جزوه درس موازنه انرژی و مواد






لوله (Pipe) :
تعریف : استوانه تو خالی فلزی ، پلاستیکی ، سیمانی و... است که برای انتقال سیال به کار می رود . درصنعت بر حسب اینکه سیال تحت چه خواصی باشد از لوله های مختلف استفاده می شود .

1- لوله فولادی (Steel Pipe) :
فولاد یکی از مهمترین� مصالح صنعتی است . در تحت شرایط مشخص خاصیت ضد خورندگی عالی از خود نشان می دهند . از این رو همیشه در ساختن لوله های حامل اسید سولفوریک سرد و غلیظ به کار برده می شود.
2- لوله چدنی (Cast Iron Pipe) :
در محیط اسید سولفوریک و قلیاها کمتر از فولاد خورده می شود . جنس چدن سخت و شکننده است .
3- لوله فولادی ضد زنگ (Stainless Steel Pipe) :
از آهن ، کرم ، نیکل و مقدار کمی فلزات دیگر ساخته می شود . در مقابل اسید های آلی و اسید نیتریک با غلظت های مختلف مقاوم است .
4- لوله مسی (Copper Pipe)� :
چون هدایت حرارتی آن زیاد است از خیلی وقت پیش مورد استفاده بوده است . در مقابل خاصیت خورندگی قلیاها بجز آمونیاک و اسید های آلی در غلظت های پایین از خود مقاومت� نشان می دهد ، باید توجه داشت که هرگز از لوله مسی برای حمل جیوه استفاده نشود زیرا با آن ترکیب شده تولید ملقمه می کند .
5- لوله های آلمونیومی (Aluminum Pipe) :
به علت سبکی امتیاز زیادی در صنعت دارد . در ضمن تشکیل اکسید آلمونیوم هیدراته که جداره لوله را می پوشاند ، در مقابل خاصیت خورندگی اسیدهای آلی غلیظ و اسید نیتریک و نیترات ها مقاومت نشان می دهد .
6- لوله نیکلی (Nickel Pipe) :
در مقابل تمام قلیاها حتی آمونیاک مقاومت می کند . نیکل و آلیاژهایش در صنعت ارزش زیادی دارند . از این رو بیشتر اوقات تبخیر کننده ها و لوله های درونی آنها از آلیاژهای نیکلی ساخته می شود .
7- لوله سربی (Lead Pipe)� :
مقاومت لوله های سربی در مقابل خاصیت خورندگی اسید سولفوریک رقیق زیاد است . از این رو بعضی لوله ها و مخازن محتوی اسید سولفوریک رقیق از سرب ساخته می شود.
8- لوله با لایه لاستیکی (Rubber Lined Pipe) :
این لوله ها مخصوص حمل سیال خورنده می باش که جداره داخلی آن ها از مخاط لاستیکی پوشیده شده است.
9-لوله سیمانی� (Cemented Pipe) :
با قیمت ارزان تر از لوله های فلزی تمام می شود . برای حمل سیال خورنده به کار نمی رود .
10- لوله با لایه سیمانی� (Cement Lined pipe) :
جدار داخلی بعضی از لوله ها را از سیمان می پوشانند . برای حمل سیال با قابلیت هدایت الکتریکی زیاد به کار می رود . مثل لوله حامل آب دریا
11- لوله پلاستیکی (Plastic Pipe) :
برای حمل سیال خورنده به کار می رود . باید توجه داشت که درجه حرارت سیال نباید زیاد باشد .
12- لوله پی – وی –� سی� (poly Vinyl Chloride P.V.C ) :
همانطور که از اسمش پیدا بر می آید از پلی مری شدن ترکیب وینیل کلراید به دست می آید . برای انتقال مواد خورنده به کار می رود . نباید در فشار و درجه حرارت بالا مورد استفاده قرار گیرد .
لوله ها را ممکن است از فلزاتی مثل نقره و تانتالیم هم بسازند ، اما به علت گرانی کمتر در صنعت از آنها استفاده می شوند .
قطر لوله (Standard Diameter) :
لوله ها را به طور کلی از قطر�� اینچ تا�� اینچ می سازند . ولی بر حسب احتیاج لوله های با قطر بیشتر از�� اینچ هم می سازند .
انواع اتصالات (The Various Fittings) :
انواع اتصال هی که تا به حال ساخته شده از نظر نوع فلز و وزن های مختلف خیلی زیاد می باشند . تمام آنها را نسبت به کاری که انجام می دهند و محلی که مورد استفاده قرار می گیرند به 6 دسته تقسیم نموده اند .
دسته یک - اتصالیهای مستقیم توسعه و امتداد :
مغزی (Nipple ) :
مغزی لوله کوتاهی است که دو سر آن پیچ داشته باشد . انواع آن عبارت است از :
1- مغزی تمام پیچ که طول آن دو برابر طول پیچ یک سر لوله است .
�2- مغزی کوتاه که کمی از مغزی فوق بزرگتر است .
�3- مغزی بلند که برای پر کردن فاصله های کم به کار می رود ولی از 12 اینچ بلندتر نیست . گاهی طول پیچ یک طرف بلندتر از معمول است که به آن Long Screw Nipple می گویند .
مهره قفلی (Luck Nut) :
عبارت است از مهره ای که یک طرف آن صاف شده است و در پشت بوشن به کار برده می شود و طرف دیگر آن شیاری ایجاد سده است که در آن از ریسمانهای نسوز برای جلوگیری از نشت کردن استفاده می شود .
دسته دوم - اتصالات تبدیلی :
بوش (Bushing) :
چنانچه بخواهیم انتهای لوله ای را با یک اتصالی بزرگتر متصل نماییم ، از تبدیل استفاده می کنیم . تبدیل بوش اتصالی است که از طرف اتصال به لوله با قطر کوچکتر از داخل و از طرف قطر بزرگتر از بیرون رزوه دار شده است .
تبدیل (Reducer) :�
تبدیل� عبارت است از بوشیکه دو سر آن یک اندازه نباشد وبا آن دو لوله با قطر های مختلف را متصل می نماید . تفاوتی که با تبدیل بوشی دارد این است که هر دو طرف آن از داخل پیچ شده است . تبدیل ها به اندازه های مختلف ساخته شده اند که موقع نام بردن باید هر دو اندازه آن را ذکر نمود .
دسته سوم – اتصالات انحرافی :
آفست (Offset) :
در لوله کشی گاهی لازم می شود که یک خط لوله از امتداد اصلی خود خارج می شود ولی موازی با امتداد اولیه ادامه یابد . در این مورد از یک اتصالی به نام آفست استفاده می شود و در این صورت است که محورهای دو خط لوله باید با دو محور آفست تطبیق نماید .
زانو (Elbow) :
برای تغییر جهت مسیر لوله به زوایای مختلف ، از زانو استفاده می شود . در لوله کشی های آب زانو های 45 درجه و 90 درجه بیشتر کاربرد دارد . فقط در موارد به خصوصی از زانو های 60 درجه و 22.5 درجه استفاده می شود .
خم (Bend) :
برای تغییر جهت مسیر لوله به زاویه 90 درجه یا هر زاویه بزرگتر از 90 درجه از م استفاده می شود . هنگام تغییر مسیر حتی المقدور باید خم استفاده شود ، چون مایع در آن روانتر جریان می یابد ، به عبارت دیگر اصطکاک در خم کمتراست.
دسته چهارم – اتصالات انشعابی :
سه راهی (Tee Piece) :
این اتصالی برای گرفتن یک انشعاب از خط لوله اصلی به زاویه قائمه به کار برده می شود .
سه راهه به اندازه های مختلف ساخته شده که هر یک در مورد خاصی به کار برده می شود .
نامگذاری و شناسایی آن بدین ترتیب است :
موقعیکه سه دهانه به یک اندازه باشد ، با همان اندازه نامیده می شوند . مثلا" اندازه هر شاخه سه راهه نیم اینچی� می باشد . اگر اندازه شاخه وسط غیر از اندازه خط لوله باشد ، اندازه لوله ، اول داده می شود .
موقعیکه هر سه شاخه مختلف باشند ، باز اندازه شاخه ای که به خط لوله اصلی وصل می شود ، اول داده می شود .
سه زاویه ("Y" Branch) :
زاویه بین انشعاب و خط اصلی 30 ، 45 و 60 درجه است . گاهی نیز از چهار انشعاب برای موارد خاصی استفاده می شود .در اینصورت دوشاخه مقابل یکدیگر و با زاویه 45 درجه قرار می گیرند .
چهار راهه (Cross) :
عبارت از سه راهه ای است که شاخه چهارمی برابر شاخه سوم به آن اضافه شده است . چهارراهی برای تقسیم یک لوله به سه لوله مساوی با زاویه قائم به کار برده می شود .
دسته پنجم – اتصالات مسدود کننده :
توپی (Plug) :
بزای بستن دهانه لوله ها واتصالات که از داخل پیچ شده باشند ، توپی به کار برده می شود .
جنس آن از چدن ، آهن یا برنج می باشد . توپی ها انواع مختلفی دارند که هر یک برای کار به خصوصی معرفی می شود . اندازه های کوچک آن دارای یک سر چهار گوش است که برای باز کردن و بستن توپی ازآن استفاده می شود . توپی های معمولی را از�� تا�� اینچ می سازند .
سر لوله کور :
عبارت از یک صفحه چدنی است که برای بستن دهانه لوله های سر لوله دار یا اتصالی های سر لوله دار به کار برده می شود . ضخامت آن بستگی به فشاری که در لوله موجود است ، دارد .
دسته ششم – اتصال های مهره ماسوره ای:
مهره ماسوره (Union) :
برای اتصال دادن دو لوله که به هم رسیده و دو طرف دیگر لوله آزادی حرکت نداشته باشد ، از مهره ماسوره استفاده می شود . این اتصال از سه قسمت تشکیل شده است . قسمت اول را به انتهای یکی از دو لوله می پیچانند . سپس قسمت دوم را به لوله مقابل پیچانده ، آنرا به وسیله قسمت سوم به هم متصل می کنند . چون مورد استفاده مهره ماسوره بیشتر در مواقع تعمیر خط لوله است ، گاهی اتفاق می افتد که خرابی از سه راه یا زانو می باشد ، در این صورت اتصالی های فرسوده را از وسط بریده از روی دو سر لوله باز می کنند و به جای آن از سه راه مهره ماسوره ای یا زانوی مهره ماسوره ای استفاده می کنند .
سر لوله (Flange) :
این اتصال را در دو طرف اتصالی ها و لوله هایی که باید با پیچ و مهره به هم متصل شوند ، سوار می کنند . سر لوله ها دو نوع هستند : پیچ دارکه به وسیله پیچاندن روی لوله سوار می شوند و ساده که باید آنرا به لوله جوش داد . در اتصال لوله های سر لوله دار برای جلوگیری از نشت کردن مایع باید صفحاتی میان دو سر لوله قرار داده ، بعد پیچ و مهره را محکم کرد . اتصال دادن با سر لوله ها این امتیاز را دارد که می توان هر تعداد از لوله یا دستگاه مربوط به آن را باز کرده ، تعمیر یا تعویض کرد .
نحوه اتصال فتینگها :
فتینگهایی که برای سیستم لوله کشی به کار می روند از انواع رزوه ای ، فلنجی ، جوشکاری می باشند .
هر روش به صورت گسترده ای کاربرد داشته و برای هر یک مزایایی وجود دارد.
اتصال رزوه ای:
فتینگ هایی از این نوع دو لوله را به وسیله قطعاتی که رزوه شده اند به هم ارتباط می دهد در نصب اولیه یا زمانی که قسمتی از خط لوله می بایست تعویض گردد . این اتصالات مفیدترند زیرا که به آسانی قابل جدا شدن بوده و نیز در محل تعمیر سریع به هم وصل می گردند ایجاد زروه ای لوله کمی بیش از نصف ضخامت لوله باعث ضعیف شدن سطح لوله در قسمت اتصال می گردد.
اتصال کم کننده ارتعاشات :
این نوع فیتینگ به طور مخصوصی طراحی شده اند که ارتعاشات و لرزش ها را جذب نموده و آنها را کاهش می دهد . این عمل مدت کارکرد لوله و سرویس مجدد آنها را افزایش می دهد . آنها همچنین اعجاج حاصل در لوله ها ، (وزوز کردن و یا ضربه زدن سیال به لوله ) را رفع می کنند .
این نوع اتصالات همچنین در کاهش عمل ضربه قوچ و اثر انفجارات حباب های داخل لوله که از تغییر فشار ناگهانی یا تغییر حجم مایع حاصل می گردد اثرمهمی دارند . بسته به اندازه شان ، این نوع اتصالات دامنه ای از تغییرات فشار و صدا ها را جذب می کنند . صفحه فلنجی شکل آنها یکسره از مواد لاستیکی مخصوص پوشانده شده که نیاز به استفاده از واشرها را رفع می کند . فلنجها بر اثر وجود حلقه های فلزی داخل لوله شان حالت برگشت پذیر دارند . به اضافه اینکه رشته هایی� با مقاومت بالا و سیم های مارپیچی فولادی که در بین ورقه هایی جای گرفته اند بیشترین مقاومت و پایداری را در لوله� متصل به فلنج ایجاد می کنند .در این مورد تیوب های حالت فنری� مخصوص و پوشش همواره شده ای را دارا می باشند .
فتینگ های جوش شونده :
با افزایش تکنولوژی خطوط لوله کشی و دستگاههای جوش ، استفاده از اتصالات جوش شونده زیاد شده است . یک اتصال که به طرز صحیح بر اثر جوشکاری حاصل گردد به اندازه خود لوله مقاوم است می گردد. سیستم جوشکاری همه اتصالات را در لوله کشی در بر می گیرد .این اتصالات دارای خاصیت سیل کنندگی قوی و عمر زیاد و یک عمل مطلوب در طراحی های با فشار بالا می باشد.
اتصالات فلنجی :
فتینگ های فلنجی از روش آهنگری یا ریخته گری حاصل می گردند . فلنج یک حلقه یا رینگ در انتهای اتصال بوده که با نمونه مشابه خودش در قسمت دیگر اتصال می یابد . نوع دیگر فلنج ها ، به صورت دو قطعه ای می باشند که به صورت دو رینگ جداگانه روی لوله لغزش داشته و سپس به هم محکم می گردند . فلنج ها به صورت پیچ و مهره و یا به وسیله جوش به هم محکم می گردند . فلنج ها به صورت پیچ و مهره و یا به وسیله جوش به هم اتصال می کنند . سطح فلنج ها باید کاملا"� صیقلی و صاف گردند در همه موارد نیاز به یک وسیله بین دو سطح جهت آب بندی نمودن و جلوگیری از نشتی می باشد .
به طور معمول مشعل ها همراه و متناسب با ديگ انتخاب مي شوند و به ميزان مصرف سوخت بر حسب ليتر در ساعت و كيلو گرم در ساعت يا گالن در ساعت مشخص مي شوند.

همان طور که می دانیم سیال تولیدی از چاه ها معمولا بصورت دوفاز(نفت و گاز و بعضی مواقع نیز سه فاز مانند نفت و گاز و آب و یا نفت و گاز و ماسه سنگ) تولید می گردد. لذا لازم است که برای بمصرف رساندن هر فاز بطور جداگانه آن ها را به یک نحوی از یکدیگر جدا کنند این عمل جداسازی در ظروف مختلف که تحت طراحی بخصوصی تهیه شده اند انجام می گردد. این ظروف اطلاحا جداکننده یا تفکیک کننده separator نامیده می شوند.
تفکیک کننده ها از نظر کلی تقریبا مشابه هستند ولی از نظر ساختمان تفاوت هایی با هم دارند.

انواع جداکننده از نظر عمل کرد:
1- جداکننده معمولیseparator : که تحت شرایط عمل گاز و نفت را از هم جدا میکند.
2- ذره گیرscrubber : در حقیقت نوعی جداکننده است که در مواردی که نسبت گاز به نفت خیلی زیاد باشد برای جداسازی آن ها مورد استفاده قرار می گیرد.
3- ظرف مایع گیر knockout: که این خود دو نمونه دارد یکی این که در مسیر جریان سیالی که مشتمل بر آب و نفت و گاز است قرار می گیرد و آب را از یک طرف خارج می کند و گاز و هیدروکربن های مایع را از طرف دیگری خارج مینماید که به آن free water knockout گویند. نمونه دیگر آن total liquid knockout می باشد که در مسیر گاز فشار قوی قرار میگیرد و حتی الامکان تمامی مایع همراه ان را جدا می نماید.
4- از نظر عمل تفکیک نمونه های دیگر تفکیک کننده نیز موجود می باشند نظیر flash chamer که تحت فشار پایین کار می کند و شاید بتوان آن را بنام دیگری مثل تفکیک کننده مرحله دوم نامید. نوع دیگری هست بنام expansion vessel که گاز در داخل آن منبسط میگردد و در فضای با دمای کم عمل جداسازی صورت میگیرد. نوع دیگری بنام dust scrubber که در حقیقت همان filter معمولی است زیرا ***** نیز خود یک نوع تفکیک کننده می باشد.
انواع جداکننده از نظر ساختمان:
تفکیک کننده های افقی
معمولی ترین نوع تفکیک کننده (در شرکت ملی نفت ایران نیز عمومی است) همین مدل می باشد که در مواقعی که گاز زیاد بصورت محلول در مایع موجود است مورد استفاده قرار می گیرد. سطح تماس گاز و نفت در داخل ان زیاد است بدانمعنی که گاز و نفت در سطح بزرگتری قابل تفکیک از هم هستند. پس راحتر از هم جدا می شوند. علاوه بر موضوع فوق برای ظرفیت های زیاد نیز مناسبتر از انواع دیگر می باشد. از این مدل نمونه ای بصورت دو ظرف مرتبط نیز موجود است. Double Barrel Horizontal
مزایا:
الف: برای یک مقدار معلوم نفت و گاز استفاده از این تفکیک کننده ارزانتر خواهد بود.
ب: حمل و نقل و استفاده از آن راحت می باشد.
ج: برای یک اندازه مشابه با مدل های دیگر نمونه ای افقی فضای بیشتری برای مایع و روسوبات دارد. از این رو درجه جداسازی سیال ها سه فاز نیز بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد.
د: نفتی که تولید کف می کند foamy crude راحتتر در داخل این مدل از گاز جدا می گردد و این بدان معناست که سطح تماس بیشتری بین گاز و مایع درون تفکیک کننده موجود است.
هـ: در مواردی که قرار است بمنظور گرم کردن نفت از سیم برق در داخل تفکیک کننده استفاده شود باز هم این مدل ارجعیت دارد.
معایب:
الف: در مورد نوسانات سطح مایع liquid surge ظرفیت آن نسبت به نمونه های دیگر متغیر می باشد و جندان مناسب نیست.
ب: کنترل سطح تماس گاز و نفت بسیار مشکل است.

جداکننده های عمودی
مدل دیگری از تفکیک کننده ها می باشد که بخصوص زمانی که نسبت گاز به نفت سیال مورد نظر کم باشد مورد استفاده قرار می گیرد. با مقایسه با نمونه افقی سطح تماس گاز و نفت در آن ها کم است.
مزایا
الف: در مواردی که سطح مایع نوسان دارد طراحی و استفاده از ان راحتر و ساده تر است.
ب: کنترل سطح مایع چندان مشکل نیست.
ج: راحتتر از نمونه قبلی تمیز می شود.
معایب
الف: حمل و نقل آن بسیار مشکل است.
ب: این مدل بسیار گران است.
ج: برای مقدار ثابت گاز باتوجه به مدل قبل قطر آن خیلی زیاد است.

جداکننده های کروی
در حال حاضر از این مدل کمتر استفاده می شود. بخصوص وقتی که نفت تولید کف می نماید استفاده از آن به حداقل میرسد. بهرحال در گذشته صنعت نفت استفاده زیادی داشت البته در خارج از ایران منظورم می باشد.
مزایا:
الف: نسبت به خرج ساختمان و عملیات روی آن مقدار گاز جدا شده در این حالت بیشتر خواهد بود.
ب: براحتی قابل تمیز شدن است.
ج: می توان براحتی از آن بعنوان تفکیک کننده ی سیار استفاده کرد.
د: از نظر موقعیت جمع و جور می باشد و فضای کمی را اشغال می کند.
معایب:
الف: برای مقدار زیاد ظرفیت از نظر اقتصاد مناسب نیست.
ب: در مورد نفتی که تولید کف می نماید راندمان کاری بسیار پایین است.
ج: کنترل سطح مایع در ان محدود است.