ساختمان پروژه‌های بزرگ صنعتی در کشور ما و دیگر کشورها، معمولا از مهم‌ترین سازه‌ها در بین ساختمان‌های دیگر محسوب می‌شوند. ساخت این سازه‌ها به دلایل گوناگون چالش‌های زیادی دارد و باید با بیشترین دقت طراحی و اجرا شود. یکی از این سازه‌ها پایپ رک فلزی است که نوعی اسکلت فلزی است که در ساخت نیروگاه‌ها، پروژه‌های استخراج و انتقال نفت و گاز، پتروشیمی، پروژه‌های نفت و گاز، سازه‌های تولیدی و سوله سازی است. در این مقاله قصد داریم تتا بدانیم پایپ رک فلزی چیست و چه کاربردی دارد. در ادامه نیز با برخی الزامات ساخت و ویژگی‌های آن بیشتر آشنا خواهیم شد.
مزایای استفاده از اسکلت فلزی برای سازه‌های گوناگون
بتن و فولاد هر دو مواد رایجی هستند که در ساخت سازه‌ها استفاده می‌شوند و می‌توان استدلال‌هایی را در مورد این که چرا هر یک از این مواد ممکن است برای یک پروژه خاص مناسب باشد، مطرح کرد.
استفاده از اسکلت فلزی یک روش ساخت و ساز است که در آن ستون‌ها و تیرهای فولادی برای ایجاد تکیه گاه برای کف، سقف و … مونتاژ می‌شوند . در ادامه مزایای اسکلت فولادی نسبت به سایر مصالح ساختمانی را بررسی می‌کنیم.
1. استحکام بالاتر
فولاد چگالی بالاتری نسبت به الوار یا بتن دارد که به این معنی است که برای همان ابعاد، فولاد سنگین‌تر خواهد بود. با این حال، یک فولاد با طول 50 میلی متر در 100 میلی متر می‌تواند بار بیشتری را نسبت به همان طول چوب 50 میلی متر در 100 میلی متر حمل کند. در عمل ، این بدان معنی است که فولاد کمتری برای ارائه همان مقدار پشتیبانی لازم است. پیامدهای این کاهش در استفاده از مواد اولیه، کاهش هزینه‌های حمل و نقل، کاهش نیروی کار و طراحی ساده پایه‌ها و سایر تکیه‌گاه‌های سازهای است.
2. طول عمر بیشتر
فولاد می‌تواند بیشتر از بتن دوام بیاورد، با این فرض که هر سه به درستی نگهداری شوند. فولاد با بالا رفتن سن بنا دچار ترک و شکافتگی نمی‌شود و یا نشست نمی‌کند. در صورت افزایش رطوبت تاب نمی‌خورد، پوسیده نمی‌شود یا منبسط نمی‌شود. با این حال، از تماس با رطوبت با آن باید از جلوگیری کرد زیرا ممکن است باعث خوردگی شود. برای محافظت از فولاد، پوششی از مواد مقاوم در برابر آتش و مقاوم در برابر آب باید اعمال شود که معمولا فولاد گالوانیزه در این موارد انتخاب می‌شود.
3. تطبیق‌پذیری
فولاد سازهای را می‌توان به اشکال مختلف ساخت که در عین حال استحکام سازه نیز حفظ شود. استفاده از فولاد امکان طراحی‌های خلاقانه و نوآورانه را فراهم می‌کند. فولاد سازهای همچنین امکان ایجاد ساختمان‌های با دهانه بزرگ مانند محوطه‌های داخلی و آشیانه‌های هواپیما و همچنین قابلیت ساخت آسمان خراش‌ها، پل‌ها، پایپ رک فلزی و سازه‌های بسیار بلند را فراهم می کند.
4. پایداری
استفاده از مدل‌سازی کامپیوتری قبل از ساخت، میزان ضایعات را کاهش می‌دهد و فولاد استفاده شده را کاهش می دهد. هر آهن بازیافتی در این سازه‌ها می تواند برای استفاده در پروژه‌های دیگر بازیافت شود . فولاد به طور بی پایان قابل بازیافت است زیرا هیچ ویژگی ذاتی مانند استحکام را در هنگام ذوب شدن و ریخته‌گری مجدد از دست نمی‌دهد.
5. ایمنی
استحکام کششی سازه‌های فولادی به آن‌ها اجازه می‌دهد زیر فشار پدیده‌های طبیعی مانند طوفان، فعالیت لرزه‌ای و بارهای برف عملکرد خوبی داشته باشند. فولاد همچنین در مواقع اضطراری مصنوعی مانند انفجار و ضربه عملکرد بهتری دارد. فولاد غیر قابل احتراق است، بنابراین خطر آتش سوزی ندارد، اما برخلاف بتن، مقاومت آن در معرض دماهای شدید به خطر می افتد. با این حال، بتن به خودی خود انعطاف پذیری چندانی ندارد، بنابراین باید با تقویت آن با فولاد، مقاومت کششی آن را افزایش داد .
6. زمان ساخت سریع‌تر
اسکلت‌های فولادی پیش ساخته، پس از ارسال به محل ساخت و ساز در مدت کمی قابل برپایی هستند. این اسکلت‌ها مانند پایپ رک فلزی پس از ارسال، بلافاصله آماده مونتاژ با پیچ و مهره یا جوش دادن قطعات به یکدیگر هستند، بر خلاف بتن درجا که باید قبل از ادامه ساخت، منتظر ماند تا قسمتی خشک شود. همچنین در اسکلت فولادی نیازی به قالب‌بندی موقت نیست که باید مونتاژ و سپس برچیده شود و ساخت و ساز را به تأخیر بیندازد.
7. مقرون به صرفه
از آنجا که قاب های فولادی در خارج از محل ساخته می شوند، کار در محل را می‌توان 10 تا 20 درصد کاهش داد. کارگران کمتر نیز به معنای حوادث کمتر و نیز هزینه کمتر است. فولاد بادوام است، بنابراین هزینه‌های نگهداری از نظر تعمیرات و تعویض می‌تواند کمتر باشد.
به حداکثر رساندن فضا
با توجه به استحکام بیشتر فولاد، می‌توان سوله‌های درون قاب‌های فولادی را از هم بازتر کرد که این امر باعث ایجاد فضاهای وسیع‌تری می‌شود . فضای وسیع‌تر در دسترس، انعطاف‌پذیری بیشتری را ممکن می‌سازد که می‌تواند فضای موجود را به حداکثر برساند. اگرچه بتن نیز قوی است، اما ارتفاع ساخت و ساز از کف تا سقف محدودتری دارد.
پایپ رک فلزی چیست؟
پایپ رک سازه فلزی یا بتنی مرتفعی هستند که برای پشتیبانی از لوله‌ها، انواع کابل برق و ابزارآلات طراحی شده‌اند. این سازه‌ها گاهی اوقات از تجهیزات مکانیکی، کشتی‌ها و پلت فرم های دسترسی سوپاپ نیز پشتیبانی و نگهداری می‌کند و آن‌ها را در ارتفاع مشخصی نگه می دارند.
پایپ رک فلزی از تمام خطوط اصلی تجهیزاتی مانند پمپ‌ها، مخازن ذخیره‌سازی، مخازن ساکن و ستون‌ها را به هم متصل می‌کنند، پشتیبانی می‌کند. تمام خطوط خروجی و ورودی به نیروگاه، خطوط تامین برق مانند بخار، آب خنک کننده، گاز بی اثر و … از طریق یک راهرو پایپ رک هدایت می‌شوند. هر تأسیسات فرآوری نفت و گاز و تأسیسات پتروشیمی معمولاً دارای پایپ رک فلزی است که به انتقال مواد خروجی و ورودی بین تجهیزات و انبارها یا مناطق تاسیساتی کمک می‌کند. با توجه به حجم بالای جا به جایی مواد و میعانات در پالایشگاه‌ها و پروژه‌های نفت و گاز، از این سازه‌ها برای نگهداری لوله‌های انتقال سیالات در ارتفاع مناسب، استفاده می‌شود.
انواع پایپ رک چیست؟
این سازه‌ها از نوع فلزی، بتنی و یا ترکیبی از این دو متریال هستند و باید به نحوی ساخته شوند که تحمل وزن این لوله‌ها را داشته باشند. انتخاب بین نوع و متریال ساخت این سازه‌ها، بستگی به هزینه، برنامه کارکردی و در دسترس بودن مواد و نیروی کار در این پروژه‌ها دارد.
پایپ رک بتنی
پایپ رک‌های بتنی معمولا در محل مورد نظر قالب‌گیری و ساخته و در ادامه نصب می‌شوند، بنابراین با توجه به زمان گرفتن بتن، این کار زمان‌بر است. در این گونه از پایپ رک‌های بتنی، آرماتور توسط مقاومت کششی میلگردهای فولادی تامین می‌شود و سیمان استحکام فشاری را برای سازه فراهم می‌کند. امروزه برای ساخت این سازه‌های بتنی در محل، از تیرها و ستون‌های پیش ساخته استفاده می‌شود. این موضوع باعث صرفه جویی در زمان و هزینه ساخت سایت و خود سازه می‌شود. صفحات اینسرت در ستون‌ها و تیرها برای جوش دادن اعضای فولادی روی آن‌ها استفاده می‌شود.
پایپ رک فلزی
پایپ رک فلزی و یا فولادی با استفاده از تیرها، کانال‌ها و زاویه‌ها با استفاده از فولاد و آهن ساخته می‌شود. این سازه‌ها در محل کارگاه ساخته می‌شود و در محل به صورت پیچ و مهره یا جوش سرپا می‌شود. این موضوع نصب این گونه از سازه‌های فلزی و فولادی را بسیار سریع می‌کند. با این حال، این مدل از پایپ رک‌ها به دلیل آسیب پذیر بودن در مقابل رطوبت و مواد شیمیایی، به تعمیر و نگهداری منظم و روتین مانند رنگ آمیزی به دلیل خوردگی نیاز خواهند داشت.
اجزای پایپ رک فلزی چیست؟
این سازه فولادی دارای اجزایی است که در کنار هم کارکرد آن را تضمین می‌کند.
1. قاب‌ها یا فریم‌ها
پایپ رک فلزی دارای قاب‌های خمشی در جهت عرضی و طولی هستند. فاصله مناسب در بین این فریم‌های چند سطحی برای تسهیل هر گونه عملیات و تعمیر و نگهداری فراهم شده است. مهاربندی عمودی در جهت طولی برای حمل نیروهای طولی، منتقل شده از طریق پایه های تیر، به فونداسیون انجام می‌شود.
2. تیرهای عرضی و طولی
تیرهای عرضی و طولی برای مقاومت در برابر تمام نیروها، گشتاورها و ترکیب بار طراحی شده‌اند.
3. ستون‌ها
ستون ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در برابر تمام بارها، گشتاورها و نیروهای ایجاد شده توسط ترکیب بارها مقاومت کنند.
4. مهاربندی عمودی
مهاربندی های عمودی برای انتقال نیروهای طولی از پایه های تیر، به پایه‌های اصلی استفاده می‌شود. برای این منظور از مهاربندی K با فاصله مساوی بین دو درز انبساط، استفاده می‌شود.
کارکرد پایپ رک فلزی
پایپ رک برای نظم دادن و ساختار بندی خطوط لوله در سراسر کارخانه‌های نظیر پتروشیمی، نیروگاه‌ها، پروژه‌های استخراج و انتقال نفت و گاز و سوله‌های صنعتی، ضروری هستند. تعداد زیادی خط لوله، خطوط فلر و دیگر خطوط که از طریق این ساختار و سازه‌ها از یک مجموعه تجهیزات به مجموعه تجهیزات دیگر یا از یک واحد به واحد دیگر عبور می‌کنند. همچنین لوله کشی و خط لوله میعانات و دیگر خطوط مانند آب، بخار، میعانات، هوای فشرده، نیتروژن منتهی می شود، نیز از طریق این ساختار شکل داده شده و یا جا به جا می‌شوند.
همچنین کابل‌های برق که توسط کانال‌های کابل پشتیبانی می‌شوند نیز، جدا از خطوط لوله در پایپ رک فلزی قرار می‌گیرند. به علاوه مبدل‌های حرارتی خنک شونده با هوا اغلب در بالای پایپ رک برای صرفه جویی در فضای طرح پشتیبانی می‌شوند. پایپ رک فلزی معمولاً از فولاد گالوانیزه گرم یا قاب های بتنی به نام خم ساخته می‌شود که خط لوله را در خود جای می‌دهد.
پایپ رک‌ها، معمولاً برای پشتیبانی از چند نوع خط لوله، چند سطحی هستند. لوله‌ها در در این سازه‌های فلزی معمولاً در ارتفاعی قرار دارند که امکان راه رفتن در زیر آن نیز وجود داشته باشد.این سازه‌ها طوری طراحی شده‌اند که فاصله زیر قفسه‌ها به اندازه کافی زیاد باشد که تجهیزات بالابر سیار بتوانند برای اهداف تعمیر و نگهداری زیر قفسه کار کنند.
برخی از مشخصات پایپ رک فلزی
این سازه‌های عظیم چون در صنایع بسیار حساس و حیاتی به کار می‌روند، باید خصوصیات زیر را داشته باشند:
ایمنی: به علت این که معمولا در پایپ رک سیالات آلوده‌کننده محیط زیست جابه‌جا می‌شود و این مواد برای انسان نیز خطرناک و گاهی سمی است، این سازه‌ها باید طوری طراحی و اجرا شوند که خطرات احتمالی در آن‌ها پیش بینی شود. در همه شرایط، و در هنگاه رخ دادن حوادث مسیرهای فرار باید وجود داشته باشد.
حداقل ارتفاع سر: بین راهروها و قفسه‌هایی که لوله‌ها در آن جای می‌گیرد، همیشه باید فضای خالی وجود داشته باشد تا بتوان به طور طبیعی بین آن‌ها، راه رفت. بهتر است گزینه‌های زیر در تمام سازه‌های پایپ رک فلزی در نظر گرفته شود:
- دسترسی جرثقیل‌ها و حمل و نقل سنگین به تجهیزات.
- دسترسی کارگران و مهندسان به تجهیزات، ابزار دقیق، تجهیزات آتش نشانی و غیره.
- دسترسی به بهره برداران کارخانه و کارگران تعمیر و نگهداری.
نردبان و سکوها:
نردبان‌ها و سکوها باید برای هر برای پروژه و با توجه به حجم لوله‌ها و ارتفاع و اندازه سازه به صورت استاندارد طراحی شود. این ابعاد در هر مرحله باید به همان فاصله باشد و سکوها همیشه باید حداقل عرض را داشته باشند.
مسیریابی لوله در پایپ رک فلزی
- تمام لوله‌ها در این ساختار باید به گونه‌ای هدایت شوند که یک طرح ساده، منظم و مقرون به صرفه ارائه کنند که امکان پشتیبانی آسان و انعطاف‌پذیری کافی را برای اجرا کنندگان فراهم کند.
- لوله کشی در این سازه‌های فولادی باید بر روی قفسه‌های افقی در ارتفاعات خاص چیده شود. هنگام تغییر جهت از نظر طولی به عرضی یا بالعکس، ارتفاع لوله‌ها باید تغییر پیدا کند اما باید مراقب بود که از تداخل جلوگیری شود. هیچ لوله‌کشی نباید در داخل اتاق‌های ابزار، برق یا مخابرات،کنترل و یا سوئیچ‌گیر قرار گیرد، به‌جز لوله‌های آتش نشانی که به این اتاق‌ها خدمات می‌دهند.
- لوله‌کشی پایپ رک باید با حلقه‌های انبساط طراحی شود که بتواند حرکت نسبی سکوها را در شرایط طوفانی طراحی و پیش‌بینی کند.
- لوله کشی سرد و گرم باید به طور جداگانه با خطوط گرم و بدون عایق در ارتفاع بالاتر از خطوط سرد گروه بندی شوند. خطوط بدون عایق با امکان انباشته شدن یخ نباید از بالای مسیرها اجرا شوند.
- هنگامی که به گسترش خطوط نیاز است، خطوط باید با هم گروه بندی شوند و در قسمت بیرونی قفسه قرار گیرند.
- لوله های کوچک باید با هم گروه شوند تا طراحی پشتیبانی ساده شود.
- از قرار دادن لوله‌های کوچک بین لوله‌های بزرگ به‌ویژه زمانی که خطوط بزرگ داغ هستند، خودداری شود.
- برای صرفه جویی در فضا و به دلایل اقتصادی باید از تکیه‌گاه‌های لوله‌های گیره‌دار در زاویه 45 درجه استفاده شود.
- سنگین ترین خطوط باید در دورترین فاصله از مرکز پایپ رک قرار گیرند.
- لوله‌های شیب‌دار، مانند هدرهای فلر و خطوط تخلیه، باید در کنار هم قرار گیرند و مسیریابی در مراحل اولیه در دوره طراحی ایجاد شود تا از مشکلاتی که ممکن است در صورت راه‌اندازی خطوط دیگر فرآیند و تاسیسات ابتدا پیش بیاید، جلوگیری شود.
- هدرهای تاسیساتی برای آب، بخار، هوا و غیره باید در بالای پایپ رک فلزی به صورت چند لایه چیده شوند.
- تمام شیرهایی که در شرایط عادی یا اضطراری نیاز به کار دارند، باید از یک عرشه یا سکو قابل دسترسی باشند.
- شیرهای جداسازی ترجیحا باید از عرشه یا سکو قابل دسترسی باشند. با این حال، اگر این امکان پذیر نباشد، سوپاپ‌ها باید به گونه ای قرار گیرند که دسترسی از امکانات موقت حاصل شود.
- دریچه های اصلی جداسازی همیشه باید از عرشه یا سکو قابل دسترسی باشند.
- دستگاه های کاهش فشار مانند شیرهای کمکی باید برای برداشتن آسان از سکوی دائمی قابل دسترسی و نصب باشند. شیرهای کمکی باید در حالت عمودی نصب شوند. سایر شیرها ممکن است کج شوند، تا زمانی که بدنه بالاتر از موقعیت افقی باشد.
- هنگامی که شیرهای ESD به عنوان شیرهای ایزوله نصب می‌شوند، باید تا حد امکان نزدیک به پارتیشن آتش و انفجار قرار گیرند.
