پایپینگ چیست؟

مجموعه‌ای از اتصالات که جهت انتقال سیالات استفاده می‌گردد. یکی از حساس‌ترین قسمت پروژه‌های صنعتی لوله کشی صنعتی یا پایپینگ می‌باشد موارد استفاده از پایپینگ در صنایع ، پتروشیمی، پالایشگاه، صنایع غذایی و نفتی و نیروگاه‌ها و سازه‌های دریایی و تصفیه فاضلاب و تهویه و غیره کاربرد دارد.گروه فنی مهندسی آدر صنعت در این مقاله به بررسی پایپینگ و تحلیل دینامیک سیالاتی آن در محیط انسیس فلوئنت و توضیح بابت پایپینگ و لوله کشی صنعتی را ارائه می نماید.

استفاده از Piping در صنعت بسیار رایج شده و جهت حصول از افت فشار و میزان عملکرد پایپینگ قبل از تاسیس به بررسی و شبیه سازی Piping در محیط شبیه ساز می باشد لذا در این قسمت به چگونگی وارد نمودن هندسه از مجموعه نرم افزارهای CAD به منظور ترسیم اشکال هندسی پیچیده در محیط CAD می پردازیم و پس از آن به المان بندی هندسه پایپینگ و تنظیم سخت افزار حلگر و تنظیم شرایط مرزی و توابع حاکم و ضرایب همگرایی و تحلیل مسئله و بررسی بردار جریان و فشار وارده بر پایپینگ و نتایج خروجی می پردازیم.

گروه فنی مهندسی آدر صنعت در این قسمت از آموزش به شبیه سازی پایپینگ در انسیس فلوئنت با بررسی هندسه و المان بندی و تحلیل نتایج مجمعه لوله های پایپینگ می پردازد. همچنین جهت بررسی بیشتر این گونه سیستم پایپینگ می توانید به مقاله ISI مندرج مراجعه نمائید.

کاربردهای پایپینگ چیست؟

لوله‌های صنعتی اغلب، به صورت استوانه‌‎ای شکل طراحی و ساخته شده و توسط اتصالات مخصوص با فرم‌دهی خاص به یکدیگر متصل می گردند و پیکربندی می‌شوند. معمولا از لوله‌های استوانه‌ای در انتقال انرژی، دوغاب و دیگر سیالات از محلی به محل دیگر استفاده می‌شود.

به طور کلی لوله کشی صنعتی در ساخت و ساز و بسیاری مانند موارد زیر بکار می‌رود:

پتروشیمی، صنایع غذایی، شهرسازی، نفت و گاز، نیروگاه، سازه‌های دریایی، کشاورزی، ساختمان‌سازی، راه‌سازی، تهویه، تصفیه فاضلاب، ساخت مواد نیمه رسانا، لایروبی

اجزای پایپینگ چیست؟

لوله، تیوب، اتصالات، فلنج، گسکت یا واشر، پیچ، مهره، ولو، اتصالات انبساط، شلنگ فشار قوی، صافی، گیره، ابزار دهی و جدا کننده تشکیل شده است.

اتصالات در پایپینگ چیست؟

در پایپینگ برای توزیع و تغییر ظرفیت جریان؛ از قطعاتی به نام اتصالات استفاده می‌شود. اتصالات پایپینگ انواع متنوعی دارد  و از هر کدام متناسب با شرایط و اهداف اجرایی مختلف، استفاده می‌شود. مهم‌ترین این اتصالات عبارتند از:

زانویی:  به منظور تغییر مسیر خط لوله به صورت 45 و 90 درجه استفاده استفاده می‌شود.

کاهنده:  به منظور ایجاد ارتباط‌ بین لوله‌هایی با سایزهای مختلف استفاده می‌شود.

چهار راهی: به منظور ایجاد انشعاب جدید و گسترش شبکه استفاده می‌شود.

سه راهی : به منظور ایجاد انشعاب از خط لوله اصلی از آن استفاده می‌شود.

خم :  به منظور تغییر مسیر خطوط لوله استفاده می‌شود.

برگردان:  به منظور برگشت 180 درجه ای خط از آن استفاده می‌شود.

کپ:  به منظور مسدود کردن انتهای لوله استفاده می‌شود.

شیرآلات در پایپینگ چیست؟

شیرآلات یک وسیله مکانیکی و از اجزای اصلی پایپینگ هستند که از آنها در جهت کنترل جریان و فشار در یک سیستم استفاده می‌شود. انواع شیرآلات بکار رفته در سیستم‌های پایپینگ عبارتند از:

شیر اطمینان ، شیر چک دیافراگم ولو،  پلاگ ولو، شیر پروانه‌ای، پینچ ولو، بال ولو، شیر کنترل

سیستم‌های پایپینگ چیست؟

انواع سیستم‌های پایپینگ لوله کشی نیروگاهی لوله کشی فرایندی لوله کشی انتقالی لوله کشی تبریز لوله کشی تاسیسات ساختمانی خدماتی و غیره می‌باشد

لوله کشی فرایندی به مجموعه لوله‌هایی که جهت انتقال سیال از یک سیستم به سیستم دیگر به جهت تولید و تغییر خواص و یا حالت سیال لوله کشی فرایندی می‌گویند مثالی که می‌توان در این زمینه بیان کرد انتقال آب از یک سیستم به یک سیستمی به جهت تولید نوشابه و یا آب معدنی را لوله کشی فرایندی می‌گویند.

لوله کشی نیروگاهی یا لوله کشی پایپینگ به مجموعه لوله‌هایی که برای انتقال بخار به جهت انتقال به توربین برای تولید برق لوله کشی نیروگاهی می‌گویند در لوله کشی نیروگاهی می‌توان به نیروگاه‌هایی که زمین گرمایی و یا نیروگاه‌های حرارتی و نیروگاه‌های هسته‌ای و غیره می‌توان اشاره کرد لوله کشی تاسیسات ساختمان به مجموعه لوله‌کشی‌هایی گفته می‌شود که به جهت انتقال آب آشیامیدنی و یا برای سرویس بهداشتی و یا لوله‌های فاضلاب و یا لوله‌های انتقال آب باران و غیره از جمله لوله‌های سیستم‌های تهویه مطبوع از جمله سرمایشی و گرمایشی در ساختمان را لوله کشی تاسیسات ساختمانی می‌گویند.

لوله کشی انتقالی به مجموعه لوله کشی‌هایی که برای انتقال سیالی از یک سیستم به یک سیستم دیگر در فاصله کوتاه و یا در برد بلند لوله کشی انتقالی می‌گویند.

لوله کشی‌های تبرید به مجموعه لوله‌کشی‌هایی که بین کمپرسور تا محیط به جهت انتقال سیال تبرید برای انجام دادن خنک کاری استفاده می‌گردد را لوله‌کشی‌های تبرید می‌گویند.

لوله و انواع آن در پایپینگ چیست؟

به استوانه توخالی که برای انتقال سیالات از یک مکان به مکان دیگر استفاده می‌شود، لوله می‌گویند. در پایپینگ از سه نوع لوله با انتهای استاندارد استفاده می‌شود:

لوله با انتهای تخت، لوله با انتهای رزوه ،لوله با انتهای پخ خورده، قسمتهای اصلی لوله کشی صنعتی یا پایپینگ

در لوله کشی صنعتی اصولا سه نوع مختلف انتهای لوله استاندارد مورد استفاده قرار می‌گیرند: انتهای تخت، انتهای رزوه، انتهای پخ خورده

اتصالات لوله

فیتینگ یا اتصالات لوله، برای اتصال چند قسمت مختلف، توزیع جریان، افزایش یا کاهش ظرفیت جریان و اتصال به کار می‌روند. متداول ترین انواع اتصالات لوله ها شامل زانویی ، خم ، برگردان ، سه راهی ، چهار راهی ، کاهنده ، درپوش ، پلاگ ، کوپلینگ، اولت  می شوند.

فلنج لوله

فلنج لوله یک دیسک یا حلقه است که به انتهای لوله متصل است. اتصالات فلنجی معمولا از طریق پیچ کردن دو فلنج به یکدیگر و قرار گرفتن یک واشر جهت آب‌بندی بین دو فلنج برقرار می‌شوند. فلنج می‌تواند به عنوان یک حلقه در نظر گرفته شود که معمولا دارای سوراخ‌هایی برای پیچ است و به انتهای لوله یا تیوب پیچ یا جوش داده می‌شود تا امکان اتصال قطعات دیگر به لوله فراهم شود. فلنج‌ها دسترسی آسانی برای تعمیرات، تمیزکاری، بازرسی یا تغییرات فراهم می‌کنند. انواع بسیار زیادی از فلنج‌ها در سیستم‌های پایپینگ مورد استفاده می‌باشد

ولو چیست؟

شیرها وسیله‌های مکانیکی هستند که جریان و فشار را در یک سیستم پایپینگ کنترل می‌کنند. ولوها اجزای ضروری هر سیستم پایپینگ می‌باشند.

پیچ چیست؟

در صنعت پایپینگ، برای اتصالات فلنجی از استاد بولت (Stud Bolts) و ماشین بولت (Machine Bolts) استفاده می‌شود. استاد بولت یک میله رزوه شده با دو مهره شش وجهی است؛ در حالی که ماشین بولت دارای یک سر و یک مهره می‌باشد. انتخاب مواد پیچ بستگی به تطابق با متریال فلنج، شرایط سرویس، خواص مکانیکی و خواص دما بالا دارد.

ساپورت لوله :

ساپورت‌های لوله ، قطعاتی از پایپینگ هستند که برای نگه داشتن و بالا بردن لوله از یک سازه برای آرایش عمودی و افقی طراحی می‌شوند. گایدهای لوله (pipe guides) و اسلایدهای لوله (pipe slides) برای حرکت طولی به دلیل انبساط یا انقباض لوله، ساپورت‌های کفشکی (shoe supports)، کلمپ‌های U، ترمزهای محوری (axial stops)، ساپورت‌های فنری (spring supports)  از ساپورت پایپینگ می‌باشد.

قطعات ویژه:

قطعات ویژه برای انجام وظایف خاصی به غیر از کاربردی پایپینگ ذکر شده در بالا استفاده می‌شوند. قطعات خاص معمول شامل صافی‌ها (strainers)، تله بخار (steam traps)، اتصالات انبساطی (expansion joints)، اوریفیس پلیت (orifice plates)، اوریفیس‌ ولوهای محدود کننده (restriction orifices) می‌باشند.

انتخاب نوع انتها در پایپینگ چیست؟

انتخاب نوع انتها برای اجزای پایپینگ به نوع اتصال مورد استفاده در یک سیستم پایپینگ خاص بستگی دارد. اتصالات پایپینگ معمول شامل موارد زیر می‌شوند:

اتصالات رزوه‌ای ، اتصالات لب به لب ، اتصالات سوکتی، اتصالات فلنجی، اتصالات شیاری، اتصالات چسبی، اتصالات ویژه

کارشناس و طراح سیستم‌های پایپینگ فردی است مهندس مکانیک که تمامی فعالیت‌های مربوط به طراحی ساخت اجرا و نظارت و کنترل کیفیت را بر مجموعه سیستم‌های پایپینگ را انجام می‌دهد

جنس متریال‌های مجموعه پایبینگ عبارتند از آلومینیوم، برنز، برنج، کربن، گرافیت، سرامیک، بتن، فایبرگلاس، پلی پروپیلن، پی‌وی‌سی، تیتانیوم و فولاد زنگ نزن ساخته می‌شود.

تقسیم بندی لوله ها بر اساس جنس در پایپینگ چیست؟

لوله گالوانیزه: به منظور انتقال آب

لوله کربن استیل: به منظور انتقال مایعات و گازها (بدون خطر خوردگی)

لوله کربن استیل:  برای انتقال مایعاتی که خطر خوردگی دارند.

لوله کربن استیل:  برای انتقال مایعات با دمای بسیار پایین.

لوله GRP و GRE : برای انتقال مایعات با فشار پایین و خورندگی بالا.

لوله استنلس استیل: برای انتقال مایعاتی که خاصیت خورندگی بالایی دارند.

لوله کاپرنیکل: برای انتقال سیالاتی که خطر سایش دارند.

تفاوت‌هایی که برای مجموعه اتصالات پایپینگ استفاده می‌شود در مورد لوله‌های پایپ و لوله‌های تیوب آن است که برای اتصال‌های جوشی و مقطعی برای مقادیر کم از پایپ استفاده می‌گردم ی برای متراژ‌ های بالا بدون جوش و بدون درز از تیوب استفاده می گردد.

تفاوت پایپ و تیوب در پایپینگ چیست؟

علاوه بر پایپ یا همان لوله، تیوب نیز یکی دیگر از تجهیزات صنعتی است که برای انتقال سیالات از آن استفاده می‌شود؛ اما با وجود شباهت کاربردی، این دو با یکدیگر تفاوت دارند. توجه داشته باشید که در استانداردهای اروپا لوله و تیوب بر اساس قطر خارجی و ضخامت دیواره توصیف می‌شوند.

رسوب زدایی در پایپینگ چیست؟

در ارتباط با سیستم های پایپینگ انتقال بخار، ضروریست که بصورت پیوسته رسوبات تشکیل شده در داخل لوله رسوب زدایی شوند. در صورتیکه این رسوب زدایی در خطوط لوله به درستی اجرا نشود، این رسوبات به همراه بخار در لوله جریان می یابد و منجر به عارضه ضربه قوچ شده و باعث به وجود آمدن خساراتی به لوله و اتصالات خطوط لوله خواهد شد. به علاوه اضافه شدن رطوبت به بخار و انتقال به توربین یا پمپ موضوعی بسیار خطرناک است. ابزارآلات و تجهیزات مختلفی به منظور حذف این رسوبات و رطوبت در پایپینگ طراحی و ساخته شده است.

نقش عایق در پایپینگ چیست؟

سیستم های پایپینگ به منظور انتقال سیالات، دارای دمایی بالاتر از دمای محیط مجاور خود می باشند.در خطوط لوله به منظور کاهش میزان هدر رفت گرمای سیالات جاری در خطوط لوله به محیط مجاور ، لوله ها با عایق پوشانده می شوند.

عایق کاری نه تنها گرما را در خطوط لوله حفظ می کند، بلکه از افزایش دمای بیش از حد تجهیزات و تاسیسات نیز جلوگیری میکند. عایق کاری خطوط لوله گرم از وارد آمدن آسیب به پرسنل درگیر با خطوط انتقال میعانات و گازهای با دمای بالا جلوگیری به عمل می آورد.

در ارتباط با خطوط لوله حامل میعانات و گازهای سردتر از دمای محیط مجاور استفاده از عایق، مانع عرق کردن لوله ها شده و در نتیجه از تقطیر و خوردگی خطوط لوله جلوگیری می گردد.

متریال مناسب عایق در پایپینگ چیست؟

متریال مناسب عایق به منظور استفاده در خطوط لوله بایستی ویژگی های ذیل را داشته باشد:
خاصیت عایق کاری بالا
طول عمر بالا
عدم تجزیه پذیری
ضد خوردگی
قابلیت حفظ شکل و خاصیت عایق کاری پس از خیس خوردن
سهولت نصب و کاربرد

عایق با جداره سیلیکونی:

پایه اصلی متریال این عایق،خاک رس و نوعی پنبه نسوز است و در محدوده دمایی بالای 1030 درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می گیرد.

عایق با نوعی پنبه نسوز:

سطح خطوط لوله توسط نوعی رشته های پنبه نسوز به شکلی قالب گیری و پوشانده می شود و در پایپینگ خطوط لوله،در محدوده دمایی بالای 650 درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می گیرند.

عایق کلسیم سیلیکات:

متریال اصلی این عایق ،از سیلیس و آهک تشکیل شده است و مناسب استفاده در مجموعه لوله ها با دمای بالای 650 درجه سانتیگراد است.

عایق سلولهای شیشه ای:

متریال اصلی این عایق،شیشه ذوب شده و به شکل فوم درآمده و قالب لوله را به خود گرفته و این عایق مناسب پایپینگ با دمای بالای 430 درجه سانتیگراد است.

عایق منیزیم با خلوص 85 درصد:

این متریال ترکیبی از کربنات منیزیم با الیاف پنبه نسوز است و این عایق به منظور پوشش خطوط لوله ساخته شده و در حالت پودری با ترکیب آب به شکل عایق سیمانی شکل درآمده و به جهت عایق کاری اتصالات در پایپینگ مورد استفاده قرار می گیرد.عایق منیزیم مناسب برای پایپینگ با دمای بالای 350 درجه سانتیگراد است.

عایق الیاف شیشه:

این نوع عایق همان شیشه است که به شکل الیاف درآمده و در پایپینگ مناسب عایق کاری خطوط با دمای بالای 190 درجه سانتیگراد می باشد.

عایق فوم پلاستیک:

این نوع عایق لوله در واقع پلاستیک هایی هستند که در خلال فرآیند تولید به شکل فوم و سپس به شکل مقاطع لوله درآمده اند.این نوع عایق در پایپینگ در محدوده دمایی بین 120 تا 170 درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می گیرند.

بررسی تفاوت پایپینگ و خط انتقال در مرجع پایپینگ چیست؟

می توان گفت تفاوت اصلی پایپینگ و لوله کشی خط انتقال در مقصد این لوله کشی ها است. پایپینگ سیال را داخل یک مجموعه (پالایشگاه) جابجا می کند ولی لوله کشی خط انتقال، سیال را از یک مجموعه به مجموعه دیگر یعنی از یک پالایشگاه به پالایشگاه دیگر انتقال می دهد. به همین دلیل نیازمند لوله هایی با سایز و تحمل فشار بیشتر نسبت به لوله کشی صنعتی است.

دپارتمان پایپینگ چیست؟

مهندسی پایپینگ یا لوله کشی صنعتی به عنوان یکی از پرکاربرد ترین رشته های مهندسی دارای دپارتمان های مختلفی است. این دپارتمان ها به 5 بخش زیر تقسیم می شوند.

پراسس (Process) پایپینگ (Piping) مکانیک (Mechanics) سیویل (Civil) ابزار دقیق (Instrumentation)

می توان گفت اصلی ترین دپارتمان در زمینه نفت، گاز و پتروشیمی، دپارتمان پایپینگ است. این دپارتمان به دلیل حساسیت ، بیشترین تعامل را با دپارتمان های دیگر دارد و مدارک زیادی بین این دپارتمان و دپارتمان های دیگر جابجا می شود.

دپارتمان پایپینگ به 4 گروه تقسیم می شود.

این 4 گروه عبارت اند از: طراحی (Design) آنالیز استرس یا تنش (Stress Analysis) ساپورت (Support) متریال (Material)

هر یک از این گروه ها شرح وظایف مخصوص خود را دارند به این گونه که:

گروه طراحی وظیفه مدلسازی تجهیزات و طراحی تجهیزات و تعیین مسیر مناسب برای لوله کشی را بر عهده دارد. گروه آنالیز استرس وظیفه بررسی استرس و تنش خطوط طراحی شده را بر عهده دارد.وظیفه گروه ساپورت، تعیین محل و نوع دقیق تکیه گاه موردنیاز در طول خطوط است. گروه متریال جنس مواد مورد نیاز برای پایپینگ را طراحی می کند. هر گروه پایپینگ وظیفه خود را دارد؛ ولی نتیجه و مدارک بدست آمده گروه ها وابسته به گروه های دیگر است و در کل نظم و وابستگی بالایی در یک دپارتمان برقرار است. می توان گفت گروه طراحی بیشترین نیاز به نرم افزار پایپینگ را دارد. از جمله نرم افزارهای این گروه می توان به موارد زیر اشاره کرد:

Ansys fluent, Ansys structural, PDMS, Ansys dynamic explicit, Ansys modal, Ansys mechanical, Ansys, Navisworks, Cadworx, Autoplant

دومین گروه پایپینگ که نیاز زیادی به نرم افزار دارد گروه آنالیز استرس یا همان تحلیل تنش است. این گروه وظیفه تحلیل استرس ناشی از سیال و شرایط محیطی را به کمک نرم افزار های پایپینگ که در بالا ذکر گردید بر عهده دارد.

استانداردهای پایپینگ چیست؟

استاندارد پایپینگ نقش قوانین را اجرا می کند و ما را در مسیر صحیح راهنمایی می کند.کد (Code) به معنای حداقل الزامات و قوانین لازم الاجرا است. استاندارد مجموع اطلاعات و قوانین ابعادی، اندازه، متریال، خواص فیزیکی و… را بیان می کند.

Spec دستورالعمل هر پروژه است و این سند برای هر پروژه منحصر به فرد است.

معرفی کد و استانداردهای پایپینگ در مرجع پایپینگ چیست؟

کد و استاندارد را در حوزه پایپینگ می توان هم معنی نظام نامه یا دستورالعمل دانست. در واقع کدها حداقل الزامات یک پروژه را نشان می دهند. استاندارها به دو دسته جهانی و محلی تقسیم می شوند. استاندارد های محلی نسبت به استاندارد های جهانی پایپینگ قوانین سختگیرانه تری را اعمال می کنند. در جهان سازمان های بسیاری مدارک کد و استاندارد را تولید می کنند. یکی از استانداردهای پایپینگ ایران، استاندارد پایپینگ IPS-E-PI است.