بررسی EIGA Doc 13/20: سیستم‌های لوله‌کشی و خطوط لوله اکسیژن

سند EIGA Doc 13/20، با عنوان Oxygen Pipeline and Piping Systems، یک راهنمای فنی است که توسط European Industrial Gases Association (EIGA) منتشر شده و برای طراحی، بهره‌برداری، و نگهداری ایمن سیستم‌های انتقال و توزیع اکسیژن گازی تدوین شده است. این سند، که در سال 2020 به‌عنوان نسخه به‌روزرسانی‌شده IGC Doc 13/12 منتشر شد، نتیجه همکاری بین‌المللی از طریق International Harmonization Council (IHC) با مشارکت انجمن‌هایی مانند EIGA، Asia Industrial Gases Association (AIGA)، Compressed Gas Association (CGA)، و Japan Industrial and Medical Gases Association (JIMGA) است. EIGA Doc 13/20 دستورالعمل‌هایی برای کاهش خطرات مرتبط با اکسیژن، مانند اشتعال و آتش‌سوزی، ارائه می‌دهد و در صنایعی مانند تولید گاز صنعتی، پتروشیمی، و پزشکی کاربرد دارد. در این مقاله، جزئیات سند، از دامنه کاربرد تا الزامات فنی و کاربردهای عملی، بررسی می‌شود.

دامنه کاربرد EIGA Doc 13/20

EIGA Doc 13/20 بر سیستم‌های لوله‌کشی و خطوط لوله فلزی برای انتقال و توزیع اکسیژن گازی تمرکز دارد، به‌ویژه در تأسیسات جداسازی هوا (ASU) در خارج از محفظه سرد (coldbox). این سند برای طراحی ایمن، بهره‌برداری، و نگهداری سیستم‌های جدید اکسیژن تدوین شده و شامل موارد زیر است:

• محدوده اکسیژن: اکسیژن گازی با خلوص بیش از 23.5% (حجمی)، شامل اکسیژن استاندارد (99.5%+) و اکسیژن با خلوص فوق‌العاده بالا (99.999%+).
• شرایط عملیاتی:
  • دما: بین -30 تا 200 درجه سانتی‌گراد (-22 تا 400 درجه فارنهایت).
  • فشار: تا 21 مگاپاسکال (3000 psi).
  • نقطه شبنم: -30 درجه سانتی‌گراد (-22 درجه فارنهایت) یا کمتر، بسته به شرایط محلی.
• انواع سیستم‌ها:
  • خطوط لوله اکسیژن (pipelines) برای انتقال در فواصل طولانی.
  • سیستم‌های لوله‌کشی توزیع (distribution piping) در تأسیسات صنعتی.
  • لوله‌کشی اکسیژن گازی در ASU، خارج از coldbox.
• کاربردها:
  • تأمین اکسیژن برای فرآیندهای صنعتی (مانند فولادسازی، پالایشگاه‌ها).
  • تأسیسات پزشکی برای توزیع اکسیژن.
  • تولید گازهای صنعتی در واحدهای ASU.
• موارد خارج از دامنه:
  • لوله‌کشی داخلی coldbox در ASU.
  • واحدهای پرکننده سیلندر اکسیژن.
  • تأسیسات اکسیژن مایع، کمپرسورها، یا بخارسازها.
  • سیستم‌های اکسیژن پزشکی داخلی (مانند بیمارستان‌ها).
• محدودیت‌ها:
  • فقط برای نصب‌های جدید اعمال می‌شود، نه سیستم‌های موجود یا در حال ساخت.
  • برای دماها یا فشارهای بالاتر از محدوده مشخص‌شده، نیاز به آزمایش مواد یا ارزیابی ریسک اضافی است.
  • نیاز به رعایت قوانین ملی در کشورهای مختلف.

این سند با CGA G-4.4 و AIGA 021 هم‌تراز است و محتوای فنی یکسانی با تفاوت‌های جزئی در قالب‌بندی و الزامات منطقه‌ای دارد.

بخش‌های اصلی EIGA Doc 13/20

EIGA Doc 13/20 به بخش‌های کلیدی زیر تقسیم می‌شود که هر کدام جنبه‌ای از طراحی و بهره‌برداری ایمن سیستم‌های اکسیژن را پوشش می‌دهند:

1. مقدمه و هدف

• تشریح هدف سند: تقویت درک افراد درگیر در طراحی، بهره‌برداری، و نگهداری ایمن سیستم‌های انتقال و توزیع اکسیژن گازی.
• تأکید بر هماهنگی بین‌المللی برای بهبود ایمنی با وجود تفاوت‌های ملی در طراحی و بهره‌برداری.

2. تعاریف

• تعریف اصطلاحات کلیدی مانند اکسیژن استاندارد (99.5%+)، اکسیژن با خلوص پایین (23.5 تا 35%)، سرعت گاز، و فشار گاز.
• تشریح مفاهیم مانند Fire Triangle (اکسیدکننده، سوخت، منبع اشتعال) برای توضیح خطرات اکسیژن.

3. فلسفه طراحی

• معیارهای عمومی: طراحی سیستم برای به حداقل رساندن خطرات آتش‌سوزی با کاهش شدت اکسیدکننده (اکسیژن)، سوخت (مواد سازنده یا آلاینده‌ها)، و منابع اشتعال (مانند ضربه ذرات، گرمایش فشاری).
• • • فلزات: آلیاژهای آهنی (فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ سری 300) و غیرآهنی (آلیاژهای مبتنی بر مس با حداقل 55% مس، مانند برنج و برنز). آلیاژهای برنز آلومینیومی با بیش از 2.5% آلومینیوم توصیه نمی‌شوند، زیرا در صورت اشتعال می‌توانند سوختن را پشتیبانی کنند.سازگاری مواد:
  • غیرفلزات: پلیمرهایی مانند PTFE و PCTFE که در برابر اکسیژن مقاوم هستند.
• سرعت و فشار: محدودیت‌های سرعت گاز برای جلوگیری از اشتعال ناشی از ضربه ذرات، به‌ویژه در نقاط برخورد (impingement sites).

4. انتخاب مواد

• • فلزات:
    • • فولاد کربنی تا دمای 150 درجه سانتی‌گراد (303 درجه فارنهایت).
      • فولاد ضدزنگ و آلیاژهای غیرآهنی تا 200 درجه سانتی‌گراد (398 درجه فارنهایت).
      • نیاز به آزمایش اشتعال‌پذیری فلزات در دماهای بالاتر یا فشارهای بیش از 21 مگاپاسکال.

     

  • غیرفلزات: انتخاب مواد با مقاومت بالا در برابر اشتعال، مانند PTFE، و اجتناب از موادی با خطر احتراق بالا (مانند برخی لاستیک‌ها).
  • فشار معافیت: حداکثر فشاری که در آن مواد نیازی به محدودیت سرعت ندارند (مثلاً 25.8 بار برای فولاد ضدزنگ 304 با ضخامت 6.35 میلی‌متر).

5. سیستم‌های لوله‌کشی

• • لوله‌کشی زیرزمینی: محافظت در برابر صاعقه، خوردگی، و بارهای سطحی با استفاده از پوشش‌های کاتدی و سپرهای بار (load shields). اجتناب از کیسینگ‌های فلزی به دلیل مشکلات حفاظت کاتدی.

• • لوله‌کشی روکار: طراحی برای مقاومت در برابر شرایط محیطی و بارهای مکانیکی.
  • اندازه‌گذاری سیستم: بر اساس سرعت طراحی (design velocity) برای عملیات عادی، نه شرایط غیرعادی مانند خرابی شیرها.

6. تجهیزات لوله

• • استفاده از شیرها، فیلترها، و اتصالات سازگار با اکسیژن.
  • توصیه به استفاده از آلیاژهای مبتنی بر مس برای اتصالات و شیرها، با محدودیت آلومینیوم در برنزها.

7. روش‌های تمیزکاری

• • تمیزکاری برای حذف آلاینده‌ها (مانند روغن، گریس، ذرات) که می‌توانند به‌عنوان سوخت عمل کنند.
  • روش‌ها شامل تمیزکاری شیمیایی، سندبلاست، شستشوی حلال، یا پاشش گاز با سرعت بالا.

8. نتیجه‌گیری

• • تأکید بر خطرات اکسیژن به دلیل خاصیت اکسیدکنندگی قوی آن، با نقل‌قول: «به دلیل خواص حیات‌بخش اکسیژن، اغلب به‌عنوان ماده‌ای بی‌خطر تلقی می‌شود. فریب این تصور را نخورید.»

• توصیه به طراحی و نگهداری دقیق برای کاهش خطرات آتش‌سوزی.

این ساختار به کاربران امکان می‌دهد تا سیستم‌های اکسیژن را با ایمنی بالا طراحی و بهره‌برداری کنند.

الزامات فنی EIGA Doc 13/20

EIGA Doc 13/20 الزامات فنی دقیقی برای سیستم‌های اکسیژن ارائه می‌دهد که شامل موارد زیر است:

• • محدودیت‌های سرعت در نقاط برخورد:
    • • فشار < 0.3 مگاپاسکال: سرعت تا 30 متر بر ثانیه.
      • 0.3 تا 1 مگاپاسکال: حاصل‌ضرب فشار و سرعت (P.V) تا 45 مگاپاسکال-متر بر ثانیه.
      • 1 تا 2 مگاپاسکال: سرعت تا 4.5 متر بر ثانیه.

     

  • محدودیت‌های سرعت در نقاط غیربرخورد:
    • • فشار < 0.3 مگاپاسکال: سرعت تا 60 متر بر ثانیه.
      • 0.3 تا 1 مگاپاسکال: P.V تا 80 مگاپاسکال-متر بر ثانیه.
      • 1 تا 2 مگاپاسکال: سرعت تا 8 متر بر ثانیه.

     

  • مواد: فولاد کربنی تا 150 درجه سانتی‌گراد، فولاد ضدزنگ و آلیاژهای غیرآهنی تا 200 درجه سانتی‌گراد. آلیاژهای برنز آلومینیومی با آلومینیوم کمتر از 2.5% توصیه می‌شوند.

• • تمیزکاری: حذف کامل آلاینده‌ها با روش‌های استاندارد (مانند شستشوی شیمیایی یا پاشش گاز).

• • حفاظت کاتدی: برای لوله‌کشی زیرزمینی، با اجتناب از کیسینگ‌های فلزی برای جلوگیری از مشکلات الکتریکی.

• • آزمایش مواد: برای دماهای زیر -20 درجه سانتی‌گراد، نیاز به فولادهایی با چقرمگی شکست کافی. برای دماهای بالای 200 درجه سانتی‌گراد، آزمایش اشتعال‌پذیری فلزات الزامی است.

این الزامات برای کاهش خطرات آتش‌سوزی و اطمینان از ایمنی طراحی شده‌اند.

اهمیت EIGA Doc 13/20

EIGA Doc 13/20 به دلایل متعددی در صنایع گازهای صنعتی اهمیت دارد:

• ایمنی: کاهش خطرات آتش‌سوزی ناشی از اکسیژن با طراحی مناسب و انتخاب مواد مقاوم.
• هماهنگی بین‌المللی: ارائه استانداردی واحد برای طراحی و بهره‌برداری در کشورهای مختلف.
• کارایی: بهبود عملکرد سیستم‌های انتقال اکسیژن با کاهش خرابی‌ها.
• صرفه‌جویی در هزینه: کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری با پیشگیری از حوادث.
• انطباق: کمک به رعایت قوانین ملی و استانداردهای صنعتی مانند ASME و API.

این سند به‌ویژه در تأسیساتی که اکسیژن با خلوص بالا یا فشار بالا منتقل می‌شود، نقش کلیدی ایفا می‌کند.

وضعیت نسخه فعلی

EIGA Doc 13/20، منتشرشده در سال 2020، جدیدترین نسخه این سند است و جایگزین IGC Doc 13/12 (2012) شده است. این نسخه شامل به‌روزرسانی‌هایی در محدودیت‌های سرعت، توصیه‌های مواد، و روش‌های تمیزکاری است. تا تاریخ امروز (1 می 2025)، هیچ ویرایش جدیدی منتشر نشده است.

تفاوت با سایر استانداردها

مقایسه EIGA Doc 13/20 با استانداردها و اسناد مرتبط:

• • در مقابل CGA G-4.4: محتوای فنی یکسان با EIGA Doc 13/20، اما با قالب‌بندی و ارجاعات منطقه‌ای متفاوت.

• • در مقابل AIGA 021: نسخه آسیایی EIGA Doc 13/20 با الزامات منطقه‌ای مشابه.

• • در مقابل EIGA Doc 33: EIGA Doc 33 بر تمیزکاری تجهیزات برای سرویس اکسیژن تمرکز دارد، در حالی که Doc 13/20 طراحی و بهره‌برداری سیستم‌های لوله‌کشی را پوشش می‌دهد.

• در مقابل ISO 23208: ISO 23208 برای تمیزکاری تجهیزات اکسیژن است، اما EIGA Doc 13/20 دامنه گسترده‌تری شامل طراحی و نگهداری دارد.

EIGA Doc 13/20 به‌عنوان استانداردی جامع برای سیستم‌های اکسیژن، مکمل سایر اسناد ایمنی است.

کاربرد عملی در صنعت

EIGA Doc 13/20 در صنایع مختلف کاربردهای عملی متعددی دارد:

• تولید گاز صنعتی: طراحی خطوط لوله اکسیژن در واحدهای ASU.
• پتروشیمی: تأمین اکسیژن برای فرآیندهای احتراق یا اکسیداسیون.
• پزشکی: توزیع اکسیژن در تأسیسات پزشکی با خلوص بالا.
• فولادسازی: انتقال اکسیژن برای کوره‌های قوس الکتریکی.

مثال‌های عملی شامل طراحی لوله‌کشی فولاد ضدزنگ برای انتقال اکسیژن با خلوص 99.5% در پالایشگاه یا تمیزکاری شیمیایی خطوط لوله ASU برای حذف آلاینده‌ها است.

نقد و بررسی

EIGA Doc 13/20 به دلیل جامعیت، هماهنگی بین‌المللی، و تمرکز بر ایمنی مورد تحسین قرار گرفته است. به‌روزرسانی‌های نسخه 2020، مانند محدودیت‌های دقیق‌تر سرعت و توصیه‌های مواد، از نقاط قوت آن هستند. با این حال، محدودیت‌هایی مانند عدم پوشش سیستم‌های موجود، نیاز به تجهیزات پیشرفته برای تمیزکاری، و پیچیدگی اجرای محدودیت‌های سرعت در نقاط برخورد مورد انتقاد قرار گرفته است. استفاده از فناوری‌های تمیزکاری خودکار و ساده‌سازی محدودیت‌های سرعت می‌تواند این مسائل را کاهش دهد.

نتیجه‌گیری

EIGA Doc 13/20 چارچوبی جامع برای طراحی، بهره‌برداری، و نگهداری ایمن سیستم‌های لوله‌کشی و خطوط لوله اکسیژن ارائه می‌دهد. با تمرکز بر ایمنی، کاهش خطرات آتش‌سوزی، و هماهنگی بین‌المللی، این سند به مهندسان و اپراتورها کمک می‌کند تا سیستم‌های اکسیژن را با اطمینان مدیریت کنند. اگر در زمینه تولید گاز صنعتی، پتروشیمی، یا پزشکی فعالیت می‌کنید، EIGA Doc 13/20 راهنمایی ضروری برای اطمینان از ایمنی و کارایی سیستم‌های اکسیژن است.