כיפוף צינור לעומת מרפק צינור: אפשרויות רדיוס כיפוף תלת-ממד, 5-ממד ו-10-ממדי עבור צנרת.

אם אתם מתכננים, בונים או מפעילים צינורות שמנוקים או נבדקים עם חזירים, אחת מהחלטות הניתוב הראשונות שעומדות בפניכם היא האם להשתמש במרפקי צינור סטנדרטיים או בכיפופי צינור ברדיוס ארוך - ואיזה רדיוס כיפוף לציין. מאמר זה משווה כיפופי צינור ומרפקי צינור על פני שיטות ייצור, סטנדרטים, גיאומטריה, עובי דופן, זרימה, והכי חשוב - תאימות ל-pigging, ומסביר מתי לבחור רדיוסי כיפוף 3D, 5D ו-10D.

שלושה מונחים משמשים לאורך כל הדרך. חזיר הוא כלי גלילי שנדחף דרך צינור על ידי זרימת המוצר, או כדי לנקות אותו (חזיר ניקוי) או כדי לבדוק אותו עם חיישנים (חזיר אינטליגנטי, או בדיקה בתוך שורה, כלי ILI). D הוא קוטר הצינור הנומינלי (הקוטר החיצוני הנומינלי, במילימטרים או אינצ'ים). רדיוס קו המרכז R של עיקול או מרפק הוא רדיוס העקומה הנמדדת לאורך קו מרכז הצינור; "3D" פירושו R שווה פי שלושה מקוטר הצינור. שני מונחי גיאומטריה חוזרים גם הם: האקסטראדוס הוא החלק החיצוני של העיקול (שם הקיר נוטה להתדלדל במהלך כיפוף) והאינטרדוס הוא החלק הפנימי של העיקול (שם הקיר נוטה להתעבות); סגלגלות היא עד כמה החתך העגול התעוות לכיוון אליפסה.

טבלה 1 - מרפק צינור לעומת כיפוף צינור במבט חטוף

מה ההבדל בין כיפוף צינור למרפק צינור?

A מרפק צינורהוא מתקן סטנדרטי מתוצרת המפעל עם רדיוס קו מרכז קצר קבוע - 1.5D עבור מרפקים ברדיוס ארוך (LR) ו-1.0D עבור מרפקים ברדיוס קצר (SR) - במידות ASME B16.9 ו-ASME B16.28. עיקול צינור הוא אורך של צינור מעוקל לרדיוס גדול יותר, בדרך כלל 3D, 5D או 10D, שנוצר כמקשה אחת רציפה, בדרך כלל על ידי כיפוף אינדוקציה חם, ועשוי ל-ASME B16.49 או ISO 15590-1. עבור כל צינור שיושב, עיקול הצינור הוא הרכיב הנכון; מרפק סטנדרטי לא.

הרדיוס הוא ההבדל המגדיר. למרפק תמיד יש רדיוס הדוק של קוטר צינור אחד או אחד וחצי, קבוע לפי תקן ההתאמה ואי אפשר לשנות. ניתן לייצר עיקול כמעט בכל רדיוס מ-2D כלפי מעלה - 3D, 5D, 6D, 8D, 10D ומעלה - והרדיוס הנדרש נכתב במפרט הרכישה, כך שהוא נבחר על ידי המעצב, לא קבוע על ידי הקטלוג.

גם הייצור שונה. המרפקים נלחצים, מחושלים או נמשכים כאביזרי אינדיבידואליים, כל אחד עם שני קצוות ריתוך תחת. עיקולים נעשים על ידי עיקול אורך ישר של צינור (ללא תפר או מרותך) עם מכונת חימום אינדוקציה, כך שהקטע המעוגל רציף עם הצינור עצמו ואינו מכיל מפרק בתוך העיקול.

ההשלכה ל-pigging היא ישירה: מכיוון שלעיפופים יש רדיוסים גדולים וחלקים יותר, חזירים וכלי בדיקה מנהלים אותם בצורה מהימנה, בעוד מרפקים הדוקים מגבילים או חוסמים את אותם הכלים. הסעיפים הבאים מפתחים זאת בפירוט.

מדוע רדיוס הכיפוף חשוב עבור צינורות חזירים?

רדיוס הכיפוף מחליט אם חזיר יכול לעבור בכלל - ובאיזו בטיחות הוא מנקה או בודק. הנחיות לתעשייה קובעות את המינימום המעשי בתלת מימד עבור רוב פעולות החזרה. עיקולים הדוקים יותר (מרפקים 1.5D או 1.0D) מאלצים חזירי גוף קשיחים וכלי בדיקה להתכופף בחדות, מה שמגביר את הגרר והבלאי בכוסות, מעלה את הסיכון של חזיר תקוע או פגום, ומשפיל את נתוני הבדיקה. קו המיועד ל-pigging צריך לפיכך להשתמש בכיפופים של תלת מימד ומעלה בכל שינוי כיוון.

איך חזיר מנהל משא ומתן על עיקול. חזיר הוא גוף קשיח או קשיח למחצה האטום על דופן הצינור על ידי כוסות או דיסקים. בכיפוף הגוף חייב לעקוב אחר העקמומיות: ככל שהעיקול מתהדק יותר, הגוף מתגמש יותר, כך החותמים נדחסים בצד אחד ומתרוממים בצד השני, והזרימה צריכה לדחוף אותו חזק יותר. מתחת לרדיוס מסוים הגוף ננעל, או שהאטמים דולפים על פני המוצר והחזירים נעלמים.

העלות של חזיר תקוע גבוהה: יש להוריד את הקו ולפתוח את הלחץ, מה שאומר אובדן ייצור ופעולת התאוששות מסוכנת. איכות הבדיקה נפגעת עוד לפני כן - חיישני ILI זקוקים לניתוק יציב מהקיר, ובכיפוף חזק גובה הכלי והפיהם, ומשאירים פערים ועיוותים בדליפה מגנטית (MFL) או בנתונים על קוליים.

הנחיות התעשייה עקביות. COBALCH ממליץ על רדיוסים מינימליים של 1.5D עבור קווים בגודל 4 אינץ' ומטה, 3D עבור קווים של 6-12 אינץ' ו-5D עבור קווים גדולים מ-12 אינץ'; FEEC מציין מינימום 3D עבור חזירי שירות גמישים ומינימום 5D עבור חזירים חכמים ארוכים וקשיחים יותר; EPCM ממליצה על תלת מימד ומעלה לעיבוד חכם קל; ורוב ספקי ILI מעצבים כלים לתלת מימד ומעלה, עם כמה כלים מיוחדים המסוגלים ל-1.5D.

טבלה 2 - רדיוס כיפוף מינימלי טיפוסי לפי סוג חזיר (הנחיות בתעשייה; יש לוודא תמיד עם ספק הכלי)

מה המשמעות של כיפופי תלת מימד, 5 מימד ו-10 מימדים - ואיזה מהם אתה צריך?

המספר שלפני ה-D הוא היחס בין רדיוס קו מרכז העיקול לקוטר הנומינלי של הצינור: לכיפוף תלת-ממדי יש רדיוס של שלושה קוטרי צינור, כיפוף 5D חמישה, וכיפוף 10D עשר. בפועל, תלת מימד הוא המינימום הקומפקטי לקווים הניתנים לחזרה הנושאים חזירים לניקוי ומדידה; 5D הוא ברירת המחדל המומלצת עבור חזירות חכמה (ILI); ו-10D שמורה לכלי בדיקה ארוכים או קשיחים מאוד, מפל הלחץ הנמוך ביותר, והגיאומטריה ההדוקה ביותר - במחיר של טביעת רגל גדולה בהרבה ואורכים משיקים ארוכים יותר.

נוסחת הרדיוס פשוטה: R=k × D, כאשר k הוא 3, 5 או 10. טבלה 3 מראה מה זה אומר במילימטרים עבור שלושה גדלי קווים נפוצים. לעיקול 10D על קו 12 אינץ', למשל, יש רדיוס קו מרכז של כ-3.2 מטר - מה שמראה מדוע ניתוב וימינה מניעים את הבחירה.

מה כל רדיוס קונה לך. 3כיפופי D מתאימים לחללים הצרים ביותר ומקבלים את רוב חזירי הניקוי, אבל דילול הקירות, סגלגלות וירידה בלחץ הם הגבוהים ביותר מבין השלושה, ורק חלק מהחזירים החכמים מתפקדים היטב בתלת-ממד. 5כיפופי D הם ברירת המחדל בתעשייה לקווי הובלה פיגועים: כמעט כל הכלים של ILI עם הדפסת נתונים טובה פועלים ב-5 עיקולים ניתנים לניהול. 10D מתנהגים כמעט כמו צינור ישר - דילול וסגלגל מינימלי, אובדן לחץ ושחיקה מינימליים - ומקבלים אפילו את גופי הכלים הקשיחים הארוכים ביותר, אבל הם עולים יותר בחומר ובמקום.

כלל אצבע: בחר את הרדיוס הגדול ביותר שהמסלול והתקציב מאפשרים. לעולם אל תלך מתחת לתלת-ממד על קו פיגוע, אלא אם כן החזיר או ספק ILI מאשרים שהכלי יכול לנהל את זה.

טבלה 3 - רדיוסי קו מרכז לדוגמה במילימטרים (R=k × קוטר חיצוני נומינלי)

טבלה 4 - 3השוואה לכיפופים D, 5D ו-10D (דירוגים איכותיים; ערכים מדויקים תלויים בלוח הזמנים של הקיר, החומר ותקן הייצור)

האם אתה יכול להשתמש במרפקים סטנדרטיים (1D או 1.5D) על צינור שניתן לנתח?

לא - לא עבור חזירות רצינית. מרפקים בעלי רדיוס קצר (1D) אינם ניתנים לגירור עבור חזירי ניקוי גוף קשיחים וכלים חכמים, ואפילו מרפקים ברדיוס ארוך (1.5D) מגבילים את רוב חזירי הניקוי וכלי ILI רבים. אם קו יהיה pigged, תכנן אותו מההתחלה עם עיקולים של 3D או יותר; תיקון ניתוב מאוחר יותר הוא יקר ולעתים קרובות בלתי אפשרי ללא ניתוב מחדש.

למה מרפקים חוסמים חזירים. במרפק 1D או 1.5D הדוקה הדופן הפנימית של האביזר חותכת בחדות לתוך הקדח, כך שספלי חזירים ודיסקים נשחקים במהירות, מתהפכות או דולפים מעבר למוצר, וגופי כלים קשיחים נתקעים. הגיאומטריה הפתאומית של המרפק היא גם המקום שבו חזירים לרוב נעצרים בקווים ישנים יותר.

יש חריגים, אבל הם לא ברירת המחדל. כמה כלי ILI גמישים או מפרקיים מיוחדים יכולים לעבור כיפופי 1.5D - וכמה מהם אפילו 1D - אבל הם יקרים יותר, מכסים פחות יכולות בדיקה, ויש לאשר אותם כל מקרה לגופו מול הספק.

אם כבר יש לך מרפקים בקו קיים, ודא את יכולת הכיפוף של החזיר עם הספק והשתמש בחזירים קצרים יותר ומפרקים. אם מתוכננת פיג'ינג אינטליגנטי לעתיד, הניתוב היה צריך להיות נבנה וניתן לחזרה מהיום הראשון.

טבלה 5 - הנחיית רדיוס עיקול מינימלי לפי גודל קו (ייעוץ לעיצוב חזיר של COBALCH)

כיצד משתווים כיפופי תלת מימד, 5 מימד ו-10 מימדים בעובי דופן, סגלגלות וזרימה?

עיקולים ברדיוס גדול יותר טובים מבחינה גיאומטרית לצינור: הם מדללים פחות את הקיר החיצוני (אקסטראדו), נשארים עגולים יותר (פחות אובליות), ומפריעים לזרימה הרבה פחות ממרפקים - כך שכיפופי 5D ו-10D מספקים ירידת לחץ נמוכה יותר, פחות שחיקה ופחות ריכוזי מתח. זה הכי חשוב בקווי נירוסטה או סגסוגת ניקל עם דופן עבה, בלחץ גבוה וקורוזיבי, שבהם אובדן קיר וסגלגל מפחיתים ישירות את שולי העיצוב.

עובי דופן. כאשר צינור כלשהו כפוף, החלק החיצוני של העיקול נמתח (דילול אקסטרדוס) בעוד החלק הפנימי נדחס (עיבוי תוך-דוס). כיפוף אינדוקציה חם עם חימום מבוקרת ומהירות דחיפה ממזער וריאציה זו, ותקן הייצור (לדוגמה ASME B16.49) יחד עם מכסה הקוד העיצובי מדלל: האקסטרה המדוללת עדיין חייבת לעמוד בעובי הקיר המינימלי בתכנון. ככל שהרדיוס גדול יותר, כך המתיחה ליחידת אורך קטנה יותר - וזו הסיבה שכיפופי 5D ו-10D שומרים על הקיר אחיד יותר.

סגלגלות. כיפוף נוטה לשטח את החתך לכדי אליפסה; סטנדרטים וקודי עיצוב מגבילים את חוסר העגולות. רדיוסים גדולים יותר מעוותים את החתך פחות, שומרים על מגע מלא של חותמות חזירים ומונעים ריכוזי מתח באקסטרה.

זרימה ושחיקה. מרפקים הדוקים מאלצים שינוי כיוון פתאומי שיוצר מערבולות, מהירות גבוהה מקומית, אובדן לחץ ושחיקה בקיר החיצוני - במיוחד בקווים הנושאים חול או מוצקים. עיקול 10D מתנהג כמעט כמו צינור ישר, וכיפוף תלת מימדי הוא פשרה טובה; מרפק 1.5D הוא הבחירה הגרועה ביותר לזרימה. בשירות קורוזיה, דילול פלוס מערבולות פירושו התקפה מקומית מהירה יותר, כך שציינת 5D או 10D בסגסוגת נירוסטה או ניקל משמרת את קצבת הקורוזיה.

אילו חומרים ותקנים חלים על כפיפות ומרפקים עבור צינורות חזירים?

התאימו את התקן לטופס: מרפקים ל-ASME B16.9 עם חומר לפי ASTM A403 (אל חלד אוסטני), A815 (דופלקס) או B366 (סגסוגות ניקל); מכופף ל-ASME B16.49 או ISO 15590-1. תכנן את הקו ל-ASME B31.4 (נוזלים) או ASME B31.8 (גז) - ול-ASME B31.3 עבור צנרת מפעל - והכשיר כל מערכת בדיקה חכמה תחת API Std 1163. לשירות קורוזיבי, חמוץ או בטמפרטורה גבוהה, פלדות אל חלד דופלקס וסגסוגות ניקל כגון Alloy 4, Alloy 5200, Alloy 4000 C-276 מספקים את עמידות בפני קורוזיה שפלדת פחמן אינה יכולה.

למה סגסוגות ניקל ונירוסטה דופלקס. חומרים אלה עמידים בפני כלורידים, שירות חמוץ (H2S), טמפרטורות גבוהות ושחיקה: Alloy 625 (Inconel) מתאים למי ים ולשירות בטמפרטורות גבוהות, Alloy C-276 (Hastelloy) הסביבות הכימיות האגרסיביות ביותר, שירות ימי Alloy 400 (Monel) ודרגות דופלקס 2205 ו-2005 משלבות עמידות גבוהה עם sourservice.

הערת ייצור. סגסוגות ניקל מתקשות בצורה אגרסיבית, ולכן עיקולים תלת-ממדיים-10-ממדיים בחומרים אלו דורשים כיפוף אינדוקציה עם בקרת טמפרטורה הדוקה ובמידת הצורך טיפול בחום לאחר כיפוף - אחרת העיקול עלול להיסדק או לאבד את עמידותו בפני קורוזיה. אשר את יכולתו של הספק ל-PWHT (טיפול בחום לאחר ריתוך), PMI (זיהוי חומר חיובי) ובדיקת קשיות.

טבלה 6 - תקנים עיקריים לכיפופים, מרפקים וחזרה

איך אתה מציין כיפוף ניתן לחזרה?

מפרט שלם לכיפוף חזיר מציין את הרדיוס (גדול או שווה ל-3D, באופן אידיאלי 5D), זווית הכיפוף, אורכי המשיק, דרגת החומר ולוח הזמנים של הקיר, תקן הייצור והסובלנות - והוא מאשר את תאימות החזיר עם החזיר או ספק ה-ILI בפועל לפני הקפאת הניתוב.

טנגנטים ומרווחים. ציין אורכי כניסה ויציאה ישרים (טנגנטים) בשני קצוות העיקול כך שהריתוך, יישור משגר החזירים והסגלגלות הקצוות יישארו נקיים. שמור לפחות 3D–5D של צינור ישר בין עיקולים עוקבים - "כלל 3D–5D" של התעשייה - כך שהחזיר לא יצטרך להתכופף פעמיים ברצף מהיר.

מפרט דוגמה: "עיקול אינדוקציה של 90 מעלות, R=5D, NPS 10, Schedule 80, ASTM A312 TP316L, מיוצר ונבדק ל-ASME B16.49, משיק 1 מ' בכל קצה, סגלגלות וקיר אקסטרה בתוך סובלנות סטנדרטית, בדיקת PMI וקשיות, תעודות חומר מסופקות ו-MTC." התאם את החומר, לוח הזמנים והסובלנות לקוד העיצוב של הקו.

בקרת איכות: ציין PMI, קשיות, NDT (UT/RT) במידת הצורך, ובדיקה הידרוסטטית לפי קוד התכנון; לדרוש אישור חומר מלא לעקיבות.

טבלה 7 - רשימת בדיקה למפרט כיפוף ניתן להצצה

באיזה רדיוס כיפוף כדאי לבחור?

ברירת מחדל ל-5D אלא אם המסלול באמת לא יכול להרשות זאת לעצמו. השתמש בתלת מימד במקומות שבהם המקום צר ורק חזירי ניקוי או מדידה יפעלו; השתמש ב-5D עבור פיגינג אינטליגנטי סטנדרטי; השתמש ב-10D עבור הכלים הקשיחים הארוכים ביותר, זרימה במהירות גבוהה או קווי ירידה בלחץ מינימלי. לעולם אל תלך מתחת לתלת-ממד על קו מתוח ללא אישור בכתב של ספק הכלי.

היגיון העלות הוא פשוט. רדיוס גדול יותר עולה יותר בצינור, בחומר ובזכות הדרך, אבל שחזור חזיר תקוע עולה בדרך כלל הרבה יותר - וקו 5D מחזיר נתוני בדיקה שאתה באמת יכול לסמוך עליהם לקבלת החלטות יושרה. בחר את הרדיוס עבור הכלי הגרוע ביותר שתפעיל אי פעם, לא הזול ביותר.

טבלה 8 - בחירת רדיוס כיפוף

שאלות נפוצות

"3D" פירושו שרדיוס קו מרכז העיקול שווה פי שלושה מהקוטר הנומינלי של הצינור (R=3 × D). בצינור NPS 6 (קוטר חיצוני של 168.3 מ"מ), למשל, לכיפוף תלת מימדי יש רדיוס קו מרכז של כ-505 מ"מ.

האם כיפוף תלת מימדי ניתן לחזרה?

כן עבור רוב החזירים לניקוי וכלים חכמים רבים - 3D הוא המינימום המקובל לעיבוד חזיר. הדינמיקה של הכלים ואיכות הנתונים משתפרים ב-5D, וזו הסיבה ש-5D הוא ברירת המחדל המומלצת ל-pigging אינטליגנטי.

האם חזיר יכול לעבור מרפק 1.5D ברדיוס ארוך?

ספוגיות קצף וכמה חזירים קצרים וגמישים יכולים; חזירי ניקוי גוף קשיחים ורוב כלי ILI אינם יכולים, או עוברים עם נזקים ופערי נתונים. עבור קו שיושב, השתמש בכיפופים של תלת מימד או יותר.

מה עדיף לעיבוד חכם: עיקולים תלת מימדיים או תלת מימדיים?

5D. רוב כלי ה-ILI מתוכננים למינימום תלת מימדי, אבל 5D נותן יציבות חיישנים יציבה יותר, איכות נתונים טובה יותר ופחות בלאי - וזה ברירת המחדל של התעשייה עבור קווי תחבורה פיגועים.

האם כיפופי צינור גורמים ליותר ירידת לחץ מאשר מרפקים?

ההיפך. כפיפות חלקות ברדיוס גדול (5D, 10D) גורמות לפחות ירידת לחץ ומערבולת מאשר מרפקים הדוקים; עיקול 10D מתנהג כמעט כמו צינור ישר.

מהו רדיוס הכיפוף המינימלי בתעשייה עבור חזירות?

הנחיה נפוצה היא מינימום תלת מימד עבור רוב הקווים עם חזירים (1.5D רק בקווים 4 אינץ' ומטה, ורק עבור חזירים רכים) ומינימום 5D עבור חזירות חכמה. אשר תמיד עם ספק החזיר או ILI.