Pipe Bend در مقابل Pipe Elbow: گزینه های شعاع خمشی 3 بعدی، 5 بعدی و 10 بعدی برای Pigging Pipelines

اگر خطوط لوله‌ای را طراحی، می‌سازید یا اجرا می‌کنید که با پیگ تمیز یا بازرسی می‌شوند، یکی از اولین تصمیم‌های مسیریابی که با آن مواجه می‌شوید این است که آیا از زانویی لوله استاندارد یا خمش لوله با شعاع بلند استفاده کنید - و اینکه کدام شعاع خمشی را مشخص کنید. این مقاله خمیدگی لوله و زانویی لوله را در روش ساخت، استانداردها، هندسه، ضخامت دیواره، جریان و - مهمتر از همه - سازگاری پیگینگ مقایسه می‌کند و توضیح می‌دهد که چه زمانی باید شعاع خمشی 3 بعدی، 5 بعدی و 10 بعدی را انتخاب کنید.

سه اصطلاح در سراسر استفاده می شود. خوک یک ابزار استوانه‌ای است که توسط جریان محصول از طریق خط لوله تحت فشار قرار می‌گیرد، یا برای تمیز کردن آن (یک خوک تمیزکننده) یا برای بازرسی آن با حسگرها (یک خوک هوشمند، یا بازرسی درون خطی، ابزار ILI). D قطر اسمی لوله است (قطر بیرونی اسمی، بر حسب میلی متر یا اینچ). شعاع خط مرکزی R یک خم یا زانو، شعاع منحنی اندازه‌گیری شده در امتداد خط مرکزی لوله است. "3D" یعنی R برابر با سه برابر قطر لوله است. دو اصطلاح هندسی نیز تکرار می‌شوند: خارج از منحنی (جایی که دیوار در حین خم شدن نازک می‌شود) و اینترادوس داخل منحنی است (جایی که دیوار تمایل به ضخیم شدن دارد). بیضی عبارت است از میزان تغییر شکل مقطع دایره ای به سمت یک بیضی.

جدول 1 - زانویی لوله در مقابل خمیدگی لوله در یک نگاه

تفاوت بین خم شدن لوله و زانویی لوله چیست؟

A زانویی لولهیک اتصالات استاندارد و کارخانه ای با شعاع خط مرکزی کوتاه ثابت - 1.5D برای زانوهای با شعاع بلند (LR) و 1.0D برای زانوهای با شعاع کوتاه (SR) - با ابعاد ASME B16.9 و ASME B16.28. خم لوله طولی از لوله است که به شعاع بزرگتر مشخص شده منحنی می شود، معمولاً 3 بعدی، 5 بعدی یا 10 بعدی است که به صورت یک قطعه پیوسته، معمولاً با خمش القایی داغ، تشکیل می شود و به ASME B16.49 یا ISO 15590-1 ساخته می شود. برای هر خط لوله ای که پیگ می شود، خم لوله جزء صحیح است. آرنج استاندارد نیست.

شعاع تفاوت تعیین کننده است. یک زانو همیشه دارای شعاع تنگ از یک یا یک و نیم قطر لوله است که با استاندارد اتصالات ثابت شده و تغییر آن غیرممکن است. یک خم را می توان تقریباً در هر شعاع از حدود 2 بعدی به بالا - 3D، 5D، 6D، 8D، 10D و فراتر از آن تولید کرد - و شعاع مورد نیاز در مشخصات خرید نوشته شده است، بنابراین توسط طراح انتخاب می شود، نه توسط کاتالوگ ثابت می شود.

تولید نیز متفاوت است. آرنج ها به عنوان اتصالات جداگانه فشرده، آهنگری یا کشیده می شوند که هر کدام دارای دو انتهای جوشی هستند. خم ها با انحنای طول مستقیم لوله (بدون درز یا جوش) با دستگاه گرمایش القایی ایجاد می شوند، بنابراین بخش منحنی با خود لوله پیوسته است و هیچ مفصلی در داخل خم ندارد.

پیامد پیگینگ مستقیم است: چون خم‌ها شعاع‌های بزرگ‌تر و صاف‌تری دارند، پیگ‌ها و ابزارهای بازرسی به طور قابل‌اعتمادی با آن‌ها مذاکره می‌کنند، در حالی که زانوهای محکم همان ابزارها را محدود یا مسدود می‌کنند. بخش‌هایی که در ادامه می‌آیند این را به تفصیل توسعه می‌دهند.

چرا شعاع خمش برای پیگینگ خطوط لوله مهم است؟

شعاع خم شدن تصمیم می‌گیرد که آیا خوک اصلاً می‌تواند عبور کند یا خیر - و اینکه چگونه با خیال راحت تمیز یا بازرسی می‌کند. راهنمای صنعت حداقل عملی را در سه بعدی برای اکثر عملیات پیگینگ تعیین می کند. خم‌های محکم‌تر (آرنج‌های 1.5 بعدی یا 1.0 بعدی) خوک‌های بدن سفت و ابزارهای بازرسی را مجبور به خم شدن شدید می‌کند، سایش کشش و فنجان را افزایش می‌دهد، خطر گیرکردن یا آسیب‌دیدگی خوک را افزایش می‌دهد و داده‌های بازرسی را تحقیر می‌کند. بنابراین یک خط طراحی شده برای پیگینگ باید از خم های سه بعدی یا بزرگتر در هر تغییر جهت استفاده کند.

چگونه یک خوک در یک پیچ مذاکره می کند. خوک یک بدنه سفت یا نیمه سفت است که توسط فنجان یا دیسک به دیواره لوله مهر و موم شده است. در یک خم، بدن باید از انحنای خود پیروی کند: هرچه خم محکم‌تر باشد، بدنه بیشتر خم می‌شود، مهر و موم‌ها از یک طرف فشرده‌تر و از طرف دیگر بلند می‌شوند و جریان باید آن را سخت‌تر عبور دهد. زیر شعاع مشخصی بدنه قفل می‌شود، یا مهر و موم‌ها از کنار محصول و دکه‌های خوک نشت می‌کنند.

هزینه یک خوک گیر کرده زیاد است: خط باید کم فشار شود و باز شود، که به معنای از دست رفتن تولید و عملیات بازیابی خطرناک است. کیفیت بازرسی حتی قبل از آن نیز کاهش می‌یابد - حسگرهای ILI به یک ایستادگی پایدار از دیوار نیاز دارند، و در یک خم محکم، ابزار انحراف و انحراف دارد و شکاف‌ها و اعوجاج‌هایی را در داده‌های نشتی شار مغناطیسی (MFL) یا اولتراسونیک ایجاد می‌کند.

راهنمای صنعت سازگار است. COBALCH حداقل شعاع 1.5D را برای خطوط 4 اینچ و کوچکتر، 3D برای خطوط 6-12 اینچ و 5D برای خطوط بزرگتر از 12 اینچ توصیه می کند. FEEC حداقل 3 بعدی را برای خوک های کاربردی انعطاف پذیر و حداقل 5 بعدی را برای خوک های هوشمند طولانی تر و سفت تر مشخص می کند. EPCM 3D و بالاتر را برای پیگینگ هوشمند آسان توصیه می کند. و اکثر ارائه دهندگان ILI ابزارهایی را برای سه بعدی یا بیشتر طراحی می کنند، با برخی از ابزارهای تخصصی که قادر به 1.5 بعدی هستند.

جدول 2 - حداقل شعاع خمش معمولی بر اساس نوع خوک (راهنمای صنعت؛ همیشه با فروشنده ابزار تأیید کنید)

خم های 3 بعدی، 5 بعدی و 10 بعدی به چه معناست - و به کدام یک نیاز دارید؟

عدد قبل از D نسبت شعاع خط مرکزی خم به قطر اسمی لوله است: یک خم سه بعدی دارای شعاع سه قطر لوله، یک خم 5 بعدی پنج و یک خم 10 بعدی ده است. در عمل، 3D حداقل فشرده برای خطوط piggable است که تمیز کردن و اندازه گیری خوک ها را حمل می کند. 5D پیش فرض توصیه شده برای پیگینگ هوشمند (ILI) است. و 10D برای ابزارهای بازرسی بسیار طولانی یا سفت، کمترین افت فشار و تنگ‌ترین هندسه - به قیمت ردپای بسیار بزرگ‌تر و طول‌های مماس طولانی‌تر رزرو شده است.

فرمول شعاع ساده است: R=k × D، که در آن k برابر با 3، 5 یا 10 است. جدول 3 نشان می دهد که این در میلی متر برای سه اندازه خط رایج به چه معناست. به عنوان مثال، یک خم 10 بعدی روی یک خط 12 اینچی، شعاع خط مرکزی حدود 3.2 متر دارد - که نشان می دهد چرا مسیریابی و حق تقدم انتخاب را هدایت می کند.

چیزی که هر شعاع برای شما می‌خرد. 3خم‌های D برای تنگ‌ترین فضاها مناسب هستند و بیشتر پیگ‌های تمیزکننده را می‌پذیرند، اما نازک شدن دیوار، بیضی‌شدن و افت فشار بالاترین سطح از این سه مورد هستند و فقط برخی از خوک‌های هوشمند در سه‌بعدی خوب عمل می‌کنند. 5خم‌های D پیش‌فرض صنعت برای خطوط حمل‌ونقل pigged هستند: تقریباً همه ابزارهای ILI با کیفیت قابل مدیریت می‌مانند در حالی که داده‌های ILI با کیفیت قابل مدیریت هستند. خم ها تقریباً مانند لوله های مستقیم رفتار می کنند - حداقل نازک شدن و بیضی بودن، حداقل افت فشار و فرسایش - و حتی طولانی ترین بدنه های سخت ابزار را می پذیرند، اما از نظر مواد و فضا هزینه بیشتری دارند.

قانون سرانگشتی: بزرگترین شعاع مسیر و بودجه را انتخاب کنید. هرگز زیر سه بعدی روی خط pigged قرار ندهید، مگر اینکه Pig یا فروشنده ILI تأیید کند که ابزار می تواند با آن مذاکره کند.

جدول 3 - نمونه شعاع خط مرکزی به میلی متر (R=k × قطر خارجی اسمی)

جدول 4 - 3مقایسه خم‌های D، 5D و 10D (رتبه‌بندی کیفی؛ مقادیر دقیق به جدول زمانبندی دیوار، مواد و استاندارد ساخت بستگی دارد)

آیا می توانید از زانوهای استاندارد (1D یا 1.5D) در خط لوله Piggable استفاده کنید؟

نه - نه برای خوک زدن جدی. آرنج‌های با شعاع کوتاه (1D) برای خوک‌های تمیزکننده بدن سفت و ابزارهای هوشمند غیرقابل استفاده هستند و حتی آرنج‌های با شعاع بلند (1.5D) بیشتر خوک‌های تمیزکننده و بسیاری از ابزارهای ILI را محدود می‌کنند. اگر خطی ایجاد می شود، آن را از ابتدا با خم های سه بعدی یا بیشتر طراحی کنید. بهسازی مجدد مسیریابی بعداً گران است و اغلب بدون مسیریابی مجدد غیرممکن است.

چرا آرنج جلوی خوک ها را می گیرد؟ در یک زانویی محکم 1 بعدی یا 1.5 بعدی، دیواره داخلی اتصالات به شدت در سوراخ فرو می‌رود، بنابراین فنجان‌ها و دیسک‌های خوک به سرعت فرسوده می‌شوند، ورق می‌زنند یا از جلوی محصول نشتی می‌کنند و بدنه ابزار سفت و سخت مسدود می‌شود. هندسه ناگهانی آرنج نیز جایی است که خوک ها اغلب در خطوط قدیمی تر متوقف می شوند.

استثناهایی وجود دارد، اما آنها پیش فرض نیستند. برخی از ابزارهای تخصصی ILI انعطاف‌پذیر یا مفصلی می‌توانند خم‌های 1.5 بعدی - و تعدادی حتی 1 بعدی - را عبور دهند، اما گران‌تر هستند، قابلیت‌های بازرسی کمتری را پوشش می‌دهند و باید مورد به مورد با فروشنده تأیید شوند.

اگر از قبل در یک خط موجود آرنج دارید، قابلیت خم شدن خوک را با فروشنده بررسی کنید و از خوک‌های کوتاه‌تر و مفصل‌دار استفاده کنید. اگر Pigging هوشمند برای آینده برنامه ریزی شده است، مسیریابی باید از همان روز اول قابل پیگینگ ساخته می شد.

جدول 5 - هدایت حداقل شعاع خم بر اساس اندازه خط (توصیه طراحی خوک COBALCH)

چگونه خم های 3 بعدی، 5 بعدی و 10 بعدی در ضخامت، بیضی و جریان دیوار مقایسه می شوند؟

خم‌های با شعاع بزرگ‌تر از نظر هندسی با لوله مهربان‌تر هستند: دیواره خارجی (اکسترادوس) را کمتر نازک می‌کنند، گردتر می‌مانند (بیضی کمتر)، و جریان را بسیار کمتر از زانوها مختل می‌کنند - بنابراین خم‌های 5 بعدی و 10 بعدی افت فشار کمتر، فرسایش کمتر و غلظت استرس کمتری را ایجاد می‌کنند. این مهم در خطوط فولادی ضد زنگ یا آلیاژ نیکل با دیوار ضخیم، فشار بالا و خورنده است، جایی که از دست دادن دیوار و بیضی بودن به طور مستقیم حاشیه های طراحی را کاهش می دهد.

ضخامت دیوار. هنگامی که هر لوله ای خم می شود، قسمت بیرونی منحنی کشیده می شود (نازک شدن اکسترادوس) در حالی که قسمت داخلی فشرده می شود (ضخیم شدن اینترادوس). خمش القایی داغ با حرارت کنترل شده و سرعت فشار این تغییرات را به حداقل می رساند و استاندارد ساخت (به عنوان مثال ASME B16.49) همراه با کد طراحی درپوش نازک شدن را دارد: اکسترادوهای نازک شده هنوز باید حداقل ضخامت دیواره طراحی را داشته باشند. هرچه شعاع بزرگتر باشد، کشش در واحد طول کمتر است - به همین دلیل است که خمیدگی های 5 بعدی و 10 بعدی دیوار را یکنواخت تر نگه می دارند.

بیضی. خمش تمایل دارد سطح مقطع را به شکل بیضی صاف کند. استانداردها و کدهای طراحی دور از گرد بودن را محدود می کنند. شعاع‌های بزرگ‌تر سطح مقطع را کمتر تغییر می‌دهند، مهر و موم خوک را در تماس کامل نگه می‌دارند و از غلظت‌های تنش در قسمت‌های اضافی اجتناب می‌کنند.

جریان و فرسایش. آرنج‌های سفت باعث تغییر جهت ناگهانی می‌شوند که باعث ایجاد تلاطم، سرعت بالای موضعی، کاهش فشار و فرسایش در دیواره بیرونی می‌شود - به‌ویژه در خطوطی که ماسه یا مواد جامد را حمل می‌کنند. یک خم 10 بعدی تقریباً مانند لوله مستقیم رفتار می کند و یک خم 3 بعدی سازش خوبی است. زانویی 1.5 بعدی بدترین انتخاب برای جریان است. در سرویس خوردگی، نازک شدن به علاوه آشفتگی به معنای حمله محلی سریعتر است، بنابراین مشخص کردن 5D یا 10D در آلیاژ ضد زنگ یا نیکل باعث حفظ میزان خوردگی می شود.

چه مواد و استانداردهایی برای خم ها و زانوها برای خطوط لوله پیگینگ اعمال می شود؟

استاندارد را با فرم تطبیق دهید: زانوها را با ASME B16.9 با مواد در هر ASTM A403 (ضد زنگ آستنیتی)، A815 (دوبلکس)، یا B366 (آلیاژهای نیکل). به ASME B16.49 یا ISO 15590-1 خم می شود. خط را با ASME B31.4 (مایعات) یا ASME B31.8 (گاز) - و ASME B31.3 برای لوله کشی کارخانه - طراحی کنید و هر سیستم بازرسی هوشمند را تحت API Std 1163 واجد شرایط کنید. آلیاژ 825 و آلیاژ C-276 مقاومت در برابر خوردگی را ارائه می دهند که فولاد کربنی نمی تواند.

چرا آلیاژهای نیکل و ضد زنگ دوبلکس. این مواد در برابر کلریدها، خدمات ترش (H2S)، دماهای بالا و فرسایش مقاوم هستند: آلیاژ 625 (Inconel) مناسب آب دریا و خدمات با دمای بالا، آلیاژ C-276 (Hastelloy) تهاجمی‌ترین محیط‌های شیمیایی، آلیاژ 400 (Monel) خدمات دریایی، و دوبلکس خدمات دریایی با استحکام 220-20 و درجه‌های دوبلکس so20-ur5 و ترکیبی از درجه‌های دوبلکس 220-20 و خدمات با درجه حرارت بالا. مقاومت

یادداشت تولیدی آلیاژهای نیکل به شدت سخت می شوند، بنابراین خمش های 3D-10D در این مواد به خمش القایی با کنترل دقیق دما و در صورت نیاز، عملیات حرارتی پس از خم شدن نیاز دارند - در غیر این صورت خم خطر ترک خوردگی یا از دست دادن مقاومت به خوردگی خود را دارد. قابلیت تامین کننده را برای PWHT (عملیات حرارتی پس از جوش)، PMI (شناسایی مثبت مواد) و تست سختی تایید کنید.

جدول 6 - استانداردهای کلیدی برای خم شدن، آرنج و پیگینگ

چگونه یک خم Piggable را مشخص می کنید؟

یک مشخصات کامل خم شدن piggable شعاع (بزرگتر یا مساوی 3 بعدی، در حالت ایده آل 5D)، زاویه خم، طول مماس، درجه مواد و جدول دیوار، استاندارد ساخت و تحمل ها را بیان می کند - و سازگاری pig را با فروشنده pig یا ILI واقعی قبل از منجمد شدن مسیریابی تایید می کند.

مماس ها و فاصله ها. طول های مستقیم ورودی و خروجی (مماس) را در هر دو انتهای خم مشخص کنید تا جوشکاری، تراز پرتاب کننده خوک و بیضی انتهایی تمیز بماند. حداقل 3D-5D لوله مستقیم را بین خم های متوالی نگه دارید - "قانون 3D-5D" صنعت - بنابراین خوک مجبور نیست دو بار پشت سر هم خم شود.

مشخصات مثال: "خم القایی 90 درجه، R=5D، NPS 10، برنامه 80، ASTM A312 TP316L، تولید و آزمایش شده بر روی ASME B16.49، مماس 1 متر در هر انتها، بیضی و جداسازی دیوار در مدارهای استاندارد سختی و تست استاندارد MTC، PMI تست شده است." مواد، زمان‌بندی و تلرانس‌ها را با کد طراحی خط تنظیم کنید.

کنترل کیفیت: PMI، سختی، NDT (UT/RT) را در صورت نیاز، و تست هیدرواستاتیک را بر اساس کد طراحی مشخص کنید. درخواست گواهینامه کامل مواد برای ردیابی.

جدول 7 - چک لیست مشخصات خم Piggable

کدام شعاع خمشی را باید انتخاب کنید؟

پیش‌فرض 5 بعدی است، مگر اینکه مسیر واقعاً توانایی پرداخت آن را نداشته باشد. در جاهایی که فضا کم است و فقط خوک‌های تمیزکننده یا اندازه‌گیری اجرا می‌شوند از سه بعدی استفاده کنید. استفاده از 5D برای pigging هوشمند استاندارد؛ از 10D برای طولانی ترین ابزارهای صلب، جریان با سرعت بالا یا خطوط افت فشار حداقل استفاده کنید. هرگز بدون تائید کتبی فروشنده ابزار، روی یک خط خطی زیر سه بعدی نروید.

منطق هزینه ساده است. یک شعاع بزرگتر هزینه بیشتری در لوله، مواد و حق تقدم دارد، اما بازیابی یک پیگ گیر معمولاً بسیار بیشتر است - و یک خط 5 بعدی داده های بازرسی را برمی گرداند که در واقع می توانید برای تصمیم گیری یکپارچگی به آنها اعتماد کنید. شعاع را برای بدترین ابزاری که تا به حال اجرا می کنید انتخاب کنید، نه ارزان ترین.

جدول 8 - انتخاب شعاع خمشی

سوالات متداول

"3D" به این معنی است که شعاع خط مرکزی خم سه برابر قطر اسمی لوله (R=3 × D) است. به عنوان مثال، در لوله NPS 6 (قطر خارجی 168.3 میلی متر)، یک خم سه بعدی دارای شعاع خط مرکزی حدود 505 میلی متر است.

آیا خم سه بعدی قابل پیگ شدن است؟

بله برای بیشتر خوک‌های تمیزکننده و بسیاری از ابزارهای هوشمند - 3D حداقل مورد قبول برای پیگینگ است. پویایی ابزار و کیفیت داده ها در 5 بعدی بهبود می یابد، به همین دلیل است که 5D پیش فرض توصیه شده برای پیگینگ هوشمند است.

آیا خوک می تواند از آرنج با شعاع بلند 1.5 بعدی عبور کند؟

سواب های فوم و برخی خوک های کوتاه و انعطاف پذیر می توانند؛ خوک های تمیز کننده بدن سفت و اکثر ابزارهای ILI نمی توانند یا با آسیب و شکاف داده عبور کنند. برای خطی که pigged خواهد شد، از خم های سه بعدی یا بیشتر استفاده کنید.

کدام یک برای پیگینگ هوشمند بهتر است: خم های 3 بعدی یا 5 بعدی؟

5 بعدی اکثر ابزارهای ILI با حداقل سه بعدی طراحی شده اند، اما 5 بعدی باعث می شود حسگر پایدارتر، کیفیت داده بهتر و سایش کمتری داشته باشد - و این پیش فرض صنعت برای خطوط حمل و نقل pigged است.

آیا خم شدن لوله باعث افت فشار بیشتر از زانویی می شود؟

برعکس. خم های صاف و با شعاع بزرگ (5D، 10D) باعث افت فشار و تلاطم کمتری نسبت به آرنج های محکم می شود. یک خم 10 بعدی تقریباً مانند لوله مستقیم عمل می کند.

حداقل شعاع خمش صنعت برای پیگینگ چقدر است؟

راهنمایی معمول برای بیشتر خطوط پیگینگ حداقل سه بعدی (1.5 بعدی فقط در خطوط 4 اینچ و کوچکتر و فقط برای پیگ های نرم) و حداقل 5 بعدی برای پیگینگ هوشمند است. همیشه با فروشنده خوک یا ILI تأیید کنید.