یکی از مهم ترین وظایف مهندس پایپینگ، انتخاب مواد مناسب برای اجرای سیستم لوله کشی است. فرآیند انتخاب مواد، با توجه به شرایط محیطی و کاربری مورد نظر انجام می گیرد.
هدف از این فرآیند، اجرای سیستمی با پایداری کافی به منظور جلوگیری از شکست در شرایط عادی و بحرانی است.
مراحل کلی انتخاب مواد لوله عبارت هستند از:
- تعیین نوع سیال.
- تعیین دما و فشار سیال عبوری.
- بررسی طول عمر میانگین لوله.
- انتخاب ماده مناسب.
- بررسی وجود ماده انتخابی در استاندارد.
- در صورت عدم وجود ماده انتخابی در استاندارد: انتخاب ماده مناسب بعدی مطابق با استاندارد.
- در صورت وجود ماده انتخابی در استاندارد: پایان فرآیند.
انتخاب ماده مناسب برای لوله، فیتینگ و دیگر اجزای مورد استفاده در سیستم های لوله کشی، با توجه به معیارهایی صورت می گیرد که در این بخش به معرفی آن ها خواهیم پرداخت.
معیارهای انتخاب جنس لوله:
انتخاب جنس مناسب برای لوله به عوامل مختلفی نظیر استحکام ماده و مقاومت در برابر خوردگی بستگی دارد.
این عوامل باید با توجه به فرآیندهای کارخانه و شرایط محیطی مورد بررسی قرار گیرند. اطلاعات مورد نیاز با استفاده از نموداردهای جریان فرآیند (PFD)، جداول موازنه جرم-حرارت و مدارک طراحی به دست می آیند. پس از جمع آوری تمام اطلاعات، نمودارهای انتخاب مواد بر اساس معیارهای زیر تهیه می شود:
- ترکیب شیمیایی سیال: بررسی وجود مواد خورنده نظیر هیدروژن سولفید، کربن دی اکسید و کلریدها.
- مشخصات سیال: حداکثر فشار کاری، دما، pH، سرعت، نقطه شبنم، فاز و میزان آلاینده.
- عملکرد لوله: بررسی احتمال پوسته پوسته شدن، محتوای آب، نمودارهای تغییرات دما، فشار و تنش های اعمال شده بر لوله.
- ملاحظات اقتصادی و اجرایی.
- شرایط شروع، توقف و شکست.
- سرویس های دوره ای و فرآیندهای استیم اوت.
مبنای انتخاب جنس لوله:
انتخاب جنس لوله، معمولا با توجه به پارامترهای زیر انجام می گیرد:
- عمر مفید: بازه زمانی مورد انتظار برای عملکرد مناسب و بدون مشکل لوله پیش از تعمیر، نگهداری یا جایگزینی.
- فولاد آلیاژی/فولاد ضد زنگ: حداقل 20 سال.
- فولاد کربنی: 15 سال.
- الزامات فنی: انتخاب استاندارد پایپینگ بر اساس محل اجرا و کاربری مورد نظر.
- تنش مجاز: مشخص کردن حدود فشار و دمای مجاز به منظور تعیین ابعاد و ضخامت لوله.
- دمای طراحی: حداکثر دمای سیال در نقطه تماس با تجهیزات پایپینگ (دمای عملیاتی به علاوه 25± درجه فارنهایت).
- فشار طراحی: حداقل فشار در شرایط بحرانی و دمای مورد انتظار (فشار عملیاتی به علاوه 2± بار).
- خوردگی: از بین رفتن سطح لوله بر اثر وجود مواد شیمیایی مخرب (حداکثر 1.5 تا 3 میلی متر برای لوله های فولادی بر اساس شاخص خورندگی لانجلیر).
- غلظت یون هیدروژن یا pH: اطمینان از نزدیک بودن pH به عدد 7.
- مقاومت ویژه خاک: مقدار بیشتر، خوردگی کمتر (مقاومت بالای 5000 اهم سانتی متر).
- کلرید: حضور بتن مسلح با پوشش کم، امکان افزایش کلرید در محیط و خوردگی لوله های فولادی را افزایش می دهد.
- آهک: وجود آهک (یکی از مواد اصلی تشکیل دهنده سیمان و بتن) در محیط اطراف لوله های بدون پوشش، امکان خوردگی را افزایش می دهد.
- سولفات: ترکیب سولفات درون نفت، گاز و دیگر مواد شیمیایی با اکسیژن و رطوبت، باعث تشکیل اسید سولفوریک، کاهش pH و آسیب به لوله ها می شود.
- ملاحظات اقتصادی: انتخاب بهترین گزینه با رعایت ایمنی و صرف هزینه های کمتر.
خصوصیات رفتاری لوله:
لوله انتخاب شده برای سیستم پایپینگ باید قابلیت سرویس دهی در شرایط مورد انتظار را داشته باشد.
از مهم ترین خصوصیات مورد بررسی برای انتخاب مناسب ترین لوله می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- مدول الاستیسیته: میزان تمایل ماده به بازیابی تغییر شکل.
- منحنی تنش کرنش: نمایش رابطه بین تنش و کرنش اعمال شده بر مواد.
- مقاومت تسلیم: نقطه شروع تغییر شکل پلاستیک در مواد.
- مقاومت نهایی: حداکثر تنش قابل تحمل پیش از شکست.
- شکل پذیری: میزان تغییر شکل کششی قابل تحمل پیش از شروع ترک یا شکست.
- چکش خواری: میزان تغییر شکل فشاری قابل تحمل بدون رخ دادن ترک یا شکست.
- سختی: مقاومت در برابر خراش و فشار.
- تردی: تمایل به ترک خوردگی یا شکست در حین تغییر شکل.
- چقرمگی: توانایی تغییر شکل پلاستیک و جذب انرژی پیش از شکست.
خزش:
تغییر شکل ناشی از اعمال بارهای تکراری؛ مسئله خزش لوله های مختلف در دماهای زیر، اهمیت بیشتری پیدا می کند:
- فولاد کربنی: 370 درجه سانتی گراد.
- فولاد ضد زنگ: 950 درجه سانتی گراد.
- آلیاژ آلومینیوم: 150 درجه سانتی گراد.
