پایپینگ هوای فشرده، نقش تعیین کننده ای در حفظ فشار مناسب و انتقال بهینه هوا در سیستم های صنعتی دارد. انتخاب لوله هایی با قطر مناسب، جنس مقاوم در برابر خوردگی و طراحی صحیح مسیر لوله کشی، عملکرد کمپرسور هوا را بهبود داده و افت فشار را کاهش می دهد. استفاده از پایپینگ نامناسب باعث افزایش مصرف انرژی، فرسودگی بیشتر تجهیزات و نیاز به تعمیرات مکرر می شود. برای حفظ کیفیت هوای خروجی و جلوگیری از نشتی، استفاده از اتصالات استاندارد و اجرای دقیق لوله کشی اهمیت زیادی دارد. 

اجزای سیستم هوای فشرده

امروزههوای فشرده نقش مهمی در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ایفا می کند، بطوریکه کمتر کارخانه ای را می توان یافت که از تجهیزاتی که با هوای فشرده کار میکنند در آنها استفاده نشود. یک سیستم هوای فشرده معمولا شامل بخش های اصلی بشرح ذیل می باشد:

کمپرسور هوا: در یک سیستم هوای فشرده، کمپرسور هوا وظیفه تولید هوای فشرده را بر عهده دارد. یک مجموعه کمپرسور هوا معمولا متشکل از تجهیزات فشرده سازی هوا، موتور تولید کننده قدرت از نوع الکتریکی (یا احتراقی)، خنک کننده هوا، استند نگهدارنده و سیستم کنترل الکتریکی می باشد. امروزه با توجه به گسترش کاربرد هوای فشرده و پیشرفت های حاصله در فرآیندهای ساخت، کمپرسور هوا کاربردهای فراوانی در شاخه های مختلف صنعت پیدا کرده است.

درایر (خشک کننده): درایر یا خشک کننده در یک سیستم هوای فشرده وظیفه جذب رطوبت را از هوای فشرده شده برعهده دارد. درایرها معمولا در دو نوع «جذبی» و تبریدی» و یا ترکیبی از این دو نوع بکار گرفته می شوند.

فیلتر هوا: در یک سیستم هوای فشرده برای جلوگیری از ورود گرد و غبار و سایر ذرات معلق در هوا به کمپرسور و تجهیزات مصرف کننده، از فیلتر هوا استفاده می شود.

جداکننده: این تجهیزات که به آنها «تله آبگیر» نیز گفته می شود به منظور تفکیک هوا از میعانات در سیستم هوای فشرده مورد استفاده قرار می گیرند.

مخزن هوای فشرده: مخزن هوای فشرده (رسیور) جهت نگهداری و ذخیره سازی هوای متراکم کاربرد دارد. در صورت بالا بودن میزان مصرف، ممکن است از یک یا چند رسیور در یک سیستم هوای فشرده استفاده شود.

سیستم توزیع: سیستم توزیع، هوای فشرده را به تاسیسات و تجهیزات مصرف کننده انتقال می دهد و شامل لوله ها (یا پایپ ها)، اتصالات، فلنج ها، واشرها، لرزه گیرها، شیرآلات و تجهیزات تنظیم کننده فشار (رگولاتورها) و تجهیزات اندازه گیری مانند فشارسنج ها و دبی سنج ها می باشد. در یک سیستم هوای فشرده لوله ها معمولا بر اساس نوع کاربرد آنها در سیستم، به لوله های بالابر (یا رایزر)، لوله های توزیع کننده، لوله های ارتباطی و لوله های بهره برداری تقسیم می شوند.

بطور کلی میتوان گفت که طراحی صحیح سیستم توزیع هوای فشرده، بهره وری آن را به طرز چشمگیری افزایش می دهد. انتخاب اندازه صحیح و نوع متریال مناسب لوله ها از عوامل مهم در حفظ کارایی یک سیستم هوای فشرده هستند. معیارهای مهم در طراحی یک سیستم توزیع مناسب عبارتند از:

حداقل افت فشار بین نقطه خروجی از کمپرسور و نقطه ورودی به مصرف کننده 

کمترین نشتی هوا ناشی از سیستم توزیع

جداسازی بهینه چگالنده ها

لازم بذکر است که در یک سیستم توزیع هوای فشرده، حداکثر افت فشار مجاز بین کمپرسور و دورترین نقطه مصرف 1/0 بار می باشد. در ادامه مطلب، با انواع لوله کشی (پایپینگ) هوای فشرده، نحوه محاسبه قطر لوله ها، انتخاب متریال مناسب، مزایا و معایب هریک از آنها و نکات مهم در نگهداری پایپینگ هوای فشرده آشنا می شوید.

انواع لوله مورد مصرف در پایپینگ هوای فشرده

انواع مختلفی از لوله در سیستم پایپینگ هوای فشرده بکار برده می شوند که در این بخش، متداول ترین آنها بررسی شده اند:

لوله های فولادی ساده:این نوع لوله ها که اصطلاحاً به آنها «لوله سیاه» هم گفته می شود محکم و به صرفه بوده و برای پایپینگ هوای فشرده در محیط های مختلف صنعتی انتخابی رایج هستند. این لوله ها از فولاد کربنی ساده ساخته شده و سپس با لایه ای از اکسید سیاه (Black Oxide) پوشانده می شوند که مقاومت در برابر خوردگی بیشتری را ایجاد می کند. علیرغم وجود این پوشش، این نوع لوله ها برای جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی نیاز به بارزسی و نگهداری منظم دارند.  لوله های سیاه در دو نوع «درز دار» و «بدون درز» یا مانیسمان تولید می شوند. لوله های مانیسمان معمولا دارای وزن و قیمت بالاتر بوده و برای پایپینگ هوای فشرده با فشار بالاتر مناسب هستند.

لوله های فولادی گالوانیزه: لوله های فولادی گالوانیزه به دلیل دوام و مقاومت شان در برابر خوردگی شناخته می شوند. وزن آن ها برای کاربردهای ثابت مناسب است و می توانند در محیط ها و شرایط سخت مقاومت کنند. برای تولید این لوله ها، لوله سیاه درزدار تحت یک فرآیند گالوانیزه (گرم و یا سرد) قرار می گیرد. این فرآیند یک لایه محافظ روی لوله ایجاد نموده و مقاومت آن را در برابر خوردگی افزایش می دهد. از این نوع لوله بیشتر در مناطقی که رطوبت هوا بطور طبیعی بالا می باشد و پایپینگ در معرض خوردگی بیشتری است، استفاده می گردد.

لوله های فولادی ضد زنگ: فولاد ضد زنگ بطور کلی علاوه بر استحکام بالا، مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد و برای کاربردهایی که به هوای با خلوص بالا یا بدون رطوبت نیاز دارند، ایده آل است. این نوع لوله ها بسیار بادوام هستند اما هزینه بالاتری نیز دارند و معمولا در سیستم هوای فشرده در صنایع پزشکی و غذایی بکار برده می شوند. برای تولید این لوله ها، ابتدا ورق یا کلاف فولادی ضد زنگ برش داده شده و سپس نورد شده و درز آنها جوشکاری می شود. این نوع لوله نیازی به پوشش دهی اضافی ندارد.

لوله های آلومینیومی: لوله آلومینیومی سبک و مقاوم در برابر خوردگی بوده و نصب و نگهداری آن آسان است. این نوع لوله کاربرد زیادی در پایپینگ هوای فشرده داشته و برای سیستم های متحرک ایده آل است. لوله های آلومینیومی معمولا از بیلت های آلومینیوم آلیاژی گروه 6000 که دارای مقاومت به خوردگی بیشتری از سایر انواع آلیاژ آلومینیوم هستند، از طریق فرآیند اکستروژن و بصورت بدون درز تولید می شوند. این لوله ها دارای مقاومت طبیعی در برابر خوردگی اند. با این وجود، در برخی سیستم های پایپینگ از نوع آندایز شده برای ایجاد مقاومت به خوردگی بیشتر استفاده می شود.

لوله های پلی اتیلن (PE): لوله های پلی اتیلن (یک نوع مواد ترموپلاستیک) مقرون به صرفه، مقاوم در برابر خوردگی و مناسب برای سیستم های هوای فشرده کوچک و با فشار متوسط بوده و دارای قیمت مناسبی نیز هستند. لوله های پلی اتیلن معمولا از طریق فرآیند اکستروژن تولید می شوند. رزین پلی اتیلن، ذوب شده و با فشار از داخل قالب عبور می کند و یک لوله پیوسته را شکل می دهد. لوله های پلی اتیلن معمولا به سهولت در نصب نیز شناخته می شوند و لذا کاربرد فراوانی در پایپینگ هوای فشرده دارند.

اتصالات مورد مصرف در پایپینگ هوای فشرده

 انواع مختلفی از اتصالات در پایپینگ هوای فشرده بکار برده می شوند که مهم ترین آنها عبارتند از: سه راهی، زانویی، تبدیل، اتصال مستقیم و کورکن. نوع مواد و اندازه اتصالات مورد استفاده متناسب با نوع مواد و سایز لوله انتخاب شده برای پایپینگ می باشد. در شکل 2 برخی از انواع اتصالات مورد استفاده در پایپینگ هوای فشرده را می توان مشاهده نمود.

۳ عامل کلیدی در انتخاب سایز لوله های هوای فشرده

دبی هوا (Flow Rate) دبی یا نرخ جریان هوا، میزان هوایی است که در هر واحد زمان از سیستم عبور می کند. این عدد معمولاً بر حسب لیتر بر دقیقه (L/min) یا فوت مکعب بر دقیقه (CFM) اندازه گیری می شود. در سیستم ‌های پایپینگ هوای فشرده، هرچه دبی هوا بالاتر باشد، لوله باید ظرفیت انتقال هوای بیشتری داشته باشد تا از افت فشار جلوگیری شود. برای مثال، یک سیستم با دبی ۶۰۰۰ لیتر بر دقیقه نیازمند لوله ای با قطر بالا است تا بتواند جریان هوا را بدون تنگنا منتقل کند.

فشار کاری سیستم (Operating Pressure) هر سیستم هوای فشرده برای عملکرد صحیح نیازمند حفظ فشار مشخصی در کل مسیر انتقال است. لوله هایی با قطر پایین در برابر این فشار ممکن است راندمان را کاهش دهند یا دچار آسیب شوند. بنابراین، سایز لوله باید با فشار عملیاتی سیستم متناسب باشد تا هوای فشرده با کمترین تلفات و بدون نشتی منتقل شود.

طول مسیر لوله کشی (Pipe Length) هرچه مسیر انتقال هوا از کمپرسور تا نقطه مصرف طولانی تر باشد، مقاومت بیشتری در برابر جریان هوا ایجاد می شود که به کاهش فشار منجر می شود. برای مثال، در مسیرهای بالای ۳۰ متر، اگر از لوله های باریک استفاده شود، فشار در انتهای مسیر به شدت افت می کند. به همین دلیل، در مسیرهای طولانی توصیه می شود از لوله هایی با قطر بزرگ تر استفاده شود تا فشار هوا ثابت بماند و مصرف انرژی اضافی برای جبران افت فشار لازم نباشد.

انتخاب قطر لوله در پایپینگ هوای فشرده

اندازه مناسب قطر لوله ها در پایپینگ هوای فشرده برای حفظ فشار هوا و سرعت جریان مطلوب بسیار مهم است. بطور کلی می توان گفت که سایز قطر لوله در پایپینگ به دو عامل اصلی ارتباط دارد. عامل اول حداکثر حجم هوای عبوری از لوله و عامل دوم طول خط لوله می باشد. در کتب و هندبوک های مهندسی فرمول های کاربردی برای محاسبه اندازه قطر لوله ارایه شده است ولی مهندسان معمولا برای سهولت کار و جلوگیری از انجام محاسبات مکرر و زمانبر، از جداولی که محاسبات آنها قبلا انجام و بصورت کاربردی آماده شده اند، استفاده می کنند. جدول ذیل یکی از این نوع جداول است که برای انتخاب قطر لوله در پایپینگ هوای فشرده استفاده می شود. بطور مثال، اگر دبی عبوری از لوله 850 لیتر بر ثانیه و طول لوله کشی برابر با 150 متر (با احتساب طول معادل اتصالات و غیره) باشد، قطر لوله در پایپینگ هوای فشرده بایستی 25 میلی متر در نظر گرفته شود.

جدول 1- اندازه قطر لوله (میلی متر) بر حسب دبی عبوری از لوله ( لیتر بر دقیقه) و طول لوله ( متر)

انتخاب نوع و مواد پایپینگ هوای فشرده

انتخاب مواد مناسب برای پایپینگ هوای فشرده یکی از عوامل مهم در کارآمدی آن است. در جدول 2 چند نوع مواد رایج برای پایپینگ درج و از نظر کاربرد، مزایا و معایب مقایسه شده اند:

جدول 2:  مقایسه مشخصات مواد پایپینگ بر اساس کاربرد، مزایا و معایب

علائم و رنگ ها در سیستم های هوای فشرده

: علائم و رنگ های شناسایی نقش حیاتی در حفظ یک سیستم هوای فشرده ایمن و کارآمد و همچنین تشخیص انواع پایپینگ دارند. علائم واضح و قابل مشاهده، همراه با رنگ آمیزی استاندارد، به اپراتورها و پرسنل تعمیر و نگهداری کمک می کنند تا به سرعت مشکلات پایپینگ در یک سیستم هوای فشرده را شناسایی و به آنها پاسخ دهند و ایمنی و کارایی پایپینگ را تضمین کنند. بر این اساس استاندارد BS1710، رنگ های مختلفی  را برای کاربردهای مختلف پایپینگ توصیه نموده است. مطابق با این استاندارد، در یک سیستم هوای فشرده رنگ آمیزی پایپینگ و مخازن هوای فشرده، آبی کم رنگ می باشد. استفاده از رنگ آمیزی استاندارد در محیط صنعتی همچنین باعث بالا رفتن سطح ایمنی در مواقع اضطراری می گردد.

بازرسی، تعمیر و نگهداری پایپینگ هوای فشرده

یکسیستم پایپینگ هوای فشرده مانند هر سیستم صنعتی دیگری، نیازمند بازرسی و نگهداری مناسب است. این امر در افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان سیستم هوای فشرده بسیار اهمیت دارد. مراحل رایج و کلیدی در مورد بازرسی پایپینگ هوای فشرده عبارتند از:

1. بازرسی های چشمی: لوله ها در یک سیستم هوای فشرده باید به طور منظم برای نشانه های خوردگی، نشتی یا آسیب بازرسی شوند تا اتصالات شٌل شناسایی شده و اطمینان حاصل شود که آویزها و تکیه گاه ها سالم هستند.
2. تشخیص نشتی: تست نشتی از مهم ترین تست های پایپینگ هوای فشرده می باشد. برای تشخیص و شناسایی محل نشتی هوا در پاپینگ و سایر بخش های سیستم هوای فشرده، از نشت یاب های اولتراسونیک استفاده می شود. با استفاده از این نوع نشت یاب، می توان بسرعت محل نشت را شناسایی و مانع از ادامه آن شد. نشتی هوا در پایپینگ هوای فشرده می تواند منجر به هدر رفتن انرژی و کاهش کارایی سیستم شود.
3. تمیز کردن فیلترها: برای حفظ کیفیت هوای خروجی در سیستم هوای فشرده، لازم است فیلترها بصورت دوره ای بازرسی شده و در صورت نیاز تمیز و یا تعویض شوند. این کار باعث جلوگیری از گرفتگی فیلترها و کاهش فشار و راندمان خط و کیفیت هوا در یک سیستم هوای فشرده می شود.
4. تعویض لوله های فرسوده: پایپینگ هوای فشرده لازم است بصورت نوبه ای از نظر وجود هر نوع فرسودگی، مانند زنگ زدگی، پوسیدگی و غیره مورد بازرسی قرار گیرد. هنگامی که خوردگی یا آسیب دیدگی در بخشی از پایپینگ هوای فشرده تشخیص داده شد، لازم است در اسرع وقت بخش های آسیب دیده تعویض و از خرابی و افت راندمان سیستم هوای فشرده جلوگیری شود.
5. تست فشار: انجام این نوع تست برای بررسی یکپارچگی لوله ها و اتصالات در پایپینگ هوای فشرده به طور دوره ای پیشنهاد می گردد.
6. تخلیه میعانات: لازم است اطمینان حاصل شود که سیستم تخلیه میعانات به درستی کار می کند تا از تجمع مایعات در سیستم هوای فشرده و ایجاد خوردگی در نقاط مختلف لوله کشی جلوگیری شود.
7. رنگ آمیزی: در یک سیستم هوای فشرده، که از لوله های آهن سیاه در پایپینگ آن استفاده شده، لازم است علاوه بر موارد گفته شده، لوله ها بصورت نوبه ای و برای جلوگیری از زنگ زدگی با  پوشش ضدزنگ مناسب رنگ آمیزی شوند.

مقایسه ۳ نوع رایج لوله در سیستم های هوای فشرده

در سیستم های پایپینگ هوای فشرده، انتخاب جنس لوله یکی از تصمیم های مهم فنی است که بر عملکرد، دوام و هزینه های نگهداری تأثیر می گذارد. در این حوزه، سه نوع رایج لوله شامل آلومینیومی، فولادی و پلی اتیلن استفاده می شود که هر کدام مزایا و معایب مشخصی دارند.

نکات کلیدی در حفظ کیفیت کمپرسور هوا

انتخاب مناسب پایپینگ هوای فشرده و لوله های باکیفیت، عملکرد کمپرسور هوا را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. در نظر گرفتن عوامل کلیدی مانند دبی هوا، فشار کاری سیستم و طول مسیر لوله‌ کشی، از افت فشار و کاهش راندمان جلوگیری می‌ کند. همچنین، شناخت مزایا و معایب انواع لوله هوای فشرده آلومینیومی، فولادی و پلی ‌اتیلن به انتخاب بهینه کمک می ‌کند. انتخاب لوله برای کمپرسور به ویژه کمپرسور اسکرو، بخش مهمی از طراحی پایپینگ صنعتی است که تأثیر مستقیم بر کارایی و دوام سیستم دارد.

نتیجه گیری

در یک سیستم هوای فشرده، طراحی شبکه توزیع مناسب برای استفاده در عملیات صنعتی، امری ضروری است. انتخاب صحیح نوع لوله و مواد آن با توجه به کاربرد مورد نظر، محاسبه دقیق قطر لوله با استفاده از فرمول های مناسب یا انتخاب از جداول کاربردی معتبر، برای یک سیستم پایپینگ هوای فشرده کارآمد، بسیار مهم است. برای طراحی پایپینگ، می توان ابتدا با استفاده از جدول شماره 2 مزایا و معایب لوله ها را در نظر گرفته، سپس با توجه به کاربرد موردنظر، نوع لوله و با کمک جدول شماره 1 قطر لوله ها را مشخص کرد، بطوریکه که افت فشار کلی در سیستم هوای فشرده در حد  1/0 بار باشد.