لوله های API 5L (API=American Petroleum Institute)

لوله های تولید شده براساس استاندارد API 5L در دو سطح PSL-1 و PSL-2 طبقه بندی می گردند.

PSL مخفف Product Specification Level است.تفاوت کاربردی آنها به شرح ذیل می باشد:

PSL-1 :

1-الزامات مشترک استاندارد API 5L برای تمامی فولادها میسر میباشد.

2-گرید(Grade) اینگونه لوله ها از A25 تا X70 را شامل میشوند.

3-برای اینگونه لوله ها مشخص کردن عناصرC/Mn/P/S ،الزامی است.

4-مشخص کردن معادل کربن اینگونه لوله ها غیر ضروری است و تنها در صورت درخواست خریدار مشخص میشود.

5-مشخص کردن حداقل میزان انرژی جذب شده توسط تست ضربه برای این لوله ها غیر ضروری است مگر بنا به درخواست خریدار باشد.

6-برای اینگونه لوله ها میتوان از کلیه فرایندهای جوشکاری استفاده نمود.

7-تعمیر بدنه اینگونه لوله ها با جوشکاری مجاز میباشد.

8-کاربرد این لوله ها در سرویسهای معمول و غیر ترش است.

9-درصد کربن اینگونه لوله ها بین اعداد 0.21الی 0.28 است.

10-درصد گوگرد این لوله ها از لوله های سطح PSL-2 بیشتر است.

PSL-2:

1-الزامات بهبود یافته استانداردی برای خواصی نظیر استحکام کششی،مقاومت به ضربه و کربن معادل (Ce) و جوش پذیری حاکم میباشد.

2-این لوله ها از گرید B الی X120 را شامل می شوند.

3-آنالیز شیمیایی، برای اینگونه لوله ها عناصر C/Si/Mn/P/S الزامی میباشند.

4-مشخص کردن درصد کربن معادل (Ce)برای اینگونه لوله ها الزامی است.

5-مشخص کردن حداقل میزان انرژی جذب شده توسط تست ضربه، برای اینگونه لوله ها الزامی است.

6-فرآیندهای جوشکاری COW و LW ، برای این لوله ها مجاز نمیباشند.

7-تعمیر بدنه این لوله ها با جوشکاری ممنوع است.

8-کاربرد اینگونه لوله ها در سرویس گاز ترش،خطوط لوله دریایی و خطوط لوله لخته گیریا سرباره گیر (Slag Catcher) است.

9-درصد کربن در اینگونه لوله ها 0.1الی0.24 میباشد.

10-حداکثر درصد گوگرد برای اینگونه لوله ها (بدون درز) 0.003% و (با درز) 0.002%

 Line Pipe Physical Properties

API 5L Grade Yield Strength

min.

(ksi) Tensile Strength

min.

(ksi) Yield to Tensile Ratio

(max.) Elongation

min.

%۱

A ۳۰ ۴۸ ۰٫۹۳ ۲۸

B ۳۵ ۶۰ ۰٫۹۳ ۲۳

X42 ۴۲ ۶۰ ۰٫۹۳ ۲۳

X46 ۴۶ ۶۳ ۰٫۹۳ ۲۲

X52 ۵۲ ۶۶ ۰٫۹۳ ۲۱

X56 ۵۶ ۷۱ ۰٫۹۳ ۱۹

X60 ۶۰ ۷۵ ۰٫۹۳ ۱۹

X65 ۶۵ ۷۷ ۰٫۹۳ ۱۸

X70 ۷۰ ۸۲ ۰٫۹۳ ۱۷

X80 ۸۰ ۹۰ ۰٫۹۳ ۱۶

حیطه کلی ASME B31.3 – پایپینگ

همانطور که پیش تر مطرح گردید، ASME B31.1 – پایپینگ توان، در سال 1942 منتشر گردید. حیطه کلی آن بدین صورت است " با در نظر گرفتن نیاز برای کاربردهای پایپینگ در پایگاه های تولید برق، نیروگاه های صنعتی و آموزشی، سیستم های گرمایش جئوترمال[1] و سیستم های سرمایش و گرمایش ناحیه ای، این کد سکشن[2]توسعه یافته است "

حیطه کلی ASME B31.3 – پایپینگ فرآیند بدین صورت است : " قوانین کد پایپینگ فرآیند با در نظر گرفتن این حقیقت که پایپینگ معمولا در پالایشگاه های نفت، شیمیایی، دارویی، منسوجات، کاغذ و نیروگاه های نیمه رسانا و تبریدی، و نیروگاه های فرآیند مرتبط و پایانه ها یافت می شود، توسعه یافتند "

ASME B31.5 – پایپینگ یخچال، به سیستم های پایپینگ تبریدی ثانویه و خنک کننده ها اعمال می شود.

B31.9 که به شدت مشابه B31.1 است اما اندازه، محدود دمایی یا فشاری یکسانی ندارد، در سال 1982 منتشر گردید. به منظور رفع نیاز برای پایپینگ در الزامات خدماتی محدود ایجاد گردید. حیطه آن به شدت بر روی آن شرایط خدماتی که در جهت رفع نیازهای یک ساختمان مسکونی، آموزشی و تجاری ضروری هستند، متمرکز است.

B31.3 از دیدگاه مسئولیت و وظیفه، تمامی پایپینگ را دربر می گیرد که مشتمل بر B31.1 (جز پایپینگ خارجی بویلر)، B31.5 و B31.9 است. تفاوتی که کد در پروژه های مختلف دارد در تعریف و حیطه خود پروژه نهفته است.

اگر یک پروژه شامل تنها نصب یک سیستم یخچال باشد، B31.5 وارد میدان می شود. اگر حیطه کاری یک پروژه متشکل از یک دفتر، آزمایشگاه، واحد تحقیقات، واحد آموزش یا هر ترکیبی از این ها باشد، B31.1 یا B31.9 و احتمالا B31.5 اعمال می شوند. یک واحد آزمایشگاهی یا تحقیقاتی مستلزم خدماتی فراتر از محدودیت هایB31.9 هستند. در این حالت، B31.3 می تواند برای آن خدمات به کار گرفته شود.

در مورد یک واحد تولیدی، B31.3 یک کد حاکم است. از آن جایی که B31.3 تمامی پایپینگ را پوشش می دهد، نیازی به B31.5 یا B31.9 نیست، همینطور دفتر، آزمایشگاه و مرکز تحقیقاتی. تنها در صورتی B31.5 یا B31.9 کدهای حاکم می شوند که یک واحد یخچال سازی، یا یک دفتر، آزمایشگاه و/یا واحد تحقیقات تحت یک قرارداد طراحی/ساخت مجزا باشند. یا جزئی از یک پروژه کلی باشند.

به عنوان مثال، پروژه XYZ متشکل از یک واحد تولیدی فرآیند، واحد های آزمایشگاه و دفتر می باشد. اگر پایپینگ خدمات برای واحد های آزمایشگاه و دفتر درصد کوچکی از پروژه کلی باشد، و/یا قراردادهای طراحی و ساخت برای آن واحدها و تاسیسات جزئی از واحد تولیدی فرآیند کلی باشد، B31.3 می تواند کد حاکم بر کل پایپینگ شود.

هرچند، اگر تاسیسات آزمایشگاه و دفتر بخش قابل توجهی از پروژه کلی بودند، یا به پیمانکار دیگری برون سپاری می شدند، بهتر است محدودیت های باتری برای آن واحدها شناسایی شده و به صورت B31.1 یا B31.9 و/یا B31.5 نمایش داده شوند. در چنین موردی، مشخصات مجزای لوله برای آن بخش هایی از پروژه که تحت پوشش B31.9 هستند، در نظر گرفته می شوند. این به دلیل محدوده خدمات سیال[3] و محدودیت های دما و فشار نظیر B31.9 در مقایسه با B31.3 است. این اختلافات در تخصیص کد و محدودیت های باتری می تواند محرکی برای استراتژی قراردادی پروژه باشد.

بسیاری از الزامات سرویس پایپینگ همچون بخار، هوا، آب مقطر، و غیره می توانند دارای کد باشند. این خدمات سیال، که در طبقه D B31.3 خدمات سیال جای می گیرند، به سادگی می توانند در الزامات B31.1 یا B31.9 قرار گیرند. در تلاشی برای حفظ یک درجه بالا از پیوستگی در فرآیند تشخیص کد اعمالی به پروژه، رهنمودهای شرکت می بایست به خوبی تعریف شوند.

تشخیص نهایی، در محدوده کدهای مذکور، مبنی بر این که چه چیزی یک کد حاکم را تشکیل می دهد برعهده مالک و/یا حوزه قضایی حاکم محلی است. مشخصات مهندسی می بایست مقصود مالک و کدهای مربوطه را به منظور ایجاد پیوستگی و جهت در تمامی پروژه های یک شرکت، بازتاب نماید.

لوله کشی انعطاف پذیر (flexible piping)

جهت پر و خالی کردن ماشین ها و تانکرها و غیره از طریق لوله های صلب لازم است با استفاده از اتصالات مفصل دار یا اتصالات توپی (که دومی معمول تر می باشد). یک لوله کشی مفصل دار قابل انعطاف طراحی کرد. خطوط انعطاف پذیر کاربردهای وسیعی خصوصاً در جاییکه نیاز به اتصالات موقتی، یا جاییکه ارتعاش و حرکت وجود دارد، دارا می باشند. اتصالات پوشش دار یا مقاوم در برابر مواد شیمیایی در انواع معمولی یا پوشش دار موجود می باشند.

مبحث supporting یکی از مباحث حائز اهمیت در صنعت piping می باشد که به عنوان یک شاخه مجزا در این شاخه مورد بررسی قرار می گیرد اهمیت این شاخه را می توان با توجه به اهداف supporting که در زیر بیان می شود فهمید . این اهداف عبارتند از:

1- افزایش ایمنی سیستم

2- کاهش نیروهای وارد به تجهیزات

3- کاهش تنش وارده به سیستم و تجهیزات

فعالیت اعظم بخش supporting در ارتباط با خطوط لوله می باشد. زیرا این خطوط در معرض بیشترین بار وارده ،‌فشار ، حرارت ، لرزش ناشی از عملکرد تجهیزات و نیز حوادث طبیعی مثل باد، زلزله و… قرار دارند.

نکات ابتدایی که در مبحث supporting باید مورد توجه قرار گیرد. عبارتند از

1- جنس لوله: باید به این نکته توجه شود که جنس لوله با محافظ لوله همخوانی داشته باشد.

2- درجه حرارت سیال داخل لوله: انبساط و انقباض در لوله باید مورد توجه قرار گیرد. و نیز باید به این نکته توجه شود که گرما و سرما از خطوط لوله به supporting لوله منتقل می شود که تبعات خاص خود را دارد.

3- شرایط جغرافیایی منطقه : شرایط جغرافیایی منطقه از قبیل شیب زمین ، محل احداث کارخانه،‌سرعت و جهت وزش باد در منطقه ، زلزله خیزبودن منطقه و … نیز باید مورد توجه قرار گیرند.

4- اقتصادی بودن کار: شرایط مالی پروژه و نیز محدودیت های مالی و سوددهی پروژه و هزینه ها از عوامل دیگری است که باید به آنها توجه شود.

با توجه به مطالب مطرح شده در این شاخه ، اکنون به معرفی انواع support های مورد استفاده و کلیاتی در مورد مبحث supporting می پردازیم.

انواع ساپورت ها

تکیه گاه های وزنی (weight support) : برای تحمل وزن سیستم استفاده می شوند و هیچ نیروی دیگری را خنثی نمی کنند و لوله می تواند در هر طرف دلخواه حرکت داشته باشد.

انواع تکیه گاههای وزنی

shoe : ساده ترین نوع ساپورت وزنی است که عبارت است از یک میله فلزی که زیر لوله جوش می شود. و بر روی فولاد ساپورت بندی قرار می گیرد. و برای تحمل وزن و کاهش تنش ناشی از خطوط در معرض حرکت استفاده می شود. امکان عایق کاری لوله در حضور این ساپورت هم وجود دارد.

از ساپورت shoe (کفشکی) در موارد زیر بیشتر استفاده می شود.

1- در لوله های عایق دار

2- در خطوط شیبدار

3- برای لوله های سایز بالا (بالاتر از 28 اینچ)

ارتفاع ساپورت برای خطوطی که بدون عایقند بین 40 تا 50 سانتیمتر است برای خطوطی که سیال داغ از آن عبور می کند بسته به ضخامت عایق ارتفاع ساپورت به صورت زیر تغییر می کند.

ارتفاع ساپورت ضخامت عایق

H=100mm 1-75mm

H=150mm 76-125mm

H=200mmm 126-175mm

نکته دیگر در این مبحث این است که ساپورت shoe علاوه بر وزن سیستم ناشی از اصطکاک را نیز کاهش می دهد.

باید توجه داشت که ضریب اصطکاک بسته به جنس ساپورت و جنس فنداسیون متغیر است نمونه های زیر گواه این مطلب است.

ضریب اصطکاک

جنس

0.4-0.45

سیمان – استیل

0.3-0.35

استیل – استیل

0.1

تفلون – استیل

Trunnion

ترانیون یک نوع ساپورت وزنی است و عبارت است از یک تکه لوله که معمولا 2 تا 3 سایز پایین تر از لوله ای است که باید ساپورت شود. لوله ساپورت به لوله اصلی و یک صفحه فلزی جوش می شود. گاهی اوقات از دو جنس برای لوله ساپورت استفاده می شود. و این وقتی است که ارتفاع ساپورت بسیار زیاد باشد. و این به خاطر ملاحظات اقتصادی پروژه است. معمولاً از دو جنس استینلس استیل و کربن استیل استفاده می شود. چون استینلس استیل بسیار گران است و اقتصادی نیست که تمام لوله ساپورت از این جنس باشد. از ساپورت ترانیون در جاهایی که نتوان از ساپورت shoe استفاده کرد. استفاده می شود. برای مثال وقتی قرار است خط لوله از روی زمین عبور کند. نکته دیگر در مورد ساپورت ترانیون نوع دیگری از این نوع ساپورت به نام Adjustable trunnion است . در این نوع ساپورت لوله ساپورت به دو قسمت تقسیم می شود که توسط پیچ و مهره و یک ‌به هم وصل می شوند و قابلیت حرکت بالا و پایین را به خط لوله می دهد از این مزیت در نازل پمپها استفاده می شود. چون ممکن است دهانة پمپ با خط لوله در یک راستا نباشد از این ساپورت برای تغییر ارتفاع خط لوله و چفت شدن خط لوله با نازل پمپ استفاده می شود.

Dummy leg : دقیقاً مثل ترانیون از یک قطعه لوله و سایر تجهیزات تشکیل شده است اما فرق اساسی آن با ترانیون این است که Dummy leg به صورت افقی وظیف ساپورت خط لوله را بر عهده دارد. از این رو برای ساپورت جایی که خط لوله به زانویی جوش داده می شود مورد استفاده قرار می گیرد.

Tie Rod Manger: برای لوله های که از زیر سقف عبور می کنند از این ساپورت استفاده می شود. از این ساپورت جهت معلق نگه داشتن خط لوله در فضا استفاده می شود. و از جنس فولاد ساختمانی ، بتن و یا چوب ساخته می شود. ارتفاع این ساپورت قابل تنظیم است به قسمت طلب آن turn buckle اطلاق می شود. از این ساپورت نمی توان در سیستمهای که منبسط و یا منقبض می شوند استفاده کرد. در این حالت دندانه هایی که برای تنظیم ارتفاع استفاده می شوند از بین می روند. برای خطوطی که دارای انبساط و انقباض هستند از spring hanger استفاده می شود. که مانند ‏Tie Rod hanger برای ساپورت لوله های معلق از آن استفاده می شود.

دسته دیگر از ساپورت های وزنی ساپورت های استراکچری هستند که برای تحمل وزن سیستم مورد استفاده قرار می گیرند. که به اختصار به معرفی آنان می پردازیم:

L Support : به شکل L می باشد که در موارد کمی مورد استفاده قرار می گیرد حداکثر طول آن 1 متر و حداکثر عرض آن 40 تا 50 سانتی متر می باشد.

T Post : این ساپورت هم به شکل T انگلیسی است و به صورت T برعکس هم استفاده می شود. حداکثر ارتفاع آن بین 5/1 تا 2 متر است.

Frame: بهترین نوع از دسته ساپورت های استراکچری است و کاربرد بالایی دارد.

Bracket : معمولاً در کنار tower ها برای عبور لوله نصب می شود. از یک صفحه یا میله افتی به نام Contliver که به tower جوش می شود به علاوه یک صفحه یا میله مایل به نام Bracket که به tower و contliver جوش می شود تشکیل شده است. و کاربرد نسبتاً بالایی دارد. ساخت ساپورت های استراکچری بسیار ساده است و علاوه بر این قیمت تمام شده آنها نیز بسیار پایین است.

Resting : معمولا وزن لوله کشی را توسط ساپورت های ساخته شده از فولاد ساختمانی یا فولاد و یا بتن تحمل می کند.

مهارکننده های صلب

این ساپورت ها برای جلوگیری از حرکت لوله به پهلو، بالا و پایین و جلو وعقب استفاده می شوند. و کاربرد بسیار زیادی دارند در ادامه به معرفی برخی از مهارکننده های صلب می پردازیم.

انواع مهارکننده های صلب

Guid : این ساپورت وسیله ای است جهت جلوگیری از تغییر مکان جانبی لوله و آزاد گذاشتن آن در حرکت طولی بین صفحه ای که لوله اصلی از طریق یک واسطه به آن جوش شده است و قیدی که مانع از حرکت جانبی می شود. فضای خالی به نام Gap وجود دارد که بین 2 تا 5 میلی متر است.

Line stop : از این ساپورت جهت جلوگیری از حرکت جلو و عقب لوله استفاده می شود. محدودیتهای استفاده از Line stop در زیر آمده است

1- هیچ وقت در یک خط لوله صاف از دو Line stop استفاده نمی شود.

2- در خط لوله صافی که به نازل پمپ و یا کمپرسور متصل است و امکان تغییر طول خط بر اثر انبساط و انقباض وجود دارد نباید از Line stop استفاده کرد. چون لرزش دستگاهها به همراه آزادی عمل نداشتن لوله جهت تغییر طول خسارت بالایی به خط لوله وارد می کند.

Anchor : یک ساپورت محکم است که از حرکت و دوران لوله در کلیه جهات در اثر حرارت، ارتعاش و غیره جلوگیری می کند. Anchor از خم کردن ورق فولادی و مفتول و جوش آن به لوله و پیچ کردن به سطح زمین ایجاد می شود.

البته الزامی وجود ندارد که Anchor به لوله جوش شود. وی در اکثر مواقع جوش می شود و این به خاطر توزیع یکنواخت تر تنش در جدارة لوله در صورت وجود جوش است.

Hold down : این نوع ساپورت با ایجاد یک قید در برابر حرکت صفحة نگهدارندة خط لوله از حرکت خط لوله به سمت بالا و پایین جلوگیری می کند.

Saddle : یک اتصال جوشی است برای لوله های که نیاز به عایق بندی داشته و در معرض حرکت طولی یا پیچشی ناشی از تغییر درجه حرارت قرار دارند. از این نوع ساپورت به عنوان تکیه گاه وزنی هم استفاده می شود.

مهارکننده های دینامیکی (Snubber)

Snubber ها برای مهار کردن نیروهایی که براساس پریود زمان تغییر می کنند استفاده می شوند .برای مثال هنگامی که زلزله می آید سیستم قفل را قفل می کند.

نمونه ای از یک مهارکننده صلب Shock Absorber است که برای قفل کردن سیستم در هنگام زلزله استفاده می شود. این ساپورت قابلیت بسیار بالایی دارد ولی بسیار گران است و خیلی کم مورد استفاده قرار می گیرد.

در کشور ما متأسفانه از مهارکننده های دینامیکی به ندرت استفاده می شود. به همین خاطر واحدهای فرایندی در معرض نابودی در اثر زلزله قرار دارند،‌اما به خاطر اینکه اکثر کارخانجات موجود در این صنعت در جنوب کشور قرار دارند و این مناطق روی گسل زلزله قرار ندارند خطر نابودی در اثر زلزله به حداقل رسیده است. ولی بدون در نظر گرفتن ملاحظات بالا. جاذب های دینامیلی باید حتما مورد استفاده قرار گیرد چون ضریب اطمینان واحد فرایندی تا حد بسیار بالایی افزایش می یابد.

Arrestor Sway Brace or way : یک فنر مارپیچی در یک محفظه می باشد که بین لوله کشی و یک چارچوب سخت کار گذاشته می شود. و وظیفه آن دفع ضربات حاصله از ارتعاشات و امواج است.

مهارکننده های مسائل نرمال (Expansio Joint)

این نوع ساپورت ها برای جلوگیری از اثرات مخرب انبساط و انقباض در سیستم لوله کشی مورد استفاده قرار می گیرند.

انواع مختلف Expansio Joint در ادامه معرفی می شود.

Simple bellow : برای خنثی کردن مسائل انبساط و انقباض در جهت طولی مورد استفاده قرار می گیرد. و مشکل از چند فنر است.

Angular Expansion joint : این ساپورت حرکت زاویه ای در یک صفح خاص را که در اثر انبساط و انقباض به وجود می آید خنثی می کند.

Gimbal Expansion Joint : این ساپورت حرکت زاویه ای در چند صفحه را که در اثر انبساط و انقباض به وجود می آید خنثی می کند این نوع ساپورت کارایی بالایی در خنثی کردن ارتعاشات با دامنه زیاد در اثر مسائل نرمال دارد.

Stress Analyse

در این بخش به مبحث تحلل تنش در بحث supporting اشاره می شود. به طور کلی stress Analyse دارای هدف های زیر می باشد.

1- نگهداری تنش وارد بر لوله و اتصالات در زیر حد مجاز

2- نگهداری بار وارده به نازلها در زیر حد مجاز

3- طراحی Special Support

4- بررسی جابجایی (Displacment) مجموعه

5- حل مسائل دینامیکی مانند ضربه قوچ

6- کمک به بهبود طراحی

برای دستیابی به اهداف بالا باید تحلیل تنش با دقت بالایی انجام گیرد که امروزه این کار به وسیله نرم افزارهای کامپیوتری انجام می شود. نمونه ای از نرم افزارهایی که در تحلیل تنش مورد استفاده قرار می گیرند در فصل مربوط به نرم افزارها معرفی می شوند.

مسئله دیگری که در این بخش مورد بررسی قرار می گیرد حداکثر فاصله موجود بین ساپورت ها در supporting می باشد. اصطلاحاً به این حداکثر فاصله span می گویند.

فرمولی که در زیر ارائه می شود برای محاسبه حدکثر فاصله موجود بین ساپورت ها مورد استفاده قرار می گیرد در فصل مربوط به نرم افزارها معرفی می شوند.

مسئله دیگری که در این بخش مورد بررسی قرار می گیرد حداکثر فاصله موجود بین ساپورت ها در supporting می باشد. اصطلاحاً به این حداکثر فاصله span می گویند.