مانند: برای جریان اریفیس، طول مستقیم لوله ۵ برابر قطر لوله در پایین دست و ۱۵ برابر قطر لوله در بالا دست می باشد.

• به منظور خروج همه ی هوای موجود در داخل لوله هنگام پر کردن لوله با مایعات، از اتصالات خروج هوا (vent) همراه با شیر روی لوله ها استفاده می شود.

• هم چنین برای خروج مواد مایع موجود در داخل لوله ها برای انتقال گاز در

لوله شرایط ویژه ای در نظر گرفته می شود، برای این منظور اتصالی دارای شیر در پایین ترین نقطه در نظر گرفته می شود و شیب همه لوله به سمت آن خروجی لحاظ می گردد.

عایق کاری

مواد مورد استفاده برای عایق کاری لوله ها، باید رساناهای ضعیفی در برابر گرما باشند:

۱- موادی که جنس آن ها از الیاف های طبیعی مانند چوب پنبه و پشم شیشه است و دارای فضای خالی زیادی بین رشته های آن بوده و از هوا پرشده است، رسانای ضعیفی محسوب می شود

۲- مواد متخلخل مانند کلسیم کربنات، کف پلی اورتال، شیشه حباب دار و یا PUF و… که سوراخ های بسته درون آن ها از هوا پرشده است نمونه های خوبی برای عایق کاری می باشند.

۳- در صورت قابلیت استفاده از قالب های گچی و سیمانی، نمونه های قابل استفاده ای هستند.

به خاطر شکننده بودن مواد عایق سطح بیرون مواد عایق با استفاده از ورق های آلومینیمی یا آهن گالوانیزه پوشانده(محافظت) می شود.

در نیروگاهها فشار و دمای بالا به وسیله خطوط لوله ای اندازه گیری می شود. خطوط لوله بحرانی (critical piping) خطوط لوله ای هستند که آب را در فشار بالا انتقال داده و بخار و آب چرخشی اصلی را جابجا می کنند.

• در طراحی خطوط لوله بحرانی باید در نظر گرفته شود.
• در نظر گرفتن جنس لوله اهمیت به سزایی دارد زیرا لوله باید در فشار و دماهای بالا مقاومت لازم را داشته باشد.
• خطوط بحرانی سیال اصلی نیروگاه را جابجا می کنند، انتخاب مسیری درست برای آنها از ابتدای چیدمان اجزای نیروگاه الزامی می باشد.
• از آنجا که این لوله ها باید کارکرد مناسبی در دمای بالا داشته باشند و در مقابل انبساط های ناشی از افزایش دما انعطاف پذیری خود را حفظ کرده و نیروی انبساط را در درون خود مستهلک نمایند.
• به منظور جلوگیری از انتقال نیروهای ناشی از انبساط به تجهیزات دیگر، نازل های پمپ ها،کمپرسورها و توربین ها ، انعطاف پذیری لازم باید در نظر گرفته شود.
• الزامات و راهنمایی های قانونی مربوط به این خطوط در نظام نامه های بین المللی و معتبر وجود دارد.
• مهمترین و معتبرترین نظام نامه مهندسان پایپینگ در نیروگاهها ASME ANSI B31.1- Power Piping Code می باشد

تنش در لوله

همان طور که در بخش های قبلی بیان شد برخی از لوله ها در فشار و دمای بالایی کار میکنند، این لوله ها بار سیال عبوری را تحمل کرده و از هم گسیخته نمی شوند، و این عدم از هم گسیختگی باید باید بررسی و تایید گردد.

• تحلیل تنش لوله (pipe stress analysis) یا تحلیل انعطاف پذیری(flexibility analysis) تنش گسترش یافته در لوله ها را در اثر بارهای مختلف بررسی می کند.
• بارهای ثابت شده ای که به لوله وارد می شوند تنش آنها محاسبه شده و با استانداردهای مهندسی پایپینگ مقایسه می گردد.
• تحلیل تنش در شرایط بارگذاری مختلف و شرایط تکیه گاهی مختلف انجام می شود.
• نیروهایی که به تجهیزات انتهایی سیستم پایپینگ وارد می شود باید در محدوده ای باشد که برای آن ابزار در نظر گرفته شده است و حتما بررسی گردد.
• تغییرات ناشی از افزایش طول لوله که در اثر افزایش دما به وجود می آید باید در محدوده ای قابل قبول باشد.
• تحلیل تنش باید برای یک فرایند رفت و برگشتی انجام شود.
• در صورت عدم نتیجه درست در هر قسمتی باید از به عقب برگردیم و طرح را درست و کامل انجام دهیم

انواع تکیه گاهی که برای مهار لوله ها مورد استفاده قرار می گیرد:

• تکیه گاه ثابت و بدون انعطاف جهت مهار
• تکیه گاه فنری : اجازه حرکت در جهت بارگذاری لوله  را می دهد.
• تکیه گاه دینامیکی : برای مهار لوله به شتاب بارگذاری بستگی دارد.

تکیه گاه فنری به دو دسته تقسیم می شود:

• تکیه گاه بار ثابت : در محدوده ای از جابجایی لوله بار تکیه گاه ثابت می ماند
• تکیه گاه بار متغیر: در محدوده ای از جابجایی لوله بار تکیه گاه تغییر می کند

ملاحظاتی که باید در مورد پایپینگ لوله های زیر سطحی(مدفون) مورد توجه قرار داد:

• اندازه لوله های زیر سطحی نباید کوچکتر از ۱ اینچ باشد.
• هیچ گونه اتصالات فلنجی در زیر سطح استفاده نشود.
• به منظور انتقال مواد سمی از پایپینگ زیر سطحی استفاده نشود زیرا پیدا کردن نشتی در پایپینگ های زیر سطحی دشوار می باشد.
• به منظور جلوگیری از یخ زدن در مناطقی با آب و هوای سرد، لوله های زیر سطحی از عمق پایین تری از زمین انتقال داده شود زیرا با افزایش عمق دمای داخل زمین افزایش می یابد.
• در پایپینگ لوله های زیر سطحی، این لوله ها به طور مناسب از خوردگی محافظت شود. برای این منظور می توان از حفاظت کاتدی، نوار پیچ یا یک لایه پلاستیک استفاده کرد.

جلوگیری از یخ زدن لوله های در معرض هوای آزاد:

در بسیاری از مناطق در فصول سرد سال دمای محیط پایین تر از دمای یخ زدگی می رسد، برای جلوگیری از یخ زدن محتویات داخل لوله ها هنگام خاموشی کارخانه روش های زیر به کار برده می شود:

• پوشاندن لوله با استفاده از المنت های هیت تریسنگ (heat tracing) : این المنت های برقی در مواقعی که دمای محیط پایین تر از دمای یخ می رسد روشن می شوند و به این شیوه لوله ها با پوشاندن کلاف های هیت تریسینگ عایق می شوند.
• این مدل از عایق کاری با پوشاندن لوله های پایپینگ به وسیله لوله های باریک بخار به دست می آید.