دوره آموزشی اصول طراحي PIPING بر اساس استاندارد ASME B31.3

اصطلاح «Piping » عموماً در مسائل مربوط به انتقال سيال از طريق لوله , اتصالات مربوطه و شيرآلات بكاربرده مي شود . باتوجه به اينكه لوله جزء اصلي لوله كشي را تشكيل مي دهد ابتدا به شرح آن مي پردازيم :

لوله ها :

لوله يا Pipe به صورت قطعاتي به شكل استوانه توخالي با طول، قطر و ضخامت مشخص كه براي انتفال سيال استفاده مي گردد.  تيوپ ها كه كاربرد آن درمبدل ها ،بويلرها ،قطعات ابزار دقيق و ماشين آلات است، توسط قطر خارجي و ضخامت جداره بر حسب يك هزارم اينچ يا «BWG » مشخص مي گردند. در حاليكه لوله ها توسط «قطر نامي لوله»وضخامت برحسب «Schedule Number » شناسائي مي شوند.البته در استانداردهاي مختلف تقسيم بنديهاي متــعددي در اين زمينه صورت گرفته است, بدين دليل در ابتدا به تشريح استانداردها مي پردازيم :

استانداردهايPiping  :

     استانداردها و كدها براي سرويس هاي مختلف توسط موسسات استاندارد بين المللي تهيه و توزيع ميگردد.اين استانداردها شامل نحوه ساخت لوله،نحوه استفاده،طراحي،انشعاب،اتصال ،نحوه نصب و نحوه تست خطوط لوله مي باشند.در تهيه اين استانداردها مهمترين مطلبي كه مورد نظر بوده «ايمني» در هنگام استفاده و كاركرد است. اين استانداردها بسته به شرايط از گذشته تا كنون تكميل تر شده و در حال تغيير بوده اند. انجمن هاي مختلف در زمينهPiping  استانداردهائي ارائه كرده اند كه از جمله مي توان به موارد زير اشاره نمود :

ASME

ASTM

ANSI

AWWA

API
American Society Of Mechanical Engineers

American Society for Testing and Materials

American National Standards Institute

American Water Works Association

American Petroleum Institute

استاندارد «ASME »  استانداردي است كه عموميت بيشتري دارد. اين استاندارد لوله كشي در كاربردهاي گوناگون را تقسيم بندي و توضيح داده است :

B31.1

B31.2

B31.3

B31.5

B31.9
Power Piping

Fuel Gas Piping

Chemical Plant And Petroleum Refinery Piping

Refrigeration Piping

Building Service Piping

مراحل اصلی کار طراح سیستم لوله کشی
1. چیدمان تجهیزات (Plot Plan)

2. مشخص نمودن محل و زوایای نازل های قرار گیرنده بر روی تجهیزات (Nozzle orientation & location)

3. طراحی لوله کشی از نازل تجهیز تا تجهیز دیگر مطابق اطلاعات ارائه شده در P&ID و اطلاعات خط برگرفته شده از Line List و اطلاعات کاربردی متریالی خطوط (Piping Material Specification)

4. پل ارتباطی بین تجهیزات، بستر لوله (Pipe rack) یا Sleeper way می باشد که از طریق آن لوله کشی انجام خواهد شد.

5. طراحی لوله کشی اطراف تجهیزات با دانستن نیازهای فرآیندی، عملیاتی و تعمیراتی آن انجام می گیرد. مانند طراحی اطراف پمپ، کمپرسور، مخازن و … که این موارد در دوره توضیح داده خواهد شد.

6. در نهایت طراح در انتهای کار باید مدارک خروجی را که انواع نقشه ها و مدارک مورد نیاز ساخت می باشد را تهیه نماید.

طراحی ASME

از حوزه‌هایی که مهندسین مکانیک در آینده شغلی خود می‌توانند متصور شوند و در آن مشغول به کار شوند، رشته لوله‌کشی صنعتی یا اصطلاحاً پایپینگ (piping) می‌باشد. این دسته از مهندسین متخصص بایستی با استفاده ازکد استاندارد طراحی ASME B31  در شرکت‌های مشاور مهندسی، شرکت‌های بازرگانی و همچنین شرکت‌های فعال در حوزه اجرای سیستم‌های پایپینگ فعالیت‌های خود را آغاز شوند.

به صورت کلی کد طراحی ASME B31 متشکل از مجموعه استانداردی، جمع‌آوری شده توسط انجمن مهندسین مکانیک آمریکاASME  در زمینه‌ی لوله کشی صنعتی تحت فشار (Pressure Piping) می‌باشد که کاربردهای فراوانی در گستره بزرگی از صنعت و مهندسی دارد. مهم‌ترین و نخستین قدم در محاسبات، طراحی و اجرای سیستم‌های پایپینگ انتخاب کد مناسب پایپینگ از بین بخشهای مختلف طراحی ASME B31 است. در واقع هر پروژه و عملیاتی که در آن احتیاج به منتقل کردن سیالات از منطقه‌ای به منطقه دیگر باشد چه تنها با هدف انتقال سیالات و چه با هدف انجام یک فرایند یا پروسه روی آن سیال موردنظر، قطعا در تمامی مراحل احتیاج به انجام محاسبات، طراحی و پیاده سازی یک سیستم پایپینگ می‌باشد. در این موارد است که نقش اساسی مهندس پایپینگ به عنوان فرد متخصصی که وظیفه محاسبه، طراحی، تهیه مدل‌های سه بعدی با نرم‌افزارهای تخصصی، تهیه نقشه‌های اجرایی موردنیاز و در نهایت اجرای بی‌نقص سیستم پایپینگ دلخواه و نظارت بر اجرای سیستم موردنظر را برعهده دارد؛ کاملاً مشهود و مشخص می‌باشد.

طراحی لوله های خطوط نفت
مجموعه کد استاندارد ASME B31  دسته‌ای از استانداردهای مربوط به لوله‌کشی صنعتی می‌باشند که جمع آوری و تدوین شده به واسطه انجمن مهندسان مکانیک آمریکا ( ASME ) برای سیستم‌های لوله‌کشی صنعتی تحت فشار می‌باشند که کاربرد‌هایی گوناگون در زمینه های مختلف صنعتی و تخصصی دارد. همینطور قابل ذکر است که در دهه‌های گذشته،ASME B31 به اسم ASME B31 نیز خوانده می‌شد. هر کدام از قسمت‌های B31، مقررات و قواعدی کامل و جامع در جهت تمامی اعمال و نکات لوله‌کشی صنعتی هستند.

اما در برخی موارد در جهت انجام دادن برخی از پروژه‌های Piping ، طراحی لوله های خطوط نفت یا برای بعضی از نصب‌ها و تجهیزات پیچیده که بخش‌های متعددی دارند، امکان دارد به بیش از یکی از کدهای استاندارد ASME B31 احتیاج باشد.انتخاب کردن کد استاندارد متناسب با نیازهای پروژه‌ی اجرای سیستم پایپینگ و یا طراحی لوله‌های خطوط نفت از بین قسمت‌های مختلف ASME B31  نخستین مرحله محاسبه، طراحی و اجرای این سیستم‌ها است. هریک از قسمت‌های این مجموعه کد B31، ممکن است تفاوت‌هایی با بخش‌های دیگر داشته باشد که با توجه به اساس نیاز سیستم لوله‌کشی، طراحی و اجرای درست سیستم پایپینگ نیازمند شناخت بالا و دقیق از هر قسمت و استفاده به نحو صحیح از کد استاندارد‌های ASME B31 می‌باشد.

کد ASME B31.4، ضرورات و قواعد طراحی سیستم‌های پایپینگ یا بهتر بگوییم پایپ لاین برای سیستم‌های انتقال و توزیع سیالات و هیدروکربن‌های مایع بالاخص طراحی لوله های خطوط نفت را مشخص می‌کند. از کاربرد‌های وسیع آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

مونتاژ، بازرسی و آزمایش، طراحی، متریال، ساخت، لوله، فلنج، پیچ و مهره، واشر، اجزا و متریال پایپینگ خطوط انتقال، شیرآلات، وسایل امدادی، اتصالات و همچنین شبکه لوله‌های خطوط انتقال مایعات از قبیل نفت خام، میعانات گازی، بنزین طبیعی، مایعات گازی طبیعی، بنزین مایع، گاز دی اکسید کربن، الکل مایع، آمونیاک مایع بی آب و فرآورده‌های نفتی مایع بین تأسیسات، مخزن، کارخانه‌های پردازش گاز طبیعی، پالایشگاه‌ها، ایستگاه‌ها، کارخانه‌های آمونیاک، ترمینال‌ها در این کد به صورت جامع بررسی شده است.

ASME B31 چیست؟ (مقدمه، آشنایی و کاربردها)

کد ASME B31  مجموعه استانداردی، تهیه شده توسط انجمن مهندسان مکانیک آمریکا(ASME) برای لوله کشی صنعتی تحت فشار (Pressure Piping) می باشد که کاربردهای بسیاری در طیف وسیعی از صنایع دارد.

همچنین قابل ذکر است که در سالهای دور، ASME B31 قبلاً با عنوان ANSI B31 نیز شناخته می شد .
هر یک از بخشهای B31، مقرراتی کامل و جامع برای کل کارهای لوله کشی هستند. اما گاهی برای بعضی از کارهای Piping یا برای برخی از نصب ها که قسمت‌های مختلف دارند، ممکن است به بیش از یک کد نیاز باشد .

انتخاب کد مناسب پایپینگ از بین بخش‌های مختلف ASME B31 اولین قدم طراحی و اجرا است.
هرکدام از بخشهای این مجموعه (B31) ، تفاوت‌هایی ممکن است با قسمتهای دیگر داشته باشد که بنابر نیاز لوله کشی، طراحی و اجرای صحیح سیستم نیازمند شناخت دقیق هر قسمت و استفاده صحیح از استانداردهای ASME B31 می باشد.

آشنایی با انواع کدهای ASME B31 و کاربردهای آنها:

ASME B31 شامل چندین بخش است که مقررات هر بخش براساس سیستم پایپینگ که باید نصب و اجرا گردد توسط زیر کمیته‌های تخصصی تدوین شده است . (به عنوان مثال B31.1 زیر کمیته تخصصی پاور پایپینگ)

در بند دامنه (Scope) هر کد، کاربردهای هر بخش و موضوعاتی را که کد مربوطه برای آن تدوین شده است را بیان می کند.

ASME B31.1 : Power Piping

این کد از مجموعه B31 به حداقل الزامات لازم را برای طراحی، متریال، ساخت، نصب و آزمایش و بازرسی سیستم‌های پایپینگ نیروگاهی و کمکی برای ایستگاه های تولید برق، کارخانه های صنعتی، نیروگاه‌های گرمایش مرکزی و منطقه ای، سیستم های حرارتی و بخار و سیستم‌های توزیع حرارت و امثال آن می پردازد .

از ویژگی‌های B31.1 می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

کد B31.1 برای لوله کشی‌هایی که بصورت مستقیم به شیرهای جداساز بویلرهایی که تحت استاندارد ASME SECTION I ساخته شده اند اجباری است.

این کد، استاندارد پایپینگ لوله های خارجی بویلرها و دیگ بخار را که در آنها بخار با فشار بیش از 15 psig تولید می شود و آب با دمای بالا در فشارهایی بالاتر از 160 psig و یا دمای بیش از 250 درجه فارنهایت (120 درجه سانتیگراد) تولید می‌شود را ارائه می‌دهد.

ASME B31.2 : Fuel Gas Piping
این استاندارد در‌حال حاضر استانداردی منسوخ شده می باشد که با استاندارد NFPA 54 / ANSI Z223.1  جایگزین شده است.

ولیکن در وبسایت ASME همچنان در دسترس می‌باشد که از کاربردهای آن میتوان به پایپینگ سیستم گازهای سوختی اشاره کرد.

ASME B31.3 : Process Piping
بدون شک یکی از مهمترین استانداردهای پایپینگ بین المللی، همین کد B31.3 می‌باشد.

ASME B31.3 ، الزامات مربوط به مواد، متریال و اجزا و لوله و فیتینگ های پایپینگ، طراحی، ساخت، مونتاژ، نصب، تست و بازرسی پایپینگ را تعیین می‌کند.

این کد الزامات لوله کشی برای کلیه مایعات از جمله: (1) مواد شیمیایی خام  (2) فرآورده های نفتی؛ (3) گاز ، بخار ، هوا و آب؛ (4) جامدات سیال شده 5) مبرد (6) مایعات کرایوژنیک و بسیاری سیالات دیگر در انواع صنایع را شامل می‌شود.

ASME B31.4 : Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids

این کد، الزامات پایپینگ یا بهتر بگوییم “پایپ لاین” برای سیستم‌های توزیع و انتقال هیدروکربن های مایع را تعیین می کند.

از کاربردهای وسیع آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

طراحی، متریال، ساخت، مونتاژ، بازرسی و آزمایش، اجزا و متریال پایپینگ خطوط انتقال، لوله ، فلنج ، پیچ و مهره ، واشر ، شیرآلات ، وسایل امدادی، اتصالات  و …در این کد به صورت جامع بررسی شده است.

شبکه لوله های خطوط انتقال مایعات از قبیل نفت خام، میعانات گازی، بنزین طبیعی، مایعات گازی طبیعی، بنزین مایع ، گاز دی اکسید کربن، الکل مایع، آمونیاک مایع بی آب و فرآورده های نفتی مایع بین تأسیسات، مخزن، کارخانه‌های پردازش گاز طبیعی، پالایشگاه‌ها، ایستگاه‌ها، کارخانه‌های آمونیاک، ترمینال‌ها .

الزامات مربوط به خطوط لوله فراساحل در فصل IX یافت می شود.