مهندسی Piping سه شاخه کلی را شامل می شود:
1) Material of Piping
2) Supporting & Stress Analyse
3) Design
در این جا به بررسی مدارک مورد نیاز برای شروع یک پروژه در یک واحد فرآیندی می پردازیم هر پروژه شامل سه بخش و یا سه مرحله می باشد که شرکتهای مجری انجام پروژه براساس نوع فعالیت تقسیم بندی می شوند.
سه بخش کلی پروژه عبارتند از:
1) Engineering 2) Procurment 3) Construction
مرحله اول: بخش مهندسی یا همان بخش طراحی انجام پروژه می باشد.
مرحله دوم: تهیه ابزار آلات لازم برای انجام پروژه می باشد.
مرحله سوم: ساخت و ساز پروژه می باشد.
شرکتهای مختلف بنا به نوع فعالیت به شرکتهای EPC یا EP و یا PC تقسیم بندی می شوند عمده شرکتهای معتبر در این صنعت از نوع شرکتهای EPC هستند.
در این مرحله به معرفی نقشه ها و مدارک مورد نیاز برای انجام یک پروژه می‌پردازیم.
نقشه ها و مدارک مورد نیاز در طراحی Piping
به منظور انجام فعالیتهای مربوط به یک پروژه لازم است که یک تیم پروژه تحت نظر یک مدیر پروژه مشغول شوند.
مدیر پروژه مسئول و کنترل کننده تمامی فعالیتها بوده و پاسخگوی مسائل مربوط می باشد.
افراد مشغول در انجام پروژه مسائلی از قبیل طراحی مهندسی، زمان بندی و قیمت تمام شده را در موارد مختلف به مدیر پروژه ارائه می کنند که البته معمولاً این موضوع شامل مسائل فنی پروژه نمی شود.
دپارتمان مهندسی مکانیک مهندسین را برای انجام یک پروژه خاص در زمینه های زیر بکار می گیرد.
این زمینه ها عبارتند از: طراحی سیستمها و تجهیزات، ساخت و گرمایش و تهویه مطبوع و نیز طراحی تیم های Piping.
مهندسین Piping موظفند پروژه را طوری هدایت کنند که اهداف نهایی پروژه تامین شود برخی از این مسئولیت ها شامل موارد زیر است:
- انجام مراحل طراحی مهندسی کارخانه فرآیندی و ارائه طرح سیستم Piping
- تحلیل تنش لوله‌ها
- طراحی تکیه گاهها
- پیشگیری از واماندگی و خروج سیال از سیستم
- به پایان رساندن موارد مشخص شده در قرارداد پروژه
- ارتباط با بخشهای دیگر پروژه به منظور هماهنگی میان تمام گروههای مربوطه
و تطابق لازمه با مشخصات استاندارد، مشخصات فنی، برنامه زمانبندی تعیین شده و در نهایت بودجه در نظر گرفته شده است.
برای کنترل تمامی فازهای طراحی، آنالیز، تدارکات، ساعت و نصب لوله ها و تکیه گاهها و سایر قسمتهایی که در شکل گرفتن تیم Piping لازم است سندهای فنی موجگود است که ابزار و روشهای لازم را فراهم می کنند.
مهندسین Piping با مطالعه دقیق نیازها تشخیص می دهد که چه مدارکی لازم است و در چه زمانی باید مورد استفاده و یا برای تایید به دیگر اعضای پروژه تحویل داده شود.
مدرک های مورد نیاز در مهندسی Piping شامل موارد زیر است:
• دیاگرام جریان یا فرآیند Process Flow Diagram (PFD)
• دیاگرام لوله کشی به همراه ابزار دقیق Piping and Instrument Diagram (P&ID)
• Line List لیست خطوط
• Piping Specification مدارک محدود و یا مشخصات فنی کار
• Plot Plan جانمایی کلی واحد فرآیندی
• Piping Layout نقشه های طراحی لوله کشی
• ایزومتریک لوله کشی Piping Isometric
• ایزومتریک ساپورت Support Isometric
• نقشه های مرکب
• نقشه های قیود و تکیه گاهها
• مدل اشل Scale Model
• گزارشهای مربوط به تحلیل تنش
• نقشه های مربوط به بازرسی در حال سرویس
• گزارش تغییرات در طراحی
دیاگرام جریان یا فرآیند (PFD)
نقشه شماتیکی است که تعریف کلی از فرآیند سیستم را توسط نمایش تجهیزات و خطوط اصلی فرآیند همراه با مشخصات پروسی این خطوط ارائه می دهد این مشخصات عموماً شامل درجه حرارت و فشار کاری (عملیاتی)، دبی جریان، دانسیته و ویسکوزیته، میزان و یا درصد عناصر مهم در خطوط مختلف می باشد.
این مهم توسط مهندسی شیمی- فرآیند آماده شده و هدف پروژه و نحوه فعالیت کارخانه را از لحاظ جریان فرآیند معین می کند این دیاگرام در مرحله Basic Design ایجاد می شود.
دیاگرام لوله کشی به همراه ابزار دقیق (P&ID)
سندی که براساس P.F.D پایه گذاری می شود وی با جزئیات کاربردی
Piping and Instrument Diagram می باشد.
این دیاگرام مشخصات فرآیندی تجهیزات، اجزاء و اقلام مورد نیاز در سیستم لوله کشی نیازهای ابزار دقیق و محل قرارگیری آنها، نحوه اتصالات لوله ها را بین تجهیزات مختلف، سیستم عایق بندی، سایز لوله ها، کلاسهای مختلف کاری براساس نوع سرویس و فشار کاری (Rating)، خطوط شیبدار و مقدار شیب، جهت جریان و… را براساس شماره خطها نشان می دهد.
نکته قابل توجه در توضیحات بالا این است که آندسته از اقلام لوله کشی که در طراحی Piping Layout (چیدمان لوله‌کشی) مورد نیاز واقع می شوند در نقشه P&ID دیده نمی شوند.
از جمله زانویی ها که دقیقاً بستگی به طریقه چیدمان لوله کشی دارند.
نکته دیگر در این مبحث این است که مجموعه سرویس که تعیین کننده جنس لوله و فشار کاری که اصطلاحاً Rating می گویند را با کلاس کاری نمایش می دهند.
نکته بعدی که در (P&ID) به آن اشاره می شود.
که برای ارجاع به Line List پروژه Piping بکار می رود این شماره تا وقتی که پارامترهای طراحی تغییر نکند ثابت باقی خواهد ماند لذا وقتی یک شماره خط تغییر می کند.
باید انتظار داشت که برخی از پارامترها از قبیل سرویس خطوط (سیالی که در داخل لوله جریان دارد)، ماده بکار رفته، دما، فشار و یا هر ترکیب دیگری از این خصوصیات تغییر کرده باشد.
به طور خلاصه شماره خطوط شامل اطلاعات زیر است:
- قطر اسمی
- سرویس داخل لوله
- اعدادی که شماره خط را مشخص می کند
- کلاس کاری
بعنوان مثال CWS-1005-150CS-16 یک شماره خط است که به ترتیب از سمت راست مشخص کننده لوله با قطر اسمی 16 اینچ و کلاس کاری 150CS به معنای 150 پوند rating و جنس کربن استیل CS و شماره خط 1005، در یک سیستم تغذیه آب سرد Cooling Water Supply.
Line List
اعداد نشانگر شماره خط در P&ID به منظور مشخص شدن در لیست خط
(Line List) در نظر گرفته می شوند.
لیست خط شامل تمام خطوط پروژه می شود که با توجه به سیستم مربوطه و سپس با توجه به اعداد نشانگر طبقه بندی می شوند.
این لیست تمام پارامترهای طراحی خط مربوطه شامل قطر لوله، ضخامت دیواره، نوع سیال، دمای طراحی و دمای کاری جنس ضخامت عایق و استاندارد بکار رفته را در بر می گیرد.
علاوه بر Line List اکثر پروژه ها لیستی از شیرهای مورد استفاده در سیستم Piping نیز دارند شماره شیر که برای هر شیر بطور منحصر به فرد تعیین می شود، سیستم مربوطه، کلاس و احتمالاً نوع شیر را مشخص می کند؛ نمونه Line List در ادامه آورده شده است.
لیست تجهیزات (Equipment List) این مدرک تجهیزات را که باید در محدوده واحد فرآیند یا واحدهای جانبی قرار گیرند همراه با شماره بندی توضیحات فرآیندی لیست می کند.
نمونه لیست تجهیزات در ادامه آمده است.
Piping Specification مدرکی است که براساس استانداردهای مختلف طراحی خارج می شود.
چکیده استانداردهای طراحی است.
این مدرک محدودیت های کاری را در طراحی و خرید و ساخت و ساز و… براساس مسائل اقتصادی منطقه، مسائل فنی و هماهنگی گروههای مختلف کاری ایجاد می شود.
این مدرک در حقیقت بایدها و نبایدهای موجود در استاندارد را پوشش می دهد.
مزیت های این مدرک شامل موارد زیر است: 1- جلوگیری از اتلاف دقت در پروژه در مراجعه به تک تک استانداردها.
2- سلیقه ای کار نشدن پروژه و یک دست و تیپ بودن کار.
3- جلوگیری از اشتباهات فنی در مسائل حائز اهمیت.
4- مسائل و محدودیت اقتصادی منطقه در موجود و یا نبودن امکانات ساخت و یا خرید از جمله مهمترین Specها می توان به موارد زیر اشاره کرد: - Piping Material Specification (P.M.S) - Insulation Specification - Painting Specification - Supporting Specification Plot Plan Plot Plan یکی از مدارک مهم وکلیدی می‌باشد که طی فاز مهندسی ایجاد می‌گردد و از آن برای جانمایی تجهیزات و قسمتهای مختلف مانند واحدهای پروسس، لوله کشی و… و همچنین ثبت روال فعالیتهای عمده مهندسی و ساخت استفاده می گردد.
Plot Plan واحد فرآیند عبارت است از یک نقشه آرایش یافته که مشخص کننده محدوده کار یک کارخانه، جاده، ساختمانهای صنعتی و غیرصنعتی، تجهیزات و محل قرارگیری آنها سازه های مورد نیاز واحد، مانند Piperack (سازه ای است که لوله به صورت دسته بر روی آن قرار می گیرد) و… که این موارد برای یک فرآیند مشخص طراحی می گردد.
Plot Plan نهایی تمام اجزاء را با شماره های مخصوص مشخص می کند و با مقیاس اشکال تجهیزات و امکانات نگهداری را در نمادهای عمودی و افقی دو بعدی نشان می دهد، عموماً آرایش ها و نقشه های سه بعدی برای تجسم بهتر به کار برده می شود.
زمینه‌های مختلف استفاده از Plot Plan در قسمت های مختلف پروژه در بخش زیر توضیح داده شده است.
- طراحی لوله: Plot Plan به منظور جانمایی تجهیزات و تیم های لوله کشی فرآیند و بررسی عدم برخورد لوله ها به هم و همچنین برآورد اجناس و مقادیر لوله مورد استفاده قرار می گیرد.
- سازه: Plot Plan به منظور ایجاد نقشه های نواحی مختلف از لحاظ ارتفاعی و محلهای تخلیه و زیرزمینی، طراحی فونداسیون و سازه ها و لوله ها، محیطهای محصور و محیطهای مسقف و برآورد تمامی اجناس عمده بکار می رود.
- مهندسی برق: Plot Plan به منظور ایجاد نقشه های تفکیکی محیط تعیین مکان سویچرها و پستهای فرعی و مراکز کنترل موتور، تعیین مسیر کابلها و تخمین اجناس عمده به کار می رود.
- مهندس ابزار دقیق: Plot Plan جهت تعیین مکانهای ابزار دقیق اتاقهای کنترل، مسیر کابلها، کنترل خانه اصلی و برآورد اجناس عمده مورد استفاده قرار می گیرد.
- مهندسی سیستم ها: Plot Plan جهت تسهیل طراحی هیدرولیکی، سایز کردن لوله و نیازهای قطع جریان امکانات مورد استفاده قرار می گیرد.
- زمان بندی و کنترل پروژه: Plot Plan جهت زمان بندی فعالیتهای مهندسی در دوره های تعیین شده مورد استفاده قرار می گیرد.
- ساخت: Plot Plan جهت زمان بندی مراحل ساخت تمام تجهیزات کارخانه مطالعات مربوط به طنابها و کابلهای مورد استفاده در جابجایی های تجهیزات و باربرداریهای عظیم بررسی قابلیت های ساخت و فضاهای لازم جهت هدایت در طول دوره ساخت مورد استفاده قرار می گیرد.
- برآورد هزینه: Plot Plan جهت برآورد کلی کارخانه یا پالایشگاه بکار برده می‌شود.
- استفاده کارفرما: Plot Plan جهت بررسی های امنیتی، اپراتوری، نگهداری و نیز به منظور ایجاد یک نقشه همزمان با ساخت از چیدمان کارخانه و مسائل کنترل پیمانکاران مورد استفاده قرار می گیرد.
نمونه یک Plot Plan در ذیل آمده است.
نقشه های طراحی Piping براساس P&ID و Plot Plan و Specها نقشه های طراحی Piping تهیه می شوند این نقشه ها مسیر و شکل دقیق سیستم Piping را نشان می دهد و اصلی ترین document مورد استفاده توسط مهندسین Piping است.
این نقشه ها معمولاً شامل نماهای elevation و Plan می شوند (نمای Plan نما از بالا و نمای elevation نمای از جانب است).
یک نمای Plan از یک سیستم Piping به طور نمونه در شکل A آورده شده است.
این نما لوله ها و مخازن اصلی و همچنین چگونگی عبور لوله از ساختمان را نشان می‌دهد وی از طرف دیگر نمای پلان تفاوت ارتفاع را به خوبی نشان نمی دهد لذا برای مشخص شدن مسیر Piping هر دو نمای Plan و elevation لازم است.
(شکل B نمای elevation را نشان می دهد) برای مثال ارتفاع نازل A به آسانی قابل تشخیص نیست همان طوری که در این شکلها دیده می شود.
Piping به صورت یک خط توپر نشان داده می شود.
زمانی که مسیر Piping مشخص شد باید با اندازه گیری نسبت به نقاط مبنا روی نقشه تعیین گردد.
معمولاً Piping نسبت به دیوار یا ستون ساختمان که محل آنها ثابت است، اندازه گیری می شود.
مبنای دیگر در سیستم Piping موقعیت شمال (Plant North Arrow) است موقعیت شمال در نقشه های Piping نمایش داده شده و بعنوان یک جهت ثابت مبنا برای طراحی Piping به کار می رود، البته جهت شمال نشان داده شده در نقشه لزوماً شمال واقعی نیست بلکه به صورت قراردادی اینطور فرض می شود موقعیت شمال معمولاً موازی با یک سری خطوط ستونهای ساختمان انتخاب می شود و مرسوم است که مسیر Piping حتی المکان موازی یا عمود بر موقعیت شمال باشد، تا بتوان بیشترین استفاده را از سازه های ساختمان به عنوان تکیه گاه (Support) کرد.
مدلهای اشل (Scale) و نقشه های مرکب