تجزیه و تحلیل استرس لوله بخش مهمی از مهندسی پایپینگ و طراحی لوله‌کشی است. تنش سیستم لوله‌کشی پدیده‌ای است که می‌تواند کارایی کل مجموعه و فرایند را تحت‌تأثیر قرار دهد و باعث خرابی لوله‌کشی صنعتی و پایپینگ شود. هر گونه خرابی در سیستم لوله‌کشی و پایپینگ می‌تواند منجر به نتایج غیرقابل‌پیش‌بینی شود. تحلیل تنش پایپینگ دانشی ترکیبی، برگرفته از علم و هنر محسوب می‌شود.
با دانستنی‌های آهن نرخ به معرفی تحلیل استرس لوله در پایپینگ و سیستم لوله‌کشی صنعتی می‌پردازیم تا از آسیب‌های استرس لوله پیشگیری کنیم.
در این مقاله می‌خوانید:
- تحلیل تنش لوله در لوله‌کشی چیست؟
- چه عواملی باعث ایجاد استرس لوله می‌شود؟
- لزوم انجام آنالیز تنشی لوله در سیستم لوله‌کشی و پایپینگ
- در چه شرایطی یک سیستم لوله‌کشی و پایپینگ نیازی به تحلیل استرس لوله ندارد؟
- اطلاعات ورودی موردنیاز برای تجزیه تحلیل استرس لوله در سیستم لوله‌کشی و پایپینگ
- کدها و استانداردهای تحلیل استرس لوله
تحلیل تنش لوله در لوله‌کشی چیست؟
موضوع تحلیل تنش لوله Pipe tress analysis یک روش تحلیلی برای بررسی و پیش‌بینی نحوه رفتار سیستم لوله‌کشی و پایپینگ در طول فرایند است. تحلیل استرس لوله بر اساس متریال پایپینگ و فشار، دما، متریال سیال، تکیه‌گاه لوله‌کشی و سازه‌های نگهدارنده لوله یا پایپ رک Pipe Rack انجام می‌گیرد. تحلیل استرس لوله، تصویر دقیقی از رفتار پایپینگ نیست، اما برآورد و پیش‌بینی نزدیک به واقعیت است که منجر به پیشگیری‌های نزدیک به‌یقین می‌شود.
مهندسان پایپینگ باید درک خوبی از طرح‌بندی لوله‌کشی، الزامات کد ASME و هنر بهینه‌سازی طراحی لوله‌کشی داشته باشند. پارامترهایی مانند ایمنی لوله، تجهیزات پایپینگ و انواع مختلف اتصالات لوله Pipe Fitting در تحلیل استرس لوله مورد بررسی قرار می‌گیرند. تحلیل تنش لوله شامل بررسی انعطاف‌پذیری و سختی یک سیستم لوله‌کشی فرایندی یا خطوط لوله انتقال تحت شرایط بارگذاری مختلف است. تحلیل استرس لوله حداکثر تنش‌ها، جابه‌جایی‌ها، نیروها و گشتاورها را در سیستم لوله‌کشی و پایپینگ تعیین می‌کند. به‌این‌ترتیب اصلاحات لازم برای برآوردن الزامات استاندارد ASME را در محدوده تنش‌های پایدار، جابه‌جایی و بار مجاز پیشنهاد می‌کند.
چه عواملی باعث ایجاد استرس لوله می‌شود؟
- میزان بار ثابت و متغیر سوار بر لوله‌کشی و پایپینگ مانند: وزن لوله، اجزای لوله‌کشی، عایق‌بندی، سیال جاری و سایر تجهیزات پایپینگ متصل به سیستم
- فشار خطوط لوله در هر بخش
- محدودیت در انبساط و انقباض لوله در اثر تغییر دمای محیط و همچنین دمای سیال داخل سیستم لوله‌کشی
- واکنش سیستم لوله‌کشی نسبت به تخلیه آرام و تخلیه ناگهانی به‌عنوان‌مثال عملکرد شیرهای فشارشکن و شیر اطمینان
- درنظرگرفتن بار اضافه گاه‌به‌گاهی مانند بار باد و یا لرزه‌های ناگهانی
- اندازه‌گیری بار دینامیکی سیال که در سیستم لوله‌کشی و پایپینگ در جریان است.
برای دستیابی به یک تحلیل تنش لوله‌کشی کارآمد؛ صنایع مختلف از دستورالعمل‌های مهندسی پایپینگ و نرم‌افزارهای تحلیل استرس لوله‌کشی استفاده می‌کنند. برای آشنایی بیشتر با نحوه تحلیل استرس لوله در پایپینگ به چند نمونه از موارد قابل‌توجه در سیستم لوله‌کشی صنعتی و لوله‌کشی تاسیسات اشاره می‌کنیم:
- تحلیل استرس لوله زمانی که اندازه دهانه لوله ۴ اینچ یا بیشتر است و دمای عملیاتی سیستم لوله‌کشی به بیش از ۶۵ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.
- برای پایپینگ در دمای بالا و حرارت بیش از ۱۴۸ درجه سانتی‌گراد، لوله‌های با قطر دهانه کمتر از ۴ اینچ نیز به تحلیل استرس نیاز دارند.
- قطر دهانه پایپ بیشتر از ۱۲ اینچ به لحاظ وزن بر سیستم لوله‌کشی و پایپینگ فشار باری وارد می‌کند که نیاز به تحلیل استرس دارد.
- در بعضی موارد بسته به متریال پایپینگ فشار بار وزن پایپ با دهانه ۸ اینچ به بالا نیز به تحلیل استرس نیاز دارد.
- تحلیل تنش لوله زمانی که اندازه قطر دهانه لوله نیم اینچ و بیشتر است و لوله‌کشی به تجهیزات دوار متصل می‌شود، الزامی است.
- اگر قطر لوله ۶ اینچ و بالاتر به مخازن تحت‌فشار متصل می‌شود؛ تحلیل استرس را نیاز دارید.
تحلیل استرس لوله از مهمترین اقدامات پایپینگ
- لوله‌کشی صنعتی در سیستم‌های برودتی حتماً نیاز به تحلیل استرس دارند.
- در پایپینگ صنایع نفت و گاز و لوله‌کشی صنایع پتروشیمی که سیستم حامل مواد شیمیایی خطرناک است، تحلیل تنش لوله‌کشی الزامی است.
- هر زمان احتمال لنگر انداختن جریان‌های گرم در دو سر اتصال لوله‌ها وجود داشته باشد؛ حتی اگر طول لوله‌ها کوتاه باشد، تحلیل استرس لوله مهم است.
- اگر بررسی‌های مهندسی پایپینگ یا گزارش عملکردی طراحی لوله‌کشی نشان دهد که سیستم فاقد انعطاف است؛ تحلیل استرس لوله‌کشی الزامی است.
- تعداد انشعابات بیشتر به معنای سیستم لوله‌کشی پیچیده است؛ در این صورت حتماً به تحلیل تنش لوله‌کشی در بخش‌های مختلف سیستم نیاز خواهید داشت.
- خط لوله‌های متصل به پمپ‌های مکش یا پمپ‌های تخلیه حتماً نیاز به تحلیل استرس دارند؛ چرا که تحت ارتعاش شدید قرار می‌گیرند.
- سیستم لوله‌کشی نیروگاه‌هایی که در نواحی زلزله‌خیز هستند؛ الزاماً به تحلیل استرس لوله نیازمندند.
لزوم انجام آنالیز تنشی لوله در سیستم لوله‌کشی و پایپینگ
برای اطمینان از هدایت و پشتیبانی ایمن لوله‌ها در سیستم لوله‌کشی به آنالیز تنشی لوله نیاز دارید. در کارخانه‌‌های فرایندی برای‌آنکه طی فرایند تأثیرات حرارتی انبساط و انقباض به حداقل برسد؛ تحلیل تنش لوله لازم است. همچنین برای عدم آسیب به لوله و تجهیزات لوله‌کشی متصل؛ ناشی از وزن، فشار، زلزله و باد، ضربه، نشست فونداسیون، تحلیل استرس لوله مهم است.
به‌این‌ترتیب تنش‌های وارد بر پایپینگ در حد مجاز و ایمن حفظ می‌شوند.
- هنگام استفاده از نازل‌ها در طول لوله‌کشی صنعتی برای نگه‌داشتن بارگذاری نازل در حد مجاز و استاندارد آنالیز تنشی برای کل سیستم لازم است.
- تجهیزات لوله‌کشی با استانداردهایی مانند API 610 و API 617، و بخش‌های هیدرولیک در لوله‌کشی نیاز به تحلیل استرس لوله دارند.
- همچنین برای حفظ استاندارد تنش مخازن تحت‌فشار در اتصالات لوله‌کشی در محدوده مجاز، الزام استفاده از تحلیل تنش لوله وجود دارد.
- محاسبه بارهای ناشی از تکیه‌گاه‌ها و مهارهای لوله در طراحی لوله‌کشی مهم است و تعیین جابه‌جایی لوله‌ها برای بررسی تداخل عملکرد ضروری است.
تجزیه تحلیل تنش لوله در جهت بهینه‌سازی طراحی لوله‌کشی کمک به سزایی است و برای جلوگیری از لرزش بیش از حد لوله‌ها حیاتی است. به‌این‌ترتیب برای محدودکردن بار روی انواع فلنج فلزی در اتصالات لوله‌کشی و سایر بارهایی که سیستم متحمل می‌شود؛ تحلیل استرس مفید است.
در چه شرایطی یک سیستم لوله‌کشی و پایپینگ نیازی به تحلیل استرس لوله ندارد؟
گاهی اوقات ممکن است نیازی به انجام آنالیز و تحلیل استرس لوله نباشد؛ حتی اگر لوله‌کشی دارای موقعیت تنش باشد. اما به هر صورت اگر زمان و هزینه اجازه می‌دهد، تحلیل استرس لوله همواره به بهترشدن بهره‌وری در لوله‌کشی و پایپینگ کمک می‌کند. در شرایطی که تصمیم به عدم انجام آنالیز تنشی لوله‌کشی می‌گیرید؛ به این نکات توجه کنید:
- اگر پروژه‌های مشابه با همان نقشه و طراحی لوله‌کشی قبلاً تحلیل استرس لوله شده باشد، می‌توانید از این تشابه برای مقایسه پروژه جدید استفاده کنید.
- لازم به ذکر است مقایسه و تأیید حتماً باید توسط یک متخصص لوله‌کشی باتجربه و مهندس پایپینگ انجام شود.
- هر گاه سیستم لوله‌کشی کوچک و طول لوله‌ها کم باشد، همچنین احتمال رشد حرارتی در سیستم نباشد می‌توانید از تحلیل تنش لوله صرف‌نظر کنید.
اطلاعات ورودی موردنیاز برای تجزیه تحلیل استرس لوله در سیستم لوله‌کشی و پایپینگ
به‌طورکلی دو نوع تنش بر روی لوله در سیستم‌های لوله‌کشی وجود دارد: تنش محوری و تنش محیطی
برای پیش‌بینی و مدیریت هرگونه استرس لوله هنگام طراحی لوله‌کشی به اطلاعات ورودی زیر نیاز دارید:
- تعیین نوع لوله – تفاوت ساختاری لوله مانیسمان (بدون درز) و لوله درزدار فولادی
- سایز لوله در اندازه‌های قطر خارجی OD – ضخامت دیواره WT – قطر داخلی ID – طول خطوط لوله
- فشار و دمای عملیاتی
- نوع عایق – انواع عایق لوله در پایپینگ
- تخمین میزان خوردگی در واحد زمان
- تعیین متریال ساخت‌و‌ساز یا MOC
- مشخصات سیال مانند وزن مخصوص و چگالی جریان
- فشار تست هیدرو
- رتبه‌بندی فلنج
- وزن شیر و فلنج استاندارد – نحوه انتخاب شیرآلات صنعتی در سیستم لوله‌کشی
- میزان استرس ایزومتریک
- کد و استاندارد حاکم مطابق هدف پایپینگ
- نمودار جریان فرایند
- مشخصات مواد لوله‌کشی – انواع متریال پایپینگ + جدول متریال لوله‌کشی در صنایع
- نقشه چیدمان و ترتیب عمومی تجهیزات لوله‌کشی یا GAD
برخی از کدها و استانداردهای تحلیل استرس لوله عبارت‌اند از:
- استاندارد ASME B 31.3 برای لوله‌کشی فرایندی
- جهت لوله‌کشی برق استاندارد ASME B 31.1
- در مورد خطوط لوله هیدروکربن استاندارد ASME B 31.4
- استاندارد ASME B 31.8 برای خط لوله گاز
- جهت لوله‌کشی و خط لوله مخصوص هیدروژن استاندارد ASME B 31.12
- کد API 610 برای پمپ‌های گریزازمرکز
- پمپ‌های جابه‌جایی فشار مثبت با کد API 676
- استاندارد API 617 برای کمپرسورهای گریزازمرکز
- رعایت کد API 618 برای کمپرسورهای رفت و برگشتی
- رعایت ASME Section VIII برای مخازن تحت‌فشار
به‌این‌ترتیب تحلیل استرس لوله در پایپینگ و لوله‌کشی صنعتی به افرایش بهره‌وری سیستم و دوام و طول عمر آن بسیار مؤثر است. مرکز فروش آهن نرخ برای ارائه تجهیزات لوله‌کشی و استانداردهای لوله‌کشی و پایپینگ در خدمت شما است.
جهت خرید انواع لوله و اتصالات لوله هماهنگ باهدف سیستم و پایپینگ با مشاورین ما در آهن نرخ تماس بگیرید.
