پایپ رک و پایپ ترک؟ مسئله این است!

تفاوت Pipe Rack و Pipe Track چیست؟
بررسی تفاوتها و کاربرد در پایپینگ

در پروژه های نفت، گاز، پالایشگاه و پتروشیمی، خطوط لوله فقط داخل تجهیزات و واحدهای فرایندی قرار ندارند. بخش قابل توجهی از لوله ها باید بین تجهیزات، واحدهای مختلف، مخازن، ساختمان ها و مناطق جانبی سایت منتقل شوند. برای نگهداری و هدایت این خطوط معمولا از سازه هایی مانند Pipe Rack و Pipe Track استفاده می شود.

هر دو وظیفه اصلی مشابهی دارند؛ یعنی ایجاد مسیر و تکیه گاه مناسب برای خطوط لوله. اما از نظر شکل سازه، محل استفاده و نوع خطوطی که روی آنها قرار می گیرند، تفاوت مهمی بین Pipe Rack و Pipe Track وجود دارد.

به زبان ساده، Pipe Rack یک سازه مرتفع برای عبور و نگهداری چندین خط لوله است، در حالی که Pipe Track یا Pipe Sleeper معمولا یک سیستم ساپورت در تراز زمین برای خطوط لوله است.

خلاصه خیلی کوتاه:

Pipe Rack = سازه مرتفع برای نگهداری و عبور خطوط لوله

Pipe Track = مسیر زمینی خطوط لوله

Pipe Sleeper = پایه یا تکیه گاه مورد استفاده برای قرار دادن لوله در Pipe Track

Pipe Rack چیست؟

Pipe Rack یا پایپ رک یک سازه فلزی یا بتنی است که برای نگهداری و عبور خطوط لوله در ارتفاع ساخته می شود.

در یک واحد فرایندی ممکن است تعداد زیادی خط لوله بین پمپ ها، مخازن، برج ها، مبدل ها، ظروف فرایندی و سایر تجهیزات حرکت کنند. قرار دادن تمام این خطوط روی زمین معمولا امکان پذیر نیست و با مشکلاتی مانند اشغال فضای زیاد، تداخل با تجهیزات و مسیرهای دسترسی و دشواری تعمیرات همراه خواهد بود.
به همین دلیل خطوط روی یک سازه چند طبقه قرار می گیرند و یک Pipe Rack تشکیل می دهند.

Pipe Rack ها معمولا از اعضای فولادی ساخته می شوند، اما در برخی پروژه ها از سازه های بتن مسلح یا ترکیبی از بتن و فولاد نیز استفاده می شود.

کاربرد Pipe Rack در واحدهای فرآیندی

Pipe Rack معمولا یکی از اصلی ترین مسیرهای انتقال خطوط در یک مجتمع صنعتی است.

خطوطی که روی Pipe Rack قرار می گیرند می توانند شامل موارد زیر باشند:

• خطوط اصلی فرایندی
• خطوط بخار
• خطوط آب خنک کننده
• خطوط هوای ابزار دقیق و هوای سرویس
• خطوط گازهای بی اثر مانند نیتروژن
• خطوط برگشت و انتقال مواد
• Header های مربوط به Relief و Blowdown
• خطوط Utility
• برخی کابل ها و مسیرهای مربوط به تجهیزات الکتریکی و ابزار دقیق

در بسیاری از پروژه ها، Pipe Rack مانند یک ستون فقرات برای سیستم پایپینگ عمل می کند و تجهیزات مختلف را به یکدیگر متصل می کند.

برای مثال، خطی که از یک پمپ خارج شده و باید به یک تجهیز در بخش دیگری از واحد برسد، ممکن است بخشی از مسیر خود را روی Pipe Rack طی کند.

Pipe Track چیست؟

نمونه پایپ رک پالایشگاه

Pipe Track که در برخی منابع به آن Pipe Sleeper نیز گفته می شود، به یک مسیر ساپورت خطوط لوله در نزدیکی تراز زمین گفته می شود.

برخلاف Pipe Rack، در Pipe Track معمولا یک سازه مرتفع چند طبقه برای قرار دادن لوله ها وجود ندارد. خطوط لوله روی پایه ها یا Sleeper هایی قرار می گیرند که در امتداد مسیر ساخته شده اند.

به همین دلیل Pipe Track را می توان نوعی Ground-Level Pipe Support یا ساپورت خطوط لوله در تراز زمین دانست.

Pipe Track بیشتر در بخش های OSBL (Outside Battery Limit) پروژه ها دیده می شود؛ یعنی مناطقی که خارج از محدوده اصلی واحد فرایندی قرار دارند.

Pipe Sleeper چیست؟

Pipe Sleeper در واقع یکی از اجزای اصلی سیستم Pipe Track است.

Sleeper معمولا یک پایه یا تکیه گاه بتنی یا فولادی است که لوله روی آن قرار می گیرد. فاصله بین Sleeper ها بر اساس عواملی مانند قطر و وزن لوله، جنس لوله، دمای کار، بارهای وارد بر خط و الزامات طراحی تعیین می شود.

در یک Pipe Track ممکن است چندین ردیف Sleeper در طول مسیر قرار داشته باشند و خطوط مختلف روی آنها عبور کنند.

بنابراین در بسیاری از پروژه ها می توان این ارتباط را در نظر گرفت:

Pipe Track → مسیر عبور لوله در تراز زمین

Pipe Sleeper → تکیه گاه هایی که لوله روی آنها قرار می گیرد

تفاوت Pipe Rack و Pipe Track

مهم ترین تفاوت این دو سیستم را می توان در جدول زیر خلاصه کرد:

در نتیجه، اگر خطوط لوله روی یک سازه مرتفع و معمولا چند ردیفه قرار گرفته باشند، با احتمال زیادی با Pipe Rack مواجه هستیم. اگر خطوط روی پایه هایی در نزدیکی زمین قرار گرفته باشند، معمولا در دسته Pipe Track یا Pipe Sleeper قرار می گیرند.

انواع Pipe Rack

Pipe Rack ها را می توان بر اساس محل و وظیفه به انواع مختلفی تقسیم کرد. یکی از تقسیم بندی های رایج، تفاوت بین Main Pipe Rack و Unit Pipe Rack است.

Pipe Rack اصلی یا Main Pipe Rack چیست؟

Main Pipe Rack معمولا برای انتقال خطوط بین واحدهای مختلف، نواحی Utility، مخازن و سایر بخش های مجتمع استفاده می شود.

برای مثال ممکن است یک Main Pipe Rack از بخش مرکزی یک پالایشگاه عبور کند و چندین واحد فرایندی را به یکدیگر متصل کند.

در چنین شرایطی خطوطی که مواد، Utility یا سیالات مختلف را بین واحدها منتقل می کنند، روی Main Pipe Rack مسیریابی می شوند.

Unit Pipe Rack چیست؟

Unit Pipe Rack در محدوده یک واحد فرایندی قرار دارد و وظیفه آن بیشتر اتصال تجهیزات همان واحد به یکدیگر است.

برای مثال در یک واحد فرایندی ممکن است پمپ ها، مبدل های حرارتی، برج ها و ظروف مختلف توسط شبکه ای از خطوط لوله به یکدیگر متصل شوند. بخش زیادی از این خطوط روی Unit Pipe Rack قرار می گیرند.

به صورت خلاصه:

Main Pipe Rack: اتصال واحدها، مخازن و نواحی مختلف مجتمع

Unit Pipe Rack: اتصال تجهیزات و بخش های مختلف یک واحد فرایندی

تفاوت Main Pipe Rack و Unit Pipe Rack

در پروژه های بزرگ ممکن است Main Pipe Rack و Unit Pipe Rack به یکدیگر متصل شوند تا خطوط از تجهیزات یک واحد به مسیرهای اصلی مجتمع منتقل شوند.

سوالات متداول در مورد پایپ رک و پایپ ترک

Pipe Rack در کدام قسمت پروژه استفاده می شود؟

Pipe Rack معمولا در نقاطی استفاده می شود که تعداد زیادی خط لوله باید از یک مسیر مشخص عبور کنند.

مهم ترین کاربردهای آن عبارتند از:

اتصال تجهیزات فرایندی

خطوط بین پمپ ها، مبدل ها، برج ها، ظروف و سایر تجهیزات می توانند از Pipe Rack عبور کنند.

انتقال خطوط بین واحدها

در مجتمع های بزرگ، Main Pipe Rack می تواند چندین واحد فرایندی را به Utility و سایر نواحی سایت متصل کند.

عبور هدرها

Header های بزرگ مانند Steam Header، Cooling Water Header یا Relief Header نیز ممکن است روی Pipe Rack قرار بگیرند.

ایجاد مسیر منظم برای پایپینگ

یکی از مزایای مهم Pipe Rack این است که خطوط لوله به صورت منظم و قابل پیش بینی در مسیرهای مشخص قرار می گیرند و مدیریت فضای سایت آسان تر می شود.

چرا همه خطوط را روی Pipe Rack قرار نمی دهند؟

انتخاب بین Pipe Rack و Pipe Track فقط به این موضوع محدود نمی شود که کدام یک ارزان تر یا ساده تر است.

در طراحی باید موارد مختلفی بررسی شود؛ از جمله:

• قطر و وزن خطوط
• تعداد خطوط
• دمای سیال
• انبساط حرارتی
• نیاز به دسترسی برای تعمیرات
• مسیر عبور تجهیزات و وسایل نقلیه
• ارتفاع مورد نیاز برای عبور افراد و تجهیزات
• شرایط زمین
• Drainage
• بارهای باد و زلزله
• نیازهای فرایندی
• فاصله ایمن از تجهیزات
• هزینه ساخت و نگهداری

اگر تعداد خطوط زیاد باشد، استفاده از Pipe Rack می تواند از نظر مدیریت فضا منطقی تر باشد. در مقابل، برای یک مسیر طولانی در خارج از محدوده واحد، Pipe Track ممکن است انتخاب مناسب تری باشد.

نقش Pipe Rack در طراحی پایپینگ

Pipe Rack فقط یک سازه برای قرار دادن لوله ها نیست. طراحی آن ارتباط نزدیکی با طراحی پایپینگ دارد.

مهندس پایپینگ باید مشخص کند که خطوط چگونه در مسیر قرار بگیرند، چه فضایی برای آنها لازم است و محل ساپورت ها کجا باشد. سپس این اطلاعات در طراحی سازه Pipe Rack مورد استفاده قرار می گیرد.

از طرف دیگر، سازه نیز باید توانایی تحمل بارهای ناشی از موارد زیر را داشته باشد:

• وزن خود لوله
• وزن سیال داخل لوله
• وزن عایق
• وزن Valve و Fitting ها
• بارهای حرارتی
• بارهای ناشی از ساپورت ها
• بار باد
• بار زلزله
• سایر بارهای طراحی

به همین دلیل طراحی Pipe Rack یک کار بین رشته ای است و معمولا مهندسان پایپینگ و سازه باید هماهنگی نزدیکی با یکدیگر داشته باشند.

انبساط حرارتی لوله ها در Pipe Rack چیست؟

یکی از موضوعات مهم در طراحی Pipe Rack، Thermal Expansion خطوط لوله است.

وقتی دمای یک خط افزایش پیدا می کند، طول آن تغییر می کند. اگر لوله بدون در نظر گرفتن این تغییرات به صورت کاملا مقید روی سازه قرار گیرد، نیروهای قابل توجهی به سیستم پایپینگ و ساپورت ها وارد می شود.

به همین دلیل در طراحی Pipe Rack باید محل و نوع ساپورت ها، Guide، Stop، Anchor و سایر محدودیت های حرکتی با توجه به تحلیل تنش خط انتخاب شوند.

در واقع محل قرار گرفتن لوله روی Pipe Rack باید با نتایج Pipe Stress Analysis هماهنگ باشد.

استانداردهای مهم مرتبط با Pipe Rack و Pipe Track

برای طراحی Pipe Rack معمولا فقط یک استاندارد واحد مورد استفاده قرار نمی گیرد. بسته به نوع پروژه، سازه و سیستم پایپینگ، مجموعه ای از استانداردها و کدهای مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند.

ASME B31.3

استاندارد ASME B31.3 Process Piping یکی از مهم ترین کدهای مورد استفاده برای طراحی سیستم های پایپینگ فرایندی در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و شیمیایی است.

این کد الزامات مربوط به طراحی و ساخت سیستم پایپینگ را پوشش می دهد و در بحث هایی مانند تنش های لوله و شرایط طراحی اهمیت زیادی دارد.

ASCE 7

استاندارد ASCE 7 برای تعیین بارهای طراحی سازه ای مورد استفاده قرار می گیرد.

بارهایی مانند باد، زلزله و سایر بارهای محیطی می توانند در طراحی سازه Pipe Rack تاثیر داشته باشند.

AISC 360

در Pipe Rack های فولادی، AISC 360 یکی از مراجع مهم برای طراحی اعضای سازه فولادی است.

این استاندارد الزامات طراحی سازه های فولادی را پوشش می دهد و می تواند در طراحی ستون ها، تیرها و سایر اعضای فولادی Pipe Rack مورد استفاده قرار گیرد.

ACI 318

اگر Pipe Rack یا بخش هایی از آن از بتن مسلح ساخته شده باشد، ACI 318 می تواند یکی از مراجع اصلی طراحی بتن و اعضای بتن مسلح باشد.

استانداردهای پروژه

علاوه بر کدهای عمومی، در پروژه های صنعتی معمولا Specification های کارفرما و استانداردهای مهندسی اختصاصی پروژه نیز اهمیت زیادی دارند.

بنابراین برای طراحی نهایی Pipe Rack نمی توان صرفا به یک استاندارد عمومی استناد کرد و باید Design Criteria و Project Specification نیز بررسی شوند.

جمع بندی

مهم ترین نکته این است که Pipe Rack و Pipe Track دو سیستم متفاوت برای ساپورت و مسیر دهی خطوط لوله هستند.

Pipe Rack یک سازه مرتفع فلزی یا بتنی است که معمولا تعداد زیادی خط لوله را در یک یا چند تراز نگهداری می کند. این سازه به خصوص در واحدهای فرایندی و مسیرهای اصلی بین واحدها کاربرد زیادی دارد.

در مقابل، Pipe Track معمولا یک مسیر زمینی برای خطوط لوله است که در آن لوله ها روی Pipe Sleeper یا پایه های ساپورت قرار می گیرند و بیشتر در بخش های OSBL دیده می شود.

از طرف دیگر، Pipe Rack ها خود می توانند به Main Pipe Rack و Unit Pipe Rack تقسیم شوند. Main Pipe Rack بیشتر وظیفه ارتباط بین واحدها و نواحی مختلف سایت را دارد، در حالی که Unit Pipe Rack برای اتصال تجهیزات داخل یک واحد فرایندی استفاده می شود.

در طراحی هر دو سیستم، علاوه بر Layout و فضای موجود، باید موضوعاتی مانند بارهای سازه ای، وزن خطوط، انبساط حرارتی، Pipe Stress، دسترسی، تعمیرات و الزامات ایمنی در نظر گرفته شود.