أعمال مجاري الهواء

تُستخدم قنوات التهوية في عمليات التصنيع لنقل كميات كبيرة من الهواء الساخن المحمل بالغبار من معدات التصنيع إلى المطاحن، ومن وحدات تجميع الغبار إلى معدات التصنيع الأخرى. قد تكون قنوات التهوية دائرية أو مستطيلة. ورغم أن تكلفة تصنيع القنوات الدائرية أعلى من تكلفة تصنيع القنوات المستطيلة، إلا أنها تتطلب عددًا أقل من الدعامات، ولذلك تُفضّل في العديد من التطبيقات.

قد يكون الهواء في مجاري التهوية الصناعية في ظروف محيطة أو قد يعمل عند درجة حرارة تصل إلى 482 درجة مئوية (900 درجة فهرنهايت) . وتختلف أحجام مجاري التهوية الصناعية من قطر قدمين إلى قطر 20 قدمًا، أو ربما إلى شكل مستطيل بأبعاد 20 قدمًا × 40 قدمًا.      

قد تمتلئ قنوات العمليات الكبيرة بالغبار، اعتمادًا على الميل، بنسبة تصل إلى 30٪ من المقطع العرضي، والتي يمكن أن تزن من 2 إلى 4 أطنان لكل قدم طولي.

تتعرض مجاري الهواء الدائرية لانهيار سحب الهواء، وتتطلب دعامات لتقليل ذلك، ولكنها أكثر كفاءة في استخدام المواد من مجاري الهواء المستطيلة.

لا توجد مراجع تصميم شاملة لتصميم مجاري الهواء في العمليات الصناعية. يقدم مرجع الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين (ASCE) لتصميم مجاري الهواء في محطات توليد الطاقة بعض الإرشادات العامة حول تصميم مجاري الهواء، ولكنه لا يوفر للمصممين معلومات كافية لتصميم مجاري الهواء في العمليات الصناعية.

تنقل قنوات التهوية الهيكلية كميات كبيرة من الهواء الساخن المحمل بالغبار بين أجزاء معدات العمليات. ويتطلب تصميم هذه القنوات فهمًا لتأثيرات تليين المعادن بالحرارة ، والآثار المحتملة لتراكم الغبار في القنوات الكبيرة، ومبادئ التصميم الهيكلي . يوجد شكلان أساسيان لقنوات التهوية الهيكلية: المستطيلة والدائرية. وتغطي الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين (ASCE) تصميم القنوات المستطيلة في معيارها "التصميم الهيكلي لقنوات الهواء والغاز لمحطات توليد الطاقة والتطبيقات الصناعية".

في التصميم العملي لأنظمة مجاري الهواء الهيكلية الدائرية المستخدمة في صناعات الإسمنت والجير والرصاص ، يتراوح قطر المجاري من 46 سم (18 بوصة) إلى 9.1 متر (30 قدمًا ) . وقد تتراوح درجة حرارة الهواء من درجة حرارة الغرفة إلى 538 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت) . وتتعرض مجاري الهواء هذه لأحمال كبيرة نتيجة تراكم الغبار، وضغط سحب المراوح، والرياح، وقوى الزلازل . ( اعتبارًا من عام 2009 )    قد تصل تكلفة مجاري التهوية الصناعية بقطر 30  قدمًا إلى 7000 دولار للطن الواحد. وقد يؤدي عدم مراعاة قوى التصميم بشكل صحيح إلى انهيار كارثي للمجاري. كما أن الإفراط في تصميم مجاري التهوية مكلف. ^{[ 1 ]}

هندسة كوع القناة

لتقليل فقدان الضغط في أكواع مجاري الهواء، يكون نصف قطر الكوع النموذجي مساوياً  لقطر مجرى الهواء بمقدار مرة ونصف. وفي الحالات التي لا يكون فيها نصف قطر الكوع هذا مناسباً، تُضاف ريش توجيه إلى مجرى الهواء.

أحمال تصميم القنوات

بالنسبة لقنوات التهوية في مصانع الأسمنت ومصانع الجير، فإن أحمال القنوات هي مزيج مما يلي:

1. الأحمال الميتة للقنوات: غالبًا ما يتم تبسيطها (في مصانع الإسمنت) باستخدام وزن لوحة القناة مضروبًا في 1.15 كبدل تقوية، حيث أن وزن مقوّمات القنوات عادةً ما يكون أقل من 15% من وزن لوحة القناة. قد يتراوح بدل تقوية القنوات لأنظمة القنوات المستطيلة في محطات الطاقة بين 50% و100% من وزن لوحة القناة.
2. أحمال الغبار الداخلية في القناة (أسفل القناة): والتي تختلف اختلافًا كبيرًا باختلاف ميل القناة. يجب أن يوافق العميل على هذه الأحمال، ولكنها تُستخدم غالبًا على النحو التالي:

بالنسبة للمجاري المائلة بزاوية تتراوح بين 0 و30 درجة، يُمثل الغبار الداخلي 25% من مساحة المقطع العرضي للمجرى. أما بالنسبة للمجاري المائلة بزاوية تتراوح بين 30 و45 درجة، فتنخفض أحمال الغبار إلى 15% من مساحة المقطع العرضي، بالإضافة إلى أحمال طلاء المجرى الداخلي. وبالنسبة للمجاري المائلة بزاوية تتراوح بين 45 و85 درجة، يُمثل الغبار الداخلي 5% من مساحة المقطع العرضي للمجرى، بالإضافة إلى أحمال طلاء المجرى الداخلي. أما بالنسبة للمجاري المائلة بزاوية تزيد عن 85 درجة، فنظرًا لاحتمالية تراكم كميات كبيرة من الغبار، تُصمم معظم مجاري العمليات الصناعية بزاوية ميل تتراوح بين 30 و45 درجة.

2أ) يتم أحيانًا تشغيل قنوات تهوية غير مخصصة للعمليات (قطرها 2 قدم أو أصغر)، مثل قنوات تهوية الناقل، بشكل أفقي ويمكن ملؤها بنسبة 100٪ من المقطع العرضي.

2ب) يتم تنسيق أحمال الغبار في القنوات الداخلية لمحطة الطاقة مع العميل، ويتم استخدامها أحيانًا عند 1 إلى 2 قدم من أحمال الرماد الداخلية.

3) الأحمال الداخلية للغبار المتراكمة على القناة، والتي تستخدم أحيانًا كطبقة من الغبار بسمك 2 بوصة (51 مم) على المحيط الداخلي.  

٤) أحمال ضغط سحب القناة. تتراوح ضغوط التصميم لمعظم قنوات العمليات بين ٢٥ و٤٠ بوصة (٦٤٠ إلى ١٠٢٠ مم) من ضغط الماء. يؤدي ضغط السحب هذا إلى انهيار جدران القناة الجانبية. كما يعمل هذا الضغط عموديًا على "وصلات التمدد" في القناة، مما يُولّد حملاً إضافيًا على دعامات القناة، يُضاف إلى الأحمال الميتة والحية. ملاحظة: تتغير أحمال ضغط القناة بتغير درجة الحرارة، نظرًا لتغير كثافة الغاز معها. قد ينخفض ​​ضغط القناة البالغ ٢٥ بوصة من _الماء عند درجة حرارة الغرفة إلى ما بين ١٢ و٦ بوصات عند ضغوط تشغيل القناة. 

5) أحمال الرياح على القناة

6) أحمال الزلازل في القناة

7) أحمال الثلج في القنوات، والتي عادة ما تكون غير مهمة، حيث يذوب الثلج بسرعة ما لم يكن المصنع في وضع الإيقاف.

8) أحمال الغبار في أعلى القناة، والتي غالباً ما تستخدم كصفر، لأن توليد الغبار في المصنع أقل بكثير الآن مما كان عليه في الماضي.

٩) تؤثر أحمال ضغط السحب في القناة بشكل عمودي على نهاية المقطع العرضي للقناة، وقد تكون كبيرة. بالنسبة لقناة مصممة لضخ ٢٥ بوصة من الماء عند درجة حرارة بدء تشغيل تبلغ ٧٠ درجة فهرنهايت، على قناة قطرها ٨ أقدام، فإن هذا يعادل ٨٠٠٠ رطل عند كل طرف من أطراف القناة.

معظم قنوات التهوية في مصانع الإسمنت دائرية الشكل. ويعود ذلك إلى أن شكل القناة الدائري لا ينحني بين الدعامات المحيطية، مما يُغني عن الحاجة إلى دعامات الانحناء، كما أن القنوات الدائرية تتطلب عددًا أقل من الدعامات الوسيطة وأخف وزنًا مقارنةً بالقنوات المستطيلة. في بعض الأحيان، تُشكل دعامات القنوات الدائرية في مصانع الإسمنت حوالي 5% من وزن لوحة القناة، بينما تُشكل دعامات القنوات المستطيلة من 15 إلى 20% من وزن لوحة القناة. أما قنوات التهوية في محطات توليد الطاقة، فغالبًا ما تكون أكبر حجمًا، وعادةً ما تكون مستطيلة الشكل، حيث تُشكل دعاماتها 50% (أو أكثر) من وزن لوحة القناة. (هذه المعلومات مبنية على خبرة شخصية، وقد تختلف باختلاف الأحمال وحجم القناة ومعايير الصناعة).

تُصنع قنوات التهوية الدائرية الكبيرة عادةً من صفائح فولاذية طرية بسماكة 6.4 مم (ربع بوصة ) ، مع حلقات تقوية بيضاوية الشكل بمسافات تتراوح بين 4.6 و 6.1 متر (15 إلى 20 قدمًا ) بين مراكزها، بغض النظر عن القطر. تتيح هذه الأطوال مقاومةً لتشوه الشكل البيضاوي بفعل الرياح، ومقاومةً لعدم استدارتها أثناء النقل بالشاحنات. كما أنها تتوافق جيدًا مع معدات التصنيع.   

صُممت الحلقات الوسيطة النموذجية لتحمل إجهادات الانحناء الناتجة عن الرياح ، والتي يتم تخفيضها حسب الحاجة وفقًا لانخفاض إجهاد الخضوع عند درجات حرارة التشغيل. تُصنع الحلقات النموذجية من صفائح فولاذية مدلفنة، أو زوايا، أو وصلات على شكل حرف T ملحومة معًا لتكوين المقطع العرضي المطلوب. تُصنع الحلقات من أي مزيج من الصفائح، أو وصلات حرف T، أو وصلات على شكل حرف W التي يمكن للورشة دحرجتها. عادةً ما تكون الحلقات مصنوعة من فولاذ كربوني خفيف، أو صفائح ASTM A36، أو ما يعادلها. يُفضل أن يكون موضع لحامات الحلقات الطرفية منحرفًا بمقدار 15 درجة (±) عن نقطة الإجهاد الأقصى لتقليل تأثير مسامية اللحام على إجهاد اللحام المسموح به.

انظر إلى كتاب US Steel Plate، المجلد الثاني، لمعرفة المسافة التجريبية بين الحلقات وإجهاد الانحناء الناتج عن الرياح: المسافة = Ls = 60 جذر [Do (قدم) * t plate (بوصة) / ضغط الرياح (رطل/قدم مربع)] المقطع = p * L (المسافة، قدم) * Do (قدم) * Do (قدم)/Fb (20000 عند درجة الحرارة المحيطة) هذا المرجع قديم، ولكنه نقطة انطلاق جيدة لتصميم القنوات.

يحتوي الفصل الرابع من كتاب SMACNA (الطبعة الثانية) على العديد من الصيغ المفيدة للقنوات الدائرية، والإجهادات المسموح بها، والمسافة بين الحلقات، وتأثير الغبار والجليد والأحمال الحية. معامل الأمان الأساسي في SMACNA، وهو 3، أكبر من المعامل المستخدم عادةً في مشاريع الهندسة الإنشائية التقليدية، والذي يبلغ 1.6. وفقًا لـ SMACNA، فإن المسافة الحرجة بين الحلقات هي L = 1.25 * D (قدم) √(D (قدم) / t (بوصة))، وهي مشابهة للهياكل الفولاذية الأنبوبية، L = 3.13 * R √(R / t). في الواقع، يُعد استخدام المعادلة Spacing = 60 √[Do (قدم) * t plate (بوصة) / ضغط الرياح (رطل/قدم مربع)] معادلةً متحفظة.

يمكن أن ينشأ الإجهاد المسموح به للانحناء والضغط في القنوات من عدة مصادر.

راجع معيار API 560 لتصميم دعامات تقوية الرياح البيضاوية

راجع الفصول 2 و9 و12 من كتاب "الهياكل الفولاذية الأنبوبية" للاطلاع على الإجهادات المسموح بها للقنوات الرقيقة المستديرة، وإجهاداتها المسموح بها، والمرفقات، ومعاملات تليين المرفقات، وبعض إجراءات تصميم حلقات دعم القنوات. ويمكن التحقق من هذه الإجهادات المسموح بها من خلال مراجعة مختارة لفصول من كتب "US Steel Plate" و"Blodgett Design of plate structures" و"Roark & ​​Young" أو "API 650".

تُوضع حلقات دعم القنوات الدائرية على مسافات متباعدة، غالباً بثلاثة أقطار، أو حسب الحاجة  بمسافات تصل إلى حوالي 14 متراً. عند هذه المسافة، تُصمم حلقات الدعم الرئيسية لتحمل مجموع إجهادات ضغط الشفط وعزوم الانحناء.

الإجهاد الانضغاطي المسموح به في مجاري الهواء الدائرية يساوي 662 / (d/t) + 339 * Fy (الهياكل الفولاذية الأنبوبية، الفصل 2). تستخدم المراجع الأخرى معادلات مماثلة.

تتراوح نسبة انخفاض الضغط في مجاري الهواء في مصانع الإسمنت النموذجية بين 60% و80%، ويحدث هذا الانخفاض في معدات المعالجة، ووحدات تجميع الغبار، والمطاحن، والفواصل الإعصارية. ونظرًا لأن تكلفة محرك بقوة حصان واحد تبلغ حوالي 1000 دولار أمريكي سنويًا (عام 2005)، فإن كفاءة مجاري الهواء تُعدّ أمرًا بالغ الأهمية. ويمكن أن يؤدي تقليل انخفاض الضغط في مجاري الهواء إلى خفض تكاليف تشغيل المصنع. يحدث معظم انخفاض الضغط في مجاري الهواء، باستثناء المعدات، عند نقاط الانتقال وتغيير الاتجاهات (المرفق). وأفضل طريقة لتقليل انخفاض الضغط في مجاري الهواء، أو لتقليل تكاليف تشغيل المصنع، هي استخدام مرفق بنصف قطر يزيد عن 1.5 وحدة قياس لنصف قطر مجرى الهواء. (على سبيل المثال، بالنسبة لمجرى هواء بطول 15 قدمًا، سيكون نصف قطر المرفق مساويًا أو أكبر من 22.5  قدمًا).

عادةً ما تُقاس انخفاضات الضغط في قنوات المعالجة (وفقًا للممارسات الأمريكية) بوحدة بوصة من الماء. تعمل القناة النموذجية عند ضغط سحب إجمالي يبلغ حوالي -25 بوصة (160 رطل/قدم مربع)، حيث يُفقد ما يقارب 75% من الضغط في وحدة تجميع الغبار، و10% نتيجة احتكاك القناة، و15% (اسميًا) نتيجة اضطراب التدفق عند الكوع. يُعدّ تقليل فقدان الضغط والاضطراب من أهم الاعتبارات في تصميم القنوات، إذ أن سوء تصميم القناة يزيد من الاضطراب، وبالتالي يزيد من استهلاك الطاقة الكهربائية في المصنع.

يتم منع انهيار ضغط الشفط في مجاري الهواء الدائرية، في مجاري الهواء التي يزيد قطرها عن 6 أقدام، باستخدام حلقات عند الدعامات، وبمسافات مركزية تبلغ حوالي 3 أقطار.

تُصمَّم حلقات دعم القنوات الدائرية تقليديًا وفقًا للمعادلات الواردة في كتاب روارك ويونغ. مع ذلك، يعتمد هذا المرجع على أحمال نقطية على الحلقات، بينما تعتمد أحمال حلقات القنوات الفعلية على غبار سفلي شبه منتظم. لذا، يمكن إثبات أن هذه المعادلات، باستخدام برنامج رام أو طرق تحليل أخرى، تتضمن معامل أمان أعلى بحوالي 2 من الإجهادات المذكورة في كتاب روارك. يجب دمج قوى حلقات القنوات (القوى الميتة، والقوى الحية، وقوى الغبار) مع إجهادات ضغط الشفط. تتركز قوى ضغط الشفط على الحلقات، لأنها العنصر الأكثر صلابة.

تُخفَّض الإجهادات المسموح بها في أكواع مجاري الهواء الدائرية نتيجةً لانحناء الكوع. وتُشير مراجع عديدة إلى نتائج مماثلة لهذا التخفيض. في قسم الهياكل الفولاذية الأنبوبية 9.9، يُعطى معامل تخفيض (بيسكين) بقيمة K = 1.65 / (h (2/3 أس))، حيث h = t (صفيحة) * R (الكوع) / r (مجرى الهواء) (حيث تكون ضغوط السحب أقل). يُخفِّض هذا المعامل K معامل I لمجرى الهواء، أي I الفعال = I / K.

تُصنع حلقات القنوات الدائرية من قطع معدنية ملفوفة على شكل حرف T أو زوايا أو صفائح، تُلحم بالشكل المطلوب. وعادةً ما تُصمم هذه الحلقات وفقًا لمواصفات ASTM A-36.

تُستخدم الأنابيب الهيكلية الدائرية أحيانًا لدعم واحتواء السيور الناقلة التي تنقل الفحم أو مركزات الرصاص أو غيرها من المواد المتربة فوق الطرق الريفية أو الطرق المؤدية إلى المصانع أو مرافق تحميل البارجات النهرية. عند استخدام الأنابيب لهذه الأغراض، قد يتراوح قطرها بين 10 أقدام و6 بوصات و12 قدمًا، ويصل طولها إلى 250 قدمًا، باستخدام صفائح يصل سمكها إلى نصف بوصة وحلقات تقوية بيضاوية الشكل على مسافات 8 أقدام (تصل إلى 20 قدمًا بين مراكزها). في أحد هذه المشاريع، أضافت شركتي قطعة L8x8x3/4 في أعلى موضع بزاوية 45 درجة لتقوية الصفيحة بالقرب من نقطة أقصى إجهاد للأنابيب (كما ذكر تيموشينكو وآخرون).

يقوم بعض البائعين بتوفير صالات نقل للأغراض نفسها.

غالبًا ما تكون قنوات التهوية المستطيلة في مصانع الإسمنت مصنوعة من صفائح بسمك 6.4 مم (1/4 بوصة ) ، مع دعامات متباعدة بمسافة تتراوح بين 6 و7.5 سم (2-6 بوصات) تقريبًا، وذلك حسب ضغط السحب ودرجة الحرارة. تتطلب الصفائح الأقل سمكًا تباعدًا أقرب بين الدعامات. عادةً ما تكون الدعامات مثبتة من طرفيها. أما قنوات التهوية في محطات توليد الطاقة، فيمكن أن تكون مصنوعة من صفائح بسمك 1.5 مم (5/16 بوصة)، مع دعامات W ذات طرف ثابت بمسافة تتراوح بين 6 و1.5 سم (2-5 بوصات) تقريبًا. نظرًا لأن صفائح القنوات المستطيلة قابلة للانحناء، فإن الدعامات مطلوبة بمسافات متقاربة. قد تتسبب صفائح القنوات التي يبلغ سمكها 1.5 مم (3/16 بوصة) أو أقل في حدوث تشوهات أو ضوضاء، لذا يُنصح بتجنبها.  

تُحسب خصائص مقطع القناة المستطيلة من المسافة بين زوايا القناة العلوية والسفلية. وتعتمد مساحات الحواف على حجم زوايا الزاوية بالإضافة إلى عرض لوحة القناة بناءً على نسبة سمك اللوحة 16*t. (انظر تصميم القناة الإنشائي وفقًا لمعايير AISC أدناه). يتم تجاهل لوحة "الشبكة" في خصائص المقطع.

تعتمد المسافة النموذجية بين الدعامات في مجاري الهواء بمصانع الإسمنت عادةً على معادلة انحناء ألواح المجاري: M = W * L * L / 8. وذلك لأن استخدام حالة التثبيت الكامل يتطلب تصميمًا معقدًا لوصلات الألواح. أما محطات توليد الطاقة، وغيرها من مجاري الهواء الكبيرة، فتتطلب عادةً تكلفة إنشاء عزم زاوية "ثابت". ويجب مراعاة دعامات الالتواء الجانبي لجميع الدعامات في مجاري الهواء المستطيلة.

عادةً ما تُصمَّم القنوات بحيث تتطابق درجات حرارة لوحة القناة والدعامات مع درجات حرارة الغازات داخل القناة. بالنسبة للفولاذ الكربوني الطري (ASTM A36)، تبلغ نسبة إجهاد الخضوع التصميمي عند 300  درجة فهرنهايت 84% من إجهاد درجة حرارة الغرفة. وعند 500  درجة فهرنهايت، تبلغ نسبة إجهاد الخضوع التصميمي 77% من إجهاد درجة حرارة الغرفة. وعند 700  درجة فهرنهايت، تبلغ نسبة إجهاد الخضوع التصميمي حوالي 71% من إجهاد درجة حرارة الغرفة.  قد تتسبب درجات الحرارة التي تتجاوز 800 درجة فهرنهايت في تشوه الفولاذ الكربوني الطري. ويعود ذلك إلى أن بنية الشبكة البلورية للفولاذ الكربوني الطري تتغير في هذا النطاق الحراري مع ارتفاع درجات الحرارة عن 800 درجة فهرنهايت تقريبًا (مرجع: لوحة فولاذية أمريكية، فولاذ مقاوم للحرارة العالية).

بالنسبة لأنظمة مجاري الهواء التي تعمل عند درجات حرارة أعلى من 800 درجة فهرنهايت، يجب أن تكون مادة ألواح مجاري الهواء مقاومة للتشوه. يمكن استخدام كل من فولاذ Core-ten أو الفولاذ المقاوم للصدأ ASTM A304 لألواح مجاري الهواء بين 800  و1200  درجة فهرنهايت، وألواح Core-ten أقل تكلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ.

تتمتع فولاذات كورتن بنسب إجهاد خضوع مماثلة تقريبًا لفولاذات كورتن حتى درجة حرارة 700  فهرنهايت. عند 900  فهرنهايت، تبلغ نسبة إجهاد الخضوع 63%. وعند 1100  فهرنهايت، تبلغ نسبة إجهاد الخضوع 58% (وفقًا لجداول AISC). لا يُنصح باستخدام فولاذات كورتن عند درجات حرارة أعلى من 1100  فهرنهايت.

ما لم يتم عزل القناة ودعاماتها، يمكن تصميم الدعامات من فولاذ ASTM A36، حتى عند درجة حرارة القناة 1000  درجة فهرنهايت. وذلك لأن درجة حرارة الدعامات أقل من درجة حرارة غاز القناة بعدة مئات من الدرجات فهرنهايت. ويُفترض أن تنخفض درجة حرارة دعامات القناة بمقدار 100  درجة فهرنهايت لكل بوصة من العمق (عند عدم العزل) (لا يوجد مرجع متاح).

تُفصل أجزاء مجاري الهواء عادةً بوصلات تمدد معدنية أو قماشية. تُصمم هذه الوصلات وتُفصّل لتناسب ضغط سحب الهواء ودرجات الحرارة والحركات بين أجزاء مجرى الهواء. يُفضل استخدام الوصلات القماشية لفصل أجزاء مجرى الهواء لأنها عادةً ما تكون أقل تكلفة بنسبة 40% من الوصلات المعدنية. كما أن الوصلات المعدنية تُحمّل أجزاء مجرى الهواء بأحمال إضافية، فهي تُفضل الحركات المحورية وتُحمّل أجزاء مجرى الهواء بأحمال جانبية كبيرة. تتراوح تكلفة الوصلات القماشية بين 100 و200 دولار أمريكي للقدم المربع الواحد (عام 2010)، بينما قد تصل تكلفة الوصلات المعدنية إلى ضعف هذا المبلغ.

تُفترض قوى التمدد في قنوات التهوية المصنوعة من القماش صفر رطل/بوصة. أما قوى التمدد في وصلات التمدد المعدنية لقناة تهوية قطرها 24 بوصة، فتبلغ حوالي 850 رطل/بوصة من الحركة المحورية، و32500 رطل/بوصة للحركة الجانبية. وتختلف هذه المعاملات باختلاف حجم القناة وسُمك الوصلة، وتزداد في القنوات المستطيلة (استنادًا إلى دراسة حديثة).

يبلغ عمر فواصل التمدد النسيجية حوالي 5 سنوات في ظروف الحقل. وتفضل العديد من المصانع وجود منصات وصول بالقرب من الفواصل لاستبدال نسيج الفواصل.

تتوفر حاليًا برامج لنمذجة مجاري الهواء ثلاثية الأبعاد. يجب استخدام هذه البرامج بحذر، حيث قد لا يتم إدخال قواعد التصميم الخاصة بنسبة العرض إلى السماكة ومعاملات تليين الكوع، وما إلى ذلك، في برنامج التصميم.

من السهل رسم القنوات ثلاثية الأبعاد دون تحديد الأبعاد بدقة. يجب أن تُصمم الرسومات وفقًا لما يلي:

• نقاط العمل، مع الارتفاعات، وأبعاد المخطط.
• نصف قطر الكوع، وأقطار القنوات، أو أبعاد العرض والسمك، وأبعاد مماس الكوع (المنظر الحقيقي والمنظر الأفقي والارتفاعي)
• شبكات الأعمدة، والأبعاد بين الدعامات، توضح نقاط العمل
• يؤدي نقص الأبعاد في الرسومات ثلاثية الأبعاد إلى صعوبة متابعة الرسومات.
• يجب تنسيق الدعامات مع الارتفاعات.

قد تحدث ظروف تحميل خاصة على مجاري الهواء خارج نطاق الظروف الطبيعية للغبار ودرجة الحرارة. قد تتعرض مجاري الهواء المرتبطة بمطاحن الفحم، ومرافق طحن فحم الكوك، وإلى حد ما مرافق معالجة الحبوب، للغبار المتفجر. عادةً ما تُصمم مجاري الهواء المصممة للغبار المتفجر لتحمل ضغطًا داخليًا يصل إلى 50 رطلًا لكل بوصة مربعة، وتحتوي عادةً على منفذ تهوية واحد لكل قسم من أقسام مجرى الهواء. تبلغ احتمالية حدوث انفجار غبار في نظام مطحنة الفحم غير المباشر 100% مع مرور الوقت. يمكن أن يُولّد هذا الانفجار عمودًا من اللهب بقطر يتراوح بين 5  و15 قدمًا  ، وطول يتراوح بين 20  و30  قدمًا. لذلك، يجب تقييد الوصول إلى المناطق المحيطة بفتحات التهوية الخاصة بالانفجار من خلال تأمينها.

تُشحن قنوات التهوية من مصانعها إلى مواقع العمل بالشاحنات أو السكك الحديدية أو على متن البوارج بأطوال تتناسب مع وسيلة النقل، وغالبًا ما تكون على شكل أقسام بطول 20 قدمًا. تُوصل هذه الأقسام بواسطة حواف أو أشرطة لحام. تُستخدم الحواف عند وصلات التمدد أو لربط أقسام قنوات التهوية ذات الإجهاد المنخفض. قد يكون تصميم الحواف لتحمل قوى ألواح قنوات التهوية صعبًا. تُضيف حشوات الحواف مرونةً للحواف، مما يُقلل من قدرتها على تحمل القوى. لذلك، تُستخدم أشرطة اللحام (أشرطة فولاذية قصيرة) عادةً لوصلات ألواح قنوات التهوية ذات الإجهاد العالي.

بالتدقيق في صورة دعامة القناة الثابتة، يظهر العديد من خصائص دعامات الحلقة الدائرية. توجد دعامات تقوية بزاوية 60 درجة تقريبًا في مركزها. صُنعت حلقة القناة هذه من قطعتين من الفولاذ المدلفن، ملحومتين في المنتصف. هذه قناة صغيرة ذات أحمال خفيفة، لذا تم تعديل الحافة السفلية قليلاً لتلبية متطلبات خلوص الدعامة. تظهر فجوة صغيرة لوضع محمل انزلاق PTFE الخاص بالقناة، مع إمكانية إدخال دعامة ثابتة في هذه الفجوة أيضًا. في خلفية الصورة، تظهر حافة القناة. عادةً ما تحتوي حافة القناة على مسامير بقطر 3/4 بوصة بمسافة اسمية 6 بوصات. يجب تصميم سُمك زاوية حافة القناة لتحمل إجهادات الشد في صفيحة القناة، لأن الحواف قابلة للانحناء. تُعد سُمك الزاوية 5/16 بوصة أو 3/8 بوصة شائعة.

انظر الصورة أعلاه لأكواع القنوات الدائرية، والوصلات، والدعامات. يتراوح نصف قطر كوع القناة من مرة ونصف إلى مرتين قطر القناة. تحتوي القناة الدائرية على حلقات بيضاوية وحلقات شحن بمسافة اسمية تبلغ 20 قدمًا، وحلقات دعم أكبر عند نقاط التثبيت. يحتوي التفرع على شكل حرف Y على دعامات سحب عند تقاطع القنوات. لاحظ أيضًا وصلة مدخل المروحة بقدرة 3000 حصان ووصلة مدخل المدخنة الموضحتين في هذه الصورة.

تُظهر الصورة المجاورة أيضًا عدة مبادئ لتصميم مجاري الهواء في العمليات الصناعية. وتُظهر مجرى هواء مدخل كبير لمرشح الغبار. تم تصميم مجرى المدخل بشكل مخروطي لتقليل تساقط الغبار. كما يُقلل هذا التناقص الطفيف من فقدان الضغط عند تغيير أقطار المجاري. لاحظ أن المسافة بين حلقات المجاري المستطيلة تبلغ حوالي 6.75 سم من المركز إلى المركز. تم تقوية المجرى الدائري بالقرب من كل فرع.

توجد العديد من المراجع لتصميم مجاري الهواء في العمليات الصناعية. وتُستخدم هذه المراجع معًا لمراجعة عمليات تصميم مجاري الهواء. كما تُستخدم مراجع أخرى في تصميم مجاري الهواء، ولكنها تُعطي نتائج مماثلة. يُمكن تصميم مجاري الهواء في العمليات الصناعية باستخدام طريقة العناصر المحدودة، ولكن يتطلب ذلك معرفة نظرية التصميم والإجهادات المسموح بها لتفسير نموذج العناصر المحدودة بشكل صحيح.

• الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين - التصميم الإنشائي لقنوات الهواء والغاز لمحطات توليد الطاقة وتطبيقات الغلايات الصناعية
• روارك ويونغ. تركيبات لعلاج الإجهاد والتوتر، طبعات مختلفة
• ألواح الصلب الأمريكية، الهياكل اللوحية، المجلد الأول والثاني
• ألواح الصلب الأمريكية، الفولاذ المستخدم في درجات حرارة الخدمة المرتفعة 1974
• مخططات AISC، درجة حرارة الفولاذ مقابل حد الخضوع، ودرجة حرارة الفولاذ مقابل معامل يونغ.
• لحام القوس الكهربائي في لينكولن ، تصميم الهياكل الملحومة، عمر بلودجيت، الفصل 6، القسم 6.6
• لحام القوس الكهربائي في لينكولن، الهياكل الفولاذية الأنبوبية، بقلم ترويتسكي
• الهياكل الفولاذية المشكلة على البارد
• ASHRE، لتصميم انخفاض الضغط، والمرفقات، والمراوح
• يتضمن معيار API 560 مراجع لتقليل تأثير الرياح على شكل بيضاوي
• يمكن استخدام SMNACA كمرجع أيضًا
• مورد العمليات، 2005، أحمال مجاري العمليات
• مرجع تصميم مشابه، نفدت طبعته، غايلورد وغايلورد، تصميم صناديق القمامة.

تُعتبر أحمال الغبار المقبولة في صناعات الأسمنت والجير والرصاص (لأحمال الهياكل) كما يلي: صُممت قنوات التهوية لنقل كميات كبيرة من الغبار، وسيترسب جزء من هذا الغبار في قاع القناة أثناء انقطاع التيار الكهربائي والتشغيل العادي.

غالباً ما يُفترض أن نسبة المقطع العرضي للقناة الممتلئة بالغبار هي كما يلي:

• تنحدر القناة بزاوية تصل إلى 30 درجة، بنسبة 25% من المقطع العرضي.
• منحدرات القناة، من 30 درجة إلى 45 درجة، 15% من المقطع العرضي
• ميل مجاري الهواء، من 45 درجة إلى 85 درجة، 5%
• عند درجة حرارة أعلى من 85 درجة، تتكون طبقة داخلية من الغبار بسمك 2 بوصة (51 مم) .  
• يتم دائمًا تأكيد هذه الأحمال مع العميل قبل الاستخدام، ولكن ما سبق ذكره هو ممارسة شائعة في الولايات المتحدة.

لتقليل تراكم الغبار، لكل مادة حد أدنى لسرعة النقل، الجير = حوالي 2800 قدم في الدقيقة، والأسمنت حوالي 3200 قدم في الدقيقة، وغبار الرصاص حوالي 4200 قدم في الدقيقة.

تعتمد كثافة الغبار على الصناعة، وعادة ما تكون كالتالي: كثافة غبار الأسمنت = 94 رطل/قدم مكعب، صناعة الجير = 50 رطل/قدم مكعب، غبار أكسيد الرصاص = 200 رطل/قدم مكعب.

تآكل مجاري الهواء: غالبًا ما تحمل مجاري الهواء ذات درجات الحرارة العالية كميات كبيرة من الغبار الساخن الكاشط. في كثير من الأحيان، تمنع درجة حرارة تصميم مجرى الهواء، أو درجة كشط الغبار، استخدام الفولاذ المقاوم للتآكل. في هذه الحالات، يمكن تثبيت مواد حرارية داخل مجرى الهواء، أو يتم لحام بلاطات مقاومة للتآكل، باستخدام صواميل لحام، على السطح الداخلي لمجرى الهواء.

الحركة الحرارية في القناة

تتمدد فولاذات القنوات مع ارتفاع درجة الحرارة. قد يكون لكل نوع من أنواع الفولاذ معامل تمدد حراري مختلف، وتتمدد أنواع الفولاذ الكربوني الخفيف النموذجية بمعامل 0.0000065 (انظر AISC).