בחירת חומרים וציוד בעיצוב תהליכים: קלוריות וקריטריונים

חומר ובחירת ציוד מייצגים עמודי יסוד בתהליכי תכנון הנדסיים, המשפיעים ישירות על יעילות תפעולית, תקני בטיחות, יכולת כלכלית וביצועי מפעל ארוכי טווח.פעילויות אלה הן עצמאיות ולא צריכות להתבצע בבידוד זה מזה, כמו החומרים והתהליכים המשמשים להכנת מוצר יכול להיות השפעה גדולה על העיצוב שלו, עלות וביצועים בשירות.

הבנה של בחירה חומרית בעיצוב תהליכים

בחירת חומרים מתייחסת לתהליך זיהוי ובחירת החומרים המתאימים ביותר ליישום מסוים בהנדסה, בהתבסס על קריטריונים כגון תכונות מכניות, תכונות פיזיות, עלות, זמינות וקיימות.תהליך רב תחומי זה משתרע הרבה מעבר לזיהוי חומרי פשוט, המחייב מהנדסים לאזן דרישות מתחרות תוך הבטחת ביצועים אופטימליים בתנאים תפעוליים ספציפיים.

חשיבות הבחירה החומרית

בחירה חומרית היא חיונית בתכנון הנדסי, תוך שילוב מטרות הפרויקט, הערכת נכסים חומריים, ובהתחשב בתהליכי ייצור, עם מהנדסים המשתמשים בכלים כמו ⁇ אשבי וביצועים מעידים על השוואת חומרים ולמצוא את ההתאמה הטובה ביותר ליישום שלהם.התוצאות של בחירה חומרית לא נכונה יכולות להיות חמורות, המוביל לכישלון בציוד מוקדם, סכנות בטיחות, עלויות תחזוקה מוגברת, ותפקוד תפעולי.

בחירת החומרים המשמשים בתעשיית הנפט והגז, במיוחד במגזר offshore, היא משימה מאתגרת ומורכבת, שכן בחירה חומרית היא היבט של עיצוב הנדסי שיש לגשת עם טיפול נוסף כדי למנוע את כשל מרכיבים כגון שסתום עקב קורוזיה, עומסים, או כל גורם אחר, עם פרמטרים רבים כגון משקל, כוח, תאימות והתאמה עם תנאים כדי להיחשב מורכבות זו עבור קריטריונים שיטתיים וקריטריונים מקיףים עבור קריטריונים קריטריונים מתודולוגיים.

בחירת חומרים מרכזיים קריטריה

ארבעת הקריטריונים העיקריים הם תכונות מכניות, תכונות פיזיות, גורמי כלכלה וזמינות, ושיקולי קיימות של החומר.כל אחת מהקטגוריות הללו כוללת מספר רב של תת-ביקורת שיש להעריך על בסיס דרישות יישום ספציפיות.

תכונות מכניות

תכונות מכניות קובעות כיצד חומרים מגיבים לכוחות החלים וללחצים.נכסים מכניים קריטיים כוללים כוח רבייה, כוח התשואה, קשיחות, קשיחות, עמידות עייפות, והתנגדות רפיח. תכונות אלה מכתיבות אם חומר יכול לעמוד בעומסים המכניים שנקלעו במהלך פעילות נורמלית ותנאים קשים פוטנציאליים.מהנדסים חייבים לשקול גם תנאי טעינה סטטיים ודינמיים, כמו גם את הפוטנציאל ללחצים מחזוריים שעלולים להוביל לעייפות לאורך זמן.

תהליך הבחירה חייב לקחת בחשבון את טווח הטמפרטורה התפעולית, שכן תכונות מכניות יכולות להשתנות באופן משמעותי עם חומרים טמפרטורה.חומרים המבצעים כראוי בתנאים נוחים עשויים להיות מתפתלים בטמפרטורות נמוכות או לאבד כוח בטמפרטורות גבוהות.הבנת התנהגות הלחץ של חומרים מועמדים בתנאים תפעוליים בפועל חיוני למניעת כשלים מכניים.

תכונות פיזיות וכימיקליות

תכונות פיזיות כגון צפיפות, מוליכות תרמית, יעילות הרחבה תרמית, ו מוליכות חשמלית לשחק תפקידים מכריעים בבחירת החומר.הכחשה משפיעה על המשקל הכולל של ציוד, אשר יכול להיות חשוב במיוחד ביישומים שבהם ירידה במשקל הוא קריטי. מוליכות תרמית משפיעה על יעילות העברת חום, בעוד התרחבות תרמית חייבת להיחשב כדי למנוע היווצרות מתח במהלך תנודות טמפרטורה.

תכונות כימיות, במיוחד עמידות קורוזיה והתאמה כימית, הן מכריעות בתעשיות תהליכים בהן חומרים יוצרים כימיקלים אגרסיביים, נוזלים עתירי זמן גבוהים, או סביבות קורוזיות.החומר חייב להתנגד להשפלה מהתהליך נוזל זה מגע, כמו גם מגורמים סביבתיים כגון לחות אטמוספרית ומזהמים.הבנת מנגנוני קורוזיון ספציפיים - בין אם קורוזיציה אחידה, מתפתל, מתח שוחק, או חומר קריפטוני מתאים לדיכוי או corrosion חיוני עבור חומרים חיוניים.

גורמים כלכליים וזמינות

שיקולים כלכליים כוללים לא רק את העלות החומרית הראשונית, אלא גם עלויות ייצור, הוצאות ההתקנה, דרישות תחזוקה, וחיי השירות הצפויים. חומר יקר יותר עם עמידות קורוזיה גבוהה יותר וחיי שירות ארוכים יותר עשויים להוכיח יותר כלכלית מאשר אלטרנטיבה זולה הדורשת החלפת תכופה.

ניתוח עלות מחזור חיים מספק מסגרת מקיפה להערכת גורמים כלכליים.גישה זו רואה עלויות ההון הראשוניות, עלויות התפעול, הוצאות תחזוקה, עלויות זמן השבתה, ובסופו של דבר גם את עלויות המיחזור.על ידי בחינת העלות הכוללת של הבעלות ולא רק מחיר רכישה ראשוני, מהנדסים יכולים לקבל החלטות מושכלות יותר כי אופטימיזציה של ביצועים כלכליים ארוכי טווח.

אחריות ושיקולים סביבתיים

מהנדסים יש אחריות ליצור מוצרים ידידותיים לסביבה, ואת תהליך בחירת החומרים עוזר להם להשיג את זה, עם מגמה הולכת וגוברת כלפי חומרים קלים למחזור ולא לרוקן משאבים סופיים. הערכת השפעה סביבתית צריכה לשקול את כל מחזור החיים החומרי, ממיצוי חומרי גלם עיבוד באמצעות ייצור, שימוש, וסילוק או מחזור.

בחירה חומרית בת קיימא כוללת הערכה של גורמים כגון אנרגיה מגולמת, טביעת רגל פחמן, מחזוריות, ביודות, והשימוש במשאבים מתחדשים. דרישות רגולטוריות לגבי חומרים מסוכנים, פליטות וסילוק פסולת גם להשפיע על אפשרויות חומרים. תעשיות רבות עכשיו עדיפות חומרים עם השפעה סביבתית נמוכה יותר, גם כאשר הם עשויים לעלות יותר בהתחלה, הכרה ביתרונות ארוכי טווח של פרקטיקות בר קיימא.

תהליך הבחירה החומרי: גישה שיטתית

ארבעת השלבים הבסיסיים בתהליך בחירת החומרים הם: 1) לזהות את דרישות העיצוב 2) ביצועים חומריים פורמולה 3) דירוג חומרים פוטנציאליים המבוססים על אינדיקציות אלה 4) להעריך ולבחור את החומר המתאים ביותר בהתחשב יכולת התהליך והעלות שלה. מתודולוגיה שיטתית זו מבטיחה הערכה מקיפה ומפחיתה את הסיכון של התעלמות מגורמים קריטיים.

שלב 1: זיהוי דרישות

דרישות הביצוע מתארות את התכונות כי הרכיב או המשותף חייבים לתפקד כנדרש, עם תכונות המתוארות במונחים של מכני, אלקטרומגנטי, תרמי, אופטי, פיזי, כימי, אלקטרוכימי, ותכונות קוסמטיות.שלב ראשוני זה דורש שיתוף פעולה הדוק בין מהנדסי תהליכים, מעצבים וצוות תפעול כדי להבין באופן מלא את הדרישות התפקודיות ואת תנאי התפעול.

דרישות עיצוב צריכות לציין טווחי טמפרטורה תפעוליים, תנאי לחץ, חשיפה כימית, עומסים מכניים, חיי שירות הנדרשים, וכל שיקולים מיוחדים כגון ניקיון, סטיות, או דרישות ברמת מזון.תנאים סביבתיים כולל טמפרטורה, לחות וחשיפה למזג אוויר או אטמוספירה קורוזית יש גם לתעד.

שלב 2: ניסוח חומרים

עבור יישומים ספציפיים, זה שילוב של תכונות חומריות (אינדקס חומרי) המאפיינת את הביצועים, עם תכונות של ⁇ זמין במסד נתונים, כך כי ראוי אינדיקציות, בשילוב עם ⁇ של אשבי, לאפשר אופטימיזציה של תהליך הבחירה החומרית.הביצועים משלבים תכונות חומרים מרובות לתוך מדדים בודדים הקשורים ישירות לדרישות פונקציונליות.

מדדי ביצועים משותפים כוללים כוח ספציפי (יחסי צמיחה-למשקל), קשיחות מסוימת (יחסי משקל-למשקל), התנגדות הלם תרמית, ויחסי ביצועים גבוהים.לדוגמה, ביישומים הדורשים רכיבים מבניים קלים, מדד הכוח הספציפי ( ⁇ / ⁇ , שבו ⁇ הוא כוח ו ⁇ הוא צפיפות) הופך לקריטריון ראשוני ליישומים תרמיים, במדדים, במדדים תרמיים, עלולים להיות חום רלוונטי ביותר.

שלב 3: דירוג חומרים מועמדים

לאחר שאינדיקציות ביצועים הוקמו, ניתן לדרג באופן שיטתי את חומרי המועמדות.מהנדסים משתמשים בכלים כמותיים כמו אינדיקציות ביצועים ו ⁇ אשבי כדי להשוות חומרים, תוך התחשבות בהשפעות מחזור חיים ובקיימות.

שיטות קבלת החלטות מרובות-ביקורתיות (MCDM) מספקות גישות מובינות להערכת חומרים כנגד קריטריונים מרובים בו-זמנית. המאמץ הבינתחומי הנדרש ברוב המקרים אינו טריוויאלי ומעצב ההנדסה לא רק דורש מידע מפורט, נגיש וזמני על המאפיינים של החומרים, אלא גם ידע על קבלת החלטות רב-תחומית-ביקורתית.

שלב 4: הערכה סופית ובחירה

שלב הבחירה הסופי כרוך הערכה מפורטת של מועמדים בכירים, בהתחשב בגורמים אשר לא ניתן לתפוס במלואם בתביעות ביצועים.זה כולל מניפולציה, זמינות של מומחיות ייצור, תאימות עם ציוד ותהליכים קיימים, ואמינות הספקית.התייעצות עם ספקים חומריים ומרקורים יכול לספק תובנות חשובות לשיקולים מעשיים כגון דרישות נטבעות, טיפול חום, דרישות בקרת איכות.

בדיקות Prototype או ניסויים בקנה מידה טייס עשויים להיות מחויבים ליישומים קריטיים או בעת שימוש בחומרים חדשים.מבחנים אלה לאמת כי החומר שנבחר מבצע כמצופה בתנאים תפעוליים בפועל ויכול לחשוף נושאים שלא ניתן לראות מהנתונים רכוש בלבד.תיעוד של הרציונלית, כולל חלופות הנחשבות וסיבות לדחייה, מספק התייחסות חשובה לפרויקטים עתידיים ומסייעת עקביות בפרקטיקה של בחירה חומרית.

בחירת ציוד בתכנון תהליכים

ציוד תהליכים כימיים הוא הפניה מכוונת תוצאות עבור מהנדסים המציינים, עיצוב, שמירה או הפעלת צמחים כימיים ותהליך, מתן מידע על הבחירה, sizing ותפעול של ציוד תהליך בפורמט המאפשר קבלת החלטות מהירה ומדויקת על תהליכים סטנדרטיים ובחירת ציוד. בחירת ציוד כולל התאמת דרישות תהליך עם סוגים של ציוד זמין, גדלים, ותצורה כדי להשיג ביצועים אופטימליים וכלכלה.

עקרונות יסוד לבחירת ציוד

ציוד sizing ובחירת הוא צעד קריטי בעיצוב ותפעול של תהליכים כימיים, שבו מהנדסים חייבים לקבוע את הסוג הנכון ואת גודל הציוד כדי להתאים לצרכים הספציפיים של תהליך הייצור, להבטיח כי הצמח פועל ביעילות ובבטחה.תהליך הבחירה חייב לשקול פרמטרים תהליך, דרישות קיבולת, גמישות תפעולית, דרישות תחזוקה ושילוב עם מערכות קיימות.

בחירת ציוד מתחילה עם הגדרה ברורה של פעולת היחידה להתבצע - בין אם הפרדה, תגובה, העברה חום, תחבורה נוזלית או פונקציה אחרת. כל ניתוח יחידה יש סוגים של ציוד אופייני, כל אחד עם יתרונות ומגבלות.לדוגמה, דיישות ניתן לבצע במגשונים, עמודות ארוזות, או תצורה מיוחדת כמו חלוקת עמודות קיר, עם בחירה בהתאם לגורמים כגון יכולת, הפרדה, נטייה גסה, לחץ, מגבלות.

תנאי תהליך והפעלה

מפרט מדויק של פרמטרים תהליכים חיוני עבור בחירת ציוד תקין. פרמטרים מרכזיים כוללים שערי זרימה (liquid, גז, מוצק), טמפרטורות, לחצים, יצירות, תכונות פיזיות (חדות, קוצר, מתח פני השטח), ונכסים כימיים (corrosivity, ראקטיביות, ראקטיביות, רעילות), פרמטרים אלה לקבוע את יכולת הציוד הנדרשת, חומרי בנייה ועיצוב הדרושים לפעולה בטוחה ויעילה.

תנאי הפעלה חייבים לקחת בחשבון את הניתוח הרגיל, הסטארט-אפ וההליכים הסגורים, ואת התנאים העלולים להרגיז.ציוד צריך להיות גדול ובחר להתמודד עם מגוון מלא של תנאי הפעלה צפויים, עם שולי בטיחות מתאימים.היפוך יכולת - היכולת לפעול ביעילות בקיבולת מופחתת - חשוב לתהליכים עם דרישות משתנות באמצעות חישוב. גמישות כדי להתאים לשינויים עתידיים או קיבולת צריך להיחשב גם במהלך בחירת ציוד.

סוגי ציוד ובחירת קריטריה

סוגי ציוד שונים מתאימים יישומים שונים המבוססים על עקרונות התפעול שלהם, טווחי קיבולת, ומאפיינים ביצועים.הבנת החוזקות והמגבלות של כל סוג ציוד הוא חיוני לביצוע בחירות מושכלות.

ציוד העברה חום

חילופי חום באים בתצורה רבים כולל פגז-and-tube, צלחת-and-frame, ספירלה, אוויר-קולק, וסוגים ישירים-מגע. Shell-and-tube חילופיrs הם תכליתיים בשימוש נרחב, מתאים למגוון רחב של טמפרטורות, לחצים, ומשימות.לוח-and-frames מציעים יעילות גבוהה של העברת חום ותחזוקה קלה אבל הם מוגבלים בטמפרטורה וקיבולת אווירית.

קריטריונים בחירה כוללים חובה בחום, גישה טמפרטורה, ירידה בלחץ, נטייה מרעישה, דרישות תחזוקה, ומגבלות חלל.חינוח העברת חום לקבוע את אזור העברת החום הנדרש, אשר יחד עם שיקולים עיצוב מכני, קובע את גודל ההחלפה ותצורה. התאמה חומרית עם נוזלים תהליכים ודרישות ניקוי גם להשפיע על בחירת ציוד.

הפרדה

ציוד הפרדה כולל עמודות זיקוק, מגדלי ספיגה, ציוד החילוץ, קריסטלים, מסננים, צנטריפוגות ומערכות membrane.כל שיטת הפרדה מנצלת עקרונות פיזיים או כימיים שונים, עם בחירה בהתאם לטבע התערובת, יעילות הפרדה הנדרשת ושיקולים כלכליים.

בחירת עמודה של דיטרציה כוללת בחירה בין מגש ותצורה ארוזה.טורות טרידי מטפלות במגוון רחב של שערי זרימה והם פחות רגישים לפיצול נוזלי, אבל יש ירידה בלחץ גבוה יותר.עמודות ארוזות מציעים ירידה בלחץ נמוך יותר והם מועדפים עבור שירות ריק או מערכות קורוזיות אבל דורש תשומת לב זהירה להתפלגות קוטר נוזלי נקבע על ידי ריק ושערי זרימה נוזלי ומאפשרים, בעוד גובה מספר תלוי על יעילות שלב נדרש.

ציוד תחבורה

משאבות, דחוסים ומעריצים מעבירים נוזלים באמצעות מערכות תהליך.לסלקציה תלויה ברמת זרימת הדם, לחץ השחרור, תכונות נוזליות, דרישות אמינות. משאבות Centrifugal נפוצים ביותר עבור לחצים בינוניים ושיעורי זרימה, המציעות פשטות ותחזוקה נמוכה. משאבות חיוביות (reciproing, rotary, diaphragm) מתאימים יישומים בלחץ גבוה, מול נוזליבקים, או דרישות בקרה מדויקות.

בחירה קומפרספרספרסונל עבור שירות גז כוללת בחירה בין צנטריפוגה, צירית, reciprocating, וסוגים רוטאריים המבוססים על קצב זרימה, יחס לחץ, דרישות יעילות. Centrifugal דחוסים להתמודד עם כמויות גדולות ביחסי לחץ בינוניים ביעילות. Reciprocating דחוסים להשיג יחס גבוה, אבל יש יכולת מוגבלת ודורשים יותר תחזוקה חומרית עבור ציוד תחבורה נוזלי חייב לשקול שחיקה, קורוזי, קורוזציה, ותהליך תאימות עם גמישות.

ציוד תגובה

בחירת Reactor תלויה במתן תגובה, דרישות העברה חום, ערבוב צרכים, ואם התגובה היא אצווה או רציפה. סוגי כור משותף כוללים כורים טנקים (batch או רציף), כורים אמבט, כור מיטה ארוז, כור מיטה נוזלי, ותצורה מיוחדת עבור כימאים ספציפיים.

כור טנקי סטריארד מספקים שילוב מעולה ובקרת טמפרטורה, מתאים לתגובות נוזליות הדורשות מגע טוב בין מגיבים. כורים Tubular מתאימים לתגובות גבוהות של גז-phase גז או תגובות מהירות שבו התנהגות תקע הוא הרצוי. כורים מיטה ארוזים משמשים לתגובות קטליטיות heterogeneous, עם חלקיקים המספקים אתרי תגובה.

⁇ קריטי ב- Materials and Equipment Selection

לאחר זיהוי ציוד מתאים, לבצע חישובים כדי לקבוע את הגודל האופטימלי, אשר עשוי לכלול באמצעות משוואות אשר מחשיבות את שערי זרימה, טמפרטורה ולחץ, ולאחר מכן להעריך את האפשרויות בהתבסס על ביצועים, עלות וזמינות. חישובים להבטיח כי חומרים נבחרים וציוד יכול בבטחה ויעילה להתמודד עם תנאי תהליך.

ניתוח מתח ומדליקות חומריות

כלי שיט לחץ ועיצוב פיאצ'ן דורשים חישוב עובי קיר לעמוד בפני לחץ פנימי, עומס חיצוני, ולחצים תרמיים.המשוואה הבסיסית עבור כלי לחץ צייליוניים תחת לחץ פנימי נגזרת משיקולים מתחים:

t = (P × D) / (2 × S × E - 1.2 × P) + C

כאשר t הוא עובי הנדרש, P הוא לחץ עיצוב, D הוא בתוך קוטר, S הוא לחץ המאפשר, E הוא יעילות משותפת רבת גיל, ו C הוא קצבה קורוזיה. משוואה זו, המבוססת על ASME Boiler וקוד ושרירים לחץ, מבטיח כוח מספיק תוך חשבונאות עבור תכונות חומריות, איכות ייצור, וחיזוי קורוזיה.

ערכי מתח אפשריים תלויים בתכונות החומריות ובטמפרטורת העיצוב.חומרים חייבים לשמור על כוח מספיק בטמפרטורה התפעולית המקסימלית, עם לחץ שניתן בדרך כלל על בסיס שבריר של כוח התשואה או כוח רבייה האולטימטיבי.אפקטי טמפרטורה על תכונות חומריות יש לשקול בזהירות, כמו חומרים רבים לאבד כוח באופן משמעותי בטמפרטורות גבוהות.

קצבת קורוזיה מהווה אובדן חומרים במהלך חיי העיצוב.קצבות קורוזיות אופייניות נעות בין 1/16 אינץ ' (1.6 מ"מ) עבור שירות קורוזיה קלה ל 1/4 אינץ' (6.4 מ"מ) או יותר עבור תנאים קורוזיים מאוד.קצבת קורוזיה צריך להיות מבוסס על נתוני קורוזיון בפועל כאשר זמין, או שמרנים בהתבסס על ניסיון דומה בשירות.

המונחים: ההרחבה

שינויים בטמפרטורות גורמים לחומרים להתרחב או בחוזה, שעלולים ליצור מתחים משמעותיים אם ההתרחבות מוגבלת.ההתרחבות התרמית ליניארית מחושבת כמו:

⁇ L = α × L × ⁇ T

כאשר ⁇ L הוא השינוי באורך, α הוא המקדם של התרחבות תרמית, L הוא האורך המקורי, ו ⁇ T הוא שינוי הטמפרטורה. עבור מערכות פיטורים, לולאות הרחבה, מפרקים הרחבה, או קשרים גמישים להכיל הרחבה תרמית ולמנוע לחץ מופרז על ציוד ותומכת.

הרחבה תרמית שונה בין חומרים שונים במגע יכול לגרום לבעיות.לדוגמה, כלי פלדה פחמן עם פנים נירוסטה פלדה חווים שיעורי הרחבה שונים במהלך שינויים טמפרטורה, פוטנציאל לגרום לריכוז מחייב או מתח.עיצוב חייב לקחת בחשבון את התנועות השונות הללו באמצעות ניקוי מתאים, קשרים גמישים, או בחירה חומרית כדי למזער את ההבדלים בין ההתרחבות.

זרימה של קלוריות וPipe Sizing

צינור מתאים לשפוך מאזן עלות הון נגד עלויות התפעול.תוצאות של ירידה בלחץ מופרזת ועלויות המשאבה, בעוד שפיכת יתר עלות הון עולה ללא צורך.היחסים בין קצב זרימה, מהירות וקוטר צינורות הוא:

Q = A × v = ( ⁇ × D2 / 4) × v

כאשר Q הוא קצב זרימה בנפח, A הוא שטח חצי שטח, D הוא צינורות בתוך קוטר, ו v הוא מהירות נוזל.מהירויות מהירויות מומלץ תלוי בשלב הנוזלי ואת השירות. קווי נוזל בדרך כלל לפעול ב 3-10 רגל /s (1-3 מ ' / s), עם מהירויות נמוכות יותר עבור נוזל מאקווס או שירותים rosive ומהירויות גבוהות יותר עבור נקי, לא קורוזיאוקסים (1-3, בדרך כלל, 000 מהירויות גבוהות יותר על ידי נוזל / טמפרטורות גבוהות יותר, בדרך כלל.

זרימת שתי נקודות דורשת שיקול מיוחד, שכן תערובת גז-ליקוליות מציגות תבניות זרימה מורכבות.מפות משטר Flow מסייעות לחזות האם זרימה תהיה מלוכדת, מחוספסת, אנרית או מפוזרת, עם כל משטר שיש לו ירידה בלחץ שונה והשלכות עיצוביות.

לחץ זרוק קלוריות

חישובי ירידה בלחץ קובעים את האנרגיה הנדרשת כדי להעביר נוזלים באמצעות צנרת וציוד.עבור זרימה סוערת בצנרת, משוואה דארסי-ויזבך חל:

⁇ P = f × (L / D) × ( ⁇ × v2 /2)

כאשר ⁇ P הוא ירידה בלחץ, f הוא הגורם החיכוך, L הוא אורך צינור, D הוא קוטר, ⁇ הוא צפיפות נוזל, ו v הוא מהירות. הגורם החיכוך תלוי מספר ריינולדס ופרימנטציה צינורות, המתקבל מהדיאגרמה Moody או מחושב באמצעות קורלציות כמו משוואה קולברוק.

ירידה בלחץ כולל אובדן חיכוך בצנרת ישר בתוספת הפסדים בתאים, שסתום וציוד.הפסדים Fitting הם בדרך כלל ביטוי כמו אורך שווה של צינורות ישר או כמו משככי כאבים אובדן (K-factors) חישובים ירידה בלחץ חיוני עבור משאבה ודחיסה, הבטחת לחץ הולם זמין לאורך כל המערכת.

עבור זרימה דחוסה (גזים), חישובי ירידה בלחץ חייבים לקחת בחשבון שינויים בצפיפות לאורך אורך הצינור. Isothermal או adiabatic זרימה משוואות חלות בהתאם אם ההעברה החום מתרחשת. טיפות לחץ משמעותי (יותר מ 10% של לחץ לאר) דורש שילוב לאורך אורך הצינור ולא באמצעות תכונות ממוצעות.

אספקת חום קלוריות

עיצוב החלפת חום דורש חישוב אזור העברת החום הדרוש כדי להשיג את שינוי הטמפרטורה הרצוי.משוואה העברת חום בסיסית היא:

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כאשר Q הוא חובה בחום, U הוא כולל חום העברה יעילה, A הוא אזור העברת חום, ו ⁇ TreaFLT:0lmFLT 1 הוא הגרף משמעות ההבדל הטמפרטורה.האפקט הכולל של העברת חום תלוי באפקטים סרט בודדים משני הצדדים של פני השטח של העברת החום, התנגדות מרעישה, והתנגדות קיר.

coefficients הסרט מחושב באמצעות התאמות המבוססות על תכונות נוזלים, תנאי זרימה וגיאומטריה.לדוגמה, זרימה סוערת צינורות משתמשת דיטוס-Boelter או Sieder-Tate קורלציה, בעוד coefficients בצד השני תלויים תצורה baffle וגאומטריה. Fouling התנגדות עבור הפקדה על פני השטח חום לאורך זמן, הדורש ניקוי תקופתי כדי לשמור על ביצועים.

הגרף מתכוון לטמפרטורות הבדל (LMTD) מייצג את כוח הנהיגה היעיל להעברת חום, חשבונאות לשינויים בטמפרטורה לאורך אורך ההחלפה. עבור סידורי זרימה מורכבים, גורם תיקון (F) משנה את LMTD מחושב עבור זרימה אנטי-נוכחית טהורה.

× × × × × ⁇ TFreave:0

החלפת חום כוללת חישובים הרטוריים, שכן האזור הנדרש תלוי במקדם העברת החום הכולל, אשר בתורו תלוי מהירויות שנקבעו על ידי הגיאומטריה החילופית הנבחר ותוכנות הספק להקל על חישובים אלה, המאפשר הערכה מהירה של חלופות עיצוב מרובות.

ציוד להפרדה

עמודה ריצוף דורש קביעת קוטר וגובה. קו קו קו קו קו קו מבוסס על שיעורי זרימת נוזל ונוזל ומהירויות אפשריות כדי למנוע הצפה או הארה מופרזת.מהירות החוספס מוגבלת על ידי מהירות הצפה, בדרך כלל תוכנן 70-85% של הצפה לספק שולי תפעולי.

עבור עמודות מגש, משוואה סוודר-בוברן מעריכה מהירות מבולעת:

(ב) ויקרא י"ד): "וַיְהַּדְהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִי" (בראשית כ"ד, כ"ד)

(ב) ,(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

גובה העמודה תלוי במספר השלבים התיאורטיים הנדרשים להפרדה וליעילות המימוש או האריזה.שלבים האורטיים נקבעים מ חישובי איזון באמצעות שיטות כמו McCabe-Thiele עבור מערכות בינאריות או סימולציה ממוחשבת עבור מערכות מרובות-קודמות אקטואליות הנדרשות לאותה שלבים תיאורטיים מחולקים על ידי יעילות מגש, בדרך כלל 60-80% עבור מגשים מעוצבים היטב.

שיקולים מתקדמים ב-Pracle Selection

קורוזיה מכניזם ומניעה

הבנת מנגנוני קורוזיה חיונית לבחירת חומרים המספקים חיי שירות נאותים.סוגי קורוזיה נפוצים כוללים קורוזיה אחידה, פיזור, קורוזיה, קריון מתח, קרידק קורוזיה, קורוזיה בין-גרידית, ושחיקה קורוזיה. לכל מנגנון יש כוחות מניעים שונים ואסטרטגיות מניעה.

קורוזיה אחידה מתרחשת יחסית על פני השטח החשוף והוא הסוג הצפוי ביותר. שיעורי קורוזיה ניתן למדוד וקצבאות קורוזיה מחושבת בהתאם. פיטינג וקורוזיה קריאטיבי הם צורות מקומיות שיכולים לגרום ל Perforation מהירה גם כאשר שיעורי קורוזיה כולל הם נמוכים.

סדקים קורטוזיה מתח (SCC) מתרחשים כאשר מתח רבילי והסביבה קורוזית משלבת לגרום סדקים.שילובים מסוימים של חומר-הגנה חומרים רגישים ל-SCC, כגון סדקים המושרה כלורידי של פלדות אל-חלדאוסטי או סדקים סיבתיים של מניעת פחמן.

קורוזיה Galvanic מתרחשת כאשר מתכות דיסימיות הן במגע חשמלי בסביבה התנהגותית, עם מתכת פעיל יותר coroding מעדיף באופן מועדף.הסדרה גלילבנית מדורגת מתכות על ידי הנטייה שלהם כדי corrode במי הים, מתן הדרכה עבור שילובים חומריים.כאשר מתכות dissimilar יש להשתמש יחד, בידוד או ציפויים מגן יכול למנוע קורוזיה גליונית.

שיקולים חומריים גבוהים

שירות עתירי גבוה מציג אתגרים חומריים ייחודיים. Creep - עיוות תלוי בזמן תחת לחץ קבוע - הוא משמעותי מעל 40% של הטמפרטורה ההמיסה המוחלטת.חומרים עבור שירות עתירי גבוה חייבים לעמוד בפני עיוות מצמרר על חיי העיצוב, בדרך כלל 100,000 שעות או יותר עבור פעולה רציפה.

Oxidation ו קנה מידה בטמפרטורות גבוהות עלול לגרום לאובדן חומרים וזיהום. שכבות תחמוצת מגן על סגסוגת רבות, מתן התנגדות לחמצן נוסף. ⁇ המכיל Chromium- המכילה סגסוגת לפתח כרום (Cr2O3) סולמות כי הם מגינים עד 1000 מעלות צלזיוס (1832 ° F). טמפרטורות גבוהות יותר דורשות סגסוגת מיוחדות יותר או ציפויים.

אופניים תרמית גורם ללחץ נוסף באמצעות התרחבות חוזרת והתכווצויות.עייפות תרמית יכולה להוביל לפצח, במיוחד בריכוזי מתח או הפסקות גיאומטריות. בחירה חומרית עבור שירות מחזורי חייבת לשקול תכונות עייפות במחזור נמוך בנוסף להתנגדות זחילה והתנגדות חמצון.

בחירת חומר Cryogenic

טמפרטורות Cryogenic (below -150 מעלות צלזיוס או -238 ° F) דורשים חומרים כי לשמור על דוקטריות ונוקשות בטמפרטורות נמוכות. חומרים מבניים נפוצים רבים, כולל פלדה פחמן, להיות ערער בטמפרטורות Cryogenic, נכשל בפתאומיות ללא אזהרה.לכות מעוקבות ממוקדות כמו פלדות אל-על-תודוטיות, ⁇ אלומיניום, ⁇ שומרות על דירקטיביות בטמפרטורות Cryogenic והם מועדפים עבור שירות דלת-זמנית.

בדיקות השפעה בטמפרטורה העיצוב המינימלי מאמתות כי חומרים יש קשיחות נאותה. Charpy V-notch בדיקות השפעה למדוד את האנרגיה נספגת במהלך שבר, עם ערכים מינימליים המפורטים על ידי קודים וסטנדרטים.חומרים חייבים לעמוד בערכים המינימליים האלה בטמפרטורה הנמוכה ביותר הצפויה, כולל תנאים קשים וטמפרטורה מכוערת תוך התמוטטות.

בחירת חומרים לסביבה ספציפית

סביבות מסוימות דורשות שיקולים חומריים מיוחדים.שירות מימן יכול לגרום לחיסול מימן או לפיגוע מימן בחומרים רגישים.פחמן ופלדות דלות כלוי רגישים לפיגוע מימן בטמפרטורות גבוהות ובלחץ, עם רגישות הגוברת עם טמפרטורה ולחץ חלקי מימן.

שירות Sour (כולל מימן sulfide) דורש חומרים עמידים לסדקים בלחץ sulfide. NACE תקני הבינלאומי לציין דרישות חומרים בשירות sour, כולל מגבלות קשות וציונים חומריים.Wet H2S שירות הוא אגרסיבי במיוחד, הדורש בחירה חומרים זהירים ולעתים קרובות שוללים יותר סגסוגת עמידת קורוזיציה יקר יותר.

סביבות המכילות Chloride הן מאוד קורוזיות לחומרים רבים. פלדות אל-חלד Austenitic רגישים לכלורד המושרה הלחץ קורוזיה סדקים ובורכת. גבוה יותר כלול נירוסטה מפלדות (דופלקס, סופר-אוסטטי) או ⁇ בסיס ניקל מספקים התנגדות טובה יותר.מספר ההתנגדות המתפתל (PREN) מספק מידה השוואתית של התנגדות המבוססת על כרומוזום, על חנקן, חנקן, חנקן, חנקן, חנקן, חנקן.

בחירת ציוד לפעילות יחידה ספציפית

בחירה ו Sizing

בחירת משאבה כוללת התאמת מאפייני משאבה לדרישות המערכת. עקומת המערכת מייצגת את היחסים בין קצב זרימת הראש לבין הראש הנדרש, כולל ראש סטטי, אובדן חיכוך ודרישות הלחץ. עקומת המשאבה מציגה את מערכת היחסים של יכולת הראש למשאבה מסוימת במהירות נתונה. נקודת ההפעלה מתרחשת היכן שמערכת עקומת מנטרת את העקומה.

משאבות Centrifugal הן הנפוצות ביותר, המציעות פשטות, אמינות ותחזוקה נמוכה.הם מטפלים בנוזלים נקיים, בעלי רגישות נמוכה, אך מאבדים יעילות עם נוזלי קוסמטיקה. Net חיובי דרישות (NPSH) חייב להיות מרוצה כדי למנוע קוויטציה. NPSH זמין תלוי בתנאי שבץ וחייב לעלות על NP נדרש עם שוליים נאותים.

משאבות עקירה חיוביות (reciprocating, rotary הילוך, lobe, חלל מתקדם) לספק זרימה קבועה ללא קשר ללחץ פריקה, מה שהופך אותם מתאימים יישומים בלחץ גבוה, נוזלי מולקווס, או שירות מדטינג.הם דורשים הגנה מפני לחץ והם יקרים יותר ותחזוקה-intensive מאשר משאבות צנטריפוגלות אבל מציעים יתרונות ביישומים ספציפיים.

חומרי משאבה חייבים לעמוד בפני קורוזיה ושחיקה מן הנוזל המנואב.ברזל מתאים מים רבים ושירותים שאינם קורוזיים מבחינה כלכלית. פלדות סטאאין להתמודד עם נוזלי קורוזי, עם מבחר ציונים המבוסס על קורוזיות.חומרים אקזוטיים כמו titanium, Hastelloy, או קרמיקה עשויים להיות נדרשים עבור שירותים קורוזיים מאוד, עם חותמות מכניות עבור יישומים סטנדרטיים או מגנטיים מסוכנים לחלוטין.

החלפת חום ועיצוב

בחירת החלפת חום תלויה בטמפרטורות, לחצים, שערי זרימה, תכונות מרעישות, דרישות תחזוקה. Shell-and-tube חילופי שולטים בתעשיות תהליכים בשל הגמישות שלהם, אמינות מוכחת, ויכולת לטפל בלחץ גבוה וטמפרטורות שונות. תצורה שונה (גליון צינור סלולארי, U-tube, ראש) להכיל דרישות הרחבה תרמית שונות וניקוי.

חילופי פלט-ומסגרת מציעים יעילות העברת חום גבוהה טביעת רגל קומפקטית, עם קל disassembly לניקוי.הם מתאימים יישומים עם טמפרטורה מתונה ולחצים שבהם עבירה היא מנוהלת.חומרי Gasket מגבילים יכולת טמפרטורה, אם כי משועבדים או מצופים מחליפים את טווח ההפעלה.

חילופי אוויריים מונעים דרישות מים קירור, צמצום עלויות התפעול וההשפעה הסביבתית.הם דורשים מרחב מעודה והם רגישים לתנאי הסביבה, עם יכולת מופחתת במהלך מזג אוויר חם.מערכות היברידיות המשלבות ביצועים קירור אוויר ומים וצריכת מים.

שינוי משפיע באופן משמעותי על ביצועי החלפת חום, צמצום העברת חום וירידה בלחץ גובר.גורמי חישוב עבור בניית הפקדה, עם ערכים המבוססים על ניסיון שירות.ניקוי הוראות - חיבורי ניקוי כימיים, חבילות מרופפות, או מערכות ניקוי מקוונות - שמירה על ביצועים בין הפסקות. בחירה חומרית חייב לשקול הן בצד תהליך והן קורוזיון בצד שירות, עם לעתים קרובות חומר שונה מחומרים שונים כדי להתאים ביצועים וטעימים.

עיצוב תגובה ובחירת

בחירת תגובה תלויה ביסודה באנטינטיקה התגובהית, השפעות חום והתנהגות שלב. כור ביאץ' מתאימים לייצור בקנה מידה קטן, מוצרים מרובים או תגובות הדורשות זמני מגורים ארוכים.הם מציעים גמישות מבצעית אבל יש להם פרודוקטיביות נמוכה יותר מאשר כורים רצופים ודורשים תשומת לב זהירה לעקביות אצווה-ל-בטן.

כור טנק מתמשך (CSTRs) לספק שילוב מעולה ובקרת טמפרטורה, אידיאלי לתגובות נוזל-phase הדורש מגע טוב בין מגיבים.מספר CSTRs ב גישה התנהגות זרימה תוך שמירה על שילוב טוב בתוך כל שלב.חום העברה דרך מעילים או סלילים פנימיים בקרה טמפרטורה עבור תגובות אקספרסמימיות או אנדרמימיות.

כורים Tubular מתאימים לתגובות מהירות, תגובות גז-phase, או יישומים שבהם התנהגות זרימה תקע הרצויה.הם יכולים להיות צינורות ריקים, ארוזים עם זרז, או מכילים פנימיים מובנה.העברה חום היא מאתגרת יותר מאשר בטנקים מעוררים, הדורשת עיצוב תרמי זהיר לתגובות עם השפעות חום משמעותיות.

כור מיטה פלוידנטים מצטיינים לתגובות קטליטיות גז, מתן חום מעולה ועברה המונית עם טמפרטורה אחידה.הם מטפלים בזריזות זרז ומאפשרים תוספת זרז רציפה והסרה.עם זאת, הם דורשים עיצוב זהיר כדי למנוע זרז לשאת ולתת ולהבטיח נוזל תקין בטווח התפעולי.

ניתוח כלכלי בבחירת חומרים וציוד

הון סיכון

הערכת עלויות ההון עבור ציוד כוללת רכיבים מרובים: עלות ציוד שנרכש, עבודת ההתקנה, פישוט, כלי, חשמל, בידוד, יסודות, פלדה מבנית.

עלויות ציוד משתנות עם גודל, חומרים של בנייה, לחץ עיצוב וטמפרטורה, ותכונות מיוחדות.עלויות עלות וציטוטים ספק מספקים הערכות. שדרוגים חומריים משפיעים באופן משמעותי עלות השפעה משמעותית - ציוד פלדה ללא חתימות בדרך כלל עולה 2-4 פעמים יותר מאשר פלדה פחמן, בעוד ⁇ אקזוטיות יכול לעלות 10 פעמים או יותר.

גורמי התקנה אחראים על עבודה וחומרים להתקין ציוד.גורמים אלה משתנים על ידי ציוד סוג ומיקום צמח, החל מ 1.5 עד 4.0 פעמים שנרכשו ציוד.רכב דורש כיפה נרחבת, כלי שיט, או תמיכה מבנית יש גורמי התקנה גבוהים יותר.

ניתוח עלויות ניתוח

עלויות התפעול כוללות שימושים (חשמליות, קיטור, מים קירור, דלק), תחזוקה, עבודה, ועלויות אנרגיה. עלויות אנרגיה לשלוט לעתים קרובות בהוצאות התפעוליות, מה שהופך את יעילות האנרגיה לקריטריון בחירת מפתח. ציוד יעיל יותר עם עלויות הון גבוהות יותר עשוי להיות מוצדק מבחינה כלכלית על ידי צמצום עלויות התפעול.

עלויות תחזוקה תלויות במורכבות הציוד, בחומרה התפעולית ובבחירת החומרים.חומרים עמידים בפני קורוזיה להפחית את התחזוקה על ידי הרחבת חיי השירות וצמצום תדירות התיקון.שיקולי אמינות מעדיפים ציוד מוכח וחומרים, אפילו בעלות ראשונית גבוהה יותר, למזער את אובדן זמן השבתה והפסדי ייצור קשורים.

ניתוח עלות מחזור חיים משלב הון ועלויות תפעול על חיי הציוד, בדרך כלל 15-20 שנים עבור ציוד תהליכים.חשבון חישובי ערך נוכחי עבור ערך הזמן של כסף, הנחה עלויות עתידיות לווה ערך באמצעות שיעור הנחה מתאים. גישה זו מאפשרת השוואה אובייקטיבית של חלופות עם הון שונה ופרופילי עלויות תפעול.

אופטימיזציה כלכלית

אופטימיזציה כלכלית מאזן גורמים מתחרים למזער את העלות הכוללת.לדוגמה, פיזור צינורות כרוך במסחר בין עלות הון (צנרת הגדלה עולה יותר) ועלויות התפעול (צנרת הנגר יש ירידה בלחץ נמוך יותר ועלויות המשאבה).

כמו כן, עיצוב החלפת חום כרוך במסחר בין אזור העברת חום (עלויות הון) וטמפרטורת הגישה (עלויות חדירות) טמפרטורות גישה קרובות יותר דורשות שטח נוסף, אך להפחית את צריכת השירות.

ניתוח רגישות בוחן כיצד התוצאות הכלכליות משתנות עם הנחות שונות לגבי עלויות, תנאי הפעלה או ביצועי ציוד.ניתוח זה מזהה גורמים קריטיים ומדכא אי ודאות בתחזיות כלכליות.דמיית מונטה קרלו יכולה להעריך את ההשפעה המשולבת של פרמטרים לא בטוחים מרובים, מתן התפלגות הסתברות לתוצאות כלכליות ולא הערכות חד-נקודות.

שיקולים בטיחותיים ב-Pracle and Equipment Selection

בטיחות היא עדיפות עליונה בכל תהליך כימי, בידיעה כיצד גודל וציוד בחירה נכון יכול לעזור למנוע תאונות ולהבטיח מקום בטוח יותר.שיקולי בטיחות יש לשלב במהלך תהליך הבחירה, לא לטפל בהם כמחשבה לאחר מכן.

מערכת הקלה בלחץ ומערכת חירום

מכשירים להקלת לחץ להגן על הציוד מפני לחץ יתר שעלול לגרום לכישלון קטסטרופלי.שיסתום הקלה דורש קביעת העומס הקלה המרבית של הקלה אמינה מפני תרחישים כגון חשיפה לשריפה, כישלונות קירור, תגובות מפלט או חסום.המכשיר הקלה חייב להיות מספיק יכולת למנוע לחץ מעודף לחץ עבודה מקסימלי שניתן להפעיל על ידי יותר מהצטברות הקידוד.

בחירת שסתום הקלה תלויה בשירות - גז, נוזל, או זרימת שתי נקודות.זהויות הקלה האמנה מתאים לרוב היישומים, בעוד שסתום פעמונים מאוזנים להתמודד עם לחץ לאחור משתנה. דיסקים Rupture מספקים הגנה מוחלטת בלחץ מוגדר אבל דורשים תחליף לאחר הפעלה.שלב מכשירים באמצעות דיסק קרע במעלה הזרם של שסתום הקלה מגן על השסתום מ-corrosive או רעם שירות.

מערכות של השבת חירום לזהות תנאים חריגים ופעולה אוטומטית כדי להביא את התהליך למצב בטוח. בחירת אינסטרוקציה חייבת לשקול אמינות, עם אדמוניות או הצבעה לוגיקה עבור פונקציות קריטיות. עיצוב לא בטוח מבטיח כי כלי או כשל כוח תוצאות במצב בטוח, כגון שסתום לא סגור להפסיק לזרום או נכשל פתוח לספק קירור.

בחירת שטח מסוכן ובחירת ציוד

ציוד חשמלי באזורים בהם גזים או vapors עשויים להיות נוכחים חייב להיות מתאים עבור סיווג האזור המסוכן. מערכות סיווג (Class / דיוויזון בצפון אמריקה, מערכת אזורית בינלאומי) להגדיר את הסבירות והמשך נוכחות של אוויר דלה. ציוד חייב להיות מדורג עבור סיווג ספציפי, עם התפוצצות הוכחה, מטוהר, או עיצובים בטוח באופן בלתי פתיר.

בחירת חומרית משפיעה על אש ופגעי התפוצצות.חלק מהחומרים הם יותר דליקים או מייצרים מוצרי בעירה רעילים.חומרים עמידים באש או מערכות הגנה מפני אש עשויים להיות נדרשים עבור ציוד קריטי.

תיירות ו Hazards סביבתיים

חומרים רעילים דורשים הטמעת חשמל וטיפול מיוחדים.מערכות חסומות עם חותמות מכניות או משאבות ללא חותם ממזער פליטות מרתיעות.כילות שנייה לוכדת או פיסות, מניעת שחרור סביבתי.התאמה חומרית היא קריטית - אפילו דליפות קטנות של חומרים רעילים מאוד יכול להיות השלכות חמורות.

תקנות סביבתיות משפיעות יותר ויותר על חומר ובחירת ציוד.מגבלות הרשאות עשויות לדרוש מערכות התאוששות vapor, סקורים, או ציוד בקרה אחר.פסולת מים מגבילה את הבחירה החומרית עבור ציוד ליצירת זרמי מים.אפקט סביבתי מחזור חיים, כולל ייצור, תפעול וסילוק, נחשב יותר ויותר החלטות בחירה.

קודים, תקנים ודרישות התפטרות

בחירת החומרים והציוד חייבת לציית לקודים, לסטנדרטים ולתקנות החלים.דרישות אלה מבטיחות רמות בטיחות מינימליות וביצועים ולספק מסגרת משותפת לתכנון, ייצור ופיקוח.

לחץ וסרב וקודי פיפינג

ASME Boiler ו- הלחץ קוד (BPVC) שולט בעיצוב כלי לחץ, ייצור, בדיקה ובדיקה ברוב תחומי השיפוט. סעיף VIII מכסה כלי לחץ, עם הדיוויזיה 1 מספקת שיטות עיצוב-על-ידי-רוב ו- Division 2 המציע גישות עיצוב-על-ידי-אנליזה.

ASME B31 קודים מכסים מערכות פיטורים, עם חלקים שונים עבור שירותים שונים: B31.1 עבור עומס חשמל, B31.3 עבור תהליך piping, B31.4 עבור תחבורה נוזלית נפט, ו B31.8 עבור שידור גז.קודים אלה מציינים לחצים עיצוב וטמפרטורות, בחירה חומרית, חישובי עובי, חישובי עובי קיר, שיטות ייצור, דרישות בדיקות.

תאימות קוד דורשת שימוש בחומרים שאושרו עם תכונות מתועדות ועקבות. דוחות בדיקת חומרים מאמתים את דרישות הסימון.ההה חייבת לעקוב אחר דרישות קוד, עם ריתוך מוסמך ותהליכי מחיקה.

סטנדרטים בתעשייה והפרקטיקה הטובה ביותר

תקני התעשייה משלימים קודים עם דרישות מפורטות עבור סוגים ספציפיים של ציוד או שירותים. API (American Oil Institute) תקני כיסוי ציוד נפוץ בתעשיות נפט וכימיקליות, כולל מיכלי אחסון, מחליפי חום, ומשאבות. TEMA (Tubular Exchangeer יצרנים Association) מציינים תקני עיצוב חום ופרטי ייצור.

סטנדרטים חומריים מארגונים כמו ASTM International לציין את הרכב, תכונות ושיטות בדיקה עבור חומרים.תקנים אלה להבטיח איכות חומרית עקבית ולספק שפה משותפת לסימון חומרים.פרטים ציוד צריך להתייחס לסטנדרטים החלים כדי להבטיח ספקים להבין דרישות.

המסמכים הטובים ביותר מארגונים כמו AIChE (המכון האמריקאי למהנדסים כימיים) מספקים הדרכה על גישות עיצוב, שיקולי בטיחות, ושיעורים של ניסיון בתעשייה.

תקנות סביבתיות ובטיחות

תקנות סביבתיות משפיעות על בחירת חומרים וציוד באמצעות מגבלות פליטות, תקני שחרור ודרישות ניהול פסולת.תקנות חוק נקיות מגבילות את פליטות האוויר, המחייבות ציוד בקרה או שינויים בתהליך.תקנות חוק מים נקיים שולטים בפיצות פסולת, המשפיעות על הברירה החומרית עבור ציוד מגע זרמי מים.

תקנות בטיחות ובריאות (Occupational Safety and Health Administration) קובעות דרישות בטיחות במקום העבודה, כולל ניהול בטיחות תהליכים למתקנים העוסקים בכימיקלים מסוכנים.תקנות אלה דורשות ניתוח סיכונים, נהלים תפעוליים, תוכניות יושרה מכניות, ובחירת ציוד אירועים חייבת לתמוך בציות לדרישות אלה.

התקנות הבינלאומיות משתנות על ידי המדינה ואזור. ציוד לייצוא או פרויקטים בינלאומיים חייבים לציית לדרישות מקומיות, אשר עשויות להיות שונות מסטנדרטים מקומיים. CE סימון באירופה, למשל, דורשות עמידה בהנחיות האיחוד האירופי החלות.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

חומרים מתקדמים ו-Kings

חומרים חדשים וציפויים מרחיבים אפשרויות ליישומים מאתגרים. קרמיקה מתקדמת מציעה טמפרטורה קיצונית והתנגדות קורוזיה אבל הם שברירי וקשה למרקם. ציוד קורקמי משלב את ההתנגדות קורוזיה של קרמיקה עם הכוח המבני והמרקם של מתכות.

תרכובות פולימר מספקות התנגדות קורוזיה בעלות נמוכה יותר מאשר מתכות אקזוטיות.fi-reinforced פלסטיקs (FRP) מתאים שירותים קורוזיים רבים, עם קודים עיצוב ותקני ייצור כבר מבוססים היטב.הגבלות כוללות יכולת טמפרטורה (בדרך כלל מתחת 200 מעלות צלזיוס) וכוח נמוך יותר מאשר מתכות.

ציפויים מוגנים מרחיבים את טווח היישום של חומרים בסיס. ציפוי פולימר להגן על פלדה פחמן מן קורוזיה שירותים רבים. ציפויי תרסיס תרמית להחיל סגסוגת עמיד קורוזיה או קרמיקה כדי לבסס משטחים מתכת. מבחר מתקפל חייב לשקול שיטת יישום, עובי, מתחדד, תאימות עם תנאים.

דיגיטליזציה וציוד חכם

טכנולוגיות דיגיטליות הופכות את בחירת הציוד ומבצעות.דינמיקה של נוזל Computational (CFD) מדמיינת תבניות זרימה, העברת חום ושילוב, המאפשר אופטימיזציה לפני ייצור.אנליזה של רכיב פינט (FEA) צופה מתחים ועיוותים בתנאי הפעלה, אימות עיצובים וזיהוי בעיות פוטנציאליות.

חיישנים חכמים וכליים מספקים ניטור בזמן אמת של מצב הציוד וביצועים. ניטור Vibration מזהה בעיות במשלוח רוטט לפני כישלון.קורוזיה עוקב אחר אובדן חומרים, המאפשר תחזוקה חיזוי.חיישנים אלחוטיים להפחית את עלויות ההתקנה ומאפשר ניטור במקומות שלא נגישים בעבר.

תאומים דיגיטליים - העתקים וירטואליים של ציוד פיזי - סימולציה של תרחישים תפעוליים שונים אופטימיזציה של ביצועים.מכונות למידה אלגוריתמים לנתח נתונים תפעוליים כדי לחזות כישלונות, אופטימיזציה של תנאים תפעוליים ולשפר את היעילות.

אחריות וכלכלה מעגלית

שיקולים של קיימות חשובים יותר ויותר בבחירת חומרים וציוד.ערכת מחזור חיים (LCA) מדמה השפעות סביבתיות ממיצוי חומרי גלם באמצעות סילוק מקצה החיים או מחזור.השקפה הוליסטית זו מזהה הזדמנויות להפחית את טביעת הרגל הסביבתית באמצעות בחירה חומרית, יעילות אנרגיה, או עיצוב למחזוריות.

עקרונות הכלכלה של Circular מדגישים שימוש בחומרים ומחזור במקום סילוק.עיצוב לדיסבומביקל מאפשר שיפוץ ציוד או שחזור חומרי בסוף החיים. בחירה חומרית המעודדת חומרים הניתנים למחזור והימנעות מחומרים מסוכנים תומכת במטרות כלכלה מעגלית.

ירידה במשקל פחמן מניעה מבחר של ציוד יעיל אנרגיה וחומרים פחמן נמוך. שילוב אנרגיה מתחדשת משפיע על בחירת ציוד עבור ייצור חשמל ואחסון אנרגיה. מגמות אלה ימשיכו לעצב פרקטיקות חומר וציוד ככל הקיימות הופכת למרכז יותר ויותר החלטות הנדסיות.

יישום מעשי ותיעוד

פיתוח נוהלי בחירה חומריים

ארגונים נהנים מתהליכי בחירה חומריים מתועדות שלוכדים ניסיון ולהבטיח עקביות.ההליכים הללו צריכים לעיין בתהליך הבחירה, לציין תיעוד נדרש, לזהות רשויות אישור, ולפנות לסטנדרטים ולמפרטים החלים.מדריכי בחירה חומריים לשירותים משותפים מספקים התייחסות מהירה ליישומים שגרתיים תוך הבטחת בחירות עקביות.

שיעורים שנלמדים מכישלונות או בעיות צריכים להיות משולבים בהליכים בחירה. Root גורם ניתוח של כישלונות הקשורים לחומר מזהה גורמים תורמים ואמצעי מניעה.שיתוף הידע הזה ברחבי הארגון מונע הישנות ומשפר את בחירתם של בחירות עתידיות.

מפרט ציוד ו-Data Sheets

מפרטים ציוד מקיף להעביר דרישות לספקים ולהבטיח כי ציוד שנרכש עונה על הצרכים.ספקונים צריכים לכלול תנאי תהליך, דרישות ביצועים, חומרי בנייה, קודים עיצוב וסטנדרטים, דרישות בדיקה ובדיקה, ותיעוד מספק.

נתוני ציוד מספקים פורמטים סטנדרטיים לסימון ציוד ומסמכים הצעות ספקים.צורות אלה להבטיח כי כל המידע הדרוש הוא נתפס להקל על השוואת חלופות. פורמטי גיליון נתונים סטנדרטיים בתעשייה קיימים עבור רוב סוגי הציוד הנפוצים, קידום עקביות ושלמות.

הערכה ובחירה

בחירת Vendor כוללת הערכה של יכולות טכניות, מערכות איכות, ביצועי משלוח, ותנאים מסחריים. וריימות הערכה טכנית הציע ציוד עומד מפרטים וכי הספק יש יכולות תכנון הולמות ויצירה. הערכת מערכת איכות בודקת את נהלי הספק לבדיקה עיצוב, בקרה חומרית, ייצור, בדיקה ובדיקה.

בדיקות הפניה עם לקוחות קודמים מספקות תובנות לביצועים של ספקים, איכות ותגובה. ביקורים באתר במתקנים המוכרים מאפשרים התבוננות ישירה של יכולות ושיטות איכות.עבור ציוד קריטי, בדיקות עדים במהלך ייצור אימותים עמידה במפרט לפני המשלוח.

תיעוד ותיעוד ממשיכים

תיעוד מקיף תומך במבצע ציוד, תחזוקה ושינויי עתיד.תיעוד עיצוב צריך לכלול בסיס עיצוב, חישובים, מפרטים חומריים, רישומים של ייצור, ותוצאות הבדיקה.שירות ומדריכי תחזוקה מספקים הוראות להפעלת ציוד בטוח ויעיל.

תיעוד מעקב חומרי מקשר חומרים למקורם ומאמת את ציות למפרטים. דוחות בדיקת חומרים (MTRs) מתעדים את הרכב הכימי ואת המאפיינים המכניים. Welding של מפרטים (WPS) ואת רשומות הסמכה של הליך (PQR) מסמך שיטות ולדידות מוסמך. תיעוד זה חיוני עבור תאימות קוד ומספק תיעוד עבור התייחסות עתידית.

רשומות תחזוקה עוקבות אחר ההיסטוריה של ציוד, כולל בדיקות, תיקונים ושינויים.מידע זה תומך בניתוח אמינות, מסייע לחזות את צרכי תחזוקה עתידיים, ומספק קלט יקר עבור בחירת ציוד עתידי.מערכות ניהול נכסים דיגיטליים להקל על אחסון, רטיוול וניתוח של תיעוד ציוד.

מסקנה

חומר ובחירת ציוד בעיצוב תהליכים מייצג אתגר מורכב ורב פנים הדורש שילוב של ידע טכני, ניתוח כלכלי, שיקולי בטיחות וניסיון מעשי. בחירת חומרי היא היבט חיוני של תכנון הנדסי, איזון ביצועים, עלות ומיומנות, עם מהנדסים בהתחשב מכני, פיזי וכימיקלי לעמוד בדרישות הפרויקט תוך ניווט מגבלות כלכליות וסטנדרטים רגולטוריים, תוך שילוב של פערי מסחר מורכבים בין עלויות ייצור, תהליכים ייצור.

גישות שיטתיות למבחר חומרים וציוד, הנתמכות על ידי חישובים וקריטריונים של הערכה, מאפשרות למהנדסים לקבל החלטות מושכלות שמייעלות ביצועים צמחיים, להבטיח בטיחות, ולהפחית את עלויות מחזור החיים.הטבע הבין-תחומי של החלטות אלה דורש שיתוף פעולה בין מהנדסי תהליכים, מומחי חומרים, מעצבים מכניים ואנשי תפעול.

ככל שהטכנולוגיה מתקדמת וקיימות הופכת חשובה יותר ויותר, שיטות בחירה חומרית וציוד ממשיכות להתפתח.חומרים חדשים, כלים דיגיטליים ושיטות אנליטיות מרחיבות את האפשרויות תוך הגדלת המורכבות. מהנדסים מוצלחים חייבים להישאר נוכחיים עם ההתפתחויות הללו תוך שמירה על עקרונות יסודיים של עיצוב בטוח, יעיל וכלכלי.

ההשקעה בחומרים וציוד יסודי משלמת דיבידנדים לאורך כל מחזור חיי הצמח באמצעות אמינות משופרת, תחזוקה מופחתת, בטיחות משופרת וארגוני ביצועים אופטימיזציה.

משאבים נוספים

עבור מהנדסים המבקשים להעמיק את הידע שלהם על חומר ובחירת ציוד, משאבים רבים זמינים. ארגונים מקצועיים כמו AIChE (American Institute of Chemical Engineers) ו ASME (החברה האמריקנית של מהנדסי מכונות) מציעים קורסים, כנסים ופרסומים בנושאים אלה.פלטפורמות מקוונות לספק חישובים FLT:0chemical הנדסה חישובים FLT:1 וכלי עיצוב המאפשרים ציוד מארגן ובחירת.

ארגוני תקני תעשייה כולל API, ASTM ו- NACE International מפרסם סטנדרטים ושיטות המומלצים המספקות הדרכה מפורטת ליישומים ספציפיים.ספרי לימוד אקדמיים על עיצוב תהליכים, חומרי הנדסה ותפעול יחידה מספקים ידע בסיסי. [-]

המשך החינוך באמצעות קורסים קצרים, Webinars ותוכניות פיתוח מקצועי עוזר מהנדסים להישאר הנוכחי עם שיטות וטכנולוגיות מתפתחות. השתתפות בחברות מקצועיות מספקת הזדמנויות רשת וגישה לניסיון בתעשייה קולקטיבית.עבור מידע נוסף על יסודות הנדסיים, משאבים כגון FLT:0AIChEveFLT:1 מציעים חומרים חינוכיים נרחבים והזדמנויות פיתוח מקצועי.

על ידי מינוף המשאבים הללו ויישום גישות שיטתיות לבחירת חומרים וציוד, מהנדסים יכולים לעצב צמחים העומדים ביעדים של ביצועים תוך הבטחת בטיחות, אמינות וכדאיות כלכלית לאורך כל חייהם התפעוליים.