مقاله لوله کشی
بخش اول :
مقدمه و کاربردهای لوله کشی :
امروزه لوله کشی بخش جدایی ناپذیر از زندگی بشر می باشد . چه در زندگی روزمره و چه در صنعت و تولیدات صنعتی .در زندگی روزمره که برای انتقال و استفاده از سیالاتی همچون اب و گاز .در بخش صنعتی می توان گفت یکی از مهمترین بخشها می باشد بطوری که در ابتدای ساخت هر کارخانهدر کنار نقشه های عمرانی نقشه های لوله کشی و مسیر های عبور انها باید مشخص گردند .در کل با استفاده از یک شبکه لوله کشی می توان سیالات مختلف را بر حسب نیاز جابجا کرد و مورد استفاده قرار داد.
می توان کاربردهای لوله کشی را در صنایع به چند دسته عمده تقسیم بندی کرد :
1.لوله کشی انتقالی :
در این لوله کشی معمولا از لوله های با قطر زیاد برای انتقال سیالات مختلف استفاده کرد . در کارخانه های فرایندی مانند پالایشگاهها برای انتقال سیالات بین واحد های ذخیره و فرایند استفاده می شود
2.لوله کشی عمرانی :
در این لوله کشی که اکثر در زیر زمین قرار دارند برای توزیع امکانات شهری (اب و گاز) و نیز جمع اوری اب باران .فاضلاب و پس ماند ها استفاده می شود .
3.لوله کشی ساختمانی یا تجاری :
لوله کشی های انجام شده در ساختمان های تجاری . مدارس . بیمارستانها. خانه های مسکونی و غیره به منظور توزیع اب و گاز .جمع اوری فاضلاب و سایر مقاصد را شامل می شود .
4.لوله کشی دریایی :
بیشتر در بنادر و کشتی ها استفاده شده و بیشتر قسمت های ان از کربن استیل بصورت جوشی یا پیچی می باشد .
بطور کلی طراحی و ساخت یک (plant) صنعتی فرایند پیچیده ای است که بطور معمول در کشور ما پس از تعریف شدن یک پروژه از سوی یک کارفرما عملیات طراحی و مهندسی به یک شرکت مهندسی مشاور ارجاع می گردد و شرکت های مهندسی مشاور به تناسب نیاز های ذکر شده معمولا بخش های ذیل را دارا می باشند .
1. بخش مهندسی و طراحی خطوط لوله piping
2. بخش مهندسی و طراحی تجهیزات ثابت fixed equipment
3. بخش مهندسی و طراحی تجهیزات دوار rotary equipment
4. بخش مهندسی و طراحی تاسیسات مکانیکی H.V.A.C
5. بخش مهندسی و طراحی سازه structure
6. بخش مهندسی و طراحی تاسیسات برقی electrical
7. بخش مهندسی و طراحی فرایند process
8. بخش مهندسی و طراحی سیستم های ابزار دقیق I&C
9. بخش مهندسی و طراحی سیویل و معماری Civil & architecture
10. بخش براورد کالا و خرید
11. بخش مهندسی صنایع و کنترل پروژه
بخش دوم :
تجهیزات و مصالح مورد نیاز لوله کشی :
اصطلاح (piping) عموما در مسائل مربوط به انتقال سیال از طریق لوله . اتصالات و شیر الات بکار برده می شود .پس جزء اصلی همواره لوله می باشد که لازم است برخی تعاریف اولیه را بدانیم .
لوله ها:
محصولاتی که بصورت تیوپ عرضه می شوند را عموما تیوپ یا لوله می نامند.
تیوپ ها :
کاربرد تیوپ ها در مبدل ها . بویلرها . قطعات ابزار دقیق و ماشین الات است و توسط قطر خارجی و ضخامت جداره بر حسب یک هزارم اینچ یا (bwg) مشخص می گردند .
لوله :
لوله ها توسط اندازه نامی لوله (nominal size) و ضخامت بر حسب (schedule number) شناسایی می شوند و البته در استانداردهای مختلف تقسیم بندی های متعددی دارند بطور مثال شاخص (API designation)
استانداردهای (PIPING):
استانداردها و کدها برای سرویس های مختلف توسط موسسات استاندارد بین المللی تهیه و توزیع می گردد. این استانداردها شامل نحوه ساخت لوله .نحوه استفاده . طراحی . انشعاب . اتصال و نحوه تست خطوط لوله می باشند .در تهیه این استانداردها مهمترین مطلبی که مورد نظر بوده ایمنی در هنگام استفاده و کار می باشد و این استانداردها بسته به شرایط از گذشته تا کنون تکمیل تر شده اند .
انجمن های مختلف در زمینه (piping) استانداردهایی ارائه کرده اند که عبارتند از :
American socity of mechanical engineers ASME
American socity for testing and material ASTM
American national standard institue ANSI
American water works association AWWA
American petroleum institue API
استانداردهای دیگری در (piping) وجود دارند که به نوعی مکمل این استانداردها هستند و می توان به چند مورد اشاره کرد.
Plastic pipe institue PPI
American welding society AWS
Manufacturers standardization society of valve and fitting institue MMS
کد استاندارد (ASME)عمومیت بیشتری دارد این استاندارد لوله کشی را در کاربردهای گوناگون تقسیم بندی کرده است .
Power piping ASME B31.1
Fuel gas piping B31.2
Chemical plant and petroleum refinery B31.3
Refrigeration piping B31.5
Building service piping B31.9
انتخاب یک لوله مناسب بستگی به چند عامل و مشخصه دارد که بایستی توسط طراح در نظر گرفته شوند .برای شروع مورد کاربرد لوله چیست برای انتقال یا عمرانی یا .....
در این مبحث برای لوله های که بیشتر در فرایندها مورد استفاده قرار می گیرند بحث شده است .
اندازه و طول متداول لوله های فولادی :
طبق استاندارد (ANSI B36.10M) ضخامت دیواره لوله برای قطرهای 8/1 تا 80 اینچ بیان شده است و طول لوله هایی که استفاده می شوند بین 6 یا 12 متر می باشد .
انتهای لوله های ساخته شده به چند صورت می باشد :
انتهای صاف PE
برای جوشکاری پخ شده می باشند BE
دارای انتهای رزوه دار همراه با یک کوپلینگ T&C
سایر دیگر که برای کارهای خاص سفارش داده شده اند
قطر و ضخامت دیواره لوله :
اندازه لوله با سایز نامی لوله (NPS) بیان می گردد.
لوله های سایز های مختلف در چند ضخامت ساخته می شوند که توسط موسسات مختلف بطریق مختلف بیان می گردند.
1. در (ANSI) عدد (Sch) بدین منظور بکار برده می شود
در (ASME) و (ASTM)
شاخص های استاندارد(STD)
تقویت شده (XS)
تقویت شده دوبل (XXS)
3.در استاندارد ( API 5L ) طول ها و قطرهای استاندارد بیان شده است
در کل برای سفارش لوله عدد(Sch) یک معیار مناسب است که طبق استاندارد ( ANSI B36.10M ) مشخص می گردد.
جنس لوله :
اغلب لوله های مورد استفاده در صنایع از جنس فولاد هستند.
لوله های فولادی با توجه به روش ساخت به دو گروه تقسیم می شوند
1.لوله های درزدار :
از اتصال پلیت های خم شده بوجود می ایند.
2.لوله های بدون درز :
بصورت اکسترودینگ توسط قالب بوجود می ایند.
انتخاب لوله بر اساس شرایط فشار . دما و مقدار خوردگی و با استفاده از دو استاندارد (API) و (ASTM) انجام می شود .
مشخصات لوله های مختلف مناسب برای خطوط فرایند.جوشکاری.خمش و سرمایش برای استفادهای معمولی و صنعتی را با استفاده از (ASTM A-53) و (ASTM A-106) می توان مشخص کرد .
لوله های معمول حدید شده مورد استفاده در سرویس های بخار . اب . گاز و هوا در استاندارد (ASTM A-120) معرفی شده اند.
لوله های مورد استفاده در صنایع نفت و گاز باید مطابق استاندارد (API 5-L) ساخته شوند .
کاربرد لوله ها با توجه به جنس انها :
1.لوله های اهنی که از چدن یا چدن داکتیل ساخته می شوند برای کاربرد های اب . گاز و خطوط فاضلاب می باشند .
2.لوله های فولادی ضد زنگ ( SS ) در جاهایی که مقاومت خوردگی و شیمیایی بالا مورد نیاز است استفاده می گردند .
3.لوله های مسی و الیاژ های ان در خطوط ابزار دقیق . فرایند های غذایی و تجهیزات انتقال حرارت بسیار مرسوم هستند.
4.لوله های پلاستیکی برای انتقال سیالات خورنده مثل اسید های معدنی و گازهای خورنده و ترکیبات شیمیایی کاربرد دارند.
5.لوله های شیشه ای برای برخی کاربردهای خاص مثل انتقال مواد شیمیایی خاص . کاربردهای ازمایشگاهی و در کل مکان های کم فشار استفاده می شوند .
محدوده دما و فشار :
در دما های بالا از لوله های فولاد زنگ نزن یا الیاژهای دیگر استفاده می شود .
لوله های کربن استیل مقاومت کمتری دارند . لوله های درزدار با جوش الکتریکی برای دماهای بالای 750 فارنهایت و لوله های درزدار با جوش کوره ای برای دمای کارکرد 650 فارنهایت پیشنهاد نمی گردند.
محدوده فشار برای انواع لوله های فولادی در دماهای مختلف در استاندارد ( ANSI B31 ) بیان شده اند .
روش های اتصال لوله های فولادی و فولاد زنگ نزن :
1.جوش لب به لب
2.جوش سوکتی
3.پیچی
4.فلنج پیچ دار
5.کوپلینگ پیچ دار
خطوط لوله با ( NPS2 ) و بزرگتر توسط جوش لب به لب به یکدیگر متصل مگردند .
خطوط لوله با ( NPS 1 1/2 ) و کوچکتر معمولا توسط اتصالات حدیده ای یا جوش سوکت متصل می شوند.
اتصالات فلنج دار در جاهایی که نیاز به باز شدن مجدد داشته باشند استفاده می گردند
اتصالات : FITTING
برای تغییر مسیر لوله . تغییر قطر لوله . چند شاخه شدن لوله و.... از فیتینگ ها استفاده می شود . که در سیستم های لوله کشی بر اساس نوع اتصال انها به یکدیگر دارای تجهیزات و فیتینگ های خاص خود بوده بطور مثال سیستم های لوله کشی بر اساس نوع اتصال به سه گروه جوش لب به لب – جوش سوکتی و اتصالات پیچی تقسیم می شوند . که هر کدام از این روشها برای خود دارای یک کاربرد . روش ایجاد اتصال. مزایا و معایبی از بابت نوع اتصال می باشند و بطور کلی می توان فیتینگ ها را در هر روش اتصال به دو گروه خاص تقسیم بندی کرد .
1.اتصالاتی جهت تغییر جهت حرکت سیال و تغییر اندازه در قطر لوله
مانند زانویی ها . مایترها . فلنج ها . برگشت ها . کاهندها و افزایندها و...
2.اتصالاتی جهت انشعاب گیری از مسیر اصلی یا مسدود کردن یک مسیر
مانند سه راهی ها . چهر راهی ها . فلنج ها . کپ ها و...
سیستم لوله کشی بر اساس اتصال جوش لب به لب :
محل استفاده :
v برای اکثر کاربردها . لوله کشی فرایندی و خطوط سرویس
مزایای اتصال :
v کاراترین روش اتصال برای لوله های با قطر بزرگ برای ایجاد یک اتصال مطمئن و اب بند .
معایب اتصال :
v ممکن است برخی از قسمت های جوش وارد مسیر سیال شده و بر الگوی حرکت جریان تاثیر بگذارد.
روش ایجاد اتصال :
دو سر لوله یا اتصال باید پخ زده شوندو سپس در یک راستای مناسب بوسیله تک خال اماده جوشکاری شوند .
سیستم لوله کشی بر اساس اتصال جوش سوکتی :
محل استفاده :
v برای خطوط انتقال مواد سمی و گران قیمت و خاص که عدم نشتی مهم باشد و برای خطوط بخار با فشار 300 تا ( psi )600
مزایای اتصال :
v هم مرکز کردن و تنظیم در خطوط لوله کوچک اسان تر از جوش لب به لب است.
v قسمت های جوش وارد مسیر اصلی حرکت سیال نمی شوند .
v اگر بطور صحیح اجرا شود هرگز نشتی ندارد .
معایب اتصال :
v یک فاصله بین اتصال وجود دارد که باعث به تله افتادن مایع می شود
v طبق استاندارد ( ANSI B31.1 1989 ) در صورت وجود ارتعاشات بالا یا خوردگی درز نباید از این سیستم استفاده شود .
روش ایجاد اتصال :
انتهای لوله باید تخت باشد و سپس در درون اتصالات قرار گرفته و دور ان جوشکاری فیلت انجام می شود .
سیستم لوله کشی بر اساس اتصال پیچی :
محل استفاده :
v برای خطوط سرویس و پروسه های کوچک لوله کشی
مزایای اتصال :
v به سادگی توسط لوله و فیتینگ ها در سایت ساخته می شوند.
v خطر اتش سوزی به دلیل عدم استفاده از جوشکاری در مکانهای پر خطر کاهش می یابد .
معایب اتصال :
v طبق استاندارد (ANSI B31.1 1989) اگر فرسودگی زیاد و خوردگی درزی وجود داشته باشد به همراه شوک و ارتعاشات از اینسیستم نباید استفاده کرد .
v امکان نشتی از اتصالات
v ممکن است جوشکاری اب بند نیاز داشته باشد .
انواع رزوه لوله ها :
با توجه به استاندارد ( ANSI/ASME B1.20.1 ) دندانه های لوله بصورت مستقیم و مایل می باشند . اکثر اتصالات لوله ای با دندانه مایل ساخته می شوند و برای اب بندی از روغن اب بندی (DOPE) یا نوار های تفلون استفاده می شود .
دندانه های راست را با استفاده از واشر و مهره بستی اب بندی می کنند.
در استاندارد ( ANSI B1.20 .3 ) دندانه ها با اب بندی خشک تعریف شده که بدون استفاده از هر وسیله دیگر و فقط با خاصیت سایش فلز روی فلز اب بندی تامین می گردد .
برای مشخص کردن خصوصیات دندانه ها از قبیل دندانه مایل یا صاف از حروف استفاده می شود .بطور مثال (T) مشخص کننده دندانه مایل می باشد .
استاندارد ( ANSI B1.20.1 ) خصوصیات رزوه های لوله را مشخص می کند.
استاندارد ( ANSI B1.20.3 ) دندانه ها با اب بند خشک را مشخص می کند.
نمایش رزوه های لوله ها بصورت زیر می باشد .
(نوع دندانه) – (تعداد رزوه در اینچ) – (NPS یا سایز نامی لوله)
NPT– 8– 3
که نشاندهنده یک لوله با سایز نامی 3 و تعداد 8 رزوه در اینچ با نوع روزه های مایل .
واشر ها : ( GASKETS )
برای اب بندی بین دو سطح و جلوگیری از نشت جریان از انها استفاده می شود و از جنس ازبست فشرده یا فلزات پر شده از ازبست ساخته شده اند.
برای انتخاب واشر ها به چند نکته باید توجه کرد :
دما.فشارو خوردگی سیال مورد استفاده
نیاز به باز کردن مداوم فلنج ها برای تعمیر و نگهداری
شرایط محیطی کارکرد
قیمت تمام شده
سرپوشهای موقتی برای خطوط لوله :
1.سرپوشهای ( IN - LINE):
این دریچه ها برای متوقف کردن جریان بصورت اب بند در مواقع زیر استفاده می شوند .
تمیز کاری لوله ها و تغییر در استفاده لوله ها
تعمیرات دوره ای در جاهایی که بدلیل مواد خاص مشکل دارد
2.سرپوش های انتهای لوله و خروجی مخازن :
که عبارتند از
فلنج های کور (BLIND FLANG )
سرپوش های ( T-BOLT )
سرپوش های (WELDED-ON )
اتصالات و کوپلینگ های سریع :
اتصالات سریع :
دو نوع اتصال جهت کاربرد موقت عبارتند از :
نوع اهرمی با بست های اهرمی دوتایی
نوع پیچی با گیره مهره ای
که برای اتصال موقت به تانک های ماشین . کامیون هایا مخازن می باشند .
کوپلینگ های سریع پیچی :
از این اتصالات بر حسب نوع شرایط سرویس و نوع اتصالات و واشر می توان بصورت موقت یا دائمی در تعمیر خطوط . ساخت . نصب خطوط فرایندی و ... استفاده کرد .
کوپلینگ های لوله و اتصالات شیار دار :
دارای مزایای
1.نصب و جداسازی سریع
2.امکان داشتن مقداری انبساط و تغییر جهت در اتصالات
و بیشتر در کاربردهای (PLANT)های هوایی .خطوط اب اشامیدنی . سرویس ... و خطوط روغن می باشد .و برای استفاده در لوله های چدنی یا پلاستیکی دارای سرهای شیار دار یا بست های (Victaulic) جهت اتصال به سرهای لوله توسط جوش یا سیمان مناسب می باشد .
کوپلینگ های بوشی فشاری :
در زمینه های هوا . اب . روغن یا گاز مورد استفاده دارند و دارای مزایای
1.نصب و جداسازی سریع
2.امکان داشتن مقداری انبساط و تغییر جهت در اتصالات
3.عدم نیاز به پرداخت سر لوله ها
اتصالات انبساطی و لوله کشی قابل انعطاف :
در شبکه های لوله کشی جهت خنثی کردن ارتعاشات و همچنین برای کنترل تغییر طول لوله ناشی از تغییرات دما از اتصالات انبساطی یا روش های زیر می توان استفاده کرد که اولویت با روش های زیر می باشد .
1.تغییر مسیر خط
2.حلقه های انبساطی
3.کاهش جابجایی توسط تکیه گاه ها
4.فنرها
لوله کشی انعطاف پذیر :
در بعضی مواقع مثل پر کردن و خالی کردن تانکرها از لوله کشی انعطاف پذیر بصورت های فصل گردان یا اتصالات توپی استفاده می شود .
جداکنندها.صافی ها. توری ها. (Driplegs) :
وسایلی برای جداسازی مواد ناخواسته از جریان اصلی که می توانند ذرات فلزی – تکه های جوش – روغن و یا حتی اب باشد که هر کدام از این وسایل در حالت مواد و نوع سیال خاصی کاربرد دارند.
جداکننده ها: ( SEPERATORS )
این وسایل دائمی برای جدا کردن قطرات و ذرات در جریان های گازی مورد استفاده قرار می گیرند .
صافی ها : ( STRAINER )
ذرات جامد با سایز تقریبی 02/0 تا 5/0 اینچ را جمع اوری می کنند که با عبور جریان از درون صافی ها انجام می شود .
توری ها : ( SCREENS )
صافی های ساده ای موقتی از جنس فلز و شبکه بندی سیمی که معمولا در هنگام راه اندازی مکش پمپ و کمپرسور استفاده می شود .
( DRIPLEGS ):
اغلب از لوله و اتصالات ساخته شده و برای جمع اوری مایع کندانس شده مناسب می باشد .
تقویت کنند ها : (REINFORCEMENTS )
یک تکه فلز اضافی در حل انشعاب گیری از جدار لوله یا مخازن می باشد که این کار باعث جبران تضعیف لوله به خاطر سوراخ می باشد . که بصورت های ( IN-STUB ) – رینگ های ساخته شده از ضایعات و در اتصالات کوچک با افزایش جوشکاری انجام می شود .
تجهیزات ساپورت بندی لوله کشی :
ساپورت های لوله :
ساپورت های لوله باید تا حد امکان ساده و از مواد اضافی ساخته شوند .
انواع ساپورت :
(RESTING) :
معمولا وزن لوله کشی را توسط ساپورت های ساخته شده از فولاد ساختمانی یا فولاد و بتن مهار می کنند.
(HANGER) :
برای معلق نگه داشتن یک خط لوله بکار می رود و از جنس فولاد . بتن یا چوب با قابلیت تنظیم ارتفاع ساخته می شود .
( ANCHOR ) :
یک ساپورت سخت که تمامی حرکت را از لوله می گیرد و از جنس ورق های فولادی . براکتها . فلنج ها. مفتول ها ساخته می شود .
( TIE ) :
ترکیبی از یک یا چند مفتول . میله وغیره برای مقید کردن حرکت لوله کشی
( DUMMY LEG ) :
یک قطعه طولی جهت ساپورت خط که به زیر یک زانویی جوش داده می شود.
و در مکان هایی که امکان تغییر مان مکانیکی یا حرارتی وجود داشته باشد از یک سری تجهیزات استفاده می شود که بتوان حرکات خط را کنترل کرد و بسته به نوع حرکت و ساختار تجهیزات با یکدیگر متفاوت هستند و از جمله می توان به نمونه های زیر اشاره کرد .
( GUIDE ) و ( SHOE ) و ( SADDLE )
شیر ها : ( VALVES )
معمولا شیرها بر حسب نوع عملکرد تقسیم بندی می کنند .مثلا شیرهای قطع و وصل جریان یا شیرهای قابل تنظیم جریان ....
قسمت های مختلف یک شیر عبارتند از :
دیسک و نشیمن گاه (SEAT)& (DISC & PORT)
دسته (STEM)
بدنه (BONNET)
اپراتور(OPERATOR OR HANDWEEL)
انتخاب شیرهای(قطع و وصل) و تنظیم جریان :
مراحل انتخاب یک شیر عبارتند از :
1.جنس شیر
2.نوع دیسک
3.نوع دسته
4.وسایل محرک کننده دسته شیر
5.نوع درپوش
6.نوع اتصال شیر (جوشی . فلنچی ...)
7.زمان تحویل
8.قیمت
9.تضمین عملکرد برای شرایط سخت و طاقت فرسا
که تمامی مراحل بالا را می توان با استفاده از جداول انتخاب شیرها دنبال کرد تا بهترین گزینه را انتخاب کرد .
می توان شیرها را با توجه به نوع عملکرد انها می توان به چند دسته تقسیم نمود .
1.شیرهای قطع/وصل جریان
2.شیرهای تنظیم جریان
3.شیرهای برای برگشت جریان
4.شیرهای کنترل و تنظیم جریان
شیر الات مناسب برای سرویس های قطع/وصل یا تنظیم جریان :
در لوله کشی صنعتی معمولا برای قطع و وصل جریان از شیرهای دروازه ای استفاده می شود( این شیرها برای تنظیم جریان مناسب نیستند زیرا ارتعاش دیسک در حالتی که شیر بسته باعث خوردگی سطح دیسک و نشیمنگاه می شود ).
برای بعضی دیگر از سیالات از شیرهای کروی برای قطع و وصل جریان استفاده می شود ( در کل شیر های کروی برای تنظیم جریان استفاده می شوند ) .
شیر ها را بر اساس نوع عملکرد و ساختار دیسک انها به گروهای مختلف تقسیم شده و از هر یک بسته به نوع سیال . بزرگی وکوچکی لوله ها. تنش های موجود در دسته و بدنه می توان استفاده نمود . بطور مثال از( Solid wedge Gate valve )برای قطع/وصل جریان و یااز ( Rotary ball valve ) برای تنظیم جریان استفاده می شود .
شیرهای برای برگشت جریان :
اما شیر هایی هم هستند که فقط برای عبور سیال در یک جهت خاص و جلوگیری از برعکس شدن جریان طراحی شده اند.بطور مثال شیرهای ( Piston check valve) در جاهایی که تغییر مداوم جریان وجود دارد مناسب می باشد و این شیرها بر اساس مکانیسم جلوگیری از برگشت جریان و یا نوع کاربرد انها برای سیالات مختلف ( گاز . سیالات سنگین . مخلوط ها...) به انواع گوناگون تقسیم می شوند .
شیرهای کنترل و تنظیم جریان :
این شیرها بصورت اتوماتیک فشار یا دبی را تنظیم می کنند و برای هر کلاس فشاری نیز موجود می باشند و معمولا کوچکتر از سایز انتخاب می شوند تا از ایجاد خفگی و تله شدن و اسیب دیدن سریع نشیمنگاه جلوگیری شود و تنظیم کننده های فشار معمولا از نوع کروی بوده .
در کنار شیرهای گفته شده یک سری شیر هم وجود دارد که فقط بر حسب سرویس یا عملکرد انها را تعریف می کنند .بطور مثال :
( BARSTOCK VALVE ) به هر شیری که دارای یک بدنه ماشینکاری شده از قطعه فلزی و معمولا از نوع کروی یا سوزنی باشد گفته می شود .
بخش سوم :
مفاهیم واصول اولیه در طراحی یک کارخانه فرایندی (PROCESS PLANT):
طراحی یک کارخانه فرایندی در یک تعریف ساده عبارت است از طراحی تجهیزات مورد نیاز . مشخص کردن محل های قرارگیری انها و ارتباط انها توسط لوله کشی بطوریکه تمام اهداف فرایند تامین شود.
توانایی های مورد نیاز در طراحی و مسئو لیت های طراح :
طراح باید دانش و تجربه کافی در مورد محل های قرار دادن تجهیزات با توجه به محل جغرافیایی کارخانه و همچنین عملکرد انها در طراحی نقشه کارخانه را داشته باشد و همچنین اطلاعات کافی در مورد جایگذاری لوله ها بین تجهیزات و مسیر یابی انها و کنترل انها با ابزار دقیق داشته باشد.در کنار موارد گفته شده طراح باید خلاقیت لازم برای ایجاد طرح های نو با رعایت اصول ایمنی و هزینه های معقول را داشته باشد و از دانش کافی در خصوص فرایند های مورد طراحی و نحوه تعمیرات و نگهداری تجهیزات و همچنین توانایی ایجاد اسناد و مدارک واضح از طرح برخوردار باشد .
وظایف اساسی یک طراح را می توان بطور خلاصه به چندین قسمت تقسیم کرد :
1.تعیین مکان تجهیزات :
قرار دادن تجهیزات و وسایل با توجه به خصوصیات مورد انتظار بطور از قبیل ارتباط سیستم لوله کشی یا با توجه به شرایط و اقلیم منطقه و ....
2.طراحی محل های قرار گیری نازلهای تجهیزات بطوریکه اهداف فرایند و نیاز ابزارهای کنترلی براورد شوند.
3.طراحی سازه های فلزی و بتنی با توجه به شرایط و نیازهای فرایند
4.مسیر یابی و طراحی لوله کشی ها روی زمین و زیر زمین
5.مشخص کردن مکان های ایمنی ( اطفا حریق و مانیتورها و...)
6.مشخص نمودن مکان های متفرقه ( اگزوزها و....)
مراحل طراحی یک کارخانه:
1.طرح ابتدایی و خام:
در این مرحله مطالعات فرایندی را انجام می دهندکه نتیجه این مرحله تهیه نقشه های (P&ID) و (PFD) می باشد.
2.مطالعه بر روی طرح :
در این مرحله نقشه های ابتدایی جانمایی تجهیزات و لوله کشی ها و.. تهیه می گرددو نتیجه این مرحله مدرک ( PLOT PLAN ) میباشد .
3.دیتیل کردن طرح نهایی:
در این مرحله نقشه های نهایی .نقشه های ایزومتریک لوله کشی و گزارش دقیق جهت خرید اقلام تهیه می گردد.
اصطلاحات و مفاهیم طراحی :
این اصطلاحات در علم طراحی نقشه کارخانه بسیار مورد استفاده می باشند .
1.دیاگرام فرایند (PFD) :
این نقشه بطور خلاصه فرایند کارخانه و همه تجهیزات اصلی ان و نحوه ارتباط انه توسط لوله ها و...را نشان داده و همچنین تعداد تجهیزاتی را که برای اندازه گیری دبی . فشار و... که برای تهیه نقشه های (P&ID) نیاز است نشان می دهد.
2.دیاگرام لوله کشی به همراه ابزار دقیق (P&ID) :
این نقشه بطور شماتیک فرایند . تجهیزات . لوله ها . به همرا نامگذاری .سایزو مشخصات کلاس های طراحی ونوع مصالح ( شیرها. فلنج ها ...) می باشد .
3.لیست تجهیزات : (Equipment list)
4.مشخصه های فنی لوله گذاری : (Piping Specification)
مشخص کننده محدوده کاری برای لوله ها. شیرها .و اتصالات . برای هر جنس و ماده موجود در یک پروژه .
5.مسیر خط: (LINE RUN)
مسیر فیزیکی لوله ها را مشخص می کند .
6.(PLANING STUDY OR LAYOUT DRAWING) :
این نقشه همه تجهیزات مفروض را در مقیاس نشان می دهد که شامل فرایند اصلی و لوله کشی ها . تجهیزات کاربردی و شیرها و ابزار دقیق می باشد.
7.نگهداری : (MAINTENANCE)
طراح باید پیش بینی فضای لازم برای نگهداری و تعمیرات تجهیزات را انجام دهد تا در اینده نیاز به جابجایی تجهیزات و لوله ها پیش نیاید
علاوه بر موارد گفته شده طراح بایستی نکاتی از قبیل انعطاف پذیری در خطوط لوله . ساپورتها و... برای ایجاد یک طرح مناسب در نظر داشته باشد .
قوائد جانمایی در طراحی کارخانه های فرایندی :
مشخصه و قوائد مورد استفاده در اصطلاح صنعتی به معنی الزاماتی است که یک قطعه باید مطابق با ان طراحی و تولید گردد و برای ارایش مکانی تجهیزات . نگهداری و ایمنی در طراحی می باشند و نیازهای مطابق بودن با کدها و استانداردها را تامین می کنند.یک سری نکات اولیه وجود دارد که ب رعایت انها می توان طرحی اقتصادی را انتظار داشت بطور مثال چیدمان ها در ارتفاع یا استفاده بهینه از فضا بصورتی که از کمترین فضا برای تجهیزات استفاده شود تا فضای کافی جهت افراد شاغل و پرسنل فراهم گردد و قوائد فنی هم وجود دارند که طراح باید به انها مسلط و اشنا باشد بطور مثال اخرین نسخه از اسناد و بازنگری های موجود در پروژه .
نکته مهم بعدی مکان تجهیزات که با توجه به شرایط جوی و اب وهوای منطقه و کدها و استانداردهای استفاده شده در پروژه مشخص می شوند.
نقشه ها و مدارک مورد نیاز در طراحی (PIPING) :
دپارتمان مهندسی مکانیک فعالیت های خود را در پروژه ها به چند گروه تقسیم می کند که یکی از انها طراحی سیستم های (PIPING) است که تحلیل تنش لوله ها.طراحی تکیه گاههااز جمله فعالیت های مهندسی( PIPING) می باشد و از دیگر فعالیت های مهندسی (PIPING) بکارگیری و مدیریت اسناد و مدارک در مراحل سه گانه پروؤه است که این مدارک شامل :
1.دیاگرام فرایند (P.F.D) :
یکی از مدارکی که جهت استقرار تجهیزات مفید می باشند و نشان دهنده دبی های جریان . دماها ...قسمت های مختلف تجهیزات است .
2.دیاگرام لوله کشی و ابزار دقیق (P&ID)
3.لیست خطوط (LINE LIST)
4.مدارک فنی لوله کشی (PIPING SPECIFICATION)
5.(PLOT PLAN) :
یکی از مدارک مهم می باشد که برای جانمایی تجهیزات . لوله کشی واحد های پروسس و...استفاده می گرددو یک ارایش کامل از کارخانه . محدوده اطراف شامل جادها . ساختمانهای صنعتی ..و محا قرار گیری انها را با شماره های مخصوص مشخص می کند و در نماهای دوبعدی و سه بعدی نشان می دهد . و (PLOT PLAN) را بر اساس نوع فرایندشان و یا نوع ارایش تجهیزات تقسیم بندی می کنند. با توجه به ارایش تجهیزات به دو گروه
1.ارایش افقی : که برای نصب روی سطح زمین که در اکثر تجهیزات پالایشگاهی دیده می شود .
2.ارایش عمودی : برای نصب روی سازه ها در اکثر کارخانه های شیمیایی وجود دارد.
6.نقشه های طراحی لوله کشی (PIPING LAYOUT)
7.نقشه های ایزومتریک لوله کشی
8.نقشه ایزومتریک ساپورتها
9.نقشه های مرکب لوله کشی ها
10:نقشه های قیود و تکیه گاهها
11.مدل اشل (SCALE MODEL)
12.گزارش های تحلیل تنش
13.نقشه های بازرسی در حال سرویس سیستم
14.گزارش تغییرات در طراحی
که برای تهیه هر یک از مدارک بالا طراح با توجه به شرایط محیط و استقرار کارخانه و استاندارد های مورد استفاده در پروؤه و سایر شرایط را در نظر گرفته و با گذشت زمان همرا با تکمیل پروؤه مدارک را کامل می کند.
بشر همواره از خطر دوری می کرده است و همیشه سعی بر ان داشته است تا وسایلی مانند بویلرها و مخازن تحت فشار را که می سازد با کمترین خر هنگام کار مواجه باشد برای کاهش خطرات مالی و جانی موسسات و انجمن های مختلف یک سری قوانین را برای ایمن بودن تجهیزات بوجود اورده اندکه این قوانین و مقررات که می توان گفت حداقل شرایط ایمن لازم برای طراحی . ساخت . نصب و بازرسی ها می باشند را بصورت کدها و استاندارد ها تعریف نموده اند.که استفاده از بعضی از این استانداردها اجباری و بعضی دیگر بنا به شرایط می باشد .
کد:
گروهی از قوانین یا استاندارد های سیستماتیک برای طراحی . مواد . ساخت و تولید و نصب و بازرسی است که طوری تنظیم می شود که با قوانین مدون کشور یا شهر سازگار باشد .
استاندارد :
اسنادی که توسط یک گروه مهنس متخصص تدوین شده اند و شامل یک سری پارامتر لازم الاجرا می باشد.
در کنار کدها و استانداردها . توصیه های عملی و راهنما ها هم در صنعت به عنوان اسناد مورد استفاده طراحان قرار می گیرند .
در طراحی سیستم های (PIPING) هم برای گرفتن بهترین نتیجه از این استاندارد ها و کدها استفاده می شود که استانداردها و کدهایی که بیشتر در این زمینه کاربرد دارند عبارتند از :
1.موسسه فولاد سازی امریکا (AISC) :
بیشتر در طراحی ساختمانها . پل ها و سازه های فولادی دیگر که در ان تکیه گاه لوله لازم است توصیه می شود.
2.موسسه استاندارد های امریکا (ANSI) :
یک سازمان مرکزی که شامل بیش از 200 سازمان است که وظیفه چک و بررسی و تائید استانداردهای مختلف را بر عهده دارد .
3.انجمن استاندارد سازی تولید کنندگان شیر واتصالات (MSS):
این انجمن استانداردهای راهنما در ارتباط با صنعت شیرها و اتصالات منتشر می کند.
4.انجمن مهندسین مکانیک امریکا (ASME)
5.انجمن امریکایی تست و مواد (ASTM)
6.انجمن قوانین مخازن تحت فشار و بویلر :
یک مرجع غیر انتفاعی . غیر تجاری ولی صنعتی که هدفش مربوط به قوانین مخازن و بویلر ها می باشد .
7.بورد ملی ناظرین و مخازن تحت فشار
8.انجمن مهندسین حرارت مرکزی.تهویه مطبوع امریکا (ASHRAE)
9.موسسه ساخت لوله (P.F.I)
10.اداره کل سلامت و امنیت شغلی (O.S.H.A)
11.انجمن جوش امریکا (AWS)
12.کدهای ساختمانی (SBC)
13.کمیسیون ایین نامه های هسته ای (N.R.C)
در کنار این استانداردهای امریکایی دیگر کشورها همانند المان غربی(DIN) یا انگلستان (BSI) ایتانداردهای زیادی را تولید و منتشر کرده اند.
در سطح بین الملل سه گروه غیر دواتی وجود دارند که هدف انها تایید و ایجاد هماهنگی در استانداردهای بین المللی متقاضی است که عبارتند از:
1.(ISO)
2(IEC)
3(PASC)
