لوله کشی صنعتی

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 6 تا 12 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  (ANSI)؛  انجمن مواد آمریکا (ASTM) و نفت آمریکا (API) ساخته میشوند.

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 فیتینگ ها :

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 است می باشند.

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 :

Weldolet : برای ایجاد شاخه 90 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 45 درجه بر روی لوله مستقیم

Sweepolet: ایجاد شاخه کاهنده 90 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 می­روندعبارتنداز :

1)  Swaged nipples

2) Union

3) Reducer insert

4) Reducer

5) Full coupling

6) ELBOW-FLANGE

اتصالات جوش سوکت جهت انشعاب­گیری از مسیر:

سه راهی مستقیم یا کاهنده: شاخه 90 درجه از لوله اصلی ایجاد می­کند.

لاترال: شاخه 45 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:

1) Half coupling

2) Sockolet

3) Socket welding elbolet

4) Socket welding latrolet

5) Nipolet

6) Stub-in

سیستم لوله­کشی 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.

اتصالات سیستم پیچی جهت انشعاب­گیری از مسیر:

سه راهه مستقیم و کاهنده: ایجاد یک شاخه 90 درجه

لاترال: ایجاد یک شاخه 45 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 Thredolet ؛ Half coupling 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-faceهستند. 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 80 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: رای 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.

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.

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.