نماد مبدل حرارتی هوا خنک در P&ID؛ اختصارات، تگ گذاری و نحوه تشخیص

اگر با نقشه های P&ID پروژه های صنعتی کار کرده باشید احتمالا دیده اید که مبدل هواخنک همیشه دقیقا با یک شکل ثابت نشان داده نمی شود. یک شرکت مهندسی ممکن است شکل ساده ای از Air Cooler را روی نقشه بگذارد و شرکت دیگر فن ها و مسیر هوا را هم روی نماد نشان بدهد.

برای کسی که نقشه را می خواند این تفاوت ها در نگاه اول کمی گیج کننده است. ولی اصل ماجرا سخت نیست. باید بدانیم دنبال چه چیزهایی بگردیم و Tag تجهیز را چطور بخوانیم.

مبدل هواخنک یا Air Cooled Heat Exchanger تجهیزی است که گرمای سیال فرایندی را به هوای محیط منتقل می کند. برخلاف مبدل هایی که برای خنک کاری به آب یا سیال ثانویه نیاز دارند در اینجا فن و جریان هوای محیط بخش اصلی سیستم خنک کاری هستند.

اگر بخواهیم جایگاه این تجهیز را بین انواع مبدل های حرارتی ببینیم، تفاوت اصلی در سمت خنک کننده است. در Air Cooler هوای محیط از روی سطح فین دار عبور می کند و گرمای سیال داخل تیوب ها را می گیرد. این مطلب بر اساس تجربه بررسی مدارک فنی تجهیزات انتقال حرارت و با تمرکز بر نحوه خواندن P&ID، Datasheet و مدارک مهندسی تجهیزات صنعتی تدوین شده است.

در P&ID از کجا بفهمیم تجهیز Air Cooler است؟

اولین نکته این است که نباید فقط به شکل ظاهری نماد نگاه کنیم.

در نقشه واقعی باید چند علامت را کنار هم ببینیم:

• بدنه یا Tube Bundle

• فن یا Fan

• موتور فن

• خطوط ورودی و خروجی فرایندی

• Tag Number

• ابزار دقیق دما

• در بعضی طراحی ها لوور یا دمپر

• گاهی مسیر بای پس

• و در بعضی پروژه ها تجهیزات حفاظتی مربوط به فن

وقتی چند مورد از این علائم کنار هم قرار گرفته باشند تشخیص Air Cooler خیلی راحت تر می شود.

خود نماد ممکن است یک مستطیل ساده باشد و فن در بالا یا پایین آن قرار بگیرد. بنابراین اگر نقشه ی مبدل حرارتی هوا خنک شما با چیزی که قبلا دیده اید فرق داشت لزوما به معنی اشتباه بودن نقشه نیست. فلسفه ترسیم P&ID و استاندارد گرافیکی شرکت مهندسی هم روی شکل نماد اثر دارد.

اختصار Air Cooler چیست؟

در مدارک مهندسی چند عبارت مختلف ممکن است برای این تجهیز ببینید.

بین این موارد ACHE از نظر فنی عبارت دقیق تری برای Air Cooled Heat Exchanger است. با این حال در پروژه واقعی ممکن است حتی از AC هم استفاده شود.

پس اگر در یک P&ID عبارت ACHE و در نقشه دیگری AC دیدید نباید فقط به دلیل تفاوت Tag فکر کنید که دو تجهیز کاملا متفاوت هستند. باید Legend و Equipment List همان پروژه را هم ببینید.

Tag مبدل هواخنک چگونه خوانده می شود؟

Tag Number در پروژه های صنعتی یک کد شناسایی است.

مثلا:

E-2104

ممکن است E به Exchanger اشاره داشته باشد و 2104 شماره تجهیز یا شماره مربوط به واحد باشد.

اما این یک قانون جهانی نیست که در تمام پروژه ها دقیقا همین معنی را داشته باشد.

مثلا ممکن است ببینید:

E-2104 A/B

یا:

AC-2104

یا:

ACHE-2104

حروف A و B معمولا برای مشخص کردن دو تجهیز یا دو بخش مشابه به کار می روند. ولی اینکه این دو تجهیز واقعا یکی در سرویس و دیگری رزرو است یا هر دو با هم کار می کنند را فقط از روی A/B نمی شود با اطمینان گفت.

این مورد در پروژه های EPC خیلی مهم است. همیشه باید Tag را با Equipment List و Legend نقشه تطبیق داد.

نماد Air Cooler در PFD و P&ID چه فرقی دارد؟

این یکی از سوال هایی است که برای مهندس تازه وارد زیاد پیش می آید.

در PFD هدف اصلی نمایش جریان اصلی فرایند است. بنابراین جزئیات تجهیز و ابزار دقیق معمولا محدودتر است.

در P&ID قضیه فرق دارد. اینجا قرار است بفهمیم خطوط و تجهیزات چطور به هم وصل شده اند و کنترل و حفاظت تجهیز چطور انجام می شود.

برای همین ممکن است در P&ID کنار Air Cooler موارد زیر دیده شود:

• TI یا TT برای اندازه گیری دما

• PI برای فشار

• کنترل ولو

• Fan Motor

• مسیر Drain

• مسیر Vent

• Bypass

• Interlock

• Vibration Switch

پس یک نماد ساده در PFD ممکن است در P&ID تبدیل به یک سیستم نسبتا کامل شود.

یک نکته مهم درباره فن Air Cooler

فن فقط یک علامت تزئینی روی نقشه نیست. محل قرار گرفتن فن می تواند اطلاعاتی درباره آرایش تجهیز بدهد.

در Forced Draft معمولا فن زیر Tube Bundle قرار می گیرد و هوا را به سمت باندل می فرستد.

در Induced Draft فن در قسمت بالاتر قرار می گیرد و هوا را از روی باندل می کشد.

البته برای تشخیص قطعی نباید فقط به محل فن تکیه کرد. باید Legend و مشخصات تجهیز را هم دید.

در پروژه های واقعی حتی جزئیات بیشتری مثل تعداد فن ها و سلول های تجهیز هم مهم می شود. برای کسی که در مرحله بررسی فنی است بهتر است قبل از نتیجه گیری سریع سراغ راهنمای انتخاب مبدل هواخنک برود تا مشخصات فنی را از شکل نماد جدا کند.

آیا فین تیوب همان Air Cooler است؟

نه دقیقا.

Fin Tube ساختار انتقال حرارت است و Air Cooler یکی از تجهیزاتی است که می تواند بر پایه Tube Bundle فین دار ساخته شود.

در Air Cooler سیال فرایندی معمولا داخل تیوب حرکت می کند و هوا از روی سطح خارجی تیوب های فین دار عبور می کند.

فین باعث افزایش سطح تماس با هوا می شود. چون ضریب انتقال حرارت سمت هوا معمولا پایین تر از سمت سیال است افزایش سطح خارجی اهمیت زیادی دارد.

به همین دلیل در نقشه و مدارک فنی ممکن است علاوه بر عنوان Air Cooler با عبارت Fin Tube هم روبرو شوید.

اگر هدف بررسی خود ساختار فین تیوب باشد مبدل حرارتی فین تیوب صفحه تخصصی تری برای این موضوع است.

یک روش ساده برای تشخیص تجهیز در نقشه

فرض کنید روی P&ID با یک مستطیل روبرو شده اید که چند خط فرایندی وارد آن شده و چند فن زیر تجهیز دیده می شود.

سه چیز را چک کنید:

اول Tag تجهیز.

دوم Legend نقشه.

سوم Equipment List.

اگر هر سه مورد با هم Air Cooler را نشان دهند دیگر شکل دقیق نماد اهمیت خیلی کمتری دارد.

اشتباهی که بعضی وقت ها در کارگاه اتفاق می افتد این است که مهندس یا مجری فقط به شکل تجهیز نگاه می کند و از روی آن نتیجه می گیرد که مثلا با Shell & Tube طرف است. این کار مخصوصا وقتی نقشه ساده شده باشد می تواند دردسر درست کند.

در مبدل حرارتی هواخنک بخش های مختلف تجهیز و کاربردهای صنعتی آن را می توان جداگانه بررسی کرد. این صفحه باید مرجع اصلی موضوع خود Air Cooler باشد و این مقاله فقط روی خواندن نماد و مدارک مهندسی تمرکز کند.

چرا استاندارد پروژه از خود شکل نماد مهم تر است؟

در پروژه های نفت و گاز و پتروشیمی معمولا فقط یک کتابچه عمومی برای تمام نقشه ها وجود ندارد. شرکت EPC ممکن است Standard Drawing خودش را داشته باشد. کارفرما هم ممکن است استاندارد مشخصی را الزام کرده باشد.

بنابراین ممکن است دو P&ID از دو پروژه مختلف داشته باشیم که Air Cooler در آنها شکل یکسانی نداشته باشد.

چیزی که ثابت می ماند مفهوم تجهیز است.

برای همین مهندس نقشه خوان باید عادت کند همیشه سه مورد را با هم ببیند:

Symbol + Tag + Legend

این سه تا کنار هم معنی دقیق تری می دهند تا اینکه فقط از روی شکل تصمیم بگیریم.

در نهایت اگر نقشه ای مبهم باشد بهتر است به Equipment List و Datasheet مراجعه شود. در پروژه صنعتی حدس زدن معمولا روش خوبی برای تصمیم مهندسی نیست.

وقتی P&ID را باز می کنیم دقیقا چه چیزهایی را باید بخوانیم؟

فرض کنید در نقشه یک Air Cooler با Tag E-2104 داریم.

کار مهندس این نیست که فقط بفهمد این تجهیز مبدل هواخنک است.

باید ببیند چه چیزی وارد تجهیز می شود، چه چیزی از آن خارج می شود و کنترل دمای خروجی چطور انجام می شود.

از همین جا خواندن واقعی P&ID شروع می شود.

اول مسیر جریان را دنبال کنید.

اگر سیال گرم وارد Tube Bundle می شود و بعد از عبور از تیوب ها با دمای پایین تر خارج می شود باید مشخص شود که چه چیزی وظیفه دفع گرما را انجام می دهد.

در Air Cooler جواب هوا است.

اما همین جا یک نکته وجود دارد. هوای خنک کننده خودش یک سیال فرایندی کنترل شده مثل آب خنک کننده نیست. دمای آن تابع شرایط محیط است. به همین دلیل دمای محیط و وضعیت فن ها در عملکرد تجهیز اهمیت زیادی دارد.

Tag تنها یک شماره نیست

در پروژه واقعی Tag به مدارک مختلف وصل است.

مثلا اگر روی P&ID نوشته شده باشد:

E-2104 A/B

باید بتوانیم همین Tag را در موارد زیر پیدا کنیم:

• Equipment List

• Datasheet

• Mechanical Datasheet

• GA Drawing

• Vendor Document

• Instrument List

• Line List

• در صورت وجود Motor List

اگر E-2104 در P&ID باشد ولی در Equipment List پیدا نشود باید موضوع بررسی شود.

این کنترل ساده خیلی وقت ها جلوی اشتباه در خرید یا نصب را می گیرد.

در P&ID به چه ابزار دقیقی توجه کنیم؟

در Air Cooler معمولا دمای خروجی اهمیت زیادی دارد.

برای مثال ممکن است TI برای نمایش دما یا TT برای ارسال سیگنال دما به سیستم کنترل دیده شود.

اما فقط اسم ابزار مهم نیست.

باید ببینیم سیگنال آن به کجا می رود و آیا روی عملکرد فن اثر دارد یا نه.

در یک سیستم ساده ممکن است با بالا رفتن دمای خروجی فن وارد مدار شود.

در سیستم دیگر ممکن است سرعت فن با VFD کنترل شود.

در یک طراحی دیگر ممکن است تعداد مشخصی از فن ها به صورت مرحله ای وارد سرویس شوند.

پس اگر روی نقشه چند Fan Motor دیده می شود نباید فرض کنیم همه آنها همیشه همزمان روشن هستند.

فلسفه کنترل پروژه تعیین کننده است.

Bypass در Air Cooler چه چیزی را به ما می گوید؟

یکی از قسمت هایی که هنگام خواندن P&ID نباید از آن رد شد Bypass است.

گاهی برای کنترل دما یا شرایط راه اندازی یک مسیر بای پس در نظر گرفته می شود.

این مسیر می تواند در زمان خاصی اجازه دهد بخشی از جریان از تجهیز عبور نکند.

در مناطق سرد هم مسئله Overcooling مطرح می شود. اگر هوای محیط خیلی سرد باشد تجهیز ممکن است بیشتر از نیاز فرایند خنک کند.

بنابراین ممکن است در طراحی از لوور یا کنترل دور فن یا روش های کنترلی دیگر استفاده شود.

اینها جزئیات طراحی هستند و بهتر است در این مقاله وارد محاسباتشان نشویم. برای بررسی خطاهای طراحی و مشکلاتی که در انتخاب و عملکرد Air Cooler پیش می آید می توان به مقاله خطاهای طراحی مبدل هواخنک مراجعه کرد.

از روی نماد می شود ظرفیت مبدل حرارتی را فهمید؟

خیر.

این نکته را خیلی جدی بگیرید.

از روی شکل نماد P&ID نمی توان ظرفیت حرارتی مبدل را مشخص کرد.

حتی تعداد فن ها هم به تنهایی ظرفیت دقیق را مشخص نمی کند.

برای ظرفیت باید سراغ اطلاعات فرآیندی و Datasheet برویم.

مثلا:

دبی سیال

دمای ورودی

دمای خروجی

خواص سیال

دمای طراحی محیط

افت فشار مجاز

ضریب رسوب

و مشخصات مکانیکی

در واقع P&ID بیشتر به ما می گوید تجهیز در سیستم کجاست و چطور با بقیه سیستم ارتباط دارد. Datasheet است که بخش مهمی از مشخصات طراحی را در اختیار ما می گذارد.

چرا نباید ACHE را با مبدل پوسته و لوله اشتباه بگیریم؟

هر دو می توانند برای انتقال حرارت صنعتی استفاده شوند ولی ساختارشان متفاوت است.

در Shell & Tube دو سیال از دو مسیر جدا عبور می کنند و انتقال حرارت از دیواره تیوب انجام می شود.

در Air Cooler معمولا سیال فرایندی داخل تیوب های فین دار حرکت می کند و سمت دیگر انتقال حرارت هوای محیط است.

پس وقتی در P&ID دنبال نماد می گردیم باید به سیستم خنک کننده هم توجه کنیم.

اگر یک تجهیز به یک مدار آب خنک کننده متصل است داستان فرق دارد.

اگر کنار آن Fan و Motor و Air Flow دیده می شود احتمال Air Cooler بودن بیشتر است.

برای شناخت ساختار خانواده مبدل های پوسته و لوله هم می توانید مبدل حرارتی پوسته و لوله را ببینید. این لینک در این مقاله نقش مقایسه ای دارد و قرار نیست این صفحه جای مقاله Shell & Tube را بگیرد.

ارتباط نماد Air Cooler با Fin Tube

در عمل قسمت مهمی از تجهیز همان Tube Bundle فین دار است.

سیال داخل تیوب حرکت می کند.

فین سطح خارجی را بیشتر می کند.

فن هوا را از روی باندل عبور می دهد.

اگر پروژه شرایط خاصی داشته باشد جنس تیوب و فین هم موضوع مهمی می شود. اما از روی P&ID معمولا نمی توان متریال را تشخیص داد.

برای این کار باید به Datasheet و Vendor Drawing رفت.

این تفکیک مدارک خیلی مهم است. P&ID برای یک کار ساخته شده و Datasheet برای کار دیگری.

اگر این دو را با هم قاطی کنیم ممکن است از نقشه انتظار اطلاعاتی داشته باشیم که اصلا قرار نبوده در آن نمایش داده شود.

هواخنک افقی و عمودی در نقشه چه تفاوتی دارند؟

در سایت Exerland برای آرایش های مختلف Air Cooler محصول جدا وجود دارد.

برای نمونه مبدل حرارتی هواخنک افقی و مبدل حرارتی هواخنک عمودی هر کدام ساختار نصب متفاوتی دارند.

اما یک نکته را باید در نظر داشت.

وجود عبارت Horizontal یا Vertical در نام محصول به این معنی نیست که هر P&ID حتما جهت نصب را با همان وضوح نشان می دهد.

گاهی جهت نصب در GA Drawing مشخص تر است.

پس برای کار اجرایی بهتر است P&ID را با GA Drawing تطبیق دهیم.

برای کارفرما کدام مدارک را کنار P&ID بگذارد؟

اگر پروژه به مرحله خرید یا بررسی Vendor رسیده باشد فقط P&ID کافی نیست.

حداقل این مدارک باید کنار هم بررسی شوند:

این کار شاید در ابتدا زمان بیشتری بگیرد ولی در پروژه صنعتی خیلی بهتر از این است که یک تجهیز را فقط از روی شکل نقشه شناسایی کنیم.

اگر هدف خرید مبدل هواخنک باشد چه؟

این مقاله به شما کمک می کند بفهمید روی نقشه با چه تجهیزی روبرو هستید.

بعد از آن باید وارد انتخاب فنی شوید.

برای نمونه اگر قرار باشد یک سیستم خنک کاری روغن با هوا طراحی شود، مشخصات سیال و بار حرارتی و دمای محیط باید بررسی شود. در بعضی کاربردها مبدل روغن به هوا می تواند ساختار مناسب تری باشد.

پس مسیر تصمیم گیری بهتر است این باشد:

P&ID → تشخیص تجهیز → Datasheet → شرایط فرآیندی → انتخاب → طراحی → Vendor Review

نه اینکه از روی نماد نقشه مستقیم برویم سراغ قیمت.

قیمت مبدل هواخنک را از روی Tag نمی شود تعیین کرد

این سوال را هم زیاد می پرسند.

مثلا E-2104 به تنهایی هیچ اطلاعاتی درباره قیمت به ما نمی دهد.

قیمت تابع مشخصات واقعی تجهیز است.

سطح انتقال حرارت

تعداد و ابعاد Tube Bundle

نوع فین

تعداد فن

توان موتور

متریال

فشار و دمای طراحی

استاندارد ساخت

تست ها

پوشش

و شرایط پروژه

همگی می توانند قیمت را تغییر دهند.

بنابراین اگر کسی فقط با دیدن Tag یا شکل P&ID یک قیمت قطعی برای Air Cooler اعلام کند باید با احتیاط به آن نگاه کرد.

یک روش کارگاهی برای خواندن سریع نقشه

اگر نقشه را برای اولین بار می بینید من پیشنهاد می کنم این ترتیب را بروید.

اول Tag را پیدا کنید.

بعد Legend را بخوانید.

بعد مسیر ورودی و خروجی را دنبال کنید.

بعد Fan و Motor را پیدا کنید.

بعد ابزار دقیق دما و فشار را نگاه کنید.

بعد Bypass و مسیرهای Drain و Vent را بررسی کنید.

آخر کار Equipment List و Datasheet را با نقشه تطبیق بدهید.

این روش ساده است ولی برای کار واقعی جواب می دهد.

اگر جایی از نقشه با اطلاعات Datasheet جور در نمی آید همان جا باید توقف کرد و موضوع را بررسی کرد.

 سوالاتی که معمولا درباره نماد Air Cooler پرسیده می شود