مقاله لوله کشی صنعتی

چکیده
در این مقاله، در مورد فرآیند لوله کشی و پایپینگ و نحوه طراحی نقشه یک کارخانه فرآیندی اطلاعاتی گردآوری شده است. Piping شامل لوله، فلنج، فیتینگ، پیچ و مهره، واشر، شیر آلات البته Piping همچنین شامل تجهیزات نگه­داری لوله مانند تکیه گاه­ها و اجزاء نظیر آن­ها برای حفاظت و نگه­داری اجزاء Piping می­باشد .آشکار است که (Pipe) لوله یک جزء یا یک بخش از Pipingمی­باشد. بنابراین وقتی لوله­ها به فیتینگ­ها و شیر آلات و دیگر تجهیزات مکانیکی متصل می­شوند و با تکیه گاه­ها و فنرها آن­ها مقید می­شوند،به همه این­ها Pipingگفته می­شود.
مقدمه
لوله­ کشی در فرآیندهای صنعتی، صنایع دریایی، انتقال مواد، مصارف شهری و… مورد استفاده قرار می­گیرد. در پروسه­های صنعتی از لوله­کشی برای انتقال آب، بخار، هوا و مواد شیمیایی و… بین مخازن و اجزا مختلف استفاده می­شود. همچنین از شبکه­های لوله برای جمع آوری فاضلاب، پسماندهای صنعتی و در مصارف ساختمانی برای انتقال آب آشامیدنی و… و در مصارف دریایی نیز دارای اهمیت به سزایی هستند. در کارخانه­هایی که برای تامین و راه اندازی یک فرآیند شیمیایی خاص می­باشد که به آن واحد فرآیندی می­گویند. از لوله­کشی فرآیندی جهت انتقال سیالات بین واحدهای ذخیره و واحدهای فرآیندی استفاده می­گردد. در لوله­کشی انتقالی از لوله­های با قطر زیاد در انتقال سیالات و گازها در فواصل طولانی استفاده می­شود. لوله کشی عمرانی جهت توزیع امکانات شهری و فاضلاب و پس­ماندهای صنعتی بکار برده می­شود. لوله­کشی ساختمانی یا تجاری شامل لوله ­کشی انجام شده در ساختمان تجاری و مدارس و بیمارستان­ها و… به منظور توزیع آب وگاز می­باشد. طراحی و ساخت یک Plant صنعتی فرآیند پیچیده­ای است که در آن اطلاع از محل مورد نظر، فرآیند و میزان تولید و معیار و استاندارد طراحی جهت تامین نیاز مورد نظر باید لحاظ شود.
تجهیزات و مصالح مورد نیاز لوله کشی
لوله ­ها توسط قطر خارجی و ضخامت دیواره مشخص می­شوند که جنس آن­ها از فولاد و مس و… می­باشد.کاربرد آن در مبدل­های حرارتی و ماشین آلات و … می­باشد. لوله­ها در طول ۶ تا ۱۲ متر تولید می­شوند و انتهای آن صاف و پخ­دار و رزوه دار می­باشد. لوله­ها در ضخامت­های مختلفی توسط موسسات استاندارد آمریکا (ANSI)، انمجن مهندسی مکانیک آمریکا (ASME)، انجمن مواد آمریکا (ASTM) و نفت آمریکا (API) ساخته می­شوند که استانداردهای (ASTM) و (API) مهمترین آن­ها می­باشند. جنس­های محتلف در شرایط مختلف استفاده می­شوند. لوله­های حدیده شده در سرویس بخار و آب و گاز استفاده می شود. لوله­های چدنی در خطوط فاضلاب بکار می­روند. لوله­های پلاستیکی برای مواد خورنده و ترکیبات شیمیایی استفاده می شود و لوله­های شیشه­ای در آزمایشگاه کاربرد دارند. برای اتصال لوله­های فولادی روش­هایی از قبیل جوش لب به لب، جوش سوکتی، اتصال پیچی، فلنچ پیچ­دار و کوپلینگ پیچ­دار وجود دارد. اتصالات جوشی و پیچی برای اتصال لوله­های بزرگ می­باشد که با اقتصادی­ترین روش است. برای انتقال مواد اشتعال زا و رادیواکتیو از جوش سوکتی استفاده می­شود. فلنچ پیچ­دار در مخازن و شیرها کاربرد دارند.
اتصالات یا فیتینگ­ها در تغییر مسیر لوله، تغییر قطر لوله و… استفاده می­شوند که از لوله یا پیلت ساخته شده یا از فرآیندهای ماشین­کاری و ریخته­گری تولید می­شوند.
جوشکاری لب به لب: در لوله کشی فرآیندی استفاده می­شود و مزیت آن برای اتصال لوله­های با قطر بزرگ و معایب آن این است که برخی قسمت­های جوش وارد مسیر سیال می­شود. اتصالاتی که در جوشکاری لب به لب به کار می­رود عبارتند از: زانویی، زانویی کاهنده، برگشتی، خم­ها، کاهنده و افزاینده، مایترها، فلنج­ها که فلنج ها در پنج نوع با گردن جوشی، تخت، کاهنده، افزاینده، و ون استون می­باشند.
اتصالات جوش لب به لب جهت انشعاب گیری از مسیر:
Stub-in: در این اتصال لوله بطور مستقیم به کناره لوله اصلی جوش داده می­شود.
Butt-welding tees: به سه دسته تقسیم می­شوند. سه راهی مستقیم که قطر شاخه با قطر لوله برابر است. سه راهی کاهنده که دارای شاخه کوچکتری از مسیر اصلی است. سه راهی bull head که دارای شاخه بزرگتر از مسیر اصلی است.
اتصالات انشعابی که در ادامه می آید توسط روش Bonney Forge ساخته شده­اند که به عنوان جایگزینی روش اتصال مستقیم به لوله اصلی استفاده می­شوند.
Weldolet : برای ایجاد شاخه ۹۰ درجه که شاخه­های نزدیک بهم را ایجاد می­کند.
Butt-welding elbloet: ایجاد شاخه مماسی یر روی زانویی بزرگ و کوچک
Butt-welding latrolet: ایجاد شاخه کاهنده ۴۵ درجه بر روی لوله مستقیم
Sweepolet: ایجاد شاخه کاهنده ۹۰ درجه بر روی لوله اصلی
انواع دیگری از اتصالات انشعابی نیز از قبیل چهار راهی مستقیم یا کاهنده، لاترال­های مستقیم یا کاهنده و… وجود دارند.
جوشکاری سوکت: در خطوط انتقال مواد اشتعال زا و سمی و… کاربرد دارند. از مزیت آن نداشتن نشتی، وارد نشدن فلز جوش در جریان سیال می­توان اشاره کرد. عیب آن این است که باعث به تله افتادن مایع می­شود. اتصالاتی که در این نوع از جوشکاری بکار می­روند عبارتند از: Full coupling، Reducer، Reducer insert، Union، Swaged nipples، زانویی و فلنج.
اتصالات جوش سوکت جهت انشعاب­گیری از مسیر:
سه راهی مستقیم یا کاهنده: شاخه ۹۰ درجه از لوله اصلی ایجاد می­کند.
لاترال: شاخه ۴۵ درجه با قطر برابر شاخه اصلی ایجاد می­کند.
چهارراهه: عملکرد آن مانند جوشکاری لب به لب می­باشد.
اتصالات جوش سوکت جهت انشعاب­گیری از مخازن یا خطوط اصلی جوش لب به لب:
Half coupling
Sockolet
Socket welding elbolet
Socket welding latrolet
Nipolet
Stub-in
سیستم لوله ­کشی پیچی: در خطوط سرویس و فرایندهای کوچک لوله کشی بکار می­رود. از مزایای آن سادگی در ساخت، کاهش خطر آتش سوزی می­باشد. عیب آن نشتی و برای دمای بالا مناسب نمی­باشد و همچنین مقاومت لوله کم می­شود. از اتصالات در این زمینه می­توان به Full coupling، Reducer، Nipple، Union، Hexagon boushing، زانویی و فلنج پیچی و… اشاره کرد.
اتصالات سیستم پیچی جهت انشعاب­گیری از مسیر:
سه راهه مستقیم و کاهنده: ایجاد یک شاخه ۹۰ درجه
لاترال: ایجاد یک شاخه ۴۵ درجه
چهارراهه: کاربرد آن مانند کاربرد در جوش لب به لب می­باشد.
اتصالات سیستم پیچی جهت انشعاب­گیری از مخازن یا خطوط اصلی جوش لب به لب بصورت Half coupling، Thredolet و… می­باشند.
در هر سه مورد جوش لب به لب، جوش سوکتی و سیستم پیچی، Capها به عنوان سرپوش بکار می­روند که برای بستن انتهای لوله رزوه شده مورد استفاده قرار می­گیرند.
در استانداردهای مختلف دندانه رزوه برای کاربردهای متفاوتی مورد استفاده قرار می­گیرند. این دندانه­ها بصورت راست یا مایل می­باشند. اکثر اتصالات لوله­ای با دندانه مایل ساخته می­شوند. دندانه­های مایل با استفاده از روغن آب­بندی و یا نوارهای پلاستیکی آب بندی می­گردند. اما دندانه­های راست با با استفاده از واشر و مهره بستی آب­بندی می­شوند. دندانه­های با آب­بند خشک نیز در برخی استانداردها تعریف شده­اند که بدون استفاده از روغن و تفلون آب­بندی می­شوند. نوک دندانه­ها تیز و پایه آن تخت می­باشد به همین دلیل باعث تماس فلز با فلز و در نتیجه آب­بندی می­شود. همانطور که ذکر شد واشرها برای آب­بندی بین دو سطح برای جلوگیری از نشت جریان بکار می­روند. جنس واشرها آزبست فشرده و یا فلزات پر شده با آزبست می­باشد. دو نوع رایج واشرها که در فلنج بکار می­روند ring و full-face هستند. معیارهایی از قبیل دما و فشار سیال، شرایط محیطی کارکرد و قیمت تمام شده و…برای انتخاب واشر بکار می­روند. رزوه لوله­ها نیز بصورت زیر تعریف می­شوند:
نوع دندانه-تعداد رزوه در اینچ-NPS
عملیات پرداخت به نوع سطحی اشاره دارد که توسط ماشین کاری بر روی سطح تماس فلنج با واشر ایجاد می­گردد. فلنج­ها به دو صورت شیاردار و صاف پرداخت می­شوند. گام شیارها و نوع پرداخت سطح اندازه و کلاس فلنج نغییر می­کند. پرداخت سطوح صاف با دو کیفیت سطح با شیارهای ریز و سطح آینه­ای می­باشد.
پرداخت و صورت­های مختلف فلنج موجود است که این سطوح بصورت زبانه یا شیارهایی است که بصورت جفت بکار می­روند. چهار مورد آن از اهمیت ویژه ای برخوردارند که به شرح آن­ها می­پردازیم.
سطوح بالا آمده: در ۸۰ درصد فلنج­ها مورد استفاده قرار می­گیرد.
سطوح با واشر حلقوی: به همراه یک واشر در مصارف پتروشیمی و در دما و فشار بالا بکار می­روند.
فلنج با سطح صاف: در فلنج­های غیرفولادی و در اتصال پمپ­ها و شیرها به همراه واشر بکار می­روند
فلنج با اتصال روی هم: جهت تطبیق با لوله داخلی و در حالتی که تنش خمشی نباشد بکار می­رود.
پیچ­­های بکار رفته برای فلنج­ها بر دو نوع میله­ای (دو مهره­ای) و ماشین کاری شده (یک مهره­ای) می­باشند. مزایای پیچ­های میله­ای به شرح زیر می­باشد:
در صورت خوردگی و زنگ زدن به راحتی باز می­شوند-به سادگی از بقیه پیچ­ها قابل تشخیص هستند-در اندازه و جنس غیر معمول به راحتی از میله گرد ساخته می­شوند.
سوراخ­های پیچ در فواصل مساوی از هم در فلنج­ها قرار گرفته­اند. تعیین تعداد سوراخ­ها، قطر دایره پیچ و اندازه سوراخ آرایش پیچ را مشخص می کند.
سرپوش­های موقتی برای خطوط لوله عبارتند از:
سرپوش In-line: برای تمیز کردن لوله­های بزرگ برای جلوگیری از آلودگی- تعمیر و نگهداری در مواقعی که نشتی از شیر وجود دارد.
سرپوش خروجی مخازن و انتهای لوله: شامل فلنج کور با واشر تخت، سرپوش T-bolt، سرپوش Welded-on با درهای لولایی-از فلنج کور بیشتر استفاده می­شود.

جهت ثبت نام دردوره آموزشی لوله کشی صنعتی بر روی تصویر فوق کلیک نمایید.
دوره غیر حضوری است و محتوای الکترونیکی در قالب CD یا DVD به آدرستان ارسال می گردد
پس از پایان گواهی ومدرک معتبر دروه آموزشی لوله کشی صنعتی با قابلیت ترجمه رسمی دریافت می نمایید.
مشاوره رایگان: ۰۲۱۲۸۴۲۸۴ و ۰۹۱۳۰۰۰۱۶۸۸ و ۰۹۳۳۰۰۲۲۲۸۴ و ۰۹۳۳۰۰۳۳۲۸۴ و ۰۹۳۳۰۰۸۸۲۸۴ و ۰۹۳۳۰۰۹۹۲۸۴

اتصالات و کوپلینگ­های سریع:
اتصالات سریع: بر دو نوع می­باشد، نوع اهرمی با بست­های اهرمی دوتایی و نوع پیچی با گیره مهره­ای. جهت اتصال موقت تانک­های ماشینی و کامیون­ها و… می­باشد که به راحتی باز و بسته می­شوند.
کوپلینگ سریع پیچی: بر حسب شرایط سرویس هم کاربرد موقت و هم کاربرد دائمی دارند. جهت تعمیر و ساخت خطوط موقتی مفید هستند.
کوپلینگ لوله و اتصالات شیاردار: جهت استفاده در لوله فولادی، چدنی و پلاستیکی دارای سرهای شیاردار بکار می­روند مانند زانویی، سه راهی، چهارراهی، کاهنده و… . از مزایای آن می­توان به نصب و جداسازی سریع، داشتن انبساط و مورد کاربرد در خطوط آب و روغن می­باشند.
کوپلینگ بوشی فشاری: مورد کاربرد در خطوط آب و روغن و گاز و دارای مزایایی از قبیل نصب و جداسازی سریع، داشتن انبساط و عدم نیاز به پرداخت سر لوله می­باشد.
اتصالات انبساطی جهت اتصال سازگار با تغییر طول لوله با تغییر دما در سیستم لوله کشی بکار می­روند. روش­هایی برای مهار چنین تغییراتی بصورت تغییر مسیر خط، حلقه انبساطی، فنرها و …است.
اتصالات(لوله) انعطاف پذیر در جاهایی که ارتعاش و جابجایی زیاد است بصورت موقت بکار می­روند. در لوله کشی مفصل­دار بصورت فصل گردان یا اتصالات توپی استفاده می­شوند.
وسایلی برای جدا کردن موادی مانند رسوبات، روغن، فلزات جداشده از جوش و… از جریان اصلی موجود است که در زیر آمده است.
جداکننده­ها: برای جداکردن قطرات در یک جریان گازی
صافی­ها: برای جمع آوری ذرات جامد، جای صافی قبل از شیر کنترل، پمپ و توربین است، متداول­ترین آن بصورت y شکل است.
توری­ها: صافی ساده موقتی ساخته شده از صفحات فلزی سوراخدار یا مش سیمی که دارای سه نوع مخروطی و استوانه­ای و تخت می­باشد. نوع مخروطی متداول­تر است.
Driplegs: از لوله ساخته شده و وسیله­ای ارزان جهت جمع آوری مایع کندانس شده می­باشد.
یک تکه فلز اضافی در حل انشعاب گیری از جدار لوله یا مخزن ” تقویت کننده ” نامیده می­شود. در قطعات تقویت کننده یک سوراخ کوچک جهت تخلیه گازهای حاصل از جوشکاری تعبیه می­شود. هم چنین این سوراخ جهت تست نشتی نیز بکار می­رود.
جهت ساپورت کردن لوله­کشی از ناحیه زانویی، می­توان از ساپورت­های ساخته شده از ورق مازاد و لوله استفاده نمود که باید تا حد امکان ساده باشند. این ساپورت­ها از نوع Resting، Hanger، Anchor، Tie، Guide، Shoe و … می­باشند. جوش دادن ساپورت­ها به لوله از پیش کار شده اثر نامطلوبی روی خط می­گذارد به همین دلیل از Lug استفاده می­شود که کاربرد Lug در اتصال و ساپورتبندی لوله می­باشد.
شیرها:
عملکرد شیرها بصورت شیرهای باز یا بسته و یا قابل تنظیم بودن و یا نبودن و… معرفی می­شوند. اجزای اصلی شیرها عبارت است از: دیسک و نشیمنگاه، دسته، بدنه و درپوش و اپراتور می­باشد. شیرها برای کنترل و یا متوقف کردن جریان نیز بکار می­روند. حال به بررسی اجزای شیر می­پردازیم.
دیسک: قسمت متحرکی است که بصورت خطی یا مارپیچی و چرخشی حرکت می­کند.
نشیمنگاه: قسمت غیر متحرک شیر
درگاه: دریچه­ای که بیشترین دبی را از خود عبور می­دهد.
دسته: می­تواند بصورت دستی و الکتریکی و پنوماتیکی و… حرکت کند. دو حالت دسته وجود دارد. اولین آن حالت Rising stem که داخل پیچ یا خارج پیچ می­باشد. حالت دوم None-Rising stem می­باشد که در این حالت دسته و تنظیم کننده دستی در دو سمت می­باشند.
بدنه و درپوش: جنس بدنه پارامتر مهمی است که بستگی به نوع فرآیند دارد.
آببندی: شیرهایی که دسته دارند تجهیزات آببندی بین دسته و درپوش و یا بدنه انجام می­گیرد.
اپراتور: Handlever، Gear، Chain، Habdwheel، Power Operator
پاور اپراتورها دسته شیرهای پنوماتیک، الکتریکال و… می­باشند و درحالت­هایی که شیر در محوطه کاری خودش باید تنظیم شود و یا نیاز به سرعت بالا برای باز و بسته کردن می­باشد بکار می­روند.
مراحل انتخاب شیرهای قطع و وصل کننده جریان عبارتست از: جنس شیر، نوع دیسک، نوع دسته، وسیله محرک کننده دسته، نوع درپوش، نوع اتصال، زمان تحویل، قیمت و تضمین عملکرد آن.
برای انتخاب شیر از جدول ابتدا باید نوع سیال داخل شیر مشخص شود سپس نحوه عملکرد شیر مد نظر قرار می­گیرد.
در لوله کشی صنعتی برای قطع و وصل جریان از شیر دروازه ای استفاده می­شود. اکثر آن­ها برای تنظیم جریان مناسب نیستند زیرا ارتعاش دیسک باعث خوردگی آن می­شود. از انواع شیر دروازه­ای می­توان به Solid wedge gate valve، plug gate valve، plug valve و … اشاره کرد.
شیرهای کروی برای تنظیم جریان است که بصورت محکم تری در محل خود بسته می­شوند.از انواع شیر کروی می­توان به Globe valve، Angle valve، Needle valve، Pinch valve و… اشاره کرد.
برای جلوگیری از برگشت جریان شیرآلاتی شیرآلاتی جهت عبور سیال و جلوگیری از جریان آن در جهت عکس طراحی شده اند. مانند شیرهای swing check valve، Tiling check valve، lift check valve، stop check valve و…
شیرهای کنترل بصورت خودکار فشار و دبی را تنظیم کرده و در هر فشاری نیز استفاده می­شود. شیر کنترل را کوچکتر از سایز انتخاب می­کنند تا از ایجاد خفگی و آسیب دیدن نشیمنگاه جلوگیری شود. عملکرد آن به این صورت است که کنترلر سیگنال­های فشاری را دریافت کرده و آن­ها را با افت فشار اصلی مقایسه کرده، چنانکه دبی واقعی باشد شیر کنترل جهت کم و زیاد کردن دبی تنظیم می­شود. شیرهای کنترل مانند:
Pressure regulator: فشار پایین دست را در حد پایین تری از فشار مطلوب تنظیم می­کند.
Back pressure regulator: جهت ثابت نگه داشتن فشار بالا دست بکار می­رود.
۴-مفاهیم و اصول اولیه در طراحی یک کارخانه فرآیندی
طراحی یک کارخانه فرآیندی عبارتست از طراحی تجهیزات موزد نیاز و مشخص نمودن محل قرارگیری آن­ها و ارتباط آن­ها توسط لوله کشی، بطوزی که اهداف فرآیند تامین شود. طراح نقشه در ابتدا باید دانش کافی در مورد محل قرارگیری تجهیزات و عملکرد آن­ها با توجه به موقعیت جغرافیایی کارخانه را داشته باشد. ثانیا باید در مورد جایگذاری تجهیزات و مسیریابی و کنترل آن­ها اطلاعات کافی داشته باشد. طراح باید مهارت­هایی از قبیل داشتن منطق و خلاقیت، شناخت فرایند، داشتن اطلاعاتی در مورد تعمیر و نگه­داری، بکارگیری هزینه معقول و توانایی دفاع از طرح و ایجاد مدرک دقیق را داشته باشد.
کارکرد اساسی و وظایف طراح، شامل تولید طرح از مقدمات تا جانمایی و ایمنی آن­ها می­باشد. کارکرد یک طراح عبارتند از:
تعیین مکان تجهیزات: انتخاب مکان قرار گیری تجهیزات با توجه به شرایط جغرافیایی و دما و باد و.. و دسترسی آسان با تجهیزات می­باشد. با قرار دادن مختصات در سه جهت شرق یا غرب، شمال یا جنوب و ارتفاع تجهیزات، تجهیزات مشخص می­شوند. در این مرحله باید نکات ایمنی و اقتصادی نیز در نظر گرفته شود.
طراحی محل قرارگیری نازل­های تجهیزات: باید اهداف فرایند، نیازهای فرعی و کنترلی و لوله کشی برآورده سازد.
طراحی سازه­های فلزی و بتنی: طراح باید پیش بینی لازم را جهت دسترسی آسان در هنگام تعمیر و نگه­داری و دسترسی به محل­های ضروری را انجام دهد.
مسیریابی و طراحی لوله کشی روی زمین و زیر زمین
مشخص کردن مکان ایمنی: طراحی با در نظر گرفتن ایمنی شامل اضافه نمودن جاده­هایی برای دسترسی به تجهیزات آتش نشانی و اطفا حریق، اضافه نمودن پلکان اضطراری و مراکز درمانی است.
مشخص کردن مکان متفرقه
داده­ های پروژه به سه دسته داده­های طرح پروژه، داده­های فروشنده و داده­های سندی داخلی تقسیم بندی می­شوند که در زیر به شرح آن پرداخته شده است.
داده­های طرح پروژه: این داده­ها شامل محل جغرافیایی و شرایط آب و هوایی است.
داده­های فروشنده: تمام تجهیزات خریداری شده به نقشه­های اولیه فروشنده برای طراحی نیاز است.
داده­های سندی داخلی: این اطلاعات ابتدایی برای ارتباط طراح با بخش­های دیگر سازمان می­باشد.
طراحی کارخانه در سه مرحله انجام می­شود که در زیر شرح داده شده است.
طرح ابتدایی: در این مرحله طراحی فرآیند انجام می­شود که محصول آن نقشه و دیاگرام است.
مطالعه بر روی طرح: بر اساس فرآیند طراحی شده، نقشه ابتدایی مورد اجرا قرار می­گیرد.
دیتیل کردن طرح نهایی: نقشه­ها و پلان­های نهایی در این قسمت ایجاد می­شوند. به زمان زیادی نیاز دارد و محصول آن ایجاد گزارش جهت خرید و سفارش می­باشد.
اصطلاحات و مفاهیم طراحی که در علم طراحی نقشه کارخانه یا پالایشگاه مورد استفاده قرار می­گیرد عبارتست از:
دیاگرام فرآیند (PFD): این نقشه فرآیند کارخانه و موارد اصلی تجهیزات و چگونگی ارتباط آن­ها با
یکدیگر را نشان می­دهد. همچنین برای طراحی مقدماتی کارخانه نیز بکار می­رود.
دیاگرام لوله کشی به همراه ابزار دقیق (P&ID): این نقشه بصورت شماتیک فرآیند مورد نیاز، تجهیزات، لوله­های بکار رفته به همراه نام گذاری و سایز آن­ها را نمایش می­دهد.
لیست تجهیزات: لیست نام گذاری شده و محاسبه شده تجهیزات است.
مشخصه­های فنی لوله­گذاری: این سند نوع محدوده کاری مورد استفاده برای لوله­ها و شیرها و… و برای هر جنس بر اساس کلاس کاری لیست می­کند. این سند همچنین کدها و استانداردها را نیز توصیف می­کند.
مسیر خط: این نقشه مسیر فیزیکی لوله بین دو نقطه که توسط طراح تعیین شده را نشان می­دهد.
یک طراح نقشه کارخانه باید فضای لازم برای نگه­داری و تغییر تجهیزات را پیش بینی کند. همچنین طراح باید بین هزینه اولیه، ایمنی و طراحی توازن برقرار کند. در برخی فرآیندها، تجهیزات برای جلوگیری از اتلاف گرما به حرارت خارجی نیاز داشته باشند که این حرارت توسط لوله­ای که سیال گرم را حمل می­کند تامین می­شود. هرگونه عملیات کنترلی که بر روی شیرها و ابزار آلات صورت می­گیرد را “عملیات” می­نامند. هدر خط لوله­ای است که شاخه­های زیادی از آن انشعاب گرفته می­شود.
سیستم باز سیستمی است که در آن مواد خط تخلیه شده و بازیافت نمی­گردد. سیستم بسته سیستمی است که مواد شیرهای اطمینان یا تله بخار بازیافت می­شوند.
هر آرایش در لوله­کشی باید بطور کافی انعطاف پذیر باشد تا به هر خط اجازه دهد از نظر حرارتی منبسط یا منقبض شود بطوریکه نیروی وارد بر تجهیزات کاهش یابد. بکارگیری روش­هایی از قبیل اضافه نمودن لوپ و اتصالات انبساط و کم کردن ضخامت لوله.
تکیه­ گاه­ها، سازه­هایی برای نگه­داری لوله و گرفتن درجات آزادی حرکت لوله­ها در جهات مختلف است. تکیه­گاه یا قیود با توجه به تابع و راستای عملکرد تقسیم بندی می­شوند. تابع عملکرد نشانگر درجه قید بر حسب مقاومت به حالت­های مختلف بارگذاری است. به عبارت دیگر نشان می­دهد که قید مربوطه چه تعداد درجه آزادی را مقید کرده است. جهات اصلی قیود آن­هایی هستند که در محور سه­گانه لوله اثر می­کنند. محور محلی برای یک لوله در صفحه افقی بصورت عمودی (جهت اعمال وزن)، محوری (موازی راستای لوله) و جانبی (عمود بر راستای لوله) می­باشند. انواعی از تکیه­گاه­ها به شرح زیر است.
تکیه­ گاهی که فقط برای تحمل وزن لوله بکار می­روند.
تکیه ­گاهی که از حرکت لوله در جهات خاص جلوگیری می­کند.
تکیه ­گاهی که امکان حرکت در تمام جهات لوله رو می­گیرد.
کفشک لوله
تکیه­گاه فنری
تکیه­ گاه ترنیون با پایه ساختگی
براکت­ها
تکیه­ گاه hanger: قابلیت تحمل بار عمودی رو به پایین را دارد.
تکیه ­گاه anchor: حرکت در ۶ درجه آزادی را مقید و در پایان و آغاز تحلیل تنش بکار می­روند.
تکیه­ گاه restraint: حرکت در ۱ تا ۷ درجه آزادی را مقید می­کند.
۵-قواعد جانمایی در طراحی کارخانه فرآیندی
یکی از نکات مهم در طراحی بکارگرفتن کمترین مقدار فضا برای طرح می­باشد زیرا این کار باعث افزایش فضا برای افراد مشغول در کارخانه می­شود. طراحی منیفلد فرصتی برای نشان دادن خلاقیت طراح در طراحی بهینه است. منیفلد عبارتست از یک شاخه اصلی که از آن انشعابات زیادی گرفته می­شود. قواعد جانمایی در زیر شرح داده شده که طراح نقشه باید به آن­ها مسلط باشد.
اعمال تغییرات در اسناد: آخرین نسخه اسناد باید در دسترس طراح باشد بطوری که طراح از تاریخچه تغییرات در اسناد مطلع شود.
دسترسی: اپراتور باید به فضای مورد نیاز بین تجهیزات بکارگیری شیرها، بازدید از ابزارهای دقیق و… دسترسی کامل داشته باشد. همه موارد فواصل و راه­های دسترسی باید طبق قوائد محدودیت آن انجام شود.
مکان­های تجهیزات: تجهیزات از نظر قرارگیری مکانی به دو دسته ناحیه فرایند اصلی و ناحیه فرایند جانبی تقسیم می­شود. در ناحیه فرایند اصلی فرایند اصلی و عمومی انجام می­شود و در ناحیه فرایند جانبی تجهیزات جانبی و براورده ساختن نیازهای فرایند اصلی می­باشند.
ارتفاع تجهیزات: تجهیزات در حداقل ارتفاع از زمین برای تامین فرایند و عملکرد اپراتور قرار می­گیرند. برخی تجهیزات بر روی پایه بتنی و برخی بر استراکچر ها سوار می­شوند.
جاده­ها، سنگ فرش، راه آهن: در هر کارخانه باید جاده­های برای ارتباط با واحدهای فرایند و واحد جانبی و اطفا حریق و… در نظر گرفته شود. در شبکه جاده­ای باید توقف گاه­هایی تعبیه شده باشد.
سکوها، نردبان­ها، پله ­ها: در کله تجهیزات که نیاز به جایی برای ایستادن اپراتور در ارتفاع می­باشد باید پلت فرم را پیش­بینی کرد. پله­ها وظیفه هدایت پرسنل را به طبقات مختلف دارند. سیستم­های راه آهن یکی از خطوط اصلی را تشکیل می­دهند کخ باید بر طبق استانداردها طراحی شوند.
نگه­داری: فاصله مناسبی در اطراف سیستم کنترلی که نیاز به سرویس دارند در نظر گرفته می­شود.
انجام عملیات در کارخانه: باید راه­های دسترسی مناسبی در ارتفاعات مختلف یا پلت فرم­ها برای انجام عملیات در وضعیتی ایمن تعبیه شود.
لوله­کشی بالای زمین: به جز ایستگاه پمپاژ خطوط لوله مجرای فاضلاب و… باید بالای زمین باشد.
مسیر پاپینگ ممکن است تحت تاثیر دمای کاری، وزن لوله، هزینه مصالح و… قرار گیرد اما یک طراح با تجربه هنر مهندسی خویش را در ایجاد یک طرح ساده و قابل درک بکار می­گیرد. طراحی لوله­کشی بر اساس P&ID و مدرک Plot Plan که نشان دهنده مکان تجهیزات می­باشد، شکل می­گیرد. نحوه نصب لوله­ها بسته به معیار طراحی متغیر است. مواردی که در پایپینگ باید رعایت شود شرح داده شده است:
مقدار انبساط تجهیزات باید مورد توجه قرار گیرد.
تجهیزاتی که الکتروموتور دارند به عکس العمل نازل کمتری احتیاج دارند. پس باید تکیه­گاه لوله به نازل نزدیک باشد تا بار روی نازل کاهش یابد.
لوله ­ها باید در ارتفاعات یکسانی باشند.
اگر لوله به بالا یا پایین می­رود باید در نقاط بالا هواگیر، و در نقاط پایین امکان تخلیه سیال باشد.
حداقل ارتفاع لوله باید ۲٫۱متر باشد.
در قسمت­هایی که نیاز به تعمیر و نگه­داری دارند نباید لوله­کشی انجام شود.
قسمت­هایی که نیاز به بازدید دارند باید طراحی به گونه­ای باشد که فضای کافی برای دسترسی وجود داشته باشد.
۶-طراحی مدرک Plot Plan:
Plot Plan عبارتست از یک نقشه آرایش یافته که مشخص کننده محدوده کار یک کارخانه، جاده، تجهیزات و محل قرار گیری آن­ها، ساختمان صنعتی و غیر صنعتی و… است. آن­ها در چند مرحله از برداشت اولیه تا سندهای اندازه گذاری شده در مرحله ساخت، ایجاد می­شوند. Plot Plan نهایی تمام اجزا را با شماره مخصوص مشخص می­کند و بصورت دوبعدی می­باشد. Plot Plan یکی از مدرک­های مهم می­باشد که طی فاز مهندسی ایجاد می­شود و از آن برای جانمایی تجهیزات و همچنین ثبت فعالیت مهندسی و ساخت استفاده می­گردد. Plot Plan در زمینه­های مختلفی از قبیل طراحی لوله، سازه،مهندسی برق، مهندسی ابزار دقیق، مهندسی سیستم، زمان­بندی و کنترل پروژه، ساخت، برآورد و استفاده کارفرما استفاده می­شود. ایجاد Plot Plan علم دقیقی نیست چون جانمایی آن در ابتدای پروژه انجام می­شود. هدف نهایی ایجاد یک نقشه مطمئن و مقرون به صرفه است که حداقل ۲۵ سال مورد استفاده قرار گیرد. Plot Plan اغلب توسط فرآیندشان مشخص می­شود که اساسا به دو دسته تقسیم می­شوند.
آرایش افقی برای نصب روی سطوح که این آرایش در یک محیط مستطیلی قرار می­گیرد. مزیت آن این است که تجهیزات روی زمین قرار می­گیرند و ساخت آن آسانتر است و عیب آن مقدار قابل توجه سطح مورد نیاز و مسیرهای طولانی خطوط است.
آرایش عمودی جهت نصب روی سازه: در این آرایش تجهیزات بر روی سازه فولادی و بتنی نصب می­شود. مزیت آن آرایش اندک زمین مورد نیاز و قابلیت محصور بندی تجهیزات است. عیب آن در مورد اپراتور و دسترسی جهت نگه­داری است.
طراح هنگام جانمایی تجهیزات باید فاکتورهای متعددی را درنظر آورد. این موارد عبارتند از:
لوله­ کشی اقتصادی: ابتدا دیاگرام به گروه کوچکتر تجهیزات تقسیم شده و و دستگاه­ها و کل مجموعه طوری آرایش می­یابند که اقتصادی­ترین ارتباط بین سیستم­ها برقرار گردد.
محدودیت جانمایی کارخانه: مشخص کننده فاصله مورد نیاز بین تجهیزات و محدودیت فاصله ارتفاعی اپراتور و نگه­داری می­باشد.
براورده ساختن نیازهای فرآیند
عملکرد مشترک: تجهیزاتی که نیاز به توجه مستمر اپراتور دارند یا دارای تاسیسات و امکانات نگه­داری مشابه هستند، در یک فضا قرار می­گیرند.
در دسترس بودن زمین
سایز تجهیزات: طراح تجهیزات بزرگتر را در مرکز قرار داده و سایر تجهیزات را اطراف آن جانمایی می­کند.
امکانات زیر زمینی
شرایط آب و هوایی
بسترهای لوله: سازه­ای فولادی است که می­تواند جهت تامین ظرفیت سیستم مورد نیاز برای یک سرویس بصورت یک یا چند طبقه ساخته شود. آرایش بستر لوله متاثر از چیدمان تجهیزات، ظرایط سایت، درخواست کارفرما و اقتصاد خواهد بود. حالت ایده­آل یک آرایش مستقیم است.
جاده­ها، راه­ها دسترسی، پیاده­روها: مسیرهای دسترسی باید در داخل واحد و به منظور دسترسی به آیتم­هایی که نیاز به سرویس دارند، تعبیه گردد.
ساختمان­ها
فاصله تجهیزات: آخرین قدم فاصله بندی و ساپورت بندی تجهیزات می­باشد. طراح باید قبل از تایید آرایش نهایی با یک مهندس فرایند مشاوره نماید تا سایز لوله­ها را بداند.
۷-نقشه ­ها و مدارک مورد نیاز در طراحی پایپینگ
به منظور انجام فعالیت­های مربوط به یک پروژه لازم است یک تیم پروژه زیر نظر مدیر پروژه مشغول شوند. مدیر پروژه مسئول و کنترل کننده فعالیت­ها می­باشد. مهندس پایپینگ موظف است پروژه را طوری کنترل کند که هدف نهایی حاصل شود. از جمله مسئولیت او تحلیل تنش، طراحی تکیه­گاه و پیشگیری از واماندگی سیال و… می­باشد. یکی از توانایی های مهندس پایپینگ، توانایی شناخت مدیریت اسناد و مدارک می­باشد. مدارک مورد استفاده در مهندسی پایپینگ در زیر شرح داده شده است.
دیاگرام فرآیند یا جریان (P.F.D): پایه و اساس هرگونه طراحی پایپینگ که توسط مهندس شیمی طراحی می­شود. این دیاگرام در مرحله Basic Design طراحی می­شود و تجهیزات و ارتباطات را
به همراه اطلاعات فرآیندی نمایش می­دهد.
دیاگرام لوله­ کشی به همراه ابزار دقیق (P&ID): سندی که براساس دیاگرام فرآیند پایه ریزی می­شود. این دیاگرام مشخصات فرآیندی تجهیزات مورد نیاز لوله­کشی، نحوه اتصالات لوله­ها، سیستم عایق بندی، سایز لوله، جهت جریان و خطوط شیب­دار را بر اساس شماره خط­ها نشان می­دهد. شماره خطوط اطلاعاتی از قبیل قطر اسمی لوله، کلاس کاری، سرویس داخل لوله را در بر دارد. این دیاگرام­ها برای نمایش تجهیزات و پروسه طراحی پایپینگ هستند.
لیست خط: اعداد نشانگر شماره خط به منظور مشخص شدن در لیست خط می­باشند. لیست خط شامل تمام خطوط پروژه است که با توجه به اعداد نشانگر طبقه بندی می­شود که تمام پارامترهای طراحی خط شامل قطر، ضخامت، دما و جنس و نوع سیال و… را در بر می­گیرد.
لیست تجهیزات: لیست کردن تجهیزات با شماره­بندی و توضیحات فرآیندی
Piping specification: در انجام پروژه طراحی کارخانه نیاز به مدارکی است که محدودیت­های کاری را در طراحی و خرید و… را مشخص کند. از جمله این مدارک می­توان به Insulation Specification، Painting Specification، Supporting Specification اشاره کرد. برای جلوگیری از اتلاف وقت، سلیقه­ای نشدن پروژه، مسائل اقتصادی و جلوگیری از اشتباه فنی در مسائل دارای اهمیت در قسمت مهندسی پروژه نوشته می­شود.
Plot Plan: در واقع همان جانمایی تجهیزات است.
نقشه طراحی پایپینگ: این نقشه مسیر و شکل دقیق سیستم پایپینگ را نشان می­دهد و اصلی ترین سند مورد استفاده توسط مهندس پایپینگ است. این نقشه شامل نمای بالا و جانب است. برای مشخص شدن مسیر پایپینگ باید هر دو نما رسم شود. مبنای دیگر در نقشه پایپینگ موقعیت شمال است که به عنوان جهت مبنا بکار می­رود.
مدل اشل و نقشه مرکب: نقشه­های مرکب ترکیبی از نقشه­های سازه­ای، سیستم پایپینگ، سیستم HVAC و تجهیزات می­باشد که امکان استفاده موثر از فضای موجود را فراهم می­کند. مدل اشل در واقع نسخه کاهش یافته از پروژه است که شامل تجهیزات و سازه پایپینگ است. این نحوه نمایش در طراحی و ساخت و نصب کمک می­کند.
نقشه ایزومتریک پایپینگ: نمایش سه بعدی از سیستم پایپینگ است و زمانی استفاده می­شود که نمایش مفهومی و طرح کلی مهم­تر از ابعاد دقیق اشل می­باشد. این نقشه­ها در نصب و راه اندازی پایپینگ و مدل­های تحلیل تنش بکار می­روند.
ایزومتریک ساپورت: موقعیت ساختمان­ها و جهت حداقل کردن تعداد قیود انجام می­گیرد. موارد زیر باید در نقشه­ها پوشش داده شود.
نشان دادن سیستم مختصات Global
سیستم پایپینگ باید به یک ساختمان مبنا مشخص شود.
انتخاب نقاط گره­ای لوله در نقاطی که درای خیز بالایی هستند.
موقعیت، کارکرد و راستای عکس العمل تکیه­گاه­ها باید مشخص شود.
تعیین ابعاد بین نقاط گره­ای
نقشه ­های بازرسی سیستم در حال سرویس: هنگامی که سیستم در حال کار است باید بسته به حساسیت سیستم مراقبت ویژه­ای صورت گیرد. این نقشه به منظور کمک به گروه بازرسی در امتحان کردن اجزا تهیه می­شوند. این مدارک آخرین مدرک در پروژه پایپینگ است.
۸-تاریخچه اسناد کاربردی
مدارک­های کاربردی توسط گرو­ه­های تخصصی نوشته می­شود که افراد این گره­ها نماینده صنایع، انجمن­های حرفه­ای و مشاورین می­باشند. این اسناد در برخی زمینه­های خاص مشخصات مورد نیاز را در قالب اصول اساسی مطرح می­کنند. این اسناد کاربردی بصورت زیر است.
کد: گروهی از قوانین یا استاندارد سیستماتیک برای طراحی، ساخت و بازرسی و… است که طوری تنظیم می­شود که با قوانین مدون کشور سازگار باشد. کدها یک سری محدودیت­ها و ممنوعیت­ها را شامل می­شوند که بایستی جهت استاندارد سازی لحاظ شود.
استاندارد: اسنادی هستند که توسط یک گروه حرفه­ای که شایستگی و تجربه مهندسی لازم را دارند تدوین می­گردند. این موارد پارامترهای لازم در طراحی را مشخص می­کنند.
توصیه عملی: اسنادی هستند که توسط یک گروه حرفه­ای تدوین می­شوند.
راهنماها: اسنادی تهیه شده توسط گروه­های مهندسی هستند که شامل روش­های متعدد مهندسی می­شوند. این راهنمایی­ها در صورت صلاحدید مهندس طراح می­تواند مورد استفاده قرار گیرد. اغلب این راهنماها نسخه اصلاح شده استانداردهای موجود هستند بطوری که با دیدگاه خاص طراحی در آن واحد صنعتی سازگاری داشته باشند.
۹-استاندارد کاربردی مربوط به پایپینگ
این اطلاعات صرفا برای راهنمایی استفاده از این کدها و استانداردها ارایه می­شود. در زیر به توضیح استانداردهای بین المللی پرداخته شده است.
موسسه فولاد سازی آمریکا (AISC): این کد معادلات طراحی و روش­های عملی تایید شده برای فولاد ساختمانی را شامل می­گردد. در ساخت سازه فولادی از این کد استفاده می­شود.
موسسه استاندارد ملی آمریکا (ANSI): فعالیت­های آن عبارتست از: مشخص کردن اینکه چه استانداردی در چه زمانی مورد نیاز است، تایید شایستگی سازمان­های داوطلب، تهیه پروسه­های موثر برای سازمان­هایی که استاندارد می­نویسند، با اعمال نظارت استفاده موثر از منابع را باعث می­شود.
انجمن استاندارد سازی تولیدکنندگان شیر(MSS): یک سازمان ملی در صنعت شیر و فیتینگ است. حداقل الزامات طراحی این کدها توسط صنایع به عنوان یک استاندارد برای تمام قسمت­های سیستم پایپینگ بکار می­رود.
انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (ASME): این کد طراحی وساخت بویلرهای نیروگاه حرارتی و مخازن تحت فشار را شامل می­شود. این کدها به ترتیب عبارتند از: بویلرهای نیروگاهی، مشخصه مواد، اجزای نیروگاه هسته­ای، بویلر حرارتی، تست غیر مخرب، قوانین نگه­داری بویلر حرارتی، قوانین نگه­داری بویلر نیروگاهی، مخازن تحت فشار، جوشکاری و لحیم کاری، مخازن تحت فشار تقویت شده توسط فایبر گلاس، قوانین بازرسی قسمت­های نیروگاه هسته­ای
مرزهای کدهای مختلف: وقتی بیشتر از یک کد برای تعیین معیار سیستم­ها وجود داشته باشد و یا
معیارهای متعددی توسط یک کد تعیین شده باشد مرز این معیارها باید مشخص شود.
انجمن آمریکایی تست و مواد (ASTM): به منظور تدوین استانداردهایی درباره مشخصات و کارایی مواد و محصولات و سرویس­های لازم تاسیس شد. این استانداردها در مورد مشخصات استاندارد روش­های تست، تقسیم­بندی، تعاریف و روش علمی و… تقسیم می­شد. تمامی مواردی که در پایپینگ بکار می­روند تحت آزمایشات ASTM قرار می­گیرند.
انجمن قوانین مخازن تحت فشار و بویلر: هدف این است که قوانین مربوط به بویلرها و مخازن و آژانس­های مربوطه بصورت واحد ارائه شوند. به همین دلیل توصیه می­کند که مهندسین و بازرسین از کد مخازن و بویلر ASME استفاده کنند.
بورد ملی ناظرین بویلر و مخازن تحت فشار: این گروه اقداماتی از قبیل واحد سازی قوانین و مقررات مخازن و بویلر، ارتقا استانداردها، ارائه استانداردی برای ناظرین کیفیتاستفاده از یک کد و مهر استاندارد واحد بر بویلر و مخازن که از کدهای ASME استفاده می­کنند.
انجمن مهندسین حرارت مرکزی و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE): هدف ارتقا و توسعه صنعت حرارت مرکزی و یخچال و تهویه مطبوع به نفع عموم مردم می­باشد.
موسسه ساخت لوله (PFI): هدف و الزام جدی و به اثبات رسیده در سطح طراحی و تجاری است.
اداره کل سلامت و امنیت مشاغل (OSHA): مواردی مانند راحتی دسترسی و ارتفاع مناسب در سیستم را مشخص کرده و قانون مربوطه را تصریح می­کند. این الزامات باید به دقت توسط مهندسین پایپینگ بررسی شود تا بتوانند موارد موثر دیگر در طراحی را بدست آورند.
انجمن جوش آمریکا (AWS): اطلاعاتی در زمینه مقدمات جوشکاری، طراحی جوش، تربیت نیروی انسانی در جوشکاری، آزمایش و بازرسی جوش و راهنمایی در زمینه استفاده از جوش ارائه می­کند.
کدهای ساختمانی (SBC): الزاماتی را در ارتباط با امنیت و بی خطر بودن سازه ساختمانی در برمی­گیرد.
کمیسیون آیین نامه­های هسته­ای (NRC): یک آزانس قانون­گذاری است که الزامات مربوط به صنایع هسته­ای و آیین نامه و اجازه ساخت و جواز عملکرد نیروگاه هسته­ای را صادر می­کند. قوانین و آیین نامه­های آن به کدی بنام CFR معروف است. بخش­هایی از CFR که در سیستم پایپینگ مورد توجه می­باشند عبارتند از: گزارش نقایص، صدور مجوز برای تولید و معیار انتخاب محل راکتور هسته­ای. NRC راهنمایی­هایی را منتشر می­کند که روش­های مورد قبول کادر NRC در پیاده­سازی بخش­های مختلف آیین نامه NRC را توضیح دهد. راهنمایی آیین نامه­ای که در سیستم پایپینگ
مورد توجه هستند عبارتند از: ۱-مقدمه، ۲-توضیحات، ۳-جایگاه آیین نامه، ۴-استفاده از استاندارد ANSI، ۵-اجرای آیین نامه
زمانی که NRC متوجه عدم کفایت در اجرای آیین نامه از سوی کاربران می­شود، در مورد بازرسی و اجرای قوانین یک بیانیه به گروهی از بخش­هلی دارای مجوز که نیاز به بازرسی دارند منتشر می­کند. این بیانیه شامل مجموعه کارهایی که باید انجام شود و جدول زمان­بندی کارها می­باشد.
صادر کننده مجوز در NRC نقشه مرور استاندارد را به عنوان راهنمایی برای استفاده در کاربردهای هسته­ای ارائه می­دهد. این نقشه­ها SRP نامیده می­شوند. همچنین یک پایه مشخص به منظور ارزیابی تغییرات احتمالی و نیازها در آینده ارائه می­کند. در حال حاضر بیش از ۲۰۰ نوع آن وجود دارد که هر کدام با توجه به کاربرد آن مشخص می­شود.