الأنابيب بيند مقابل كوع الأنابيب: خيارات نصف قطر الانحناء ثلاثية الأبعاد وخماسية الأبعاد و10 الأبعاد لخطوط أنابيب الخنازير

إذا قمت بتصميم أو بناء أو تشغيل خطوط الأنابيب التي يتم تنظيفها أو فحصها باستخدام الخنازير، فإن أحد قرارات التوجيه الأولى التي تواجهها هو ما إذا كنت ستستخدم أكواع الأنابيب القياسية أو ثنيات الأنابيب ذات نصف القطر الطويل - وأي نصف قطر انحناء يجب تحديده. تقارن هذه المقالة ثنيات الأنابيب وأكواع الأنابيب عبر طريقة التصنيع والمعايير والهندسة وسمك الجدار والتدفق - والأهم من ذلك - توافق الخنازير، وتشرح متى يتم اختيار أنصاف أقطار الانحناء ثلاثي الأبعاد وخماسي الأبعاد و10 أبعاد.

يتم استخدام ثلاثة مصطلحات طوال الوقت. الخنزير عبارة عن أداة أسطوانية يتم دفعها عبر خط الأنابيب بواسطة تدفق المنتج، إما لتنظيفه (خنزير التنظيف) أو لفحصه باستخدام أجهزة الاستشعار (خنزير ذكي، أو فحص الخط، أداة ILI). D هو قطر الأنبوب الاسمي (القطر الخارجي الاسمي، بالملليمتر أو البوصة). نصف قطر خط الوسط R للانحناء أو الكوع هو نصف قطر المنحنى المقاس على طول الخط المركزي للأنبوب؛ "3D" تعني أن R يساوي ثلاثة أضعاف قطر الأنبوب. يتكرر أيضًا مصطلحان هندسيان: الإضافات هي الجزء الخارجي من المنحنى (حيث يميل الجدار إلى النحافة أثناء الانحناء) والداخلية هي الجزء الداخلي من المنحنى (حيث يميل الجدار إلى التكاثف)؛ البيضاوية هي مدى تشوه المقطع العرضي الدائري باتجاه الشكل الناقص.

جدول 1 - لمحة سريعة عن كوع الأنبوب مقابل انحناء الأنبوب

ما هو الفرق بين ثني الأنابيب وكوع الأنابيب؟

A كوع الأنابيبعبارة عن تركيب قياسي مصنوع في المصنع بنصف قطر خط مركزي قصير ثابت - 1.5D للمرفقين ذوي نصف القطر الطويل (LR) و1.0D للمرفقين ذوي نصف القطر القصير (SR) - بأبعاد ASME B16.9 وASME B16.28. ثني الأنبوب هو طول الأنبوب المنحني إلى نصف قطر أكبر محدد، عادةً ثلاثي الأبعاد، أو 5D، أو 10D، ويتم تشكيله كقطعة واحدة متواصلة، عادةً عن طريق الثني بالحث الساخن، ويتم تصنيعه وفقًا لمعايير ASME B16.49 أو ISO 15590-1. بالنسبة لأي خط أنابيب سيتم صبغه، فإن ثني الأنبوب هو المكون الصحيح؛ الكوع القياسي ليس كذلك.

نصف القطر هو الفرق المحدد. يحتوي الكوع دائمًا على نصف قطر ضيق يبلغ قطره واحدًا أو نصف قطر الأنبوب، ويتم تثبيته بواسطة معيار التركيب ومن المستحيل تغييره. يمكن إنتاج الانحناء في أي نصف قطر تقريبًا من حوالي 2D إلى أعلى - 3D، 5D، 6D، 8D، 10D وما بعده - ويتم كتابة نصف القطر المطلوب في مواصفات الشراء، لذلك يتم اختياره من قبل المصمم، ولا يتم تثبيته بواسطة الكتالوج.

التصنيع يختلف كذلك. يتم ضغط الأكواع أو تشكيلها أو رسمها كتركيبات فردية، ولكل منها نهايات ملحومة. تتم الانحناءات عن طريق تقويس طول مستقيم من الأنبوب (غير ملحوم أو ملحوم) باستخدام آلة التسخين بالحث، بحيث يكون القسم المنحني متواصلاً مع الأنبوب نفسه ولا يحتوي على وصلة داخل الانحناء.

إن النتيجة بالنسبة للخنازير مباشرة: نظرًا لأن الانحناءات لها أنصاف أقطار أكبر وأكثر سلاسة، فإن الخنازير وأدوات الفحص تتفاوض عليها بشكل موثوق، في حين أن الأكواع الضيقة تقيد أو تحجب نفس الأدوات. الأقسام التالية تطور هذا بالتفصيل.

لماذا يعتبر نصف قطر الانحناء مهمًا لخطوط أنابيب الخنازير؟

يحدد نصف قطر الانحناء ما إذا كان الخنزير يمكنه المرور على الإطلاق - ومدى أمان تنظيفه أو فحصه. تحدد إرشادات الصناعة الحد الأدنى العملي ثلاثي الأبعاد لمعظم عمليات الخنازير. تجبر الانحناءات الأكثر إحكامًا (المرفقين 1.5D أو 1.0D) الخنازير ذات الجسم الصلب وأدوات الفحص على الانحناء بشكل حاد، مما يزيد من السحب وتآكل الأكواب، مما يزيد من خطر وجود خنزير عالق أو تالف، وتدهور بيانات الفحص. لذلك يجب أن يستخدم الخط المصمم للخنازير انحناءات ثلاثية الأبعاد أو أكبر عند كل تغيير في الاتجاه.

كيف يتفاوض الخنزير على الانحناء. الخنزير عبارة عن جسم صلب أو شبه صلب محكم الغلق على جدار الأنبوب بواسطة أكواب أو أقراص. في حالة الانحناء، يجب أن يتبع الجسم الانحناء: كلما كان الانحناء أكثر إحكامًا، كلما زاد ثني الجسم، وكلما زاد ضغط السدادات من جانب ورفعها من الجانب الآخر، وكلما زادت صعوبة دفع التدفق خلاله. يتم قفل الجسم أسفل نصف قطر معين، أو تتسرب الأختام عبر المنتج وأكشاك الخنازير.

تكلفة الخنزير العالق مرتفعة: يجب تخفيف ضغط الخط وفتحه، مما يعني فقدان الإنتاج وعملية استرداد خطيرة. تعاني جودة الفحص حتى قبل ذلك - تحتاج مستشعرات ILI إلى مسافة ثابتة من الجدار، وفي حالة الانحناء المحكم، تتأرجح الأداة وتنحرف، مما يترك فجوات وتشوهات في تسرب التدفق المغناطيسي (MFL) أو بيانات الموجات فوق الصوتية.

توجيهات الصناعة متسقة. توصي COBALCH بأن يكون الحد الأدنى لنصف القطر 1.5D للخطوط التي يبلغ طولها 4 بوصات أو أصغر، ونصف القطر ثلاثي الأبعاد للخطوط من 6 إلى 12 بوصة، و5D للخطوط الأكبر من 12 بوصة؛ تحدد FEEC حدًا أدنى ثلاثي الأبعاد للخنازير المرنة و5D حدًا أدنى للخنازير الذكية الأطول والأكثر صلابة؛ توصي EPCM باستخدام تقنية 3D وما فوق لتسهيل عملية الصبغ الذكي؛ ويقوم معظم موفري ILI بتصميم أدوات ثلاثية الأبعاد أو أكبر، مع بعض الأدوات المتخصصة القادرة على 1.5D.

جدول 2 - الحد الأدنى النموذجي لنصف قطر الانحناء حسب نوع الخنزير (إرشادات الصناعة؛ تأكد دائمًا من بائع الأداة)

ماذا تعني الانحناءات ثلاثية الأبعاد وخماسية الأبعاد وعشرة أبعاد - وأي منها تحتاج إليه؟

الرقم قبل D هو نسبة نصف قطر خط مركز الانحناء إلى القطر الاسمي للأنبوب: الانحناء ثلاثي الأبعاد له نصف قطر ثلاثة أقطار للأنبوب، وانحناء 5D خمسة، وانحناء 10D عشرة. من الناحية العملية، يعد 3D هو الحد الأدنى المضغوط للخطوط القابلة للحمل والتي تحمل خنازير التنظيف والقياس؛ 5D هو الإعداد الافتراضي الموصى به للصبغ الذكي (ILI)؛ و10D مخصص لأدوات الفحص الطويلة جدًا أو الصارمة، وأقل انخفاض في الضغط، وأضيق الأشكال الهندسية - على حساب مساحة أكبر بكثير وأطوال مماسية أطول.

معادلة نصف القطر بسيطة: R=k × D، حيث k هي 3 أو 5 أو 10. يوضح الجدول 3 ما يعنيه هذا بالملليمتر لثلاثة أحجام خطوط مشتركة. على سبيل المثال، يبلغ نصف قطر خط المنتصف 10D على خط 12 بوصة، نصف قطر خط الوسط حوالي 3.2 متر - وهو ما يوضح سبب اختيار التوجيه وحق الطريق.

ما يشتريه لك كل نصف قطر. 3تتناسب الانحناءات ثلاثية الأبعاد مع أضيق المساحات وتقبل معظم خنازير التنظيف، ولكن ترقق الجدار والبيضاوية وانخفاض الضغط هي الأعلى من بين الثلاثة، وبعض الخنازير الذكية فقط تؤدي أداءً جيدًا في الأبعاد الثلاثية. 5الانحناءات ثلاثية الأبعاد هي الوضع الافتراضي في الصناعة لخطوط النقل المصقولة: تعمل جميع أدوات ILI تقريبًا على 5D مع جودة بيانات جيدة، بينما تظل البصمة قابلة للإدارة. 10تتصرف الانحناءات ثلاثية الأبعاد تقريبًا مثل الأنابيب المستقيمة - الحد الأدنى من التخفيف و البيضاوية، والحد الأدنى من فقدان الضغط والتآكل - وتقبل حتى أجسام الأدوات الأطول صلابة، ولكنها تكلف أكثر من حيث المواد والمساحة.

القاعدة الأساسية: اختر أكبر نصف قطر يسمح به المسار والميزانية. لا تنخفض مطلقًا عن المستوى ثلاثي الأبعاد على الخط المرسوم ما لم يؤكد البائع أو بائع ILI أن الأداة يمكنها التفاوض عليه.

جدول 3 - مثال لنصف قطر خط الوسط بالملليمتر (R=ك × القطر الخارجي الاسمي)

جدول 4 - 3مقارنة الانحناءات D و5D و10D (التصنيفات النوعية؛ تعتمد القيم الدقيقة على جدول الجدار والمواد ومعايير التصنيع)

هل يمكنك استخدام الأكواع القياسية (1D أو 1.5D) على خط أنابيب قابل للتوزيع؟

لا - ليس للخنازير الخطيرة. تعتبر الأكواع ذات نصف القطر القصير (1D) غير قابلة للحمل بشكل فعال بالنسبة لخنازير تنظيف الجسم الصلب والأدوات الذكية، وحتى الأكواع ذات نصف القطر الطويل (1.5D) تقيد معظم خنازير التنظيف والعديد من أدوات ILI. إذا كان الخط ملونًا، فقم بتصميمه من البداية باستخدام انحناءات ثلاثية الأبعاد أو أكثر؛ يعد تعديل التوجيه لاحقًا أمرًا مكلفًا وغالبًا ما يكون مستحيلًا دون إعادة التوجيه.

لماذا يحجب المرفقان الخنازير. في الكوع الضيق 1D أو 1.5D، يقطع الجدار الداخلي للوصلات بشكل حاد في التجويف، لذلك تتآكل أكواب الخنازير والأقراص بسرعة، أو تنقلب أو تتسرب عبر المنتج، وتتكدس أجسام الأدوات الصلبة. الهندسة المفاجئة للمرفق هي أيضًا المكان الذي تتوقف فيه الخنازير في أغلب الأحيان في الخطوط القديمة.

هناك استثناءات، لكنها ليست الافتراضية. يمكن لبعض أدوات ILI المتخصصة المرنة أو المفصلية اجتياز انحناءات 1.5D - وبعضها حتى 1D - ولكنها أكثر تكلفة، وتغطي إمكانات فحص أقل، ويجب تأكيد كل حالة على حدة مع البائع.

إذا كان لديك بالفعل مرفقين في خط موجود، فتحقق من قدرة ثني الخنزير مع البائع واستخدم خنازير مفصلية أقصر. إذا تم التخطيط للتوزيع الذكي في المستقبل، فيجب أن يتم إنشاء التوجيه بشكل قابل للتوزيع منذ اليوم الأول.

جدول 5 - الحد الأدنى لتوجيهات نصف قطر الانحناء حسب حجم الخط (نصيحة تصميم خنزير COBALCH)

كيف يمكن مقارنة الانحناءات ثلاثية الأبعاد وخماسية الأبعاد وعشرة أبعاد من حيث سماكة الجدار والبيضاوية والتدفق؟

تعد الانحناءات ذات نصف القطر الأكبر أكثر لطفًا هندسيًا للأنبوب: فهي تخفف الجدار الخارجي (الإضافات) بشكل أقل، وتبقى مستديرة (أقل بيضاوية)، وتسبب اضطرابًا في التدفق بدرجة أقل بكثير من المرفقين - لذا فإن الانحناءات 5D و10D توفر انخفاضًا أقل في الضغط، وتآكلًا أقل، وتركيزات إجهاد أقل. يكون هذا الأمر أكثر أهمية في خطوط الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبائك النيكل ذات الجدران السميكة والضغط العالي والتآكل، حيث يؤدي فقدان الجدار والبيضاوية إلى تقليل هوامش التصميم بشكل مباشر.

سمك الجدار. عندما يتم ثني أي أنبوب، يمتد الجزء الخارجي من المنحنى (ترقق الإضافات) بينما ينضغط الجزء الداخلي (تسمك التداخلات). يعمل الثني بالحث الساخن مع التسخين المتحكم فيه وسرعة الدفع على تقليل هذا الاختلاف، ومعيار التصنيع (على سبيل المثال ASME B16.49) جنبًا إلى جنب مع رمز التصميم يحد من التخفيف: يجب أن تظل الإضافات الرقيقة تلبي الحد الأدنى من سمك الجدار التصميمي. كلما زاد نصف القطر، قل الامتداد لكل وحدة طول - وهذا هو السبب في أن انحناءات 5D و10D تجعل الجدار أكثر تجانسًا.

البيضاوية. يميل الانحناء إلى تسطيح المقطع العرضي إلى شكل بيضاوي؛ المعايير وأكواد التصميم تحد من الاستدارة. أنصاف الأقطار الأكبر تشوه المقطع العرضي بشكل أقل، مما يحافظ على أختام الخنازير على اتصال كامل ويتجنب تركيزات الضغط عند الإضافات.

التدفق والتآكل. تفرض الأكواع الضيقة تغييرًا مفاجئًا في الاتجاه مما يؤدي إلى حدوث اضطراب وسرعة موضعية عالية وفقدان الضغط وتآكل الجدار الخارجي - خاصة في الخطوط التي تحمل الرمل أو المواد الصلبة. يتصرف الانحناء 10D تقريبًا مثل الأنبوب المستقيم، ويعتبر الانحناء ثلاثي الأبعاد بمثابة حل وسط جيد؛ الكوع 1.5D هو الخيار الأسوأ للتدفق. في خدمة التآكل، يعني التخفيف بالإضافة إلى الاضطراب هجومًا محليًا أسرع، لذا فإن تحديد 5D أو 10D في سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ أو النيكل يحافظ على الحد المسموح به من التآكل.

ما هي المواد والمعايير المطبقة على الانحناءات والأكواع لخطوط الأنابيب؟

مطابقة المعيار مع النموذج: الأكواع وفقًا لـ ASME B16.9 مع المواد وفقًا لمعيار ASTM A403 (الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي)، أو A815 (المزدوج)، أو B366 (سبائك النيكل)؛ ينحني إلى ASME B16.49 أو ISO 15590-1. صمم الخط وفقًا لـ ASME B31.4 (السوائل) أو ASME B31.8 (الغاز) - وASME B31.3 لأنابيب المصنع - وتأهل أي نظام فحص ذكي بموجب API Std 1163. بالنسبة للخدمة المسببة للتآكل أو الحامض أو درجة الحرارة العالية، يقدم الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج وسبائك النيكل مثل Alloy 400 وAlloy 625 وAlloy 825 وAlloy C-276 مقاومة التآكل التي لا يستطيع الفولاذ الكربوني القيام بها.

لماذا سبائك النيكل والفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين. تقاوم هذه المواد الكلوريدات والخدمة الحامضة (H2S) ودرجات الحرارة المرتفعة والتآكل: تناسب سبيكة 625 (Inconel) مياه البحر والخدمة ذات درجات الحرارة العالية، وسبائك C-276 (Hastelloy) البيئات الكيميائية الأكثر عدوانية، وسبائك 400 (مونيل) للخدمة البحرية، وتجمع الدرجات المزدوجة 2205 و2507 بين القوة العالية ومقاومة الخدمة الحامضة.

مذكرة التصنيع. تعمل سبائك النيكل بقوة، لذا فإن الانحناءات ثلاثية الأبعاد إلى 10 أبعاد في هذه المواد تتطلب ثنيًا حثيًا مع التحكم الدقيق في درجة الحرارة، وعند الاقتضاء، المعالجة الحرارية بعد الانحناء - وإلا فإن الانحناء يتعرض لخطر التشقق أو فقدان مقاومته للتآكل. تأكد من قدرة المورد على PWHT (المعالجة الحرارية بعد اللحام)، وPMI (التعرف الإيجابي على المواد)، واختبار الصلابة.

جدول 6 - المعايير الأساسية للانحناءات والأكواع والخنازير

كيف يمكنك تحديد منحنى Piggable؟

توضح المواصفات الكاملة للانحناء القابل للتحريك نصف القطر (أكبر من أو يساوي 3D، ومن الناحية المثالية 5D)، وزاوية الانحناء، وأطوال الظل، ودرجة المواد والجدول الزمني للجدار، ومعيار التصنيع، والتفاوتات - وتؤكد توافق الخنزير مع الخنزير الفعلي أو بائع ILI قبل تجميد التوجيه.

المماسات والمسافات. حدد أطوال المدخلات والمخرجات المستقيمة (الظلال) عند طرفي الانحناء بحيث يظل اللحام ومحاذاة قاذفة الخنازير وبيضاوية النهاية نظيفة. احتفظ بما لا يقل عن 3D-5D من الأنابيب المستقيمة بين الانحناءات المتعاقبة - "قاعدة 3D-5D" في الصناعة - بحيث لا يضطر الخنزير إلى الانحناء مرتين في تتابع سريع.

مثال للمواصفات: "الانحناء الحثي بمقدار 90 درجة، R=5D، NPS 10، الجدول 80، ASTM A312 TP316L، تم تصنيعه واختباره وفقًا لـ ASME B16.49، مماس 1 متر عند كل طرف، بيضاوية وجدار خارجي ضمن التسامح القياسي، تم اختبار مؤشر مديري المشتريات (PMI) والصلابة، وتم توفير شهادات المواد وMTC." اضبط المادة والجدول الزمني والتفاوتات وفقًا لرمز تصميم الخط.

مراقبة الجودة: تحديد مؤشر مديري المشتريات (PMI)، والصلابة، والاختبار غير الإتلافي (UT/RT) عند الاقتضاء، والاختبار الهيدروستاتيكي وفقًا لرمز التصميم؛ طلب شهادة المواد الكاملة للتتبع.

جدول 7 - قائمة مرجعية لمواصفات الانحناء القابل للتحريك

ما هو نصف قطر الانحناء الذي يجب عليك اختياره؟

الافتراضي هو 5D ما لم يكن المسار غير قادر على تحمله حقًا. استخدم العرض ثلاثي الأبعاد حيث تكون المساحة ضيقة ولن يتم إجراء سوى عملية التنظيف أو القياس للخنازير؛ استخدام 5D للخنزير الذكي القياسي؛ استخدم 10D لأطول الأدوات الصلبة، أو التدفق عالي السرعة، أو خطوط انخفاض الضغط الأدنى. لا تقل مطلقًا عن الأبعاد الثلاثية على خط مرسوم بدون تأكيد كتابي من بائع الأداة.

منطق التكلفة بسيط. يكلف نصف القطر الأكبر تكلفة أكبر في الأنابيب والمواد وحق الطريق، ولكن عادةً ما تكلف عملية استرداد الخنازير العالقة أكثر بكثير - ويعيد الخط 5D بيانات الفحص التي يمكنك الاعتماد عليها فعليًا لاتخاذ قرارات السلامة. اختر نصف القطر لأسوأ أداة ستستخدمها على الإطلاق، وليس لأرخصها.

جدول 8 - اختيار نصف قطر الانحناء

الأسئلة المتداولة

"3D" يعني أن نصف قطر خط مركز الانحناء يساوي ثلاثة أضعاف القطر الاسمي للأنبوب (R=3 × D). في أنبوب NPS 6 (القطر الخارجي 168.3 مم)، على سبيل المثال، يكون للانحناء ثلاثي الأبعاد نصف قطر خط مركزي يبلغ حوالي 505 مم.

هل الانحناء ثلاثي الأبعاد قابل للتحريك؟

نعم بالنسبة لمعظم خنازير التنظيف والعديد من الأدوات الذكية - 3D هو الحد الأدنى المقبول للتنظيف. تتحسن ديناميكيات الأداة وجودة البيانات عند 5D، وهذا هو السبب في أن 5D هو الإعداد الافتراضي الموصى به للتصيد الذكي.

هل يمكن للخنزير أن يمرر مرفقًا بطول نصف قطر 1.5D؟

يمكن استخدام المسحات الرغوية وبعض الخنازير القصيرة والمرنة؛ لا تستطيع خنازير تنظيف الجسم الصلبة ومعظم أدوات ILI المرور مع حدوث تلف وفجوات في البيانات. بالنسبة للخط الذي سيتم تلوينه، استخدم انحناءات ثلاثية الأبعاد أو أكثر.

ما هو الأفضل للخنازير الذكية: الانحناءات ثلاثية الأبعاد أم خماسية الأبعاد؟

5 د. تم تصميم معظم أدوات ILI إلى حد أدنى ثلاثي الأبعاد، لكن 5D توفر مستشعرًا أكثر استقرارًا وجودة أفضل للبيانات وتآكلًا أقل - وهو الإعداد الافتراضي في الصناعة لخطوط النقل المحملة.

هل تسبب انحناءات الأنابيب انخفاضًا في الضغط أكثر من المرفقين؟

العكس. تتسبب الانحناءات الناعمة ذات نصف القطر الكبير (5D، 10D) في انخفاض الضغط والاضطراب بشكل أقل من المرفقين المشدودين؛ يتصرف الانحناء 10D تقريبًا مثل الأنبوب المستقيم.

ما هو الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء في الصناعة للخنازير؟

التوجيه الشائع هو الحد الأدنى ثلاثي الأبعاد لمعظم الخطوط المصبوغة (1.5D فقط على الخطوط مقاس 4 بوصات وأصغر، وللخنازير الناعمة فقط) والحد الأدنى 5D للخنازير الذكية. تأكد دائمًا من البائع أو بائع ILI.