الرئيسية / المعيار الدولي / ASME Code / الضغط الخارجي External Pressure الجزء الثالث
صناعة النفط والغاز تواجه التحدي الاكبر في ٥٠ عاما
صناعة النفط والغاز تواجه التحدي الاكبر في ٥٠ عاما

الضغط الخارجي External Pressure الجزء الثالث

الضغط الخارجي External Pressure الجزء الثالث

اهلا بكم من جديد اعزائي القراء في موقع عقل المهندس وسوف نكمل سويا باذن الله مقالة الجزء الثالث والاخير من مقالات الضغط الخارجي External Pressure وفي الحقيقة ان الكلام عن الضغط الخارجي لا يمكن ان يتوقف عند هذه الاجزاء الثلاثة ولكن هذه الاجزاء الثلاثة هي مجرد مقدمة بسيطة عن الاخطاء الشائعة في فشل اليات الضغط الخارجي External Pressure Mechanism Failure اثناء عمليات التصميم سواء كان ذلك في المجمعات او الاوعية Vessels او الخزانات Tanks او Pipe lines وفي الواقع ان هذه المقالة هي عبارة عن تكملة رابط للجزء الاول ورابط الجزء الثاني  ولكي تتمكن من المتابعة عليك ان تتابع الاجزاء ويمكنك تحميل كتيب التصميم من نهاية مقال الجزء  الاول ومتابعة الشرح في الجزء الثاني وذلك حتي تتمكن من الفهم بما يدور حولك يجب عليك تحميل هذا الكتيب هذا التصميم هو من اعداد شركة PVEng الكندية وهي من الشركات الكبري في صناعة ال Pressure Vessels ولقد قمت بادراج مقالاتي من خلال  ASME Code section VIII Division 1 Rules for Construction of Pressure Vessels وبناء علي ASME – VIII – UG-29 and UG-29 وكما لابد ان تكون علي دراية وافية بقرآة Definitions of UG-29 and UG- 28 لان هذه التعريفات مهمة جدا بالنسبة لاتضاح المعلومات التي نحن بصددها وحتي لا اطيل عليكم سوف ندخل في الموضوع الان

خامسا : Half Pipe Jackets او سترات انصاف الانابيب

في الواقع ان Half Pipe jacket هو احد الحلول الجيدة في تقليل الطول الفعال بالنسبة للضغط الخارجي وهو يعني بالانجليزية reduce the effective length of the external pressure وهي ليست شائعة الاستخدام كسابقيها من الحلقات الداعمة vacuum ring ولكنها احد الحلول التي يمكن من خلالها تركيب Half pipe Jacket علي التوالي لتقليل الضغط الخارجي ولكنه في الحقيقة ان العمليات الحسابية في هذه الحالة تكون مختلفة نسبيا حيث انها قد تقابل المعايير والمواصفات المطلوبة من ASME بالنسبة للمساحة L ولكن يتوجب عليك عمل حسابات اخرى بالنسبة لكامل الجسم shell length هذا النوع من السترات ليس سيئا ولكنه فعال في بعض الاحيان من حيث تقليل فشل اليات الضغط الخارجي ويكفي انه لايؤثر علي التصميم بشكل عام

وفي الحقيقة ان ASME Code لم يوضح ابدا العمليات الحسابية لهذا النوع من half pipe jacket علي الرؤس heads ولكن في الواقع هناك في Appendix EE contains rule EE-2 -1 يوضح لك طريقة العمليات الحسابية للضغط الخارجي لكامل طول الجسم Shell والرؤس heads تحت هذا النوع من السترات انصاف الانبايب او half pipe jacket بمعني اخر كآنها نفس العمليات الحسابية لل Shell and heads العادية هذا علي حد فهمي لهذه النوع من السترات ولا اخفيكم انني لم اواجه هذا التصميم من قبل او انني قد شاهدته خلال مسيرتي العملية من فضلك انظر الي الصورة الاتية لتري كيفية حساب هذه الانواع من السترات انصاف الانابيب

Half pipe jackets per VIII-1 Appendix EE انصاف الانابيب حسب متطلبات

يمكنك النظر الي الحسابات الموجودة بالصفحة رقم ٢٢ من كتيب التصميم في الواقع انه لو تمت عملية الحسابات بناء علي علي UG-28 فآنت سوف تحتاج الي ان يكون shell Thickness حوالي ٠.٠٩٥ بوصة ولكنه بالطبع لا يصلح للرؤس head ولكن عندما تم استخدام الحسابات نسبة الي   appendix EE half pipe calculation اصبح ال shell wall Thickness يساوي 0.188 وهذه اقل قيمة يمكنك استخدامها بمعني ان ده اقل القليل حسب appendix EE ويكون البايب المستخدم ٣ بوصة وسوف يتحمل معك ضغط حوالي ٢٤٣ psi سواء مناطق الرآس او الجسم نفسة طبعا ال ٢٤٣ هذه فقط في منطقة السترة اللي هي L

وعندما سآلت بعض من اهل الخبرات عن هذا النوع من التصميم ومنهم شركة PVEng كانت الاجابة واضحة انه من الخطاء ان تعتقد ان هذا النوع من التصميم صمم لكي يقاوم عمليات فشل الضغط الخارجي بصفة عامة ولكنه يصح فقط في ان تستخدمه مع بعض الحالات التي تكون فيها مصادر اخري لمقاومة اليات فشل الضغط الخارجي (يعني انا عاوز اقول ان half pipe jacket ممكن تعمله مع vacuum ring علي سبيل المثال) لانه فيه مصدر اخر لمقاومة الضغط  الخارجي وفي واقع الامر ان النوع هذا قد يمر بسلام حسب متطلبات appendix EE ولكنه من المستحيل ان يمر ويقابل متطلبات ومعايير ASME UG-28 ويمكنك التجربة بنفسك باستخدام FEA فهو متاح للمصممين لاجراء الاختبارات ومن الاخطاء الاخرى الشائعة في هذا التصميم انه عندما تتكلم عن الرؤس heads يجب ان تحسب الضغط الخارجي ايضا  لكامل الرآس وهذا ليس موجود في appendix EE وفي الحقيقة اود ان اقول ان هذا النوع من التصميم ليس له اي حسابات يمكنك الاعتماد عليها بشكل كامل في ASME VII D1 بالتالي عندما تكون قد نويت العمل عليه ان تكون حرصيا حرصا شديدا في عمليات حساب الضغط الخارجي

سادسا: Stayed Surfaces for External Pressure او مقاومة الضغط الخارجي بواسطة القضبان القائمة

في الحقيقة ان استخدام هذا النوع من التصميم علي جسم vessel يتيح لك حرية كاملة في ان تضع مواصفات عالية الجودة في عملية مقاومة الضغط الخارجي او الداخلي علي حد سواء كما انه يسمح للمصمم بطريقة التصميم التي يراها مناسبة ولا يهمة شكل العام تحت السترة stayed بالنسبة للقضبان rods ولا يعني له شيئا اذا كانت السترة نفسها او الجسم تحت هذه السترة شكله محدب convex او مكعر concave ولا يعي بالا ولا يهتم اذا كانت اليات فشل الضغط خارجية External failure mechanism او داخليه internal failure mechanism ولكن ما الذي يهتم به المصمم في هذه الحالة عندما يبداء في التصميم باستخدام هذه الطريقة؟

في الواقع هو يهتم الي امور منها المسافات بين القضبان – هل القضبان قوية بما فيه الكفاية لتحمل الضغط – هل القضبان مثبتة بطريقة قوية – هل سمك السترة نفسها jacket surfaces thick  او جسم الوعاء او المجمع shell thickness كافي لان يتم تثبيت واقامة هذه القضبان عليه ام لا وكما في هذه الصورة كيفية اقامة هذه النوع من التصميم لاحظ انه بالفعل لايعني له الشكل قدر ما تعنيه طريقة التصميم نفسها

Stayed Surfaces for External Pressure at any shape

في الحقيقة ان امكانية الحصول علي طريقة التصميم لهذا النوع من السترات المقاومة لفشل اليات الضغط الخارجي سوف تجدها بداخل ASME-VIII – Devision 1 – UG- 47 وبالنسبة لحساب الرؤس سوف تجدها في UG-34 flat heads في الواقع عندما تنظر الي هذه الصورة او هذا الشكل وهذا النوع من السترات المقاومة للضغط تجدها ممتازة جدا علي اي شكل سواء كان vessel or jacket يتمتع بالاسطح المسطحة ولكن ان استخدامها في (الاوعيه pressure vessels هي ليست مثمرة بالمرة او يمكنك القول بان نتائجها ضعيفة مع اوعية الضغط) بعكس الاسطح المسطحة كما ان المسافة بين الجسم والسترة ليست مهمة اثناء التصميم تفضل بالضغط علي الصورتان ادناة لقرآة بعض الملاحظات الهامة
يمكنك النظر الي العمليات الحسابية الموجودة في الصفحة ٢٥ وانظر اذا ماكان ال vessel المصنوع من قبل PVEng انه تم تركيب جاكيت او سترة من هذا النوع وكانت المسافات بينهم ٦ بوصة jacket supported by stays 6″ spacing هيكون التخانه الفعلية المطلوبة للرؤس head هي ٠.١٦٤ بوصة سماكة بحيث ان تكون المواسير قطرها ٠.٤بوصة او قريب النصف بوصة.

علي العموم في الصورة الثانية في الاعلي موضح بها سترات من النوع الدمبل جاكيت او dimple jacket هذا النوع من السترات يستخدم كثيرا وهو موجود بالفعل في appendix 17 of ASME ويتم عمل حساب الضغط الداخلي للجسم بالنسبة لآوعية الضغط wall pressure vessel علي اساس الجزء 17-5 (b)(1) or (2) – modified flat plate calculations وهذا النوع من السترات يصلح للاستخدام للجسم مهما كان شكله وعند اجراء الاختبارات سوف يتم نجاح هذه العملية هذا طبعا لاينطبق علي بعض السترات التي بها لحام ليزر لان هذه الانواع من السترات لها قيود خاصة اثناء عمليات الاختبار ويجب عليك اتباع التعليمات الموجودة في 17-5(a)(2)  في نهايته من فضلك انظر الي الصورة ادناه موضح بها هذه الانواع من السترات الليزرية

Sample laser welded dimple jacket

في الواقع ان السترات او الجاكيت نوع دامبل الذي به لحام ليزر laser welded dimple عندما يتم لفه علي جسم الوعاء سوف تلاحظ الفرق بينه وبين السترات الدامبل العادية وهو ان هذا النوع من الجاكيت يعطي ضخامة اكبر من المعتاد ولن يكون مستوي بما فيه الكفاية عند لفه علي سطح اي وعاء كما انه من ضمن الاخطاء الشائعة ايضا انه يعتقد ان اي نوع من انواع سترات الدامبل جاكيت dimple jacket يمكنها ان تقاوم عوامل فشل الضغط الخارجي كما يعتقد البعض وفي الحقيقة انه يصلح ولكن اذا تم استخدام نوع اخر من عوامل مقاومة فشل اليات الضغط الخارجي غير الموجود بين الجاكيت دمبل وجسم الوعاء نفسة وعلي العموم في حالة استخدامك لهذه الانواع من السترات يجب عليك كما ذكرت سابقا اتباع التعليمات الخاصة في ASME 5-17 بشآن تخانة وسماكة الجسم نفسه كما يجب عليك ان تكون حريصا في هذا الامر ان تقوم بعملياتك الحسابية بالنسبة للجسم والرآس علي حد سواء مع الاخذ بالاعتبار ان اثناء الاختبار الاستاتيكي قد تؤثر اللحامات الموجودة في الدمبل جاكيت علي جسم الوعاء نفسه لدرجه اذا نظرت له من الداخل ترى شكل لحامات دمبل جاكيت علي جسم vessel ولا اخفيكم ان هذه الانواع من الاوعية تستخدم غالبا في السماكات الرقيقة اكثر منها في الاوعية او المجمعات عالية التخن او السمك

سابعا : اكثر من مصدر لمقاومة اليات فشل الضغط الخارجي More than One Source of External Pressure

كما ذكرنا سابقا ان كل من dimple jacket and half pipe jacket لا يصلح الا اذا كان هناك مصادر اخري لمقاومة اليات فشل الضغط الخارجي وفي الحقيقة انه عندما نتكلم عن عمليات حساب لضغط الخارجي لاكثر من مصدر فآنت الان تواجه صعوبة في عملية الحسابات علي عكس الحسابات لمصدر واحد فقط  وكمثال بسيط يوجد عندنا vessel او وعاء ضغط مع عملية سحب داخلية internal vacuum and pressure in a jacket. The cases with the stay rods, half pipe jackets and dimple jackets t في هذه العمليات الحسابية عليك ان تبداء اولا في حساب الوعاء كامل complete vessel وتقدير اليات السحب vacuum  كما لو انه لايوجد عليه سترات خارجية ثم بعد ذلك يتوجب عليك حساب shell بالنسبة لكل من half pipe, jacket, dimple مجتمعين باستخدام حساب الضغط والسحب مجتمعين P + Vacuum وفي النهاية عليك تصميم الجاكيت لمقاومة الضغط design the jacket for the pressure في الصورة الاتية مثال واضح علي كيفية عمل هذه الحسابات وسوف نتناول خطواتهم

Vacuum + external pressure on half pipe, dimple and stayed surfaces

  • الضغط الخارخي حاليا ١٥ + ٣٠ = ٤٥ Psi وبالنسبة للسحب تحت ضغط السترة سيكون ٣٠+ واعني بالانجليزية vacuum +30 psi jacket pressure وبالنسبة للسمك المطلوب تحت الدمبل سوف يرتفع الي ٠.١٢٧ يمكنك ايضا استعمال المعادلات من app-17-5 -2 الموجود في ASME VIII واصبح السمك المطلوب بالنسبة للسترات stayed هو ٠.٢٠٠ علي اقل تقدير من فضلك انظر الي الصفحة ٢٩ حتي تتمكن من الفهم اكثر وسوف يكون السمك تحت half pipe ٠.١٨٨ وهذا هو الحد الادني حسب معايير ومواصفات appendix EE  بال ASME شاهد الصفحة ٣٠
  • بالنسبة لكامل جسم الوعاء او المجمع vessel سوف يتم حساباتك علي اساس ١٥ psi للضغط الخارجي وهذا تم حسابه سابقا يمكنك النظر الي الصفحات ٥ – ٦ – ٧ وبالنسبة الي كل من  The F&D head – 0.142″ thick, the SE head – 0.127″ thick, the straight shell 0.225″ thick ايضا موجود بنفس الصفحات
  • بعد ذلك يتم استخدام الحد الاقصي للسمك من الخطوة ١ و ٢ وسيكون الجسم كامل وانا اقصد shell فقط بدون الرؤس سيكون ١٥ psi للضغط الخارجي وعند اجراء العمليات الحسابية سوف تجد ان الجسم سيحتاج الي ٠.٢٢٥ سماكة لتحمل هذا الضغط وبالنسبة الي F&D and SE سيكون محدود بوجود half pipe عليه ويبقي علي وضعه ٠.١٨٨ سماكة
  • لعلك تعلم انه من الاخطاء الشائعة ان يتم حساب الضغط الخارجي لكامل الوعاء بناء علي جمع pressure + vacuum  وهذا خطاء شائع بين المصممين من فضلك انظر الي الصورة بالاسفل
Vacuum + external pressure on half pipe, dimple and stayed surfaces – Vessel straight shell is supported by a UG-29 style vacuum ring
لاحظ انه قد تم اضافة حلقات الدعم ايضا في هذا المجمع او الوعاء حسب تعليمات ومواصفات UG-29 وفي الصفحة رقم ١٠ من الكتاب تم عمل حسابات سابقة وتم تخفيض السمك المطلوب الي ٠.١٦٩ مقارنة باستخدام half pipe jacket – dimple or stayed support كما انه لايمكن تخفيض السمك اكثر من هذا اذا قمت باضافة المزيد من حلقات لانك قد وصلت الي الحد المطلوب من فضلك قم بالضغط علي الصور ادناة لمشاهدة التفاصيل
في الحقيقة انه بعد ان تمت عمليات الحسابات لهذا المجمع سابقا بدون الدعامات السابق ذكرها كان جسم المجمع او الوعاء اضعف من ذلك بكثير والان ومع اضافة السترات والدعامات اضافت قوة الي الجسم ولكن في الواقع لم يحدد asme code كيف اتوجدت هذه القوة ولا توجد لها اي معادلات ولكن بالرجوع الي التقرير رقم  VIII-81-47 July 1, 1981 file BC80-326 سوف تجد الرد علي هذا التفسير  وهذا هو

Interpretation: VIII-81-47
Subject: Section VIII, Division 1, Appendix 14, Jacketed Assemblies, and U-2(g)
Date Issued: July 1, 1981
File: BC80-326

Question: When single embossed, jacketed assemblies, such as described in Appendix 14, are used as shells subjected to external pressure loading on the embossed side, may properties of the embossed assembly be considered when determining the required thickness of the flat plate for the external pressure?

Reply: Yes. The geometry covered by your inquiry is not specifically covered by any of the rules of Division 1. However, the rules of U-2(g) shall apply.

في النهاية يمكنك استخدام العمليات الحسابية من خلال الكود ASME وكما يمكنك اجراء الاختبارات اذا اردت ان تقلل السمك اكثر من ذلك  وفي نهاية الامر ان الضغط الخارجي يبقي له امثلة اخري سوف نتناولها في مقالات قادمة تابعه لهذه الاجزاء الثلاث وستكون عبارة عن ملاحق للضغط الخارجي وكما يسرنا استقبال اي استفسارات عبر منتديات الدعم الفني في عقل المهندس مفتاحك لفتح البوابة الذهيبة للهندسة

تحياتي لكم واترككم في رعاية الله وامنه

2 تعليقان

  1. شكرا لك ونحن في انتظار المزيد

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *