نکات مهم در طراحی لوله‌کشی‌های صنایع پتروشیمی و شیمیایی و پیشنهادات مربوط به کارایی آن‌ها

Thread Content

نکات مهم در طراحی لوله‌های صنایع پتروشیمی و پیشنهادات مربوط به کارایی آن‌ها؛ مدیریت ایمنی در فرآیند انتقال. با توسعه مداوم صنعت نفت در کشورمان، مقیاس تأسیسات پتروشیمی نیز به تدریج در حال افزایش است و الزامات مربوط به طراحی لوله‌های این تأسیسات نیز سخت‌گیرانه‌تر می‌شود. لوله‌های صنعت پتروشیمی، به عنوان تجهیزات ویژه برای حمل و نقل مواد، نقش اتصال دستگاه‌های مختلف و تأسیسات مرتبط را ایفا می‌کنند؛ این کار باعث می‌شود که تأسیسات پتروشیمی به یک کل یکپارچه تبدیل شوند. همچنین، این لوله‌ها تضمین مهمی برای ایمنی حمل و نقل انواع مایعات فراهم می‌کنند. اما در فرآیند واقعی طراحی لوله‌ها، عوامل متعددی مانند انواع لوله‌ها و شرایط کاری متفاوت، تأثیر زیادی بر ایمنی طراحی لوله‌ها دارند. بنابراین، طراحان لوله‌کشی برای طراحی لوله‌هایی که مطابق استانداردها باشند، باید به عوامل مختلفی توجه کنند؛ به‌ویژه باید به نکات مهم در طراحی لوله‌کشی توجه ویژه داشته باشند و اقدامات مؤثری برای اطمینان از ایمنی و بادوامی طراحی لوله‌ها انجام دهند تا طراحی آن‌ها ایمن و منطقی باشد. عوامل تأثیرگذار بر ایمنی لوله‌ها: خوردگی. خوردگی، فرآیندی است که در آن مواد موجود در محیط اطراف لوله، از طریق واکنش‌های شیمیایی، به مواد تشکیل‌دهنده لوله آسیب می‌زنند؛ این پدیده تا حد زیادی بر ایمنی لوله‌ها تأثیر می‌گذارد. شکل‌های خرابی لوله‌ها در اثر خوردگی شامل خوردگی تحت تنش، خوردگی یکنواخت، خوردگی موضعی و خوردگی ناشی از هوا می‌باشد. به دلیل تفاوت شرایط محیطی مواد مختلف لوله‌ها، میزان مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی نیز متفاوت است. محیطی که لوله‌ها در آن قرار دارند، معمولاً پیچیده و مستعد تغییر است؛ علاوه بر این، مواد خود نیز دارای نقص‌هایی هستند که باعث می‌شود فرآیند خوردگی را پیش‌بینی و کنترل کردن دشوارتر شود. آسیب‌های فیزیکی: آسیب‌های فیزیکی لوله‌های نفتی عمدتاً در دو حوزه شکست شکننده در دماهای پایین و تخریب در دماهای بالا مشاهده می‌شود. در شرایط دمای پایین، هنگامی که دمای مواد لوله‌ها از دمای تغییر شکنندگی آن‌ها پایین‌تر باشد، این امر می‌تواند منجر به کاهش استحکام ضربه‌ای آن‌ها و در نتیجه شکستن شکننده شود. در دماهای بالا، ویژگی‌های مواد لوله‌ها دچار تغییرات منفی می‌شود؛ مانند شکست ناشی از کرپ، گرافیتی شدن فولادهای کربنی و فولادهای حاوی کربن، و همچنین شکنندگی ناشی از حرارت‌دیدن. تمام این عوامل می‌توانند باعث تضعیف و شکنندگی مواد لوله‌ها شوند. در عین حال، فلزات مورد استفاده در لوله‌ها در محیطی که تحت بارهای متناوب یا تغییرات دوره‌ای دما قرار دارند، به راحتی دچار خستگی می‌شوند؛ این امر منجر به تغییر شکل و آسیب به فلز، و حتی شکست آن می‌گردد و امنیت لوله‌های صنایع نفت و پتروشیمی را به شدت تحت تأثیر قرار می‌دهد. کارایی در مهار نشت: در حال حاضر، برای مهار لوله‌های صنعت نفت و پتروشیمی، عمدتاً از روش‌های مهار با فلانچ لوله و مهار با شیرها استفاده می‌شود تا از خوردگی و نشت لوله‌ها جلوگیری شده و ایمنی آن‌ها تأمین گردد. سیل‌کردن فلنج از ترکیب سه بخش یعنی فلنج، پیچ و واشر تشکیل می‌شود. سختی فلنج، نوع سطح سیل‌کننده و ویژگی‌های واشر، همگی تأثیر مستقیمی بر کارایی سیل‌کردن دارند. همچنین، اگر لوله جابجا شود، این امر بر کارایی سیل‌کردن فلنج تأثیر گذاشته و در نتیجه بر ایمنی لوله نیز تأثیر منفی خواهد داشت. نشت در شیرها به دو نوع نشت داخلی و نشت خارجی تقسیم می‌شود؛ بر اساس آمار، حدود ۲/۳ از نشت‌ها مربوط به شیرها و فلنج‌هاست. وقوع نشت مستقیماً بر ایمنی لوله‌کشی تأثیر می‌گذارد و حتی می‌تواند پیامدهای جدی‌تری به همراه داشته باشد. بنابراین، اتخاذ اقدامات مؤثر برای جلوگیری از نشت در شیرها و فلنج‌ها، اهمیت زیادی برای ایمنی تأسیسات پتروشیمیایی دارد. نکات مهم در طراحی لوله‌ها: انتخاب مناسب مواد
انتخاب مواد مناسب برای لوله‌های صنایع نفت و پتروشیمی، به‌ویژه فلزات، بر جنبه‌های مختلفی مانند ایمنی لوله‌ها، تعمیرات و بهسازی‌های فنی تأثیر می‌گذارد. استفاده از مواد نامناسب می‌تواند منجر به انفجار یا سایر حوادث ایمنی شود؛ بنابراین انتخاب مناسب مواد برای لوله‌ها بسیار ضروری است. برای اتصالات فلنجی متشکل از مواد مختلف، باید از واشرهای مناسب استفاده شود؛ فلنج‌های با کیفیت بالا از واشرهای فلزی برای تحمل فشارهای بسته‌بندی بالاتر استفاده می‌کنند، همچنین پیچ‌های مربوط به فلنج‌های با سختی کم نیز باید از نوع با کیفیت بالا باشند. طراحی قالب لوله‌ها باید پایدار باشد؛ طراحی نامناسب قالب لوله‌ها می‌تواند منجر به خرابی عملکرد لوله‌ها یا تخریب تجهیزات چرخشی شود. طراحی قالب لوله‌ها و طراحی لوله‌ها ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند، و بنابراین طراحی قالب لوله‌ها باید پایدار باقی بماند. هنگام طراحی قاب لوله‌ها، باید تا حد امکان از استفاده از قاب‌های فنری خودداری کرد؛ زیرا نصب آن‌ها دشوار است و در شرایط کاری طولانی‌مدت به راحتی از کار می‌افتند. همچنین، در حین نصب قاب‌های فنری، نباید پین‌های محل‌یاب را به طور تصادفی برداشت. در امتداد لوله‌کشی‌های برج، معمولاً تنها یک تکیه‌گاه تحمل وزن در نظر گرفته می‌شود؛ اگر باری که توسط تکیه‌گاه اول تحمل می‌شود بیش از حد باشد، یک تکیه‌گاه فنری دیگر اضافه می‌شود و هر مدت زمان مشخصی، یک تکیه‌گاه راهنما نیز قرار داده می‌شود. قلاب‌ها معمولاً زاویه چرخش مشخصی دارند؛ طراحی تعداد زیادی قلاب در یک لوله بلند، می‌تواند بر پایداری لوله تأثیر منفی بگذارد. چیدمان مناسب لوله‌ها: در طراحی لوله‌کشی‌های صنایع نفت و شیمیایی، باید چیدمان لوله‌ها با توجه به الزامات مربوط به ساخت، تعمیر و نگهداری لوله‌ها، همچنین چیدمان فرآیندها و تجهیزات، به شکلی علمی و منطقی انجام شود. میزان ضریب احتیاط در طراحی راهروهای لوله‌کشی باید بین ۲۰٪ تا ۳۰٪ باشد و لوله‌های تحت تنش حرارتی در دو طرف قرار می‌گیرند. برای جلوگیری از ریختن مایعات متراکم شده در لوله اصلی به داخل لوله‌های فرعی، و همچنین برای کاهش فشار عکس در شیر ایمنی، خروجی شیر ایمنی باید از بالا و در جهت جریان، با زاویه ۴۵ درجه در لوله تخلیه فشار قرار گیرد. برای لوله‌های پوششی، باید از لوله‌های بدون درز یا لوله‌هایی با جوشکاری بدون درز استفاده شود؛ فاصله بین جوش‌های لوله داخلی باید بیشتر از ۲ متر باشد. همچنین، پس از انجام آزمایش‌ها و تأیید کیفیت، می‌توان لوله خارجی را نصب کرد. لوله ورودی پمپ باید تا حد امکان کوتاه و مستقیم باشد؛ از اتصالات نامتقارن برای جلوگیری از تجمع گاز استفاده می‌شود تا از وجود حباب‌های گازی یا مایعی جلوگیری شود. توجه به آزمایش مواد: پس از رسیدن مواد لوله‌کشی به محل، باید ابتدا آن‌ها را بررسی کرد تا مقدار و کیفیت مواد تضمین شود. در صورت کمبود مواد، باید فوراً با تولیدکنندگان مربوطه مشورت کرد تا آن‌ها را تأمین نمایند. همچنین، موادی که استانداردهای لازم را ندارند، باید برای بررسی مجدد به ادارات مربوطه ارسال شوند؛ تا از تأخیر در کار و نیاز به کار مجدد به دلیل نبود یا عدم کیفیت مواد جلوگیری شود. تمام مواد لوله‌های فلزی باید تحت آزمایش فشار آب و عدم نشت هوا قرار گیرند؛ همچنین، شیرها بسته به سطح ایمنی، تحت آزمایش فشار آب و بازرسی تصادفی قرار می‌گیرند. منطقی بودن طراحی لوله‌کشی‌های فرآیندی: طراحی لوله‌کشی‌ها در کارخانه‌های شیمیایی نقش مهمی دارد. محتوای طراحی آن تقریباً تغییری ندارد؛ علاوه بر مسائلی که در بالا ذکر شد، لازم است استانداردهای مناسب و دانش‌های پایه را نیز به خوبی درک کرد، همچنین نقشه‌های فرآیندی را به طور کامل بشناخت تا بتوان الزامات فرآیندهای تولیدی را برآورده کرد. تجزیه مواد و درجات لوله‌های فرآیندی: در تأسیسات پتروشیمی، به دلیل تفاوت‌های قابل توجه در فشار و دما بین سیستم‌های با فشار بالا و سیستم‌های با فشار پایین، هنگام اتصال این سیستم‌ها، باید نقاط تقسیم بر اساس درجه لوله‌های مربوط به سیستم‌های با فشار پایین تعیین شود. در صورت عدم وجود شرایط خاص، محدوده‌بندی‌ها بر اساس نقشه‌های P&ID به‌طور دقیق تعیین می‌شوند؛ اما در صورت وجود شرایط خاص، لازم است بر اساس شرایط محلی، تغییرات لازم ایجاد شده و نقاط و خطوط مرزی به‌درستی تعیین گردند. تجزیه سطوح معمولاً به سه حالت زیر تقسیم می‌شود: اول، سطوح فشار یکسان هستند، اما مواد متفاوتند، همان‌طور که در شکل ۱ نشان داده شده است. دوم، مواد یکسان هستند، اما درجات فشار متفاوت است، همان‌طور که در شکل ۲ نشان داده شده است. سوم، سطح فشار و جنس مواد نیز متفاوت هستند، همان‌طور که در شکل ۳ نشان داده شده است. همان‌طور که از شکل ۱ مشخص است، در شرایط عادی، فلنج‌ها و واشرها از مواد با کیفیت پایین و پیچ‌ها و دریچه‌ها از مواد با کیفیت بالا استفاده می‌شوند ； همان‌طور که از شکل ۲ مشخص است، فلنج‌ها، واشرها، پیچ‌ها و دریچه‌ها باید از جنس مواد مقاوم در برابر فشارهای بالا باشند ； همان‌طور که از شکل ۳ مشخص است، فلنج‌ها و واشرها از جنس با کیفیت بالا نوع «الف» استفاده می‌کنند، در حالی که پیچ‌ها و شیرها از جنس با کیفیت بالا نوع «ب» به کار می‌روند. طراحی لوله‌کشی برج‌ها و مخازن در فرآیندهای تجهیزاتی: در پتروشیمی، برای طراحی لوله‌کشی برج‌ها و مخازن، باید اصول طراحی و الزامات ویژه مربوط به فرآیند را به طور کامل در نظر گرفت. عمدتاً به ترتیب لوله‌کشی بین برج تقطیر و مخزن بازگشت و ترتیب لوله‌کشی بین برج تقطیر و برج استیلایش تقسیم می‌شود. چیدمان لوله‌کشی بین توربین فراوری و مخزن بازگشت: هنگامی که فشار بالای توربین فراوری از طریق مسیر انحرافی حرارتی کنترل می‌شود، باید به طور کامل به وجود مسیر انحرافی کوتاه و بدون قسمت‌های اضافی توجه کرد؛ در نتیجه، شیر تنظیم باید در بالای مخزن بازگشت قرار گیرد، همان‌طور که در شکل ۴ نشان داده شده است. چیدمان لوله‌کشی بین توربین فراوری و توربین استخراج: به طور کلی، در توربین فراوری باید مجموعه‌ای از دریچه‌های تنظیمی وجود داشته باشد؛ این مجموعه دریچه‌ها باید در نزدیکی توربین استخراج نصب شوند تا اطمینان حاصل شود که دریچه‌های تنظیمی دارای ستون مایع کافی باشند، همان‌طور که در شکل ۵ نشان داده شده است. بر اساس شرایط، لوله‌کشی جریان دوفازی بخار و مایع طراحی می‌شود. هنگام طراحی لوله‌کشی جریان دوفازی، دریچه‌های تنظیم فشار باید تا حد امکان نزدیک به مخزنی که محیط جریان است قرار گیرند تا فشار در لوله‌ها کاهش یابد و از لرزش لوله‌ها جلوگیری شود. همچنین، لوله‌ها نباید به صورت تصادفی قرار گیرند؛ بلکه باید بر اساس شرایط واقعی، طراحی مناسبی داشته باشند، همان‌طور که در شکل ۶ نشان داده شده است. منطقی بودن چیدمان لوله‌ها و شیرها: چیدمان لوله‌ها و شیرها باید از دو جنبه، یعنی تعیین نقاط نمونه‌برداری و تعبیه خطوط پاکسازی با بخار، مورد تحلیل قرار گیرد: ابتدا، تعیین نقاط نمونه‌برداری. باید الزامات طراحی فرآیند مربوطه برآورده شود؛ آن را بر روی لوله اصلی و در جلوی شاخه‌ها قرار داد، از نمونه‌برداری در نقاط کور و در ته لوله‌های افقی اجتناب کرد، و اطمینان حاصل شد که نمونه‌های جمع‌آوری‌شده نماینده باشند. دوماً، تنظیم لوله‌کشی برای پاکسازی با بخار. این لوله در تجهیزات شیمیایی یک لوله نسبتاً رایج است و هدف اصلی آن شناسایی و تشخیص نقص‌هاست. برای لوله‌های فرآیندی مختلف، باید لوله‌های پاکسازی با بخار به آن‌ها متصل شوند. مزیت استفاده از این روش این است که در صورت نشت در یکی از شاخه‌ها، می‌توان شیر قطع مربوط به آن شاخه را بست و عملکرد طبیعی لوله‌های دیگر و لوله اصلی بخار را مختل نکرد. منطقی بودن طراحی لوله‌کشی تجهیزات تبادل سرما: در فرآیند طراحی لوله‌کشی‌های تجهیزات فرآورش نفت و پتروشیمی، چیدمان منطقی لوله‌کشی‌های تجهیزات تبادل سرما به طور قابل توجهی متفاوت از سایر تجهیزات فرآورشی است؛ این تجهیزات دارای عوامل فرآیندی بسیار پیچیده‌ای هستند. بنابراین، هنگام عملیات کردن، تعمیر و نگهداری آن‌ها، و همچنین در حین تحمل تنش‌های حرارتی لوله‌ها، لازم است که این عوامل مکانیکی به طور دقیق بررسی شوند. (۱) درباره انتقال حرارت معکوس. در تجهیزات تبادل حرارت سرد، لوله‌های آب سرد معمولاً از پایین وارد و از بالا خارج می‌شوند؛ تا در صورت بروز خرابی، مقداری آب در داخل رسیور باقی بماند و آب آن خالی نشود. (۲) درباره فاصله خالی برای نصب. در فرآیند انتقال حرارت در تجهیزات تبادل حرارت سرد، برای تسهیل نظارت بر آن‌ها، معمولاً فاصله‌های مناسبی بین لوله‌ها و فلنج‌های دریچه‌های ورودی و خروجی اختلاط‌کن و فلنج‌های درپوش آن تجهیزات ایجاد می‌شود. به طور معمول، برای تسهیل بازسازی، این فاصله حدود ۳۱۰ میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود. (۳) درباره تنش حرارتی. در فرآیند چیدمان مناسب تجهیزات تبادل حرارت، معمولاً نقاط ثابت اختلاط‌کن‌ها در انتهای جعبه لوله‌ها قرار می‌گیرند؛ همچنین، لوله‌های متصل به انتهای لوله‌های اختلاط‌کن نیز باید با توجه به تغییرات ناشی از انبساط حرارتی اختلاط‌کن، به دقت در نظر گرفته شوند. منطقی بودن طراحی لوله‌کشی تجهیزات تبادل سرد؛ طراحی قاب‌های لوله‌ها با طراحی خود لوله‌ها ارتباط تنگاتنگی دارد. اگر طراحی قاب‌های لوله‌ها به درستی انجام نشود، منجر به آسیب دیدن لوله‌ها در حین کار خواهد شد و حتی می‌تواند به آسیب رسیدن تجهیزات نیز منجر شود. (۱) کاهش جابجایی نسبی بین لوله و تکیه‌گاه‌ها. همان‌طور که در شکل ۷ نشان داده شده است: در لوله‌های بخار، معمولاً کنار لوله اصلی، لوله‌های کوچک تخلیه آب وجود دارد. اگر نقطه A را به عنوان تکیه‌گاه در نظر بگیریم، به دلیل اینکه بخش‌های عمودی لوله به راحتی دچار انبساط می‌شوند، این امر مانع حرکت پایینی فنر می‌شود و در نتیجه باعث آسیب به تجهیزات می‌گردد. بنابراین، با توجه به چنین مشکلاتی، روش صحیح طراحی باید همان‌گونه که در شکل ۸ نشان داده شده است، باشد: قرار دادن تکیه‌گاه‌هایی که روی زمین قرار دارند، روی لوله اصلی؛ در عین حال، این تکیه‌گاه‌ها همراه با لوله اصلی بالا و پایین می‌روند. به این ترتیب، جابجایی نسبی بین لوله و تکیه‌گاه‌ها کاهش می‌یابد. (۲) در صورتی که چیدمان قاب‌های لوله‌ها مناسب باشد، می‌توان از هدررفت نیز جلوگیری کرد. از آنجایی که فنرها با گذشت زمان الاستیسیته خود را از دست می‌دهند، هنگام طراحی قاب‌های لوله‌ها باید از استفاده حداکثری از فنرها خودداری شود. (۳) کشیدن لوله‌کشی. لوله‌کشی‌های موجود در امتداد برج، معمولاً فقط یک تکیه‌گاه تحمل وزن دارند؛ همچنین فاصله این تکیه‌گاه تا بالای برج باید به گونه‌ای باشد که خطوط جوشکاری در آن قرار گیرند. اگر بار تحمل شده توسط یک تکیه‌گاه بیش از حد باشد، می‌توان تکیه‌گاه دیگری نصب کرد؛ این تکیه‌گاه باید دارای سیستم تکیه‌گاه فنری باشد و همچنین، تکیه‌گاه‌های راهنما نیز باید در فواصل منظمی نصب شوند. هنگامی که تفاوت دمای خط بازگشت روغن و دیواره برج زیاد باشد، مقدار طول ایجاد شده نیز بیشتر خواهد بود؛ در این صورت، اولین تکیه‌گاه در بخش‌های افقی لوله باید به صورت عمودی تنظیم شود و از تکیه‌گاه‌های فنری استفاده گردد. همچنین، هنگامی که طول L زیاد باشد و مقدار کافی از طول نسبی وجود داشته باشد، می‌توان از کلیپ‌های راهنمای لوله نیز استفاده کرد. منطقی بودن طراحی لوله‌کشی تجهیزات تبادل سرد: طراحی لوله‌کشی پمپ‌ها عمدتاً شامل طراحی لوله‌های متمرکز در ورودی پمپ، طراحی بخش‌های مستقیم لوله در ورودی پمپ، و مطالعه انعطاف‌پذیری لوله‌ها است. (۱) طراحی لوله محوری منحرف ورودی پمپ. طراحی مناسب لوله‌های محوری خارج از مرکز ورودی پمپ، عمدتاً برای تضمین عملکرد صحیح پمپ است؛ زیرا در صورت تغییر موقعیت محوری خارج از مرکز ورودی پمپ، گاز در نقاط تغییر قطر جمع نخواهد شد و در نتیجه ایجاد فرسایش ناشی از بخار خواهد شد. بنابراین، هنگام نصب قطر اکسنتریک ورودی پمپ، باید از روش نصب با سطح صاف استفاده کرد و در عین حال شیر تخلیه را در نقطه پایین‌ترین موقعیت نصب کرد؛ به این ترتیب می‌توان از پدیده خوردگی ناشی از بخار جلوگیری کرد. (۲) طراحی بخش مستقیم ورودی پمپ. طراحی لوله‌کشی ورودی پمپ معمولاً با توجه به دو عامل انجام می‌شود: نخست، ورودی پمپ در یک سمت قرار دارد، بنابراین تکیه‌گاه لوله ورودی پمپ باید قابل تنظیم باشد و همچنین لوله ورودی و شیرها باید در قسمت جلویی سمت پمپ قرار گیرند ； دوم، برای لوله‌کشی ورودی پمپ باید از وجود مانع هوایی جلوگیری شود؛ بنابراین، هنگام طراحی باید به این موضوع توجه کرد. (۳) انعطاف‌پذیری لوله. از آنجایی که پمپ یک دستگاه چرخشی است، تحت تأثیر نیروهای وارد بر لوله‌ها، محل قرارگیری دهانه پمپ ممکن است منحرف شود. با توجه به این مشکل، هنگام طراحی لوله‌ها باید اطمینان حاصل شود که فشار وارد بر دهانه پمپ در محدوده مجاز باقی بماند؛ همچنین، لازم است به جبران تأثیرات حرارتی نیز توجه ویژه شود. نتیجه‌گیری: طراحی لوله‌کشی‌های تأسیسات صنایع نفت و شیمی، یک پروژه مهندسی پیچیده است که نه تنها نیازمند دانش تخصصی کارکنان است، بلکه مهندسان نیز باید دارای ذهنیت نوآورانه باشند تا بتوانند بر اساس شرایط واقعی، لوله‌کشی‌های مناسبی طراحی کنند. این امر می‌تواند ایمنی لوله‌کشی‌های صنایع نفت و شیمی را تضمین کرده و در نهایت، عملکرد صحیح تجهیزات شیمیایی را فراهم سازد.