تحمل فشار لوله

میزان تحمل فشار لوله و همچنین دما از موضوعاتی است که در پروسه لوله کشی اهمیت زیادی دارد. ایجاد اختلال در هر کدام سبب می‌شود تا خرابی های جبران ناپذیری را به بار آورد و سیستم لوله کشی را دچار مشکل کنند. عدم توجه و سبب می شود تا در طول زمان شما دائماً احتیاج به تعمیرات داشته باشید.

میزان فشار و دمای که برای لوله ها وجود دارد به هم مرتبط اند و بر یکدیگر تاثیر می گذارند؛ بنابراین نمیتوان به صورت جداگانه هر یک را بررسی کرد. در ادامه مطلب با ما همراه باشید تا بیشتر درباره میزان تحمل فشار و دمای لوله ها و همچنین عوامل تاثیرگذار بر روی آن بدانید.

چرا محاسبه تحمل فشار و دما لوله مهم است؟

وظیفه لوله ها عموما انتقال سیالات و گازها می باشد و در صورتی که فشار و دما با میزانی که برای لوله مورد انتظار است مغایرت داشته باشد سبب خرابی و ایجاد مشکلات جدی خواهد شد. در کل یک سیستم لوله کشی عوامل مختلف زیادی می توانند باعث خرابی در لوله ها شود که در در کنار همه این عوامل فشار و دمای بالا از جمله آسیب زا ترین عامل خرابی محسوب می شود.

در صورتی که شیوه لوله کشی روکار باشد اهمیت این موضوع بیشتر خواهد شد. علت آن این است که در صورتی که لوله کشی در زیر زمین انجام شود می توان به واسطه بتن گچ و سایر موارد تا میزان زیادی از لوله محافظت و از بروز مشکلات جلوگیری کرد. در لوله کشی روکار لوله ها همواره در خطر مواجهه با عوامل محیطی بیرونی، صدمات و همچنین نور خورشید می باشند. بنابراین توجه به استانداردهای موجود برای لوله ها در زمان نصب میتواند به ایجاد یک سیستم لوله کشی بی نقص کمک کند.

از دیگر دلایلی که محاسبه تحمل فشار و دمای لوله را اهمیت می کند مسئله فلنج هاست. فلنج یکی از اجزای لوله کشی محسوب می شود که قدرت زیادی ندارد و یک عضو ضعیف محسوب می شود. در صورتی که با شکستگی و خرابی در سیستم مواجه شویم می توانیم دریابیم که فلنج در سیستم به مشکل برخورد است بنابراین لازم است تا ضخامت بر اساس فلنج ها انجام پذیرد. در صورت بروز کوچکترین مشکلی در سیستم لوله کشی کل سیستم دچار مشکل شده است. در نهایت مقطع مورد نظر باید نسبت به آلیاژ و ضخامت تطابق داشته باشد و بر حسب نوع کاربری انتخاب شود.

روش محاسبه تحمل فشار لوله چگونه است؟

همانطور که پیشتر به آن اشاره شد مسئله محاسبه فشار و دمای مجاز بر روی لوله فولادی از جمله موضوعاتی که در مطالعات مهندسی اهمیت زیادی دارد. میزان فشار مجاز‌و استاندارد به واسطه فرآیند متالورژی و عناصر اساسی تشکیل دهنده آن تعیین می‌شود.

دیدن قیمت لوله پلی اتیلن

استانداردهای ASME (انجمن مهندسان مکانیک آمریکا)، میزان درجه بندی فشار و دمای استاندارد برای آلیاژ های گوناگون مثل فلنج و دیگر اتصالات را مشخص میکند. بر اساس این استاندارد فشار طراحی به شکل زیر توصیف می شود:

فشار طراحی مشخص شده برای هر یک از اجزا در سیستم‌های لوله‌کشی نباید از فشار سخت‌ترین شرایط دمایی و فشاری (حداقل و حداکثر) کمتر باشد؛ دشوارترین شرایطی که برای لوله وجود دارد در نهایت منجر به تعیین ضخامت و کلاس فشاری برای اجزای سیستم لوله کشی میشود.

یک طراح ساختمان باید اطلاعات کافی در زمینه پایپینگ، انواع اتصالات لوله و همچنین اصول مرتبط با آن داشته باشد تا بر اساس آن تشخیص دهد که چه میزان دما و فشاری برای لوله مورد انتظار است و در نتیجه ضخامت آن را تعیین کند. بنابراین یک نتیجه مشخصی وجود ندارد و باید بر اساس هر منطقه تعیین شود.

جدول تحمل فشار انواع لوله فولادی

جدول تحمل فشار لوله‌ها
تنش مجاز				دما
در دمای سخت کاری فولاد		در دمای آنیل شده
psi	Mpa	Mpa	psi	C°	°F
۷۱	۱۰۳۰۰	۴۱	۶۰۰۰	۳۸	۱۰۰
۷۱	۱۰۳۰۰	۳۵	۵۱۰۰	۶۵	۱۵۰
۷۱	۱۰۳۰۰	۳۴	۴۹۰۰	۹۴	۲۰۰
۷۱	۱۰۳۰۰	۳۳	۴۸۰۰	۱۲۱	۲۵۰
۶۹	۱۰۰۰۰	۳۲	۴۷۰۰	۱۵۰	۳۰۰
۶۶	۹۷۰۰	۲۷	۴۰۰۰	۱۷۷	۳۵۰
۶۴	۹۴۰۰	۲۰	۳۰۰۰	۲۰۵	۴۰۰

نحوه محافظت از لوله در برابر فشار و دما بالا

فشار و دما بالا همانطور که به آن اشاره شد از جمله عواملی هستند که در صورتی که توجه لازم را به آنها نداشته باشیم می تواند خسارت های جبران ناپذیری را به بار بیاورد. سیستم های توکار فشار توسط گچ و بتن جذب شده و به لوله منتقل نمی شود بنابراین در این روش فشار انبساط حرارتی کاهش یافته و تحمل فشار لوله بیشتر میشود.

بهتر است در محل انشعاب لوله ها و مسیر هایی که لوله تغییر جهت می دهد از فوم یا اسفنج استفاده کنید. دستگاهی که لوله های توکار در دسترس نباشد می‌توانید از لوله های متناسب با فشار و دمای محل مورد نظر سیستم لوله کشی را انجام دهید. لوله کشی روکار دقت زیادی را می طلبد و باید به شکل دقیق تمامی استانداردهای لازم را در آن رعایت کرد. لوله کشی های روکار همواره در خطر عوامل محیطی قرار دارد و هر فشار و دما نامناسب سبب تخریب آن خواهد شد.

برای حل این مشکل از روشهای گوناگونی وجود دارد. از جمله چرخش خط لوله به واسطه متعادل کننده های انبساط حرارتی یکی از راه های تاثیرگذار در جهت جلوگیری از افزایش فشار و دما در سیستم های لوله کشی می باشد. شیوه های دیگر برای محافظت از لوله ها شامل:

• بهره گیری از لوپ انبساطی

می‌تواند به متعادل سازی حرارتی در لوله کشی کمک کند. در این روش فشار بر روی انوع لوله مثل لوله مانیسمان کنترل شده و جابجایی هایی که به واسطه تغییرات دما در لوله کشی اتفاق می افتد را به میزان زیادی کاهش می‌دهد.

• استفاده از خم L

می توان با استفاده از یک خم L، میزان انبساط طولی که از طریق دمای بالا ناشی می شود را جبران کرد و فضای کافی را در جهت حرکت محوری لوله ایجاد کرد. استفاده از این شیوه محدودیت هایی دارد و برای مسیرهای بیشتر از سه متر مناسب نیست و می تواند با لوپ U جایگزین شود.

• لوله با ضریب انبساط حرارتی پایین

می توان از لوله و اتصالات با ضریب انبساط حرارتی پایین مثل کربن استیل، چدن یا فولاد ضد زنگ بهره برد چرا که می‌توانند در مقابل تغییرات دمایی، مقدار جابجایی و تغییر طولی کم تر از خود نشان دهند.

• استفاده از بست های ثابت

می تواند به تثبیت انواع لوله ساختمان کمک کند. بنابراین لوله ها حرکت نمی کنند و مقدار تنشی که به آنها وارد میشود را کنترل میکند. همچنین می توان با استفاده از بست های متحرک فضای کافی در جهت حرکت محوری لوله ها را ایجاد کرد. البته باید توجه داشته باشید که بست ها باید به صورت منظم و یکنواخت نصب شوند.

• نصب یک قطعه انبساط آکاردئونی

با استفاده از این قطعه میتوان کاهش و افزایش دما را کنترل کرد. انبساط و انقباض سبب تغییرات دما در سطح لوله ها میشود که می توان با استفاده از اتصالات انبساطی دنده ای، جوشی و فلنجی آنها را کنترل کرد. استفاده از آنها در سیستم های لوله کشی با دماهای بالا و پایین گستردگی زیادی دارد و می‌تواند از آسیب دیدگی در سطح لوله ها بر اثر لرزش جلوگیری کند.

جمع بندی 

لوله ها انواع مختلفی دارند مثل لوله گالوانیزه، لوله فولادی و…. و هر کدام با شکل های مختلف نقش مهمی در شبکه انتقال سیالات و گازها در بسیاری از صنایع ایفای می کند. مقدار تحمل فشار ورودی و تغییرات دمایی به جنس لوله و آلیاژ استفاده شده در آن بستگی دارد. مقدار فشار ورودی طبق واحدی به نام PN بر حسب بار اندازه‌گیری می‌شود.

میزان تحمل لوله ها در مقابل فشار ورودی متفاوت است و ممکن است در بعضی از آنها سبب شکستگی و خسارات شود. راهکارهای متفاوتی برای جلوگیری از بروز این مشکلات وجود دارد که در مقاله بالا به آن پرداختیم. توجه به استانداردها و رعایت آن می تواند به ایجاد یک سیستم لوله کشی درست و ایمن کمک کند.

سوالات متداول

 فشار طراحی مطابق استاندارد ASME B31.3 چگونه تعریف می شود؟

بر اساس استاندارد ASME B31.3 فشار طراحی به شکل زیر توصیف می شود: فشار طراحی هر یک اجزا در سیستم لوله کشی نباید کمتر از فشار بیشترین ترین شرایط دمایی و فشاری مورد انتظار در سیستم باشد. سخت ترین شرایط مورد انتظار در نهایت به تعیین ضخامت و کلاس فشاری اجزاء سیستم لوله کشی منجر می شود.

چه نکاتی را لازم است در زمان تعیین ضخامت اجزا لوله کشی و تحمل فشار لوله رعایت کنیم؟

در جهت تعیین ضخامت در اجزای سیستم باید از کلاس های فشاری تعریف شده متناسب فلنج ها استفاده شود. برنج ها اجزای ضعیفی هستند که در سیستم ها وجود دارند. اگر هرگونه مشکلی در سیستم رو بکشه اتفاق بیفتد فرض بر آن است که از اتصالات فلزی می باشد.

 نکته مهم دیگر این است که برای محاسبه کردن ضخامت فشار مجاز باید کدام تجهیز را بررسی کنیم لوله، فلنج و یا اتصالات؟

جواب هر سه آن است ما برای محاسبه ضخامت به دست آمده لازم است یا فشار مجاز همه اجزا را و فشار ورودی را بررسی کنیم و نسبت به شرایط آنها را محاسبه کنیم.