فشار و دمای قابل تحمل لوله و اتصالات

لوله و اتصالات موجود در سیستم های لوله کشی، قادر به تحمل فشار و دمای معینی هستند. به همین جهت نمی‌‌توان از آنها در هر کاربری که مدنظر داریم استفاده کرد. آنها را براساس مقاومتی که در برابر این پارامترها دارند، دسته بندی می‌کنند. این دسته بندی معمولا در کلاس های فشاری بیان می‌شود. معمولا فشار را بر اساس فشار نامی یا PN و بر حسب بار (bar) بیان می‌کنند.

فشار و دما موجود در لوله، دو پارامتر وابسته به هم می‌باشند. با کاهش فشار لوله، دمای قابل تحمل آن افزایش می‌یابد و بالعکس. فشار PN قابل تحمل هر لوله و اتصالات بستگی به ساختار تشکیل دهنده و دمای آن بستگی دارد. فشار مجاز لوله برای متریال های مشابه در دمای مختلف، متفاوت است.

به بیان دیگر برای هر لوله با فشار طراحی ثابت بر اساس دماهای مختلف، فشارهای مجاز متفاوتی نیز وجود دارد. اما منظور از «فشار قابل تحمل و مجاز» چیست؟ منظور فشاری است که ضعیف ترین نقاط لوله قادر به تحمل آن هستند.

اقلام لوله کشی بر اساس فاکتور طراحی

اقلام موجود در سیستم لوله کشی بر اساس فاکتور طراحی آنها به دو گروه زیر دسته بندی می‌شوند:

1. کلاس فشاری: فلنج ها، گسکت ها، شیرآلات، اتصالات ساکت ولد، اتصالات دنده‌ای
2. ضخامت و SCHEDULE: لوله و سایر اتصالات

هدف اصلی هرکدام از این طراحی ها، مقاوم سازی نقاط ضعیف سیستم لوله کشی است. در هر سیستم لوله کشی، ضعیفترین بخش آن مربوط به اتصالات است. همانطور که در مقاله معرفی فلنج توضیح دادیم، این مقاطع در اتصال لوله ها به یکدیگر و یا اتصال آنها به تجهیزات دیگر نقش دارد. کلاس های فشاری ابتدا برای فلنج ها انجام شده و سپس بر حسب آن، فشار مجاز و ضخامت لوله ها محاسبه می‌گردد.

فشار و دمای طراحی مجاز برای لوله و اتصالات و سایر تجهیزات دیگر موضوعی بسیار مهم در مطالعات مهندسی است. در اینباره دو استاندارد وجود دارد. استاندارد ASME B31.3 برای نرخ های مجاز فشار و دما بر اساس اصول تعریف شده و استاندارد ASME B16.5 نرخ های مجاز فشار و دما برای متعلقاتی مانند فلنج ها و اتصالات فلنج دار مشخص می‌کند.

فشار طراحی لوله و اتصالات بر اساس استاندارد ASME B31.3 

بر اساس استاندارد ASME B31.3 فشار طراحی هر یک از اجزا در سیستم لوله کشی نباید کمتر از فشار سخت ترین شرایط دمایی و فشاری (حداقل و حداکثر) مورد انتظار در سیستم باشد. سخت ترین شرایط مورد انتظار منجر به تعیین ضخامت و کلاس فشاری اجزاء سیستم لوله کشی می شود.

برای تعیین ضخامت لوله دو روش کلی وجود دارد که شامل:

1. بر اساس شرایط طراحی دقیق موجود در سیستم
2. بر اساس استاندارد فلنج

روش اول، معمولا به دلایل اقتصادی صورت نمی‌گیرد. این روش غالبا برای لوله های انتقال دهنده سیالات گران قیمت و سمی بکار گرفته می‎‌شود. روش بیان شده در استاندارد ASME B31.3 بر اساس شرایط طراحی (فشار، سایز نامی لوله، مقاومت در برابر خوردگی و روش ساخت لوله) و آلیاژ لوله ضخامت مورد نیاز را محاسبه می‌کند.

روش دوم که به روش p/s نیز شناخه می‌شود، محافظه کارانه تر بوده و بیشتر کاربرد دارد. در این روش ضخامتی بیشتر از ضخامت مورد نیاز در نظر گرفته می‌شود. دلیل اصلی انتخاب استاندارد فلنج، تعمیم دادن کلاس لوله کشی برای طراحی های مختلف با متریال مشابه است.

نکات تعیین ضخامت لوله و اتصالات

• برای تعیین ضخامت لوله و اتصالات از کلاس های فشاری تعریف شده برای فلنج ها بکارگرفته می‌شود. چرا که همانطور که اشاره شد، اتصالات فلنجی به عنوان ضعیف ترین اجزا سیستم در نظر گرفته می‌شوند. در صورتی که از سیستم هرگونه شکستگی بروز پیدا کند، احتمال می‌رود که این شکستگی از قسمت اتصالات فلنجی شروع شده است.
• با دانستن کلاس فشاری اتصالات، شناسایی فشار و دمای مجاز اجزاء غیر ممکن است. چراکه کلاس فشاری یک جزء از سیستم لوله کشی، تنها بازه‌ای از فشار و دماهای مجاز مرتبط به هم را برای آلیاژهای آن تعیین می‌نماید.
• برای محاسبه ضخامت فشار مجاز نیاز به شناخت فشار مجاز تمامی اجزا (لوله، فلنج و اتصالات) داریم. آن فشاری را مد نظر قرار دهیم که منجر به حداکثر ضخامت می‌گردد. در آخرنیز ضخامت بدست آمده را برای تمامی تجهیزات اعمال کنیم.

راه های مقابله با دما و فشار بالا در سیستم لوله کشی

عوامل گوناگونی وجود دارد که یک نوع تهدید برای سیستم لوله کشی محسوب می‌شوند. فشار و دمای بالا از جمله این موارد هستند. معمولا در سیستم های حرارتی توکار، انبساط حرارتی در نظر گرفته نمی‌شود. چراکه تنش هایی که از این طریق ایجاد می‌شود بوسیله بتن و گچ و دیگر مواد پوشاننده جذب می‌گردد.

با اینحال توصیه می‌شود در محل های انشعاب یا تغییر مسیر لوله از اسفنج یا فوم استفاده نمایید. اما در روش سیستم لوله و اتصالات روکار بایستی نسبت به انبساط حرارتی و دیگر فاکتورهای تهدید کننده سیستم، حساسیت بیشتری را خرج داده و اصول و استانداردهای بیشتری را در این مورد رعایت کنید.