الأنابيب

في المجال الصناعي، تُعدّ الأنابيب نظامًا من الأنابيب يُستخدم لنقل السوائل ( السوائل والغازات ) من مكان إلى آخر. يدرس تخصص هندسة تصميم الأنابيب النقل الفعال للسوائل. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

يمكن تصنيع أنابيب العمليات الصناعية (ومكوناتها الداخلية) من الخشب ، والألياف الزجاجية ، والزجاج ، والفولاذ ، والألومنيوم ، والبلاستيك ، والنحاس ، والخرسانة . وتقوم المكونات الداخلية، المعروفة بالوصلات والصمامات وغيرها من الأجهزة، باستشعار والتحكم في ضغط ومعدل تدفق ودرجة حرارة السائل المنقول، وعادةً ما تُدرج ضمن مجال تصميم الأنابيب (أو هندسة الأنابيب)، مع العلم أنه يمكن اعتبار أجهزة الاستشعار وأجهزة التحكم الآلي جزءًا من تصميم أجهزة القياس والتحكم. ويتم توثيق أنظمة الأنابيب في مخططات الأنابيب وأجهزة القياس (P&IDs). ويمكن تنظيف الأنابيب، عند الضرورة، باستخدام عملية تنظيف الأنابيب .

يشير مصطلح "الأنابيب" أحيانًا إلى تصميم الأنابيب، أي التحديد التفصيلي لتخطيط الأنابيب المادية داخل مصنع معالجة أو مبنى تجاري. في الماضي، كان يُطلق على هذا أحيانًا اسم " الرسم الهندسي " أو "الرسم الفني" أو "الرسم الهندسي" أو "التصميم"، ولكنه اليوم يُنفذ عادةً من قِبل مصممين أتقنوا استخدام برامج الرسم والتصميم بمساعدة الحاسوب (CAD).

تُعدّ السباكة نظام أنابيب مألوف لدى معظم الناس، فهي وسيلة نقل السوائل المستخدمة لتوفير المياه الصالحة للشرب والوقود للمنازل والشركات. كما تُستخدم أنابيب السباكة لتصريف مياه الصرف الصحي ، وتسمح بتصريف غازات الصرف الصحي إلى الخارج. وتستخدم أنظمة رشاشات إطفاء الحرائق أيضًا الأنابيب، وقد تنقل المياه الصالحة للشرب أو غير الصالحة للشرب ، أو سوائل أخرى لإخماد الحرائق.

تُستخدم الأنابيب أيضاً في العديد من التطبيقات الصناعية الأخرى، والتي تُعدّ ضرورية لنقل السوائل الخام وشبه المُعالجة لتكريرها إلى منتجات أكثر فائدة. ومن بين المواد الأكثر تطوراً المستخدمة في صناعة الأنابيب: إنكونيل ، والتيتانيوم ، والكروم-موليبدينوم ، وسبائك فولاذية أخرى متنوعة .

بشكل عام، يتضمن هندسة الأنابيب الصناعية ثلاثة مجالات فرعية رئيسية:

• مواد الأنابيب
• تصميم الأنابيب
• تحليل الإجهاد

عادةً ما يقوم مهندسو إجهاد الأنابيب بفحص أنابيب العمليات وأنابيب الطاقة للتأكد من أن مساراتها، وأحمال الفوهات، والمعلقات، والدعامات موضوعة ومختارة بشكل صحيح، بحيث لا يتجاوز إجهاد الأنابيب المسموح به تحت الأحمال المختلفة، مثل الأحمال المستمرة، وأحمال التشغيل، وأحمال اختبار الضغط، وما إلى ذلك، وفقًا لما تنص عليه معايير ASME B31، وEN 13480، وGOST 32388، وRD 10-249، أو أي معايير ولوائح أخرى سارية. من الضروري تقييم السلوك الميكانيكي للأنابيب تحت الأحمال العادية (الضغط الداخلي والإجهادات الحرارية)، وكذلك تحت حالات التحميل العرضية والمتقطعة، مثل الزلازل، والرياح العاتية، والاهتزازات الخاصة، والصدمات المائية. ^{[ 3 ] [ 4 ]} يتم إجراء هذا التقييم عادةً بمساعدة برامج حاسوبية متخصصة ( عناصر محدودة ) لتحليل إجهاد الأنابيب مثل AutoPIPE، ^{[ 5 ]} CAEPIPE، ^{[ 6 ]} CAESAR، ^{[ 7 ]} PASS/START-PROF، ^{[ 8 ]} أو ROHR2 .

في دعامات الأنابيب المبردة، يصبح معظم الفولاذ أكثر هشاشة مع انخفاض درجة الحرارة عن ظروف التشغيل العادية، لذا من الضروري معرفة توزيع درجة الحرارة في هذه الظروف. تحتوي الهياكل الفولاذية على مناطق ذات إجهاد عالٍ قد تنجم عن زوايا حادة في التصميم أو شوائب في المادة. ^{[ 9 ]} عند تحليل إجهاد الأنابيب ثلاثي الأبعاد، تُعتبر الأنابيب عوارض ثلاثية الأبعاد ذات دعامات على كلا الجانبين. علاوة على ذلك، يحدد إجهاد الأنابيب ثلاثي الأبعاد عزوم الانحناء للأنابيب. درجات الأنابيب المسموح بها (وفقًا لمعايير الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين) في صناعات النفط والغاز هي  : أنابيب ومواسير الفولاذ الكربوني (الدرجة A53 [A وB]، والدرجة A106 [B وC])، وأنابيب الفولاذ منخفض ومتوسط ​​السبائك (الدرجة A333 [6]، والدرجة A335 [P5، P9، P11، P12، P91]).

غالباً ما تشكل المادة المصنوع منها الأنبوب أساس اختيار أي أنبوب. تشمل المواد المستخدمة في تصنيع الأنابيب ما يلي:

• الفولاذ الكربوني
• أنابيب فولاذية للركائز وفقًا لمواصفات ASTM A252 من الدرجة 1، والدرجة 2، والدرجة 3
• الأنابيب البلاستيكية ، على سبيل المثال أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة ، أو أنابيب البولي إيثيلين المتقاطع ، أو أنابيب البولي بروبيلين المعاد تدويره، أو أنابيب البولي إيثيلين منخفض الكثافة. ^{[ 10 ]}
• فولاذ كربوني للخدمة في درجات حرارة منخفضة
• الفولاذ المقاوم للصدأ
• المعادن غير الحديدية، مثل النحاس والنيكل ، والمبطنة بالتنتالوم ، وما إلى ذلك.
• غير معدني، على سبيل المثال الزجاج المقسى ، والمبطن بالتفلون ، والبولي فينيل كلوريد ، وما إلى ذلك.

كانت الأنابيب الخشبية الأولى تُصنع من جذوع الأشجار المثقوبة بفتحة كبيرة طولية في مركزها. ^{[ 11 ]} أما الأنابيب الخشبية اللاحقة، فكانت تُصنع باستخدام ألواح وأطواق، على غرار طريقة بناء البراميل الخشبية . تتميز هذه الأنابيب بسهولة نقلها كمجموعة أجزاء متراصة على عربة، ثم تجميعها كهيكل مجوف في موقع العمل. وقد لاقت الأنابيب الخشبية رواجًا كبيرًا، خاصةً في المناطق الجبلية حيث كان نقل الأنابيب الحديدية أو الخرسانية الثقيلة صعبًا.

كانت الأنابيب الخشبية أسهل صيانةً من الأنابيب المعدنية، لأن الخشب لا يتمدد أو ينكمش مع تغيرات درجة الحرارة بنفس قدر المعدن، وبالتالي لم تكن هناك حاجة إلى وصلات تمدد أو انحناءات. كما أن سمك الخشب يمنح الأنابيب بعض الخصائص العازلة التي تساعد على منع التجمد مقارنةً بالأنابيب المعدنية. كذلك، فإن الخشب المستخدم في أنابيب المياه لا يتعفن بسهولة. ولا يؤثر التحليل الكهربائي على الأنابيب الخشبية إطلاقاً، لأن الخشب عازل كهربائي أفضل بكثير.

في غرب الولايات المتحدة، حيث استُخدم خشب السكويا في صناعة الأنابيب، وُجد أن له "خصائص فريدة" تحميه من عوامل التعرية والأحماض والحشرات والفطريات. فقد ظلت أنابيب السكويا ناعمة ونظيفة لفترة طويلة، بينما كانت أنابيب الحديد، بالمقارنة، تبدأ بالتقشر والتآكل بسرعة، وقد تنسد في النهاية بسبب التآكل. ^{[ 12 ]}

توجد معايير قياسية محددة يجب اتباعها عند تصميم أو تصنيع أي نظام أنابيب. ومن بين المنظمات التي تصدر معايير الأنابيب:

• الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) - سلسلة B31
  • ASME B31.1 أنابيب الطاقة (أنابيب البخار وما إلى ذلك)
  • أنابيب العمليات ASME B31.3
  • أنظمة نقل خطوط الأنابيب وفقًا لمعيار ASME B31.4 للهيدروكربونات السائلة والسوائل الأخرى والنفط والغاز
  • أنابيب التبريد ومكونات نقل الحرارة وفقًا لمعيار ASME B31.5
  • أنظمة أنابيب نقل وتوزيع الغاز وفقًا لمعيار ASME B31.8
  • أنابيب خدمات المباني وفقًا لمعيار ASME B31.9
  • أنظمة أنابيب نقل المواد الطينية ASME B31.11 (تم سحبها، وتم استبدالها بـ B31.4)
  • معيار ASME B31.12 لأنابيب وخطوط نقل الهيدروجين
• الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM)
  • المواصفات القياسية ASTM A53 للأنابيب الفولاذية السوداء والمطلية بالزنك بالغمس الساخن والملحومة وغير الملحومة
  • المواصفة القياسية ASTM A106 لأنابيب الصلب الكربوني غير الملحومة للاستخدام في درجات الحرارة العالية
  • المواصفة القياسية ASTM A213 لأنابيب الغلايات، والمسخنات الفائقة، والمبادلات الحرارية المصنوعة من سبائك الصلب الفريتي والأوستنيتي غير الملحومة
  • المواصفات القياسية ASTM A252 لأوتاد الأنابيب الفولاذية الملحومة وغير الملحومة ^{[ 13 ]}
  • المواصفة القياسية ASTM A312 لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي غير الملحومة والملحومة والمشكلة على البارد بشدة
  • المواصفة القياسية ASTM A333 لأنابيب الصلب الملحومة وغير الملحومة للاستخدام في درجات الحرارة المنخفضة
  • المواصفة القياسية ASTM A335 لأنابيب الصلب السبائكي الفريتي غير الملحومة للاستخدام في درجات الحرارة العالية
• معهد البترول الأمريكي (API)
  • API 5L صناعات البترول والغاز الطبيعي - أنابيب فولاذية لأنظمة نقل خطوط الأنابيب ^{[ 14 ]}
• CWB – المكتب الكندي للحام
• EN 13480 – قانون الأنابيب الصناعية المعدنية الأوروبي
  • EN 13480-1 الأنابيب الصناعية المعدنية - الجزء 1: عام
  • EN 13480-2 الأنابيب الصناعية المعدنية - الجزء 2: المواد
  • EN 13480-3 الأنابيب الصناعية المعدنية - الجزء 3: التصميم والحساب
  • EN 13480-4 الأنابيب الصناعية المعدنية - الجزء 4: التصنيع والتركيب
  • EN 13480-5 الأنابيب الصناعية المعدنية - الجزء 5: الفحص والاختبار
  • EN 13480-6 الأنابيب الصناعية المعدنية – الجزء 6: متطلبات إضافية للأنابيب المدفونة
  • PD TR 13480-7 الأنابيب الصناعية المعدنية - الجزء 7: إرشادات حول استخدام إجراءات تقييم المطابقة
  • EN 13480-8 الأنابيب الصناعية المعدنية – الجزء 8: متطلبات إضافية لأنابيب الألومنيوم وسبائك الألومنيوم
  • أنابيب التدفئة المركزية EN 13941
• GOST، RD، SNiP، SP – رموز الأنابيب الروسية
  • RD 10-249 أنابيب الطاقة
  • أنابيب العمليات GOST 32388، أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة
  • أنظمة أنابيب نقل الغاز والنفط SNiP 2.05.06-85 و SP 36.13330.2012
  • GOST R 55990-2014 و SP 284.1325800.2016 خطوط الأنابيب الميدانية
  • SP 33.13330.2012 خطوط أنابيب الصلب
  • شبكات التدفئة المركزية GOST R 55596-2013
• EN 1993 -4-3 يورو كود 3 - تصميم الهياكل الفولاذية - الجزء 4-3: خطوط الأنابيب
• جمعية اللحام الأمريكية (AWS)
• AWWA - الجمعية الأمريكية لأعمال المياه
• جمعية توحيد معايير المصنّعين (MSS)
• المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI)
• الرابطة الوطنية للحماية من الحرائق (NFPA)
• رابطة مصنعي وصلات التمدد (EJMA)

• دليل أنابيب العمليات ASME B31.3، الإصدار 2، مؤرشف بتاريخ 9 نوفمبر 2020 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) من دليل معايير الهندسة التابع لمختبر لوس ألاموس الوطني OST220-03-01-ESM
• التصميم الزلزالي وتحديث أنظمة الأنابيب، يوليو 2002، من موقع تحالف خطوط الحياة الأمريكية
• الهندسة والتصميم، أنابيب العمليات السائلة. دليل المهندس، الوثيقة كاملة • (صفحة الفهرس) • فيلق مهندسي الجيش الأمريكي ، EM 1110-l-4008، مايو 1999