এক্সপ্যান্ডার ব্যবহার করার সময় পাইপের ক্ষতি কীভাবে এড়ানো যায়?

এক্সপ্যান্ডার ব্যবহারের সময় তাপীয় প্রসারণ কিভাবে পাইপের অখণ্ডতা প্রভাবিত করে

সাধারণ পাইপিং উপকরণগুলিতে (ইস্পাত, তামা, পিভিসি) রৈখিক তাপীয় প্রসারণের পদার্থবিজ্ঞান

পাইপিং উপকরণগুলি সাধারণত তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলে প্রসারিত হয় এবং তাপমাত্রা কমলে সংকুচিত হয়, যা ΔL = αLΔT সমীকরণটি দ্বারা বর্ণিত একটি মৌলিক নীতি অনুসরণ করে (যার অর্থ হলো দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন = প্রসারণ গুণাঙ্ক × আদি দৈর্ঘ্য × তাপমাত্রার পরিবর্তন)। তবে বিভিন্ন উপকরণ বিভিন্নভাবে আচরণ করে। ইস্পাত প্রতি ইঞ্চি পাইপ প্রতি ফারেনহাইট তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে প্রায় ০.০০০০০৬৫ ইঞ্চি বৃদ্ধি পায়। তামা এর থেকে সামান্য কম নয়—প্রতি ইঞ্চি প্রতি ডিগ্রি ফারেনহাইটে প্রায় ০.০০০০০৯০ ইঞ্চি বৃদ্ধি পায়। কিন্তু পিভিসি-এর কথা বিবেচনা করুন: এটি প্রতি ইঞ্চি প্রতি ডিগ্রি ফারেনহাইটে প্রায় ০.০০০০৩ ইঞ্চি পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়, যা ইস্পাতের তুলনায় প্রায় পাঁচ গুণ বেশি লোচার বৈশিষ্ট্য নির্দেশ করে। এটিকে আরও স্পষ্ট করতে, ধরুন একটি ১০০ ফুট লম্বা ইস্পাত পাইপ ১৫০ ডিগ্রি ফারেনহাইট উত্তপ্ত হচ্ছে; এটি প্রায় ১.২ ইঞ্চি দীর্ঘতর হবে। একই দৈর্ঘ্যের পিভিসি পাইপ একই শর্তে ৫.৪ ইঞ্চির বেশি প্রসারিত হবে। এই পার্থক্যগুলি বিভিন্ন উপকরণের সংযোগস্থলে গুরুতর পীড়ন বিন্দু সৃষ্টি করে। এটি বিশেষভাবে এক্সপ্যান্ডার ব্যবহার করে কাজ করার সময় সমস্যাত্মক হয়ে ওঠে, কারণ স্থানীয় তাপ জমাট এই গতিগুলিকে আরও বাড়িয়ে দেয়। ফলশ্রুতিতে উৎপন্ন বল কখনও কখনও ২০,০০০ পাউন্ডের বেশি হতে পারে, যা পাইপিং সিস্টেম নকশা করতে গিয়ে প্রকৌশলীদের জন্য কোনো সামান্য বিষয় নয়।

কেন নিয়ন্ত্রণহীন প্রসারণ এক্সপ্যান্ডার অঞ্চলের কাছাকাছি চাপ, বিপথগামিতা এবং জয়েন্ট ব্যর্থতা সৃষ্টি করে

যখন তাপীয় গতি বাধাগ্রস্ত হয়, পাইপগুলি অ্যাঙ্কর, ফ্ল্যাঞ্জ এবং জয়েন্টগুলির উপর চরম বল প্রয়োগ করে। এক্সপ্যান্ডারের কাছাকাছি—যেখানে চক্রীয় তাপীয় উত্তাপ ও শীতলীকরণ যান্ত্রিক ও তাপীয় ভারগুলিকে কেন্দ্রীভূত করে—তিনটি ব্যর্থতার মোড প্রধানত দেখা যায়:

• চাপ কেন্দ্রীভবন বেন্ড এবং ওয়েল্ডে, যা প্রবাহ শক্তির চেয়ে বেশি হয়
• কোণীয় অসমতা ফ্ল্যাঞ্জের, যার ফলে গ্যাস্কেট ব্লোআউট ঘটে
• বেল জয়েন্ট বিচ্ছিন্নতা পুশ-ফিট সিস্টেমে, যা লিকেজ সৃষ্টি করে

পোনিয়ন ইনস্টিটিউটের ২০২৩ সালের একটি সাম্প্রতিক গবেষণা অনুযায়ী, শিল্প সুবিধাগুলিতে সমস্ত পাইপ ব্যর্থতার প্রায় দুই-তৃতীয়াংশই আসলে তাপীয় চাপ সংক্রান্ত সমস্যাগুলির খারাপ ব্যবস্থাপনার কারণে হয়। যখন পাইপগুলি পুনরাবৃত্ত তাপীয় চক্র (উত্তাপন ও শীতলীকরণ) অনুভব করে, তখন এটি দ্রুত ক্লান্তি বিকাশের দিকে নিয়ে যায়। পাইপগুলি যেখানে অত্যধিক শক্তভাবে আবদ্ধ করা হয় অথবা যথাযথভাবে সমর্থিত করা হয় না, সেই অঞ্চলগুলিতে সমস্যাটি আরও বাড়ে। উদাহরণস্বরূপ, যখন পাতলা দেয়ালযুক্ত টিউবগুলির উপর অত্যধিক সংকোচন বল প্রয়োগ করা হয়, তখন সেগুলি বাঁক নেয়। অন্যদিকে, টান বল ভঙ্গুর উপাদান যেমন পিভিসি-তে ফাটলগুলিকে ছড়িয়ে দিতে পারে। যদি পাইপিং যথেষ্ট সমর্থিত না হয়, তবে এই চাপগুলি কেবল স্থানীয়ভাবে সীমাবদ্ধ থাকে না; বরং এগুলি ভালভ, পাম্প এবং বিভিন্ন যন্ত্রপাতির মতো অন্যান্য সরঞ্জাম উপাদানগুলিতে সরাসরি প্রবেশ করে। এটি যান্ত্রিক প্রকৌশলীরা যাকে 'বিপর্যয়কর ফ্ল্যাঞ্জ ব্যর্থতা' বলেন, তার জন্য গুরুতর ঝুঁকি সৃষ্টি করে। এমনকি স্ট্যান্ডার্ড রেটেড সিস্টেমগুলিও এই নিয়ন্ত্রণহীন বলগুলির দীর্ঘকালীন প্রভাবের ফলে আশ্চর্যজনকভাবে নিম্ন চাপ স্তরে (প্রায় ৭৪০ পাউন্ড প্রতি বর্গ ইঞ্চি) সম্পূর্ণরূপে ব্যর্থ হতে পারে।

সঠিক এক্সপ্যান্ডার নির্বাচন ও ইনস্টলেশনের সেরা অনুশীলন

পাইপ উপাদান ও পার্শ্ব প্রাচীরের পুরুত্বের সাথে এক্সপ্যান্ডার ধরন ও বল প্রোফাইলের মিলিয়ে নেওয়া

উপযুক্ত এক্সপ্যান্ডার বাছাই করা মূলত এক্সপ্যান্ডারটি যে পরিমাণ বল প্রয়োগ করে তা পাইপটির যান্ত্রিকভাবে সহ্য করার ক্ষমতার সাথে মিলিয়ে দেখার উপর নির্ভর করে। তামা বা পিভিসি-এর তুলনায় ইস্পাত পাইপের আঁশের টান সহন করার ক্ষমতা (টেনসাইল স্ট্রেংথ) অনেক বেশি, ফলে এগুলো বেশি ব্যাসার্ধ বরাবর প্রসারণ বল সহ্য করতে পারে। তবে পাইপের দেয়ালের পুরুত্বও ভুলে যাবেন না, কারণ এটি এই সমস্ত বিষয়ে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। যেমন—হেভিসি (HVAC) সিস্টেমের পাতলা দেয়ালবিশিষ্ট পাইপ বা হালকা শিল্প পাইপিং অ্যাপ্লিকেশনের ক্ষেত্রে, বাঁকন (বাকলিং) বা ডিওভালাইজেশন (অ্যালটারেশন অফ সার্কুলার শেপ) সমস্যা এড়াতে আমাদের সাধারণত প্রসারণ অনুপাত কম রাখতে হয়। উপকরণ সম্পর্কে কথা বলতে গেলে, তাপমাত্রা ৪০ ডিগ্রি ফারেনহাইট (প্রায় ৪ ডিগ্রি সেলসিয়াস)-এর নীচে নামলে পিভিসি বেশ ভঙ্গুর হয়ে যায়। পিভিসি-তে ৮০০ পাউন্ড প্রতি বর্গ ইঞ্চি (psi)-এর বেশি চাপে বায়ুচালিত এক্সপ্যান্ডার ব্যবহার করলে উপাদানের মধ্যে ফাটল ছড়ানোর সম্ভাবনা বৃদ্ধি পায়। অন্যদিকে, তামা অপেক্ষাকৃত ঘনীভূত (ডাকটাইল) হওয়ায় যান্ত্রিক এক্সপ্যান্ডার ব্যবহার করার সময় এটি ক্ষতি ছাড়াই বেশি সরণ সহ্য করতে পারে। যেকোনো প্রকল্পে কাজ করার সময় নিম্নলিখিত বিষয়গুলো একসাথে পরীক্ষা করা আবশ্যিক: ব্যবহৃত পাইপ উপকরণের নির্দিষ্ট গ্রেড, এর দেয়ালের পুরুত্ব সংক্রান্ত বিস্তারিত তথ্য (ওয়াল শিডিউল), এবং নির্মাতা কর্তৃক প্রদত্ত টর্ক স্পেসিফিকেশন। এটি বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে যখন ওয়েল্ডেড জয়েন্টের কাছাকাছি কাজ করা হয়, কারণ ওয়েল্ডিংয়ের ফলে অবশিষ্ট প্রতিবন্ধকতা (রিমেইনিং স্ট্রেস) পাইপগুলোকে চাপের অধীনে সহজেই বিকৃত করতে পারে।

অতিরিক্ত প্রসারণ এড়ানো: ASME B31.1/B31.9 অনুযায়ী নিরাপদ সরণ সীমা গণনা করা

চাপযুক্ত সিস্টেমে যোগস্থলের ব্যর্থতার প্রধান কারণগুলির মধ্যে একটি হল অতিরিক্ত প্রসারণ। ASME B31.1 (পাওয়ার পাইপিং) এবং B31.9 (বিল্ডিং সার্ভিসেস পাইপিং) উপাদান, তাপমাত্রা এবং জ্যামিতির উপর ভিত্তি করে সর্বোচ্চ অনুমোদিত প্রসারণ সংজ্ঞায়িত করে। এই সীমাগুলির সাথে সম্প্রসারকগুলিকে ক্যালিব্রেট করা নিশ্চিত করে যে বিকৃতি স্থিতিস্থাপক পরিসরের মধ্যে থাকবে এবং স্থায়ী বিকৃতি বা সূক্ষ্ম ফাটল এড়ানো যাবে:

প্রসারণের পর যাচাইকরণ অত্যাবশ্যক: লেজার প্রোফাইলোমেট্রি দ্বারা নিশ্চিত করতে হবে যে অভ্যন্তরীণ ব্যাস (ID) নমুনা মানের ±০.৫% এর মধ্যে অবস্থিত রয়েছে। এই সীমার বাইরে বিচ্যুতি ঘটলে চক্রীয় তাপীয় ভারের অধীনে লিকের ঝুঁকি বৃদ্ধি পায়।

এক্সপ্যান্ডারের চারপাশে পাইপগুলির সুরক্ষা ও আবদ্ধকরণ কৌশল

এক্সপ্যান্ডার-জনিত গতি শোষণের জন্য আবদ্ধক, গাইড এবং পিছলানো সাপোর্টগুলির কৌশলগত স্থাপন

ভালো সমর্থন ব্যবস্থা আসলে এক্সপ্যান্ডারগুলি ব্যবহার করার সমগ্র প্রক্রিয়ায় তাপীয় গতির মোকাবিলা করে, শুধুমাত্র নিষ্ক্রিয় বাধা হিসেবে কাজ করে না, বরং সক্রিয়ভাবে সমগ্র ব্যবস্থায় বলগুলি বণ্টন করে। অ্যাঙ্করগুলি চাপ-জনিত প্রতিক্রিয়া বল (প্রেশার থ্রাস্ট) গ্রহণ করে এবং সেই স্থির বিন্দুগুলিতে যেকোনো অক্ষীয় গতিকে বাধা দেয়। গাইডগুলি পার্শ্বীয় গতিকে সীমিত করে, তবুও কিছুটা সামনে-পিছনে গতির অনুমতি দেয়। স্লাইডিং সাপোর্টগুলি তাদের নিম্ন ঘর্ষণ পৃষ্ঠের মাধ্যমে প্রত্যাশিত সরণ মোকাবিলা করে, যা সাধারণত জয়েন্ট ও প্রসারণ অঞ্চল থেকে প্রায় ৪ থেকে ১০ পাইপ ব্যাস দূরে স্থাপন করা হয়। এই তিনটি উপাদান একসাথে কাজ করে যাতে ইঞ্জিনিয়ারদের কাজের স্থলে দেখা প্রধান সমস্যাগুলি—যেমন ওয়েল্ডিং বিন্দুতে প্রতিবন্ধকতা সৃষ্টি, জয়েন্টগুলির সমান্তরাল থেকে বিচ্যুত হওয়া এবং চাপের অধীনে পাইপগুলির পার্শ্বীয়ভাবে বাঁকা হয়ে যাওয়া—এর সমাধান করা যায়।

স্থাপনের সঠিক ব্যবস্থা করতে হলে শুধুমাত্র দূরত্বের আনুমানিক মান ব্যবহার না করে তাপীয় প্রসারণ হার এবং সমগ্র সিস্টেমের বিন্যাস উভয়ই বিবেচনা করা আবশ্যক। প্রাথমিক সাপোর্টগুলি উপাদানগুলির নিজস্ব ওজনের কারণে ঝুলে পড়া রোধ করে এবং সমস্ত কিছুকে সঠিকভাবে সারিবদ্ধ রাখে। দ্বিতীয়ক সাপোর্টগুলি কম্পন হ্রাস করে এবং বিরক্তিকর অনুনাদ কম্পাঙ্কগুলিকে নিয়ন্ত্রণে রাখে। ক্ল্যাম্পিং হার্ডওয়্যারের অভ্যন্তরে অবস্থিত ঐসব বিচ্ছেদকারী লাইনারগুলিরও একটি বাস্তব ভূমিকা রয়েছে—এগুলি ধাতব অংশগুলিকে পরস্পরের সাথে সরাসরি ঘষাঘষি করা থেকে রোধ করে, যার ফলে প্রসারণের কারণে সৃষ্ট বলগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করে থাকার সময় অক্ষ বরাবর স্বাধীনভাবে গতিশীল হওয়ার সুযোগ প্রদান করে। যেসব স্থির বিন্দুতে সম্পূর্ণ অচলতা আবশ্যক—যেমন পাম্পের ইনলেট বা ভাল্ভ ফ্ল্যাঞ্জ—সেখানে আমরা অসামঞ্জস্যযোগ্য সাপোর্ট ব্যবহার করি যা সমস্ত কিছুকে দৃঢ়ভাবে আটকে রাখে। তবে কখনও কখনও সাইটে সামঞ্জস্য প্রয়োজন হয়, তাই নির্মাতারা সামগ্রিক কার্যকারিতা ক্ষুণ্ণ না করে সামঞ্জস্যযোগ্য সংস্করণ তৈরি করেন। শিল্প অভিজ্ঞতা থেকে প্রমাণিত হয়েছে যে, এই সমস্ত উপাদান যখন সঠিকভাবে একত্রে কাজ করে, তখন যান্ত্রিক ও তাপীয় পীড়ন সমগ্র সেটআপ জুড়ে বিস্তৃত হয়। এই ধরনের প্রকৌশল পদ্ধতি যন্ত্রপাতির আয়ু উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করেছে, যা রক্ষণাবেক্ষণ রেকর্ড থেকে প্রমাণিত—সময়ের সাথে সাথে প্রায় ৭০% উন্নতি লক্ষ্য করা গেছে।

সাধারণ জিজ্ঞাসা

পাইপিং সিস্টেমে তাপীয় প্রসারণের গুরুত্ব কী?

পাইপিং সিস্টেমে তাপীয় প্রসারণ একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, কারণ তাপমাত্রা পরিবর্তনের সাথে সাথে পাইপগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে প্রসারিত বা সংকুচিত হতে পারে, যার ফলে চাপ সৃষ্টিকারী বিন্দু, বিপথগামিতা এবং সম্ভাব্য গঠনগত ব্যর্থতা ঘটতে পারে।

ইস্পাতের তুলনায় PVC-এর তাপীয় প্রসারণের প্রতি সংবেদনশীলতা কেন বেশি?

PVC-এর তাপীয় প্রসারণ গুণাঙ্ক ইস্পাতের তুলনায় উচ্চতর, যার ফলে একই তাপমাত্রা পরিবর্তনের অধীনে এটি প্রায় পাঁচ গুণ বেশি প্রসারিত হয়। এটি বিশেষ করে উচ্চ তাপমাত্রার অবস্থায় PVC-এ আরও সুস্পষ্ট প্রসারণ প্রভাব সৃষ্টি করতে পারে।

পাইপগুলিতে তাপীয় প্রসারণের প্রভাব কমানোর কিছু পদ্ধতি কী কী?

উপযুক্ত এক্সপ্যান্ডার নির্বাচন, পাইপ উপাদান ও দেয়ালের পুরুত্বের সাথে এক্সপ্যান্ডার ধরনের মিলিয়ে নেওয়া এবং সমর্থন ও আঁকড়ানো ব্যবস্থার কৌশলগত স্থাপন—এগুলি তাপীয় প্রসারণের প্রভাব পরিচালনা ও কমানোর প্রধান পদ্ধতি।

চাপযুক্ত সিস্টেমে অতি-প্রসারণ কীভাবে এড়ানো যায়?

ASME B31.1/B31.9 এর মতো নির্দেশিকা মেনে চলা এবং এক্সপান্ডারগুলিকে নির্দিষ্ট উপাদান ও তাপমাত্রা সীমার সাথে ক্যালিব্রেট করার মাধ্যমে অতি-প্রসারণ এড়ানো যায়, যার ফলে বিকৃতি স্থিতিস্থাপক পরিসরেই থাকে।