مهندسان پایپینگ و Pipeline اغلب در مورد تنش لوله (Piping Stresses) یا تجزیه و تحلیل تنش خط لوله صحبت می کنند . آنالیز تنش در لوله ، یک حرفه اختصاصی است که توسط مهندسان استرس پایپینگ با استفاده از نرم افزارهایی مانند Caesar II، Start-Prof، Autopipe یا Rohr-2 انجام می شود.
اما برای آنالیز در مورد هر سیستم لوله کشی یا خط لوله، همیشه خوب است بدانیم که چه چیزی باعث این استرس در سیستم لوله کشی می شود. در این مقاله پاسخ یکی از اساسی ترین سوالات تحلیل تنش لوله را توضیح می دهیم.سوال اصلی: چه چیزی باعث ایجاد تنش در لوله می شود؟
علل و انواع تنش در سیستمهای لوله‌کشی صنعتی پایپینگ
تنش در سیستمهای لوله‌کشی به هر مشکلی که باعث صدا، ویبره و نوسان می گردد، اطلاق می شود. یکی از دغدغه‌های اصلی مهندسان و اپراتورها تنش است، زیرا می‌تواند منجر به خرابی، نشتی و خسارات اقتصادی قابل توجه شود. درک ریشه‌های اصلی تنش برای جلوگیری از چنین مشکلاتی ضروری است.
دسته‌بندی اصلی تنش در سیستمهای لوله‌کشی:
تنش های اصلی سیستم پایپینگ به دو دسته مهم تقسیم می شوند:
- تنش اولیه
- تنش ثانویه
1) تنش اولیه در پایپینگ چیست؟
تنش های اولیه ،تنش هایی هستند که از بارهای خارجی مانند فشار داخلی، وزن مرده و نیروهای خارجی ناشی می شوند. آنها عموما ثابت هستند و برای جلوگیری از خرابی باید در محدوده مجاز باشند.
این نوع تنش ناشی از بارهای مداوم بوده و تحت تاثیر حرکت لوله قرار نمی‌گیرد. تنش‌های اولیه معمولا از اهمیت بیشتری نسبت به تنش‌های ثانویه برخوردارند.
1.1) فشار داخلی: فشاری که توسط سیال در حال جریان درون لوله اعمال می‌شود، باعث ایجاد تنش‌های محیطی و محوری می‌شود.
1.2) فشار خارجی: در برخی کاربردها، فشار خارجی مانند فشار هیدرواستاتیکی می‌تواند باعث ایجاد تنش در دیواره لوله شود.
1.3) وزن لوله و سیال: وزن خود لوله و وزن سیالی که حمل می‌کند، در ایجاد تنش‌های محوری و خمشی نقش دارد.
1.4) بارهای لرزه‌ای: زلزله می‌تواند سیستمهای لوله‌کشی را در معرض بارهای دینامیکی قابل توجه قرار دهد که منجر به ایجاد تنش می‌شود.
1.5) تخلیه شیر اطمینان: تخلیه ناگهانی فشار از طریق شیر اطمینان می‌تواند باعث ایجاد بارهای ضربه‌ای و تنش شود.
2) تنش ثانویه در پایپینگ چیست؟
تنش های ثانویه در پایپینگ، از جابجایی، انبساط یا انقباض حرارتی ناشی می شوند. استرس های ثانویه اغلب خود محدود شونده هستند، اما اگر به درستی مدیریت نشوند، می توانند در طول زمان باعث خستگی شوند.
2.1) انبساط حرارتی: تغییرات دما باعث انبساط یا انقباض لوله‌ها می‌شود و در صورت محدود شدن حرکت، منجر به ایجاد تنش می‌شود.
2.2) تکیه‌گاه‌ها و مهارهای لوله: طراحی یا نصب نامناسب تکیه‌گاه‌ها و مهارها می‌تواند باعث ایجاد تنش در لوله شود.
2.3) حرکت تجهیزات: حرکت تجهیزات متصل، مانند پمپ‌ها یا کمپرسورها، می‌تواند باعث ایجاد تنش در لوله‌کشی شود.
2.4) بارهای باد و برف: بارهای خارجی ناشی از باد و برف می‌توانند باعث ایجاد تنش خمشی در لوله شوند.
عوامل اضافی موثر بر تنش لوله کشی پایپینگ:
ویژگی‌های مواد: جنس لوله، استحکام و قابلیت ارتجاعی آن بر نحوه واکنش به تنش تأثیر می‌گذارد.
ژئومتری لوله: قطر، ضخامت دیواره و طول لوله بر توزیع تنش تأثیر می‌گذارد.
ویژگی‌های سیال: خواص سیال مانند چگالی، ویسکوزیته و دما می‌توانند بر میزان تنش تأثیر بگذارند.
شرایط عملیاتی: عواملی مانند فشار، دما و نرخ جریان بر میزان تنش تأثیر می‌گذارند.
ساخت و جوشکاری: عیوب جوشکاری لوله می‌تواند باعث تمرکز تنش شود.
خوردگی: خوردگی باعث ضعیف شدن دیواره لوله شده و توانایی آن را در برابر تنش کاهش می‌دهد.
کاهش تنش در سیستمهای لوله‌کشی:
برای به حداقل رساندن تنش در سیستمهای لوله‌کشی، مهندسان و اپراتورها می‌توانند از روشهای مختلفی استفاده کنند.
مهمترین روشهای کاهش تنش در سیستمهای لوله کشی:
- طراحی مناسب: تحلیل دقیق تنش، انتخاب مواد مناسب و بهینه‌سازی مسیر لوله
- تکیه‌گاه‌ها و مهارهای موثر: طراحی و نصب صحیح تکیه‌گاه‌ها و مهار
- بازرسی و نگهداری منظم: شناسایی و رسیدگی به مشکلات بالقوه در مراحل اولیه
- اقدامات کاهش تنش: از تکنیک‌هایی مانند کاهش تنش و عملیات حرارتی برای کاهش تنش باقیمانده
- نظارت و کنترل: نظارت مستمر بر شرایط عملیاتی و اقدامات کنترلی
جمع بندی نهایی:
تنش در لوله، یعنی کارکرد نادرست به هر شکلی با ایجاد صدای ناهنجار، ویبره و لرزش. این تنش ها از مهمترین عوامل خرابی فیزیکی و مکانیسم های تخریب در صنایع هستند.
با درک علل تنش و اجرای استراتژی‌های موثر برای کاهش آن، می‌توان به طور قابل توجهی خطر خرابی سیستمهای لوله‌کشی را کاهش داد و از عملکرد ایمن آنها اطمینان حاصل کرد.
