انجام پروژه پایپینگ

پروژه پایپینگ چیست ؟

به طراحی مشخصات یک خط لوله انتقال سیال، پروژه پایپینگ گفته می شود. در این پروژه انواع بررسی مهندسی به دو بخش تقسیم می شوند. بخش اول، مربوط به رفتار حرکتی سیال در لوله می شود که به آن محاسبات هیدرولیک گفته می شود. این محاسبات شامل: محاسبه قطر لوله، محاسبه افت فشار در طول لوله و تعیین سرعت مجاز حرکت سیال می‌باشد. همچنین محاسبه توان مورد نیاز برای پمپاژ سیال در این بخش قرار می گیرد. بخش دوم پروژه مربوط به بررسی های مکانیکی خط لوله از جهت توانایی استقامت در برابر فشار، ایجاد موج های فشاری (سرج یا ضربه کله قوچی) و … می باشد. در بخش محاسبات مکانیکی ضخامت لوله، تعداد و نوع جوینت و فیتینگ های لازم برای فیکس کردن پایپ ، آنالیز تنش های ناشی از حرکت سیال و نیروهای خارجی وارده از جمله نیروی زلزله مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج تمام این بررسی ها تحت عنوان پروژه پایپینگ در می آیند.

محاسبات هیدرولیک

کی آبی موضعی از موردی است که به طور طبیعی در نقاط مختلف زمین اتفاق می افتاد. در این شرایط مناطقی به دلیل عوامل جوی و محیطی دارای بارش کم هستند و دسترسی به آن نیز ندارند. در حالتی که در نزدیکی این مناطق، منابع آبی وجود دارد. ایران یکی از کشورهایی است دارای نقاط زیادی با کم آبی موضعی و بدون دسترسی به منابع آب است. از سوی دیگر در نزدیکی این مناطق، رودخانه های پر آب و دریا وجود دارد. یکی از راهکارهای رفع کم آبی موضعی، انتقال آب از مناطق همجوار است. اما کانال کشی ، لوله کشی و یا پایپینگ به طول چند کیلومتر دارای موارد فنی – مهندسی خاصی است که باید در زمان طراحی در نظر گرفته شود. شیب زمین، تجمع گل و لای (در کانال های روباز)، خوردگی جداره توسط سیال، افت فشار و … از مواردی است که در محاسبات هیدرولیک باید در نظر گرفته شود.

انتقال آب از یک حوضه به حوضه دیگر در بعضی از کشورها از جمله ایالات متحده، شوروی، چین و … استفاده شده است. در این ارتباط می توان از تامین آب شهری نیویورک از حوضه آبریز دلاور (Delaware) و تامین آب شهر دنور (Denver) از حوضه آبریز کلورادو (Colorado) اشاره کرد. سابقه این طرح ها نشان داده که انتقال مقدار عظیمی سیال (همچون آب) از یک منطقه به منطقه دیگر نیاز به طراحی پایپینگ دقیق دارد. تفاوت طراحی خطوط لوله ی انتقال آب در توزیع منطقه ای آن است. وقتی خط لوله به شهر می رسد در تانکرهای ذخیره سازی هر منطقه تخلیه می شود. بنابراین خط لوله کوچک تر می شود. از روابط مختلفی در طراحی خطوط لوله قطور انتقال آب استفاده می شود. اما رابطه ی هزن – ویلیامز یکی از کاربردی ترین آن ها است. در زیر بین روابط مختلف محاسبه افت فشار و مقدار تجربی مقایسه ای انجام شده است.

پارامترهای طراحی

ترکیبات جامد و رسوب‌زا از مواردی است که در یک طراحی پایپینگ خوب باید در نظر گرفته شود. ته نشین شدن رسوبات در لوله ممکن است هزینه های بالایی داشته باشد. در برخی موارد این اتفاق موجب بسته شدن لوله می شود. از جمله این موارد می توان به ترسیب ترکیبات سنگین نفتی (آسفالتین و واکس) در خطوط لوله انتقال اشاره کرد. همانطور که می دانیم نفت استخراج شده از چاه دارای ترکیب ثابتی نیست. اگر نفت دارای مقدار زیادی واکس و آسفالتین باشد، این ترکیبات با کاهش دما در لوله های انتقال نفت رسوب می کنند. کاهش دما به طور خاص در خطوط لوله ی زیردریا از اهمیت ویژه برخوردار است. به همین دلیل طراحی خطوط انتقال دریایی بسیار حساس است.

از راهکارهای مختلفی جهت جلوگیری از رسوب در لوله ها استفاده می شود. افزایش دمای نفت، عایق کاری، اضافه کردن ترکیبات بازدارنده و … از آن جمله می باشد. اما به طور کلی مهم ترین عامل طراحی مناسب پایپینگ است که باید با اطلاعات کامل از شرایط محیطی انجام شود.

تعیین ارتفاع لوله از مرجع در طراحی خطوط لوله یا محاسبات پایپینگ از اهمیت خاصی برخوردار است. به خصوص اگر خط لوله در یک محیط کوهستانی (دارای تغییر ارتفاع های زیاد) قرار داشته باشد.

همانطور که در تصویر بالا مشخص است، ارتفاع به صورت خط لوله به صورت نقطه به نقطه وارد نرم افزار شده و نرم افزار از آن برای محاسبات فشار استاتیک استفاده می کند. به این نمودار پروفایل هیدرولیکی خط لوله گفته می شود. در طراحی هیدرولیک خطوط لوله، خطوط لوله ی انتقال سیال دو فازی (و یا بیشتر) از پیچیدگی خاصی برخوردار است. خطوط لوله انتقال گاز و مایع دارای پیچیدگی کمتری نسبت به سیال چند فازی هستند. به طور کلی می توان گفت سیال چند فازی دارای رفتاری است که با معادلات تحلیلی متداول قابل تعریف نیست. به همین دلیل نرم افزارهایی با معادلات تجربی به این منظور طراحی شده اند. از آن جمله می توان به نرم افزار الگا اشاره کرد.

ایستگاه تقویت فشار (پمپاژ)

طراحی ایستگاه های افزایش فشار نیز از جمله مهم ترین بخش های طراحی پایپینگ خطوط لوله است. می دانیم انتقال یک سیال در یک لوله همواره دارای افت فشار است؛ پس این فشار باید توسط پمپ های بین راهی جبران شود. افزایش فشار موجب جلوگیری از سکون سیال در لوله می شود. به این بخش از طراحی در علم پایپینگ ، تضمین جریان (به انگلیسی Flow Assurance) گفته می شود. در طراحی خطوط لوله انتقال گاز ، فاصله ی ایستگاه های تقویت فشار از اهمیت خاصی برخوردار است. به همین خاطر افت فشار تجهیزات و خط لوله به دقت در نرم افزارهایی همچون هایسیس تعریف شده و نتایج آن برای انتخاب فاصله ایستگاه های تقویت فشار مورد استفاده قرار می گیرد. نمونه ای از پروفیل افت فشار (هد) در طول خط لوله در زیر آورده شده است.

در محاسبات Flow Assurance ، محاسبه‌ی میزان افت فشار عوام مختلف از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از آن جمله می توان به جوینت ها، خم ها (Elbow)، شیرها (Valve) و خود لوله اشاره کرد. از سوی دیگر میزان فشاری که به لوله هنگام نصب وارد می شود از مواردی است که در محاسبات پایپینگ باید در نظر گرفته شود. بر این اساس برای تحمل اینرسی وارد شده از سمت سیال به لوله و نیروهای خارجی از جمله نیروی باد، زلزله و … طراحی انجام شده و جوینت ها مناسب انتخاب می شود.

تعیین فشار مناسب نیز از مواردی است که باید در محاسبات هیدرولیک مورد توجه قرار گرفته شود. در تعیین فشار خط لوله، باید قیمت خط لوله (وابسته به قطر و فشار داخل خط) و هزینه عملیاتی پمپ های مورد نیاز برای افزایش فشار بهینه شود. این دو عامل به طور معکوس بر روی هزینه ها اثر می گذارند. به طوری که اگر فشار خط افزایش یابد، نیاز به خط لوله با قطر کمتر هستیم. اما از سوی دیگر ضخامت خط لوله با افزایش فشار، افزایش می یابد. واضح است که هزینه عملیاتی پمپاژ نیز با افزایش فشار خط لوله افزایش خواهد یافت.

خط لوله انتقال سیال خود یک مخزن تحت فشار است. بنابراین جنس و ضخامت لوله باید مطابق محاسبات طراحی مخازن تحت فشار انجام شود. استانداردهای زیادی در این زمینه وجود دارد که در طراحی می توان از آن ها استفاده کرد.

شبیه سازی

از نرم افزارهای مختلفی در پاپینگ خطوط لوله استفاده می شود. از آن جمله می توان به نرم افزار هایسیس اشاره کرد. نرم افزار HYSYS یک بخش خاص برای محاسبات هیدرولیک و طراحی خطوط لوله دارد. از دیگر نرم افزارها همچون Olga و Pipesim نیز به این منظور استفاده می شود. شناسایی خواص سیالی که از خط لوله عبور می کند نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. اگر سیال گاز باشد، از معادلات حالت برای محاسبه خواص فیزیکی سیال داخل پایپ استفاده می شود.

اما اگر سیال مایع باشد، نیاز به داده های تجربی و آزمایشگاهی است. از آن جمله می توان به داده های ASTM D86 اشاره کرد. همچنین اندازه گیری میزان واکس و آسفالتین موجود در نفت خام هم از اهمیت خاصی برخوردار است. به همین دلیل داده های اولیه طراحی توسط آزمایشگاه تامین شده و به نرم افزار وارد می شود.

سرج در خط لوله

هر گاه به علتی سرعت حرکت مایع درون لوله تغییر کند، فشار در جهت مخالف تغییر خواهد کرد. یعنی در صورت کاهش سرعت، فشار افزایش یافته و در صورت افزایش سرعت، فشار کاهش می یابد. این تغییر فشار به صورت موجی، از محل تغییر سرعت، که مبدا نامیده می شود در جهت عکس سرعت اولیه، با سرعتی تقریبا معادل سرعت صوت منتقل می گردد.

این پدیده را سرج (به انگلیسی Surge) می نامند. اصطلاح سرج معمولا برای مایعات با تراکم پذیری اندک و لوله های غیر قابل انعطاف به کار می رود. معمولا خطوط لوله مایع واجد این شرایط بوده و به همین جهت در مورد آن ها از این واجه استفاده می شود

علل پیدایش Surge

در خطوط لوله مایع معمولا بسته شدن یا باز شدن یک شیر، توقف و یا راه اندازی یک تلمبه و یا تلمبه خانه، سهوا و یا عمدا موجب پیدایش سرج می گردد. مثلا اگر کارگری تنها شیر باز جلوی جریان مایع را اشتباها ببندد، و یا کارمند تلمبه خانه سهوا دکمه مربوط به بسته شدن شیر خودکار را فشار دهد و یا به علتی نا معلوم یک تلمبه متوقف شود، سرج در خط لوله به وجود می آید. افزایش فشار بر اثر پیدایش سرج در تمام مقاطع خط لوله برابر نیست. همواره مبدا تغییر فشار نسبت به سایر نقاط تغییر فشار بیشتری را تحمل می کند و هر قدر از مبدا دورتر شویم، تغییر فشار کمتر دیده می شود.

جنس، قطر و ضخامت خط لوله

جنس خط لوله تابعی از نوع جریان و فشار خط است. در خط لوله های گازی اگر نیاز به فشارهای بالا نباشد، از لوله های پلی اتیلن استفاده می شود. در خطوط لوله ی نفت با توجه به آن که ترکیبات خورنده پلی اتیلن در نفت وجود دارد، اغلب از لوله های فلزی در خطوط لوله استفاده می شود.

 

لوله های فلزی نیز انواع مختلفی دارند. لوله های چدنی دارای وزن زیاد و شکنندگی بالا هستند. اما لوله های فولادی دارای مقاومت بالا و وزن کمتر هستند. همچنین شکننده نیستند. اما مقاومتشان در برابر خوردگی پایین است. بنابراین از پوشش های داخلی و خارجی در خطوط لوله ی فولادی استفاده می کنند. لایه های سیمانی و سیلیسی برای داخل و اندود قیر به عنوان پوشش در لوله های فولادی استفاده می شود.

از سوی دیگر همانطور که قبلا به آن اشاره شد، پروفایل دما در طول خط لوله از اهمیت خاصی برخوردار است. به همین لیل عایق بندی لوله نیز دارای اهمیت ویژه ای در طراحی پایپینگ و خطوط لوله می باشد. البته در خطوط لوله انتقال گاز اغلب پروفایل دما بی تاثیر است. بنابراین معمولا خطوط لوله ی انتقال گاز عایق کاری نمی شود.

انجام پروژه پایپینگ

فرآیند پروژه با توجه به سابقه ی طراحی در زمینه ی خطوط لوله، محاسبات هیدرولیک و طراحی تجهیزات تحت فشار اقدام به ارائه خدمات در زمینه انجام پروژه های پایپینگ نموده است. به این منظور مشخصات و شرایط عملیاتی مورد نظر را برای پشتیبانی ما ارسال کرده و پس از بررسی، نتایج به شما اعلام خواهد شد.

در نهایت می توانید پروژه پایپینگ را در فرآیند پروژه سفارش داده و نتایج آن را دریافت کنید. از نرم افزارهای تخصصی همچون OLGA ، هایسیس و AFT Surge در طراحی هیدرولیک و مکانیکی پروژه های پایپینگ استفاده خواهد شد.