اکسپنشن جوینت ها یا همان اتصالات انبساطی ، ابزاری کاربردی به منظور جذب و استهلاک جابجایی و افزایش طولی سیستم های لوله ای و داکتی در صنایع است که براثر تغییرات دمایی ، جابجایی سیالات، لرزش و نوسانات ناشی از اتصال ماشین های دوار و همچنین وزش باد و دیگر نیروهای پیش بینی نشده در سیستم لوله کشی تعبیه و به کار برده می شود.

اگر بخواهیم تعریفی عینی و ملموس از اکسپنشن ها در ذهن تصویر نماییم ، میتوان از آنها به عنوان کمک فنر های ماشین در حال حرکت نام برد، با این تفاوت که اثرات ضربه ای و دفعی در ماشین به انبساط و انقباض های طولی در سیستم های لوله ای تبدیل گردیده است.
امروزه از انواع پیشرفته اکسپنشن ها به منظور جلوگیری از اثرات مخرب زلزله بر تجهیزات و ساختمان ها ، استفاده می گردد.
این اتصالات کاربردی تقریبا در تمام صنایع از جمله پالایشگاه های نفت و گاز، صنایع پتروشیمی، نیروگاه های برق، صنایع فولاد و دیگر کارخانه به صورت وسیع به کار برده می شوند.

انواع مختلف اکسپنشن جوینت
امروزه انواع مختلفی از اتصالات انبساطی در صنایع مختلف به کار برده می شود که دسته بندی آنها ازنظر جنس به 3 گروه عمده، فلزی (Metallic)، پارچه ای (Fabric)، و لاستیکی (Rubber)، تقسیم بندی می گردند.
لازم به ذکر است که این نوع دسته بندی تنها بر اساس جنس اکسپنشن ها انجام می پذیرد ولی در عین حال گونه گونی این تجهیزات تنها به جنس آنها محدود نمی گردد و بسته به شرایط کاری که از آنها استفاده می شود، انواع مختلفی از اکسپنشن جوینتها قابل طراحی و ساخت خواهند بود.
برای انتخاب نوع اکسپنشن جوینتها ، در حالتی کلی ، مقدار فشار و دمای اعمال شونده به جدار داخلی لوله ، نقشی اساسی و تعیین کننده را بازی می نماید. با توجه به اینکه اتصالات فلزی، پارچه ای و لاستیکی هر کدام ظرفیت اسمی خود را در تحمل دما و فشار را دارا میباشند، لذا با افزایش دما و فشار، انتخاب محدود می گردد. در نمودار زیر محدوده کاربرد انواع اکسپنشن ها در نمودار دما و فشار قابل ملاحظه می باشد.

اگر بخواهیم تعریفی عینی و ملموس از اکسپنشن ها در ذهن تصویر نماییم ، میتوان از آنها به عنوان کمک فنر های ماشین در حال حرکت نام برد، با این تفاوت که اثرات ضربه ای و دفعی در ماشین به انبساط و انقباض های طولی در سیستم های لوله ای تبدیل گردیده است.
امروزه از انواع پیشرفته اکسپنشن ها به منظور جلوگیری از اثرات مخرب زلزله بر تجهیزات و ساختمان ها ، استفاده می گردد.
این اتصالات کاربردی تقریبا در تمام صنایع از جمله پالایشگاه های نفت و گاز، صنایع پتروشیمی، نیروگاه های برق، صنایع فولاد و دیگر کارخانه به صورت وسیع به کار برده می شوند.
انواع مختلف اکسپنشن جوینت
امروزه انواع مختلفی از اتصالات انبساطی در صنایع مختلف به کار برده می شود که دسته بندی آنها ازنظر جنس به 3 گروه عمده، فلزی (Metallic)، پارچه ای (Fabric)، و لاستیکی (Rubber)، تقسیم بندی می گردند.
لازم به ذکر است که این نوع دسته بندی تنها بر اساس جنس اکسپنشن ها انجام می پذیرد ولی در عین حال گونه گونی این تجهیزات تنها به جنس آنها محدود نمی گردد و بسته به شرایط کاری که از آنها استفاده می شود، انواع مختلفی از اکسپنشن جوینتها قابل طراحی و ساخت خواهند بود.
برای انتخاب نوع اکسپنشن جوینتها ، در حالتی کلی ، مقدار فشار و دمای اعمال شونده به جدار داخلی لوله ، نقشی اساسی و تعیین کننده را بازی می نماید. با توجه به اینکه اتصالات فلزی، پارچه ای و لاستیکی هر کدام ظرفیت اسمی خود را در تحمل دما و فشار را دارا میباشند، لذا با افزایش دما و فشار، انتخاب محدود می گردد. در نمودار زیر محدوده کاربرد انواع اکسپنشن ها در نمودار دما و فشار قابل ملاحظه می باشد.

همانگونه که در نمودار بالا مشخص است، اتصالات فلزی در تمام طیف دما و فشار قابل طراحی و استفاده می باشد، حال آنکه استفاده از اتصالات پارچه ای با محدودیت در فشارهای بالا و اتصالات لاستیکی با محدودیت در دماهای بالا مواجه هستند.

اکسپنشن های فلزی (Metallic Expansion Joints)
عبارت متالیک اکسپنشن جوینت یا همان اتصالات انبساطی فلزی به تجهیزی اتلاق میگردد که دارای یک یا چند بیلوز(آکاردئون) فلزی بوده و برای جذبِ افزایش و یا کاهش طولی ناشی از تغییرات دمایی در لوله ها و داکت ها به کار برده می شود.
این تجهیزات به منظور استهلاک تغییرات طولی لوله های دارای فشار داخلی، ناشی از تغییرات دمایی به کار می روند. محدوده فشار کاری اکسپنشن های فلزی به صورت نوعی ، از فشار خلا کامل تا حدود 70 بار و محدوده دمای کاری آنها از 215- درجه سانتیگراد تا 1100 + درجه قابل تعریف می باشد.این نوع از اتصالات را می توان جزو تجهیزات مهندسی با ظرایف طراحی بسیار بالا محسوب نمود که شرایط کاری سیستم لوله ای ، نوع طراحی اکسپنشن ، مواد به کار گرفته شده ، شرایط ساخت و تست های انجام پذیرفته و دستور العمل های نصب و به کارگیری ، همگی در طول عمر و کیفیت این تجهیز نقش بسزایی بازی می نمایند.

تمام نکات اصلی طراحی و انعطاف پذیری این تجهیزات به وسیله بیلوز فلزی بسیار نازک ، تامین می گردد لذا این موضوع نیاز به طراحی دقیق، حمل و نصب با دقت و در نهایت انجام بازرسی های موشکافانه را دو چندان می نماید.
اکسپنشن های فلزی توانایی جذب و استهلاک انواع جابجایی ها ، از قرار جابجایی های محوری +/- (Axial )، جانبی (Lateral) ، و زاویه ای (Angular) را به صورت مجزا و یا ترکیبی دارا می باشند. این جابجایی ها و حرکات در سیستم های لوله ای و یا داکتی به طور عمده ناشی از تغییرات دما، فشار و یا ضربه های فشار ناشی از عبور سیال پرفشار (Pressure Thrust)، ناهمترازی سیستمی و یا جابجایی های المان های سیستم لوله ای نسبت به هم رخ می دهند.

به طور معمول استانداردی که در طراحی اکسپنشن ها به کار گرفته می شود EJMA نام دارد که تاکنون ویرایش های مختلفی از آن توسط انجمن سازند گان اکسپنشن انتشار یا فته است ، با اینحال دیگر استاداردهای ساخت و طراحی تجهیزات مهندسی از جمله EN،ASME و غیره نیز در طراحی آنها به کار گرفته می شوند.
انواع جزیی تر تقسیم بندی اکسپنشن های فلزی نیز وجود دارد که معمولا بسته به تعداد بیلوز های فلزی، محدودیت در استهلاک جابجایی ها در جهت های خاص، دایروی و یا مستطیل بودن، مقطع لوله یا داکت، نوع اتصال به لوله و غیره تقسیم بندی می گردند که در ذیل به تعدادی از آنها به صورتی فهرست وار اشاره می گردد.
– تک بیلوزی یا چند بیلوزی
– دایروی یا مستطیلی
– اتصال جوشی یا فلنجی
– Hinged، Gimbals
– Pressure Balanced
به طور کلی اکسپنشن های فلزی گرانترین نوع از اتصالات انبساطی محسوب می گردند که قابلیت ایستادگی و تحمل در رنج وسیعی از دماها و فشار های کاری را دارند.

اکسپنشن جوینت های پارچه ای (Fabric Expansion Joints)
نوع دیگری از اتصالات انبساطی ، اکسپنشن جوینت های پارچه ای هستند. اکسپنشن های پارچه ای کاربرد وسیعی در اغلب صنایع از جمله ، نیروگاه ها، پتروشیمی ها، پالایشگاهی و فولادی دارند.
وجه تمایز این اکسپنشن ها با نوع فلزی قیمت به نسبت ارزانتر آنها می باشد، با این حال اکسپنشن های پارچه ای قابلیت بسیار بالایی در ایستادگی در مقابل گازهای دما بالا و خورنده دارند ولی ضعف آنها در به کارگیری در شرایط کاری با فشار بالا می باشد.
ساختار اکسپنشن های پارچه ای به صورت لایه لایه می باشد، که به ترتیب از سمت داخل که در معرض گازهای عبوری می باشد (Gas Side)، به سمت بیرونی (Ambient Side)، لایه بندی می گردند. هر کدام از این لایه ها دارای مقاومت مکانیکی و دمایی و خوردگی خاصی می باشند که بسته به فشار ، دما و خورندگی کازهای عبوری در شرایط کاری طراحی و تولید می گردند.
برای طراحی اکسپنشن های پارچه ای ، شرایط کاری به دو ناحیه خشک (Dry)، و تَر (Wet) نقسیم بندی می گردد. ناحیه خشک ناحیه ایست که گازهای عبوری ، دمایی فراتر از دمای شبنم (Dew Point) ، مخصوص به خود را در فشار مربوطه داشته و احتمال افت دمای آنها به زیر دمای شبنم و در نتیجه میعان آنها وجود ندارد، در حالی که در ناحیه تَر ، دمای گازهای عبوری پایین بوده و احتمال میعان و ایجاد مایعات خورنده در آن ناحیه وجود دارد .

لذا شرایط طراحی اکسپنشن های پارچه ای در ناحیه تَر و خشک کاملا متفاوت می باشد. در ناحیه تَر تمرکز اصلی در مقاومت به خوردگی لایه درونی می باشد در حالی که در طراحی ناحیه خشک، تمرکز اصلی بر مقاومت به دماهای بالا در لایه های درونیست .
در شکل ذیل نمای شماتیک از فاکتورهای طراحی اکسپنشن های پارچه ای ارایه می گردد.

به صورت خلاصه طراحی اکسپنشن های پارچه ای در شرایط دماهای پایین تر از 120 درجه سانتیگراد و بالاتر از 550 درجه سانتیگراد ، شرایط خاص و دشواری را داشته و طراح باید فاکتور های زیادی را برای طراحی اکسپنشن هایی با طول عمر قابل قبول در نظر داشته باشد.
اکسپنشن های پارچه ای برای شرایط کاری خلاء و فشارهای بالا مناسب نمی باشند و حداکثر می توانند تا فشارمثبت و منفی 4000± میلیمتر فشار ستون آب را تحمل نمایند.
اکسپنشن های پارچه ای نیز مانند انواع فلزی دارای دسته بندی های متخلف از جهت مقطع لوله و یا داکت دایروی و مستطیلی ، نوع اتصال، نوع فلنجی یا نوار فلزی ، و غیره می باشند.

اکسپنشن های لاستیکی (Rubber Expansion Joints)
آخرین نوع از اکسپنشن ها که در این نوشتار به آن اشاره می گردد، اکسپنشن های لاستیکی هستندکه درواقع از ساده ترین نوع اتصالات انبساطی محسوب می گردند و همانگونه که از اسم آنها پیداست ، بدنه اصلی آنها از لاستیک تشکیل گردیده است.
به طور عمومی بدنه اکسپنشن لاستیکی از سه لایه تشکیل می گردد، پوسته اصلی (Cover)، که معمولا از جنس لاستیک طبیعی یا سینتتیک می باشد ، مغزی (Joint Body)، که بسته به شرایط کاری از پارچه و مفتول های فلزی به عنوان تقویت کننده لاستیک تشکیل می گردد و سومین قسمت، آستری (Lining) که از جنس لاستیک طبیعی یا سینتتیک بوده و به صورت لوله های بدون درز از داخل اکسپنشن تا لبه های بیرونی امتداد می یابد.
محدوده کاری اکسپنشن های لاستیکی به طور عموم از فشار های وکیوم تا 16 بار متغییر می باشد البته امکان ساخت تا فشار 25 بار نیز تحت شرایط سایزی محدود نیز وجود دارد، همچنین محدوده دمایی آنها نیز به حداکثر تا 160 درجه سانتیگراد محدود می گردد. جدول زیر نمایی کاربردی در زمینه انتخاب نوع متریال لاستیکی با توجه به سیال و حداکثر دمای قابل قبول می باشد.

محمود رضا دارچینیان
شرکت سیستمهای آب بندی پارس