دراسة حالة: تصميم مرافق لونغ - الحسابات والمعايير

وتمثل مرافق الغاز الطبيعي المسروقة بعض أكثر البيئات تعقيداً وضروباً في قطاع الطاقة، مما يتطلب اهتماماً دقيقاً بتصميم البص، والحسابات الهندسية، والامتثال الصارم لمعايير الصناعة، وتبحث هذه الدراسة الشاملة الجوانب الحاسمة لتصميم النزيف لمرافق الغازات العشبية، واستكشاف الحسابات الأساسية، واختيار المواد، ومتطلبات الامتثال التنظيمي، والاعتبارات المتعلقة بالسلامة التي تكفل تشغيل هذه النظم بطريقة آمنة وفعالة في ظل ظروف بالغة الخطورة.

Understanding LNG and Its Unique Challenges

ويُعتبر الغاز الطبيعي ملوثاً بتقليص درجة حرارة الهيدروكربون إلى نحو 260 درجة شرقاً، مما يجعل النقل ممكناً عند الضغط الجوي في شكل غاز غير ملاحظ، وهذه درجة الحرارة القصوى تخلق تحديات فريدة لتصميم نظام الصمامات تختلف اختلافاً كبيراً عن تطبيقات الانبوب التقليدية.

ويتم تنفيذ تسكين الغاز الطبيعي في مرافق تسمى قطارات الشبكة المحلية التي لديها شبكة معقدة من خطوط الأنابيب التي تدور بين مختلف الأقسام داخل القطار، ويجب أن تحافظ هذه النظم على السلامة الهيكلية مع معالجة السوائل المبردة، وأن تستوعب التوسع الحراري الكبير والانكماش، وأن تمنع أي إطلاق للهيدروكربونات أثناء التشغيل النباتي العادي.

وتُعرَّف درجات الحرارة المسببة للسرطان بأنها - 150 درجة مئوية (-238 درجة ف)، والسائل المبرد هي تلك التي توجد بها نقاط غسيل في ضغط الغلاف الجوي فوق حد الحرارة هذا، وتشمل السوائل المبردة المشتركة الأرغون (-186 درجة واو)، والهيليوم (-452 درجة مئوية)، والهيدروجين (-423 درجة مئوية)، والنيتروجين (-321 درجة مئوية)، والأكسجين (-297 درجة حرارة)، والميثان (الميثانوية).

الحسابات الحرجة في تصميم مواقع LNG

وتشمل نظم تصميم الشعاب لمرافق الشبكة الوطنية المحدودة لدراسات الهندسة عدة حسابات هندسية حاسمة تشكل أساس العمليات الآمنة والفعالة، ويجب أن تُحسب هذه الحسابات للممتلكات الفريدة من السوائل المسببة للبكاء وظروف التشغيل القصوى.

تحليل الضغط

وتستلزم عمليات حساب الانقطاع الضغطية إجراء عمليات أساسية لضمان معدلات تدفق كافية وأداء النظم في شبكات النباتات غير المؤثرة، وتحتاج الحسابات الهيدروليكية إلى انخفاض ضغط يقل عن 0.86 ميغاواط عند 740 م3/ساعة من أجل التطبيقات النموذجية لغاز النيتروز، ويجب أن تنظر هذه الحسابات في خصائص السوائل عند درجات الحرارة المبردة، ونسبة الغليان، والتجهيزات، والصمامات، وغيرها من المكونات التي تسهم في مقاومة النظام عموما.

ولا تُعتبر مبادئ التدفق السوائل بسيطة بسبب ترابط انخفاض الضغط والاحتكاك، ويغطي هذا المبدأ التوجيهي التصميمي العناصر الأساسية في مجال اختيار مواد التدفق السوائل ووضع مقياس للتدفق، ويجب على المهندسين استخدام برامجيات متخصصة وربطات تجريبية للتنبؤ الدقيق بالخسائر في الضغط على نطاق المنظومة، وضمان أن تكون المضخات والمضغطات موزعة على النحو الصحيح، وتلبية احتياجات التدفق في جميع ظروف التشغيل.

الجدار العازل

ويعد حساب سمك الجدار اللازم لرقابة النفثالينات المحلية أمراً بالغ الأهمية لضمان قدرة النظام على تحمل الضغوط الداخلية بأمان مع الحفاظ على السلامة الهيكلية في درجات الحرارة المسببة للبكاء.

وتستند متطلبات التصميم ومعايير القبول لنظم الضغط على الغازات المحلية إلى رموز معترف بها مثل النظام الآلي للبيانات الجمركية B31.3 و ASME BPVC، تحدد المواصفات اللازمة لضمان السلامة والكفاءة والامتثال من حيث مناولة الضغط، والمعايير المادية، وتحليل المرونة، مع التركيز على حسابات التصميم المتعلقة بسمك الجدار، وهبوط الضغط، والشواغل المتعلقة بالمرونة، ويجب أن يُحسب حساب سميك الجدار لضغط التصميم، والإجهاد المسموح به في درجة حرارة التشغيل، وبدل الترسبة التصنيع.

التوسع الحراري وحساب التعاقد

ويمثل التوسع الحراري أحد أهم الاعتبارات المتعلقة بالتصميم بالنسبة لنظم النمط بسبب تفاوت درجات الحرارة القصوى بين ظروف المحيط ودرجات حرارة التشغيل، ويجب أن ينظر تصميم نظام التنقيب في التوسع الحراري لأن تغير درجة الحرارة يسبب التوسع والتعاقد، وإذا لم يُحسب هذا التغير في الحجم في التصميم، فإن النظام يمكن أن يتضرر من ظروف العمل العادية، التي يمكن أن تؤدي إلى تسربات بل إلى فشل.

وإذا ما تم تقييد تشغيل الأنابيب في كلا النهايتين، حيث أن التسخين في التوسع الخطي سيسبب ضغطاً ضغطاً شديداً على المواد، وعندما تتجاوز هذه القوة غير الضرورية الضغط المسموح به على المواد، فإن ذلك سيؤدي إلى إلحاق ضرر بالأنابيب واحتمالات وجود معقوفتين، وبواسطة، وصمامات، ويجب أن ينظر حساب التوسع الحراري في معامل التوسع الحراري للمواد التي تُستخدم في الرصيف، ودرجات الحرارة بين الأنابيب.

وتحتاج السفن والأنابيب المليئة بالسوائل إلى تخفيف الضغط من أجل الحماية من فقدان الاحتواء الناجم عن التوسع الحراري للسوائل، الذي يحدث عندما يسخن السوائل نتيجة لتعقب البخار، والإشعاع الشمسي، والنيران الخارجية، وما إلى ذلك، وهذا أمر مهم بصفة خاصة في نظم الغازات العاصمة حيث يمكن أن تشهد أجزاء من الرصيف ارتفاعاً سريعاً في الضغط إذا ما أُدفئت.

تحليل المرونة وحساب الإجهاد

وتتمثل الأهداف الرئيسية لتحليل الإجهاد الناجم عن الأنابيب في ضمان القدرة الهيكلية على مواجهة الضغط، ومختلف عمليات التحميل في دورة الحياة، ومختلف السيناريوهات التشغيلية، والحمولات على الهياكل الداعمة، وفيما يتعلق بضغط الأنبوب، يصبح هذا التحليل معقداً بشكل خاص بسبب التغيرات الشديدة في درجات الحرارة وما ينتج عن ذلك من ضغوط حرارية.

ويقارن الإجهاد الذي تم تقييمه بالإجهاد المسموح به الذي حددته الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين، ويستخدم المهندسون عادة برامجيات متخصصة مثل CAESAR II لإجراء تحليل شامل للإجهاد الذي يُسدِّد أعباءً مستمرة (الضغط والوزن)، وحمولات التشريد (التوسع الحراري)، وحمولات عرضية (الريح، والزلزال، وتصريف الصمام الغوثي).

ومن الأساسي فهم التمييز بين الحمولات المستمرة والتشريد (الطيور) لتحليل المرونة، وعندما يرتفع نظام الرصيف أولا، قد تتجاوز الضغوط الحرارية قوة الغلة المادية في نقاط محلية (الأنهار، وصلات الفروع)، مما يسبب تشوهات بلاستيكية تسبب ضغوطا متبقية، ويجب فهم هذه الظاهرة، المعروفة باسم الهزات، على النحو الواجب، ومحاسبتها في عملية التصميم.

حساب الدعم

ويجب أن تمنع العوالق الدعمية من التفاخر، مما يسمح بفرض حد أقصى للمسافات بين 12 ملم، ولا بد من تحقيق التوازن السليم بين الدعم وبين منع الإفراط في انحراف الأنابيب، والتقليل من تركيزات الإجهاد، وضمان استمرار نظام الشفقة في مواءمته طوال حياته التشغيلية، ويجب أن تنظر حسابات الدعم في وزن الأنابيب، والعزل، والمحتويات السوائل، وأي تحميلات الإضافية مثل تكديس الجليد أو الوصول إلى الصيانة.

معايير الصناعة والامتثال التنظيمي

والامتثال للمعايير المعترف بها دولياً ليس اختيارياً في تصميم المشروعات غير الحكومية - بل هو شرط أساسي يكفل السلامة والموثوقية والامتثال القانوني، وتنظم المعايير المتعددة الجوانب مختلف جوانب تصميم وتشغيل مرفقات التعليم غير الرسمي.

ASME B31.3 Process Piping Code

ويتضمن النظام النموذجي للبيع B31.3 متطلبات للرقائق التي توجد عادة في مصافي النفط؛ والكيميائية، والصيدلانية، والهيدروجين، والنسيج، والورق واللباب، وتوليد الطاقة، وشبه الموصلات، والنباتات والمحطات الطرفية ذات الصلة، وهذا الرمز يمثل المعيار الأساسي للتصميم في عملية النفثالينات المحلية في معظم الولايات القضائية.

ويجب أن تمتثل نظم التنقيب للنظم المذكورة أعلاه B31.3 وأن تصمد أمام ضغوط التصميم بفعالية، حيث توفر المدونة متطلبات شاملة تغطي المواد، وتصميمها، وتصنيعها، والتجمع، والانتصاب بها، والفحص والتفتيش عليها، واختبار نظم الرصيف، كما أن التطبيق الدقيق لهذه الرموز B31 سيساعد المستعملين على الامتثال للأنظمة المنطبقة في إطار ولاياتهم القضائية، مع تحقيق الفوائد التشغيلية والكلفة والسلامة التي ستتحقق من أفضل الممارسات الصناعية الكثيرة التي تفصل في هذه المجلدات.

وأكثر الرموز شيوعاً لتصميم وتشييد نظام تحديد المواقع هو النظام الأساسي للبيع B31.3، ومنذ إدخاله في عام 1935، استرشدت أمريكا الشمالية ومعظم العالم في التصنيع والاستخدام الآمنين لعملية التصفيق في الشركات الهندسية، ومصنعي المعدات، والطاقة، والفضاء الجوي، والعديد من الصناعات الأخرى، واستُخدمت هذه المادة يومياً، وكثيراً ما أشير إليها، ومفهومة جيداً.

ASME B31.12 Hydrogen Piping and Pipelines

وبالنسبة لبعض تطبيقات الغاز المميت، ولا سيما تلك التي تنطوي على الهيدروجين أو التي تتطلب تدابير محسنة للسلامة، يمكن تطبيق هذا النظام (AsME B31.12) (B31.12) ويتقاسم التشابه مع المدونة المعروفة جيداً للنظم الإيكولوجية البحرية المتوسطة (ASME Code B31.3)، مع عرض موجز للتشابهات والاختلافات بين النظامين النموذجيين المذكورين، B31.3 وB31.12، مع التركيز على تطبيقهما في الخدمة المسببة للبرد.

ولا يوجد في النظام الآلي للبيانات الجمركية B31.3 أي شرط محدد لإنشاء نظام للجودة يرد في المدونة، في حين أن النظام النموذجي للتحكيم - B31.12 يتطلب نظاماً للجودة ويفصّل المتطلبات في إطار المدونة، ولكي يكون ممتثلاً للشروط الواردة في هذا الباب، فإن أفضل الممارسات في مجال الصناعة بالنسبة لكل منظمة أن يكون لديها برنامج معتمد لإدارة الجودة ISO 9001.

معايير تطبيقات الحد الأدنى للمستوى الأدنى

وينشر المعهد الأمريكي للبترول عدة معايير ذات صلة بمرافق الغاز المسيل للدبابات، بما في ذلك 620 من أجل خزانات تخزين كبيرة ذات صبغة منخفضة و625 من طراز API لنظم الصهاريج لتخزين الغازات المسيلة الثلاجة، وهذه المعايير تكمل رموز النظام الآلي للبيانات الجمركية وذلك بتوفير متطلبات محددة لمعدات التخزين والمناولة المرتبطة بنظم النفثالينات.

وينشر المعهد الهيدروليكي والرابطة معايير لشحنات الألغاز المسموح بها، وسيكون لدى مصنّعي المعدات الأخرى حدود على حمولات الموصلات، وهذه المعايير تساعد على ضمان تصميم نظم الرزم بحيث تكون متوافقة مع المعدات المرتبطة بها، ولا تفرض حمولات مفرطة يمكن أن تؤدي إلى فشل المعدات.

المعايير الدولية والإقليمية

وفيما عدا معايير أمريكا الشمالية، قد تحتاج مرافق الشبكة إلى الامتثال للمعايير الدولية مثل EN 13480 للرقيق الصناعي الفلزي في التطبيقات الأوروبية، ويمكن أن تكون القرعة متوافقة مع رموز التصميم EN13480 و ASME B31.3، مما يتيح المرونة في تلبية المتطلبات التنظيمية الإقليمية مع الحفاظ على معايير السلامة المتسقة.

اختيار المواد للخدمة المسببة للسرطان

ويمثل اختيار المواد أحد أهم القرارات في تصميم النزيف في إطار الشبكة، حيث تزيل درجات الحرارة المنخفضة للغاية في خدمة الشبكة الكثير من المواد المستخدمة عادة في تطبيقات الرزم التقليدية بسبب خطر كسر الرشوة.

الصلبان عديمة الجدوى

وأكثر المواد شيوعاً المستخدمة في الضغط البكائي هي الصلب اللاصق (304L و316/316L) والألومنيوم، ويحافظ الفولاذ اللاصق الأوستيني على قابليته للأكل وعلى قوته في درجات الحرارة المبردة، مما يجعلها مثالية لخدمة المثليين والمثليين جنسياً.

(أ) يمكن استخدام المادة S304/L أو S316/L إلى - 425 درجة فون دون اختبار الأثر شريطة أن تكون المادة في حالة حل ملح، مما يجعل هذه المواد جذابة بوجه خاص بالنسبة لتطبيقات الغاز الطبيعي حيث تبلغ درجة حرارة التشغيل نحو 260 درجة ف.() ويفرض الجدول 323-2 قيوداً تشمل محتوى الكربون أقل من 0.1 في المائة، ويجب أن تحل المادة محلول، ولا توجد أي من هذه القيود 306.

Aluminum Alloys

وتمنح السكك الحديدية للألومنيوم خصائص مسببة للبكاء ممتازة وتستخدم عادة في خدمة LNG، ولا سيما في بعض التطبيقات التي يُنظر فيها بالوزن، وفي حالة الألومنيوم، يكون الحد الأدنى للحرارة المسموح باستخدامه دون اختبار للقسوة هو -452 درجة ف، وبالتالي، بالنسبة للمواد الألومنيوم المدرجة في الجدول ألف - 1 التي تستخدم في درجات الحرارة التجمدية لا يلزم إجراء اختبارات صارمة بالنسبة للحرارة عند درجة أو أعلى -452 درجة مئوية.

وهذه القدرة الاستثنائية المنخفضة الأجل تجعل الألمنيوم خيارا جذابا بالنسبة لرقابة المثليين جنسيا، رغم أن المصممين يجب أن ينظروا بعناية في عوامل أخرى مثل التوافق مع المعدات المرتبطة، وخصائص التوسع الحراري، ومتطلبات القوة الميكانيكية.

عجلات النيكل

وبالنسبة لـ LNG، قد تكون درجة الحرارة المبردة - 165 درجة مئوية، بحيث تكون مواد مثل A304L و 316 و 321 و 347، وكذلك 9 في المائة من الفولاذ النيكل أو 7 في المائة يمكن استخدامها، وقد استخدم تسع في المائة من الصلب النيكلي على نطاق واسع في خزانات تخزين الغازات العشبية المنخفضة والرقائق بسبب قوته الممتازة في درجات الحرارة التجمدية والتكلفة الصالحة بالمقارنة مع الفولاذ غير القابل للصدأ بالنسبة لتطبيقات ذات المقياس الكبير.

الاحتياجات من تعقب المواد

ولا يشترط النظام الإداري بي 31-3 صراحةً إمكانية تعقب المواد، في حين أن النظام النموذجي للكيمياء البنفسجية B31.12 يتطلب إمكانية تتبع تقرير اختبار المواد إلى العنصر الفردي، وبالنسبة لتطبيقات الغازات العنيفة ذات الأهمية الحاسمة، فإن تنفيذ قابلية التعقب المادي حتى وإن لم يكن مطلوباً صراحة بموجب المدونة يمثل أفضل الممارسات التي تعزز ضمان الجودة وتيسر الصيانة والتعديلات في المستقبل.

نظم العزل الحراري

ومن الضروري أن تؤدي نظم الرسوب الحراري الفعالة إلى تقليل المكاسب الحرارية إلى أدنى حد، ومنع تكوين الجليد على السطح الخارجي، والحفاظ على درجات حرارة العمليات، وحماية الأفراد من الحروق البكائية، ويجب أن يوازن تصميم نظام العزل بين الأداء الحراري، والقابلية للتشغيل الآلي، واعتبارات التكاليف.

تركيبة مُحتَلَة

وقد تم تطوير ضغط الكريولين المحتوي على قنبلات محمولة على شكل فاخر لنقل شبكة لينان، و LOX، و LAR، و GNL، و LH2، و LNG. Vacuum insulated piping (VIP) يوفر أداء حراري أعلى عن طريق إزالة نقل حراري متجانس وسير عبر الفضاء العنيد بين أنابيب العملية الداخلية والجاكت الخارجي.

ويوفر هذا حلاً أمثل لعزل المواد المسببة للبكاء ونقلها، ويكفل الجودة بفضل التحقق وفقاً لمدونة المواد الكيميائية B31 وغيرها من المبادئ التوجيهية، مثل التوجيهين 2014/68/EU و TR CU 032/2013.

نظم العزل التقليدية

وبالنسبة للتطبيقات التي لا يكون فيها التفريغ المكسور غير مبرر اقتصاديا، فإن نظم العزل التقليدية التي تستخدم مواد مثل رغاوى البولي يوريثان أو الزعانف الخلوي يمكن أن توفر أداء حراريا كافيا، ويجب تصميم هذه النظم بحواجز بخار مناسبة لمنع حدوث الارتطام وتشكيل الجليد في إطار العزل، مما يؤدي إلى تدهور الأداء الحراري واحتمال إلحاق الضرر بنظام الرزم.

ويشمل إجراء النماذج المشابهة تحديد الضغط وسماكة و كثافة طبقة العزل، حيث أن هذه البارامترات تؤثر على الوزن العام لنظام الرزم، ويجب النظر فيها لدعم التصميم وتحليل الإجهاد.

توسيع نطاق التصميم المشترك والمرونة

ويعد استيعاب التوسع الحراري والانكماش أحد أكثر الجوانب تحدياً في تصميم النباتات النباتية بسبب الفوارق الشديدة في درجات الحرارة، ولدى المصممين خيارات عديدة لتوفير المرونة اللازمة.

توسيع نطاق القروض

والوحدة هي أكثر التشكيلات شيوعاً لخطوط الأنابيب وعملية الرزم، وتوفر أقصى قدر من المرونة لكل وحدة من طول الأنابيب المتطورة، وتمتد الحلقة من دائرة الناموسيات إلى سرعة الأنابيب، وتستوعب النمو الحراري الحاد من خلال رفوف الساقين المقوَّضتين.

وعادة ما تكون حلقة التوسيع على جانب خط ساخن، وينبغي أن تكون حلقة التوسيع، كقاعدة، في وسط المسافة بين المرساتين، وتكون طول حلقة التوسيع عادة ضعف نطاق الاستطلاع، وتساعد هذه المبادئ التوجيهية في ضمان فعالية عمل حلقات التوسع مع التقليل إلى أدنى حد من الاحتياجات من الفضاء وتكاليف المواد.

Mechanical Expansion Joints

وفي الحالات التي لا يمكن فيها تحقيق المرونة الطبيعية، تكون مفاصل التوسع في الأنابيب ضرورية، وقد تستخدم مفاصل التوسع المزروعات والخراطيم والبراد ومفاصل الكرة والقوارب المرنة وآليات التفكك، ولجميعها خصائص فريدة تناسب نظام معين.

ويتضمن التذييل باء 31-3 عاشرا قواعد لمفاصل التوسع، توفر التوجيه بشأن اختيار هذه المكونات الحيوية وتركيبها وصيانتها، أما بالنسبة للخدمة في شركة LNG، فلا بد من اختيار مفاصل التوسع بعناية لضمان التوافق مع درجات الحرارة المبردة، ويجب تصميمها بحيث تستوعب الحركات المتوقعة دون تجاوز حدود الإجهاد المسموح بها.

المرونة الطبيعية من خلال الروث

وأفضل تشكيلة للضغط هي الأقل تكلفة على المدى الطويل، مما يتطلب النظر في تكلفة التركيب، وأثر فقدان الضغط على الإنتاج، والقلق على مستوى الضغط، والفشل في الضغط، والدعم، والآثار المرسوة، والاستقرار، والتعهد السهل، والقدرة على التوسع المتوازية، وغيرها، وينبغي للمصممين، كلما أمكن، أن يستخدموا التغييرات في الاتجاه في طريق التصفير لتوفير المرونة الطبيعية، أو تقليل أو إزالة الحاجة إلى حلقات التوسع المكرسة أو عمليات التوسع الميكانيكي.

نظم الإغاثة من السلامة والحماية من الضغط

وتعد نظم الإغاثة في مجال السلامة حاسمة لحماية النفثالينات المحلية من ظروف الإفراط في الضغط التي يمكن أن تنتج عن التوسع الحراري في السائل المحاصر، أو الاضطرابات في العمليات، أو التعرض لطلقات نارية خارجية، أو عن اختلالات في المعدات.

جيم - عمليات التعبئة والاختيار

ويجب أن تُستخدم صمامات الإغاثة لخدمة المثليات والمثليين ومزدوجي الميل الجنسي ومغايري الهوية الجنسانية لمعالجة سيناريو الإغاثة الأقصى الموثوق به مع الحفاظ على التخلف في حدود مقبولة، ويجب أن ينظر حساب التدرج في خصائص هذه الفئة في ظروف الإغاثة، بما في ذلك الكثافة والازدراء والضغط البخاري، ويجب إيلاء اهتمام خاص لظروف التدفق ذات مرحلتين التي يمكن أن تحدث أثناء تخفيف السائل المسبب للبرد.

ويجب بناء صمامات الإغاثة من المواد المناسبة للخدمة المبردة، ويجب تصميمها على أن تعمل بشكل موثوق عند درجات الحرارة المنخفضة جداً التي تصادفها تطبيقات الغاز المميت، ويجب توجيه عملية صرف الصمامات إلى موقع آمن، وهو عادة نظام مشعل أو كومة من المهبل، حيث يمكن تفريق الغاز المفرج عنه أو حرقه بأمان.

الاحتياجات من الإغاثة الحرارية

وبالإضافة إلى تحديد الاحتياجات المطلوبة من الإغاثة الحرارية، من المفيد أيضا تحديد أقصى ضغط يمكن الوصول إليه خلال التدفئة المحدودة إما للنظم غير المهوية أو المشغلة جزئيا، ومن أجل الحصول على تقديرات أفضل للضغط الأقصى الذي تم التوصل إليه، ينبغي النظر في مرونة الرصيف/النفثال.

وتعاني أجزاء الغطس المكشوفة من النزيف غير المكشوف من الإفراط في الضغط من التوسع الحراري، بل إن كميات صغيرة من مدخلات الحرارة يمكن أن تسبب ارتفاعاً كبيراً في الضغط في نظام السائل الممل، ويجب حماية كل جزء من الرزم الذي يمكن عزله بواسطة الصمامات بواسطة جهاز إغاثة مجهز على النحو المناسب أو يجب تصميمه لمواجهة أقصى ضغط يمكن أن يتطور.

متطلبات اللحام والتسعير

ويتطلب حامض النفثالينات المحلية إجراءات متخصصة، وحاملات مؤهلة، ومراقبة دقيقة للجودة لضمان وجود مفاصل مسربة تحافظ على سلامتها عند درجات الحرارة المبردة.

إجراءات اللحام والمؤهلات

(د) يجب وضع ومؤهلات محددة في مجال إجراءات الإلحام بالنسبة للمواد والسمك المستخدمة في خدمة LNG، مع إيلاء اهتمام خاص للحفاظ على مدخلات حرارية سليمة، ودرجة حرارة التداخل، ومتطلبات معالجة الحرارة بعد الحبيبة.

ويتطلب كل من B31.3 و B31.12 اختبارات الارتطام بالقسوة/النسخ على العينات الحامضة من مواد P8 (المعد: S304/L و 316/L)، ويؤديان إلى زيادة طفيفة على الحد الأدنى تزيد عن 0.015 بوصة (0.38 ملم) ويضمن هذا الاختبار أن تكون اللحامات قوية بما يكفي من درجات الحرارة في التشغيل المبردة.

الامتحانات غير التعليمية

ويتطلب كل من B31.3 و B31.12 فحصا غير ضارب من اللحامات التي انتهت من خط ضغطها، وقد تختلف معايير مدى وقبولها بالنسبة للحركة الوطنية لتوحيد المقاييس تبعا لمتطلبات الشفرة المحددة ولأهمية الخدمة، وتشمل الأساليب المشتركة لتقنية الأشعة والاختبار فوق الصوتي واختبار الخماسي السائل واختبار الجسيمات المغناطيسية للمواد الأسمدة.

وفي حين أن النظامين النموذجين B31.12 و ASME B31.3 يتقاسمان الشائعات، فإنهما لا يزالان يظهران اختلافات في متطلباتهما، ولا سيما في نظم الجودة، ومدى الحاجة إلى عقد اجتماع وطني، ومعايير القبول الخاصة بالقاعدة الوطنية للتنمية، وقد تم توضيح بعض الاختلافات ذات الصلة بالمنتجات، ويجب على المصممين أن يستعرضوا بعناية المتطلبات المدونة المنطبقة لضمان الامتثال الكامل.

اختبار الضغط والتفويض

ومن الضروري إجراء اختبارات صارمة وإجراءات التكليف للتحقق من سلامة نظم الرزم التي تستخدمها الشبكة قبل أن تُوضع في الخدمة.

الاختبار الهيدروغرافي والاختبارات النباتية

اختبار الضغط هو طريقة تستخدم لإجراء اختبارات القوة والتسرب لخط أنابيب منخرط في النقل الهيدروكربوني، وتركز هذه المادة على أهمية اختبار الضغط الناموسى لنظام الببينغ الذي ينقل الهيدروكربونات (الغاز الطبيعي بوجه خاص) باعتباره طريقة نظيفة وآمنة تكفل بناء النظام بقوة.

ولم تعد هناك حاجة إلى اختبار المفاصل المُخَطَّعة والمفاصل المُحَمَّلة للمسح وفقاً لاختبار التسرب في إطار النظام الآلي للبيانات الجمركية B31.3، وأُدرج اختبار تسرب الفراغ كبديل لطريقة الضغط الداخلي، وهذه التحديثات للمدونة توفر مرونة إضافية في أساليب الاختبار مع الحفاظ على معايير السلامة.

عملية التبريد والبدء

ويجب أن تخضع نظم التبريد الأولي للشبكة الوطنية للتحكم بعناية لمنع الصدمات الحرارية والضغوط الحرارية المفرطة، وتتيح إجراءات التبريد التدريجي لنظام التصفيق التعاقدي الموحد، وتمكين مفاصل الدعم والتوسع من العمل على النحو المصمم، ويساعد رصد التدرج في المواقع الحرجة على ضمان بقاء معدلات التبريد في حدود مقبولة.

وخلال العملية الأولية، يساعد الرصد الدقيق لأداء النظام، بما في ذلك انخفاضات الضغط، ودرجات الحرارة، ومستويات الاهتزاز، وعبء الدعم، على تحديد أي مسائل تتطلب تصحيحا قبل بدء التشغيل الكامل.

منع الكوروسيون والقابلية للاختراق

وفي حين أن درجات الحرارة المبردة تقلل عموماً معدلات التآكل، فإن نظم الرزم التي تستخدم النيجي لا تزال بحاجة إلى عناية دقيقة لتوافق المواد ومنع التآكل لضمان الموثوقية الطويلة الأجل.

الحماية الخارجية للكور

وقد تكون السطح الخارجي لرقائق النمل الأبيض، ولا سيما في المناطق التي تدمر فيها العزل أو يمكن أن تتراكم فيها، عرضة للتآكل، كما أن نظم التغليف الحسنة، والحواجز الرطوبة، والتفتيش المنتظم تساعد على منع التآكل الخارجي، ويوفر صمامات الصلب اللاصق عموما مقاومة ممتازة للتآكل، ولكن مكونات الفولاذ الكربوني مثل الدعم والعناصر الهيكلية تتطلب معطفا وقائيا مناسبا.

التوافق الداخلي

وعادة ما تكون هذه المادة غير مُستاءة بالنسبة للمواد المختارة على النحو السليم، ولكن الشوائب في مجرى الغاز الطبيعي، مثل كبريتيد الهيدروجين أو ثاني أكسيد الكربون أو الماء، يمكن أن تسبب التآكل أو غير ذلك من آليات التحلل، إذ أن عمليات معالجة الغازات في مجرى التكتل تزيل معظم الملوثات، ولكن يجب أن يتم اختيار مواد الرزم مع مراعاة احتمال التعرض للوسائل الاصطناعية.

منع الإجهاد

ويمكن أن يكون الفولاذ اللاصق غير القابل للصدأ قابلاً للتأثر بتصدع الإجهاد في بيئات معينة، لا سيما في وجود الكلوريدات، وفي حين أن درجات الحرارة البكائية تثبط عادة الإجهاد الناجم عن الإجهاد، فإن المناطق التي يعمل فيها الرنق في درجات حرارة متوسطة أو التي يمكن أن يكون فيها التلوث الخارجي يتطلب اختيار وتصميماً دقيقاً للمواد لمنع هذه الآلية.

نظم الدعم والنظر في الهياكل الأساسية

ويعد تصميم الدعم السليم أمراً أساسياً للمحافظة على المواءمة والسيطرة على الضغوط وضمان التشغيل الآمن طوال حياة مرفق الحد الأدنى من الانبعاثات.

أنواع الدعم والاختيار

وتستخدم نظم الرزم التي تستخدمها الشبكة أنواعاً مختلفة من الدعم، بما في ذلك الدعم الجامد، وأجهزة الصداع، ودعم الجهود المستمرة، ودعم الانزلاق، ويعتمد الاختيار على الاحتياجات المحددة لكل موقع، مع مراعاة عوامل مثل الحركة الحرارية، وحجم الحمولة، والحاجة إلى مراقبة الارتفاع أو المواءمة.

ويجب تصميم الدعم للرقابة المبردة لتقليل نقل الحرارة من هيكل الدعم إلى الأنبوب البارد، وذلك عادة باستخدام مواد العزل أو أحذيه الدعم الموسعة التي تسمح لنقطة الدعم بالبقاء عند درجة حرارة تتوافق مع مواد هيكل الدعم.

تصميم أجهزة الاستنشاق والدليل

ويمكن استيعاب آثار التوسع الحراري بترتيبات دقيقة للمراسي والاختيار السليم لمفاصل التوسع، ويجب تصميم أجهزة الإصدار لمقاومة القوى التي يفرضها التوسع الحراري، بينما تسمح الأدلة بالتنقل المراقب في اتجاهات محددة، كما أن موقع وتصميم المرساة والمرشدات يؤثران تأثيرا كبيرا على توزيع الإجهاد في جميع أنحاء نظام الرزم.

الاعتبارات السيزمية

وتحتاج مرافق الشبكة في المناطق النشطة من الناحية الزلزالية إلى نظم للتشبث مصممة لمواجهة حمولات الزلازل، وينظر التحليل السيزمي في الاستجابة الدينامية لنظام الرزم إلى الحركة الأرضية، ويكفل إبقاء الضغوط في حدود مقبولة، وأن تحتفظ العناصر الحاسمة بسلامتها أثناء وبعد وقوع حدث زلزالي، وقد يلزم توفير الدعم الزلزالي، والزبيب، وغير ذلك من القيود للحد من حركة الشحن وحماية وصلات المعدات.

الاعتبارات التشغيلية والصيانة

وتتوقف موثوقية نظم الرزم الطويلة الأجل على الممارسات التشغيلية السليمة وأنشطة الصيانة المنتظمة.

برامج التفتيش والرصد

وتساعد برامج التفتيش المنتظمة على تحديد المسائل المحتملة قبل أن تؤدي إلى الفشل، وقد تشمل أنشطة التفتيش الفحص البصري للسطح الخارجي والعزل، وقياسات السميكة فوق الصوتية للكشف عن التآكل أو التآكل، ورصد الاهتزاز لتحديد قضايا اليقظة الناجمة عن التدفق، والتصوير الحراري للكشف عن تدهور العزل أو مصادر حرارة غير متوقعة.

أفضل ممارسات الصيانة

ويجب تخطيط وتنفيذ أنشطة الصيانة الخاصة بنظم الرزم التي تستخدم فيها أجهزة الاتصال الوطنية من أجل الحفاظ على سلامة النظام، بما في ذلك التفتيش المنتظم لجداول صمامات الإغاثة، وصيانة نظم العزل، والتحقق من وظيفة الدعم، والاختبار الدوري للتسرب للمفاصل والوصلات الحرجة، ويجب إجراء أي تعديلات أو إصلاحات وفقاً للرموز والمعايير المنطبقة، مع إجراء استعراض هندسي سليم ووثائق سليمة.

حفظ السجلات والوثائق

وتوفر الوثائق الشاملة لحسابات التصميم، والتصديقات المادية، وسجلات اللحام، ونتائج الاختبار، وأنشطة الصيانة معلومات أساسية عن التشغيل الجاري والتعديلات المقبلة، وتدعم هذه الوثائق الامتثال التنظيمي، وتيسر فرز المشاكل، وتتيح اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن تحسين النظام أو تمديد الحياة.

النظر في التصميمات المتقدمة

وتشمل المرافق الحديثة لشبكة لايند غبار السنج ملامح وتكنولوجيات التصميم المتقدمة لتعزيز السلامة والكفاءة والموثوقية.

تحليل ديناميات الفلور المحوسبة

ويمكن لتحليل ديناميات السوائل الحاسوبية أن يوفر معلومات تفصيلية عن أنماط التدفق، وتوزيع الضغط، والسلوك الحراري في تشكيلات التصفيق المعقدة، وهذا التحليل يساعد على تحقيق الحد الأمثل من مخططات الرزم، وتحديد مجالات المشاكل المحتملة مثل اليقظة أو التحات بفعل التدفق، والتحقق من صحة افتراضات التصميم.

تحليل العناصر المحتوية على موقع Finite

CAESAR-II, a commercial software is used for finite element analysis of piping systems. Advanced finite element analysis enables detailed evaluation of stress distributions, support loads, and equipment nozzle loads under various operating conditions. This analysis capability allows designers to optimize piping configurations and support arrangements while ensuring compliance with code requirements.

التفتيش على المخاطر وإدارة النزاهة

وتعطي برامج التفتيش على أساس المخاطر الأولوية لأنشطة التفتيش والصيانة استنادا إلى احتمال الفشل ونتائجه، وبالنسبة لنظم الرزم التي تستخدمها الشبكة، تساعد الإدارة على تركيز الموارد على أهم العناصر مع الحفاظ على سلامة النظام عموما، وتدمج برامج إدارة النزاهة بيانات التفتيش والتاريخ التشغيلي والتحليل الهندسي لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن مواصلة تشغيل العناصر المقسمة أو إصلاحها أو استبدالها.

دراسة حالة: التطبيق العملي لمبادئ التصميم

ولتوضيح تطبيق مبادئ التصميم هذه، النظر في خط نقل نموذجي لشبكة الـ (LNG) يربط خزان تخزين بوحدة تبخر، ويعمل هذا الخط على نحو 260 درجة ف، ويجب أن يتعامل مع معدلات التدفق حتى 000 1 متر مكعب/ساعة عند ضغط يصل إلى 10 بار.

اختيار المواد

وقد اختير هذا الطلب 316 لال من الفولاذ اللاصق استناداً إلى خصائصه المبردة الممتازة ومقاومة التآكل والتوافر، وتلبي المادة متطلبات النظام الأساسي للزراعة B31.3 في حالة الاختباء دون اختبار الأثر، شريطة أن يكون في الحل حالة محايدة تقل فيها نسبة الكربون عن 0.1 في المائة.

الإنزلاق والضغط

وقد حددت الحسابات الهيدروليكية أن الأنبوب المقياسي للأطنان الذي يبلغ 12 بوصة يوفر قدرة كافية على التدفق مع الحفاظ على انخفاض الضغط دون الحد المحدد، وقد أدى حساب سميك الجدار، استنادا إلى ضغط التصميم، والإجهاد المسموح به، وبدل التآكل، إلى حد أدنى من السماكة المطلوبة يبلغ 8.2 ملم، مما أدى إلى اختيار الأنابيب المصنّفة 20S التي لها سميك رمزي قدره 8.38 ملم.

تحليل المرونة

وقد أجرى تحليل الإجهاد باستخدام برمجيات CAESAR II تقييما لنظام الرزم في إطار مختلف حالات الحمل، بما في ذلك الحمولات المستمرة (الضغط والوزن)، والتوسع الحراري من المحيط إلى درجة حرارة التشغيل، والحمولات العرضية (الريحية والزلزالية) وقد حدد التحليل المواقع التي تتطلب حلقات توسعية للحفاظ على الضغوط في حدود مسموح بها، ومواقع وأنواع الدعم المحددة لمراقبة حركة الرزم مع التقليل إلى أدنى حد من حمولات الدعم.

تصميم العزل

واختير الشفرات المحاطة بالبخار من أجل خط النقل الحرج هذا للتقليل إلى أدنى حد من المكاسب الحرارية والحفاظ على كفاءة العمليات، ويتألف نظام كبار الشخصيات من أنبوب داخلي من عملية الصلب لا تُحتمل، وأجهزة نويل فراغ ذات تركيب متعدد الطوابق، وجاكيت فولاذ من الكربون الخارجي مع التغليف الواقي، وهذا التصميم يوفر أداء حراري أعلى مع الحد الأدنى من متطلبات الصيانة.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

وتواصل صناعة الـ " لانغ " التطور، حيث تعزز التكنولوجيات والنهج الجديدة تصميم وتشغيل نظم الرصيف.

المواد المتقدمة

وتتواصل البحوث في المواد الجديدة المتعلقة بالخدمة المسببة للبكاء، مع التطورات في الصلبات ذات الصلصة العالية، والسبائك المتقدمة للألومنيوم، والمواد المركبة التي تتيح إمكانية إدخال تحسينات على الأداء أو خفض الوزن أو التكلفة، ويجب أن تثبت هذه المواد الموثوقية الطويلة الأجل وأن تفي بمتطلبات صارمة من المدونة قبل اعتمادها على نطاق واسع.

التكنولوجيا الرقمية

وتخلق التكنولوجيا الرقمية المزدوجة نماذج افتراضية لنظم الرزم المادي، وتدمج البيانات التشغيلية في الوقت الحقيقي مع النماذج الهندسية، وهذه التكنولوجيا تتيح الصيانة التنبؤية، وتعظيم ظروف التشغيل، والتقييم السريع للتعديلات المقترحة، وبما أن قدرات أجهزة الاستشعار وتحليل البيانات قد تحققت تقدما، فإن التوأم الرقمي سوف يؤدي دورا متزايد الأهمية في إدارة مرافق الشبكة.

نهج التشييد النموذجية

كما أن تقنيات البناء النموذجية، التي تُصنع فيها نظم الرصيف وتختبر في بيئات المتاجر الخاضعة للرقابة قبل الانتقال إلى الموقع، تتيح تحسينات محتملة في النوعية والجداول والتكاليف، وتتطلب هذه النهج تخطيطا وتنسيقا دقيقين، ولكنها يمكن أن تقلل كثيرا من وقت التشييد الميداني وتحسن تنفيذ المشروع عموما.

قائمة مرجعية رئيسية لتصميم نظم تحديد المواقع على الشبكة المحلية

ولضمان النظر الشامل في جميع الجوانب الحاسمة، ينبغي للمصممين التحقق من العناصر التالية:

• اختيار المواد المناسبة للخدمة المسببة للبرد مع الامتثال الموثق للمخطط العام بشأن المواد الكيميائية B31.3 أو غير ذلك من الرموز المنطبقة
• حسابات سميكة الجدار التي تُعزى إلى ضغط التصميم، ودرجة الحرارة، وبدل التآكل، والتسامح في مجال التصنيع
• تحليل شامل للإجهاد، بما في ذلك التشريد المستمر، والحمولات العرضية التي تسفر عن نتائج في حدود مسموح بها
• توسيع نطاق العمل الحراري من خلال حلقات التوسع، أو مفاصل التوسع الميكانيكي، أو المرونة الطبيعية في تحديد مسارات
• تصميم نظام الدعم مع المباعدة الزمنية الملائمة، والأنواع، والعزلة الحرارية لمراقبة حركة الرفقة، والضغوط
• تصميم نظام العزل الذي يوفر الأداء الحراري المناسب مع الحماية من الهجمات الرطبة والأضرار الخارجية
• توفير الحماية الغوثية لجميع الأقسام التي يمكن عزلها، مع وضع أجهزة الإغاثة في سيناريوهات موثوقة، بما في ذلك التوسع الحراري
• إجراءات الحام المؤهلة للمواد وشروط الخدمة التي تتطلب متطلبات مناسبة من الإدارة الوطنية للطبيعة
• إجراءات اختبار الضغط المتوافقة مع متطلبات الشفرة والملائمة للتطبيق المحدد
• التحقق من التوافق المادي لجميع العناصر المترابطة مع الشبكة المحلية أو البيئة الخارجية
• تدابير منع الكوروزيون، بما في ذلك المعاطف الواقية، وحماية الطوابع، حيثما ينطبق ذلك، واختيار المواد
• اعتبارات التصميم السيزمي للمرافق في المناطق النشطة زلزامية
• توثيق جميع حسابات التصميم، والتصديقات المادية، ونتائج الاختبارات للمراجع المستقبلية
• التحقق من الامتثال لجميع القوانين والمعايير المحلية والوطنية والدولية المنطبقة
• وضع إجراءات تشغيلية ونفقية لدعم سلامة النظام الطويل الأجل

خاتمة

وتتطلب نظم تصميم البصات لمرافق الشركة فهماً شاملاً لممتلكات السوائل المسببة للبرد، وتطبيقاً صارماً لحسابات الهندسة، والالتزام الصارم بمعايير الصناعة، وإيلاء عناية دقيقة لاختيار المواد ونوعية الصنع، وتتطلب ظروف التشغيل القصوى لخدمة الشركة الوطنية المحدودة الإثراء الامتياز في كل جانب من جوانب التصميم، من المفهوم الأولي من خلال الهندسة المفصَّلة، والتصنيع، والاختبار، والتكليف.

ينبغي للمصممين أن يلتزموا بالرموز لتجنب الفشل الكلفة وضمان السلامة، ويأتي النجاح في تصميم النمط من التحليل الدقيق، ونُهج التصميم المحافظ، حسب الاقتضاء، ممارسات الصنع والبناء الجيدة، وبرامج الاختبار والتفتيش الشاملة، ويدفع الاستثمار في التصميم السليم والهندسة أرباحا من خلال التشغيل الآمن والموثوق على مدى عمر المرفق.

ونظراً لأن الطلب العالمي على هذه الفئة لا يزال ينمو، مدفوعاً بدورها كوقود أنظف وأهميتها في أمن الطاقة، فإن أهمية تصميم الصنبور القوي تصبح أكثر أهمية من أي وقت مضى، ويجب على المهندسين والمصممين العاملين في هذا الميدان أن يظلوا على حالهم مع وضع مدونات ومعايير متطورة، والتكنولوجيات الناشئة، وأفضل الممارسات في مجال الصناعة من أجل توفير مرافق تفي بأعلى معايير السلامة والموثوقية والكفاءة.

For more information on process piping design standards, visit the ASME Codes and Standards] website. Additional resources on cryogenic engineering can be found through the ]Cryogenic Society of America. The American Petroleum Institute

وباتباع المبادئ والممارسات المبينة في هذه الدراسة الإفرادية، يمكن للمهندسين تصميم نظم للتشغيل غير المشروع وغير المنظم تخدم الغرض المنشود منها بأمان وكفاءة مع الوفاء بجميع المتطلبات التنظيمية ومعايير الصناعة، ويستلزم تعقيد هذه النظم الخبرة والاهتمام بالتفاصيل والالتزام الثابت بمعاملات الجودة التي تحدد التفوق في تصميم مرافق لانغ.