عند تصميم نظام أنابيب الضغط، غالبًا ما يحدد المهندس المعين أن أنابيب النظام يجب أن تتوافق مع جزء واحد أو أكثر من كود أنابيب الضغط ASME B31. كيف يتبع المهندسون متطلبات الكود بشكل صحيح عند تصميم أنظمة الأنابيب؟
أولاً، يجب على المهندس تحديد مواصفات التصميم التي يجب اختيارها. بالنسبة لأنظمة الأنابيب المضغوطة، لا يقتصر هذا بالضرورة على ASME B31. قد تخضع الرموز الأخرى الصادرة عن ASME أو ANSI أو NFPA أو المنظمات الحاكمة الأخرى لموقع المشروع والتطبيق وما إلى ذلك. في ASME B31، يوجد حاليًا سبعة أقسام منفصلة سارية المفعول.
ASME B31.1 الأنابيب الكهربائية: يغطي هذا القسم الأنابيب في محطات الطاقة والمصانع الصناعية والمؤسسية وأنظمة التدفئة الحرارية الأرضية وأنظمة التدفئة والتبريد المركزية والمحلية. ويشمل ذلك الأنابيب الخارجية للغلاية وغير الغلايات المستخدمة لتثبيت غلايات القسم الأول من ASME. لا ينطبق هذا القسم على المعدات التي يغطيها قانون ASME للغلايات والأوعية المضغوطة، وبعض أنابيب توزيع التدفئة والتبريد منخفضة الضغط، والعديد من الأنظمة الأخرى الموضحة في الفقرة 100.1.3 من ASME B31.1. يمكن إرجاع أصول ASME B31.1 إلى عشرينيات القرن العشرين، مع نشر أول إصدار رسمي في عام 1935. لاحظ أن الإصدار الأول، بما في ذلك الملاحق، كان أقل من 30 صفحة، وأن الإصدار الحالي يزيد عن 300 صفحة.
ASME B31.3 أنابيب العمليات: يغطي هذا القسم الأنابيب في المصافي؛ والمصانع الكيميائية والصيدلانية والمنسوجات والورق وأشباه الموصلات والمبردة؛ ومصانع المعالجة والمحطات المرتبطة بها. هذا القسم مشابه جدًا لـ ASME B31.1، وخاصة عند حساب الحد الأدنى لسمك الجدار للأنابيب المستقيمة. كان هذا القسم في الأصل جزءًا من B31.1 وتم إصداره لأول مرة بشكل منفصل في عام 1959.
ASME B31.4 أنظمة نقل الأنابيب للسوائل والطين: يغطي هذا القسم الأنابيب التي تنقل في المقام الأول المنتجات السائلة بين المصانع والمحطات، وداخل المحطات، ومحطات الضخ والتكييف والقياس. كان هذا القسم في الأصل جزءًا من B31.1 وتم إصداره لأول مرة بشكل منفصل في عام 1959.
ASME B31.5 أنابيب التبريد ومكونات نقل الحرارة: يغطي هذا القسم الأنابيب الخاصة بالمبردات والمبردات الثانوية. كان هذا الجزء في الأصل جزءًا من B31.1 وتم إصداره لأول مرة بشكل منفصل في عام 1962.
ASME B31.8 أنظمة أنابيب نقل وتوزيع الغاز: يشمل ذلك الأنابيب المستخدمة لنقل المنتجات الغازية في المقام الأول بين المصادر والمحطات، بما في ذلك ضواغط الهواء ومحطات التكييف والقياس؛ وأنابيب تجميع الغاز. كان هذا القسم في الأصل جزءًا من B31.1 وتم إصداره لأول مرة بشكل منفصل في عام 1955.
ASME B31.9 أنابيب خدمات البناء: يغطي هذا القسم الأنابيب الموجودة عادةً في المباني الصناعية والمؤسسية والتجارية والعامة؛ والمساكن متعددة الوحدات التي لا تتطلب نطاقات الحجم والضغط ودرجة الحرارة المشمولة في ASME B31.1. هذا القسم مشابه لـ ASME B31.1 وB31.3، ولكنه أقل تحفظًا (خاصةً عند حساب الحد الأدنى لسمك الجدار) ويحتوي على تفاصيل أقل. يقتصر على تطبيقات الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المنخفضة كما هو موضح في الفقرة 900.1.2 من ASME B31.9. نُشر هذا لأول مرة في عام 1982.
ASME B31.12 أنابيب الهيدروجين والأنابيب: يغطي هذا القسم الأنابيب في خدمة الهيدروجين الغازي والسائل، والأنابيب في خدمة الهيدروجين الغازي. نُشر هذا القسم لأول مرة في عام 2008.
يقع اختيار رمز التصميم المُستخدم في نهاية المطاف على عاتق المالك. تنص مقدمة معيار ASME B31 على ما يلي: "يقع على عاتق المالك مسؤولية اختيار قسم الرمز الذي يُقارب تركيب الأنابيب المُقترح بشكل وثيق". في بعض الحالات، "قد تُطبق أقسام رمز متعددة على أقسام مختلفة من التركيب".
ستكون طبعة 2012 من ASME B31.1 بمثابة المرجع الأساسي للمناقشات اللاحقة. الغرض من هذه المقالة هو توجيه المهندس المعين خلال بعض الخطوات الرئيسية في تصميم نظام أنابيب الضغط المتوافق مع ASME B31. إن اتباع إرشادات ASME B31.1 يوفر تمثيلًا جيدًا لتصميم النظام العام. يتم استخدام طرق تصميم مماثلة إذا تم اتباع ASME B31.3 أو B31.9. يتم استخدام بقية ASME B31 في تطبيقات أضيق، في المقام الأول لأنظمة أو تطبيقات محددة، ولن تتم مناقشتها بشكل أكبر. في حين سيتم تسليط الضوء على الخطوات الرئيسية في عملية التصميم هنا، فإن هذه المناقشة ليست شاملة ويجب دائمًا الرجوع إلى الكود الكامل أثناء تصميم النظام. تشير جميع الإشارات إلى النص إلى ASME B31.1 ما لم يُذكر خلاف ذلك.
بعد اختيار الكود الصحيح، يجب على مصمم النظام أيضًا مراجعة أي متطلبات تصميم خاصة بالنظام. توفر الفقرة 122 (الجزء 6) متطلبات التصميم المتعلقة بالأنظمة الموجودة عادةً في تطبيقات الأنابيب الكهربائية، مثل البخار ومياه التغذية والتفريغ والتفريغ وأنابيب الأجهزة وأنظمة تخفيف الضغط. تحتوي ASME B31.3 على فقرات مماثلة لتلك الموجودة في ASME B31.1، ولكن بتفاصيل أقل. تتضمن الاعتبارات في الفقرة 122 متطلبات الضغط ودرجة الحرارة الخاصة بالنظام، بالإضافة إلى القيود القضائية المختلفة الموضحة بين جسم الغلاية وأنابيب الغلاية الخارجية والأنابيب الخارجية غير الخاصة بالغلاية المتصلة بأنابيب الغلايات في القسم الأول من ASME. التعريف. يوضح الشكل 2 هذه القيود الخاصة بالغلاية الأسطوانية.
يجب على مصمم النظام تحديد الضغط ودرجة الحرارة التي سيعمل بها النظام والظروف التي يجب أن يتم تصميم النظام لتلبيةها.
وفقًا للفقرة 101.2، يجب ألا يقل ضغط التصميم الداخلي عن أقصى ضغط عمل مستمر (MSOP) داخل نظام الأنابيب، بما في ذلك تأثير الرأس الثابت. يجب تصميم الأنابيب المعرضة لضغط خارجي لأقصى ضغط تفاضلي متوقع في ظل ظروف التشغيل أو الإغلاق أو الاختبار. بالإضافة إلى ذلك، يجب مراعاة التأثيرات البيئية. وفقًا للفقرة 101.4، إذا كان من المحتمل أن يؤدي تبريد السائل إلى تقليل الضغط في الأنبوب إلى أقل من الضغط الجوي، فيجب تصميم الأنبوب لتحمل الضغط الخارجي أو اتخاذ تدابير لكسر الفراغ. في المواقف التي قد يؤدي فيها تمدد السائل إلى زيادة الضغط، يجب تصميم أنظمة الأنابيب لتحمل الضغط المتزايد أو اتخاذ تدابير لتخفيف الضغط الزائد.
بدءًا من القسم 101.3.2، يجب أن تكون درجة حرارة المعدن لتصميم الأنابيب ممثلة للظروف القصوى المتوقعة للاستدامة. ومن أجل التبسيط، يُفترض عمومًا أن درجة حرارة المعدن تساوي درجة حرارة السائل. وإذا رغبت في ذلك، يمكن استخدام متوسط ​​درجة حرارة المعدن طالما كانت درجة حرارة الجدار الخارجي معروفة. ويجب أيضًا إيلاء اهتمام خاص للسوائل المسحوبة من خلال المبادلات الحرارية أو من معدات الاحتراق لضمان أخذ أسوأ ظروف درجة الحرارة في الاعتبار.
غالبًا ما يضيف المصممون هامش أمان إلى الحد الأقصى لضغط العمل و/أو درجة الحرارة. يعتمد حجم الهامش على التطبيق. من المهم أيضًا مراعاة قيود المواد عند تحديد درجة حرارة التصميم. قد يتطلب تحديد درجات حرارة التصميم العالية (أكبر من 750 فهرنهايت) استخدام مواد السبائك بدلاً من الفولاذ الكربوني الأكثر معيارية. يتم توفير قيم الإجهاد في الملحق أ الإلزامي فقط لدرجات الحرارة المسموح بها لكل مادة. على سبيل المثال، لا يمكن للفولاذ الكربوني توفير قيم إجهاد تصل إلى 800 فهرنهايت. قد يؤدي التعرض المطول للفولاذ الكربوني لدرجات حرارة أعلى من 800 فهرنهايت إلى تفحم الأنبوب، مما يجعله أكثر هشاشة وعرضة للفشل. في حالة التشغيل فوق 800 فهرنهايت، يجب أيضًا مراعاة الضرر الزحف المتسارع المرتبط بالفولاذ الكربوني. راجع الفقرة 124 لمناقشة كاملة لحدود درجة حرارة المواد.
في بعض الأحيان، يمكن للمهندسين تحديد ضغوط اختبار لكل نظام. تُقدم الفقرة 137 إرشادات حول اختبار الإجهاد. عادةً، يُحدد اختبار الضغط الهيدروستاتيكي عند ضغط تصميمي يعادل 1.5 مرة؛ ومع ذلك، يجب ألا تتجاوز إجهادات الطوق والإجهادات الطولية في الأنابيب 90% من مقاومة خضوع المادة المذكورة في الفقرة 102.3.3 (ب) أثناء اختبار الضغط. بالنسبة لبعض أنظمة الأنابيب الخارجية غير المُستخدمة في الغلايات، قد يكون اختبار التسرب أثناء الخدمة طريقةً أكثر عمليةً للتحقق من وجود تسريبات نظرًا لصعوبة عزل أجزاء من النظام، أو ببساطة لأن تكوين النظام يسمح بإجراء اختبار تسرب بسيط أثناء الخدمة الأولية. هذا مقبول، بالطبع.
بمجرد تحديد شروط التصميم، يمكن تحديد الأنابيب. أول شيء يجب تحديده هو المادة التي يجب استخدامها. كما ذكرنا سابقًا، فإن المواد المختلفة لها حدود درجة حرارة مختلفة. توفر الفقرة 105 قيودًا إضافية على مواد الأنابيب المختلفة. يعتمد اختيار المواد أيضًا على سائل النظام، مثل سبائك النيكل في تطبيقات الأنابيب الكيميائية المسببة للتآكل، أو الفولاذ المقاوم للصدأ لتوفير هواء نظيف للأجهزة، أو الفولاذ الكربوني الذي يحتوي على نسبة عالية من الكروم (أكبر من 0.1٪) لمنع التآكل المتسارع بالتدفق. التآكل المتسارع بالتدفق (FAC) هو ظاهرة تآكل/تآكل ثبت أنها تسبب ترققًا شديدًا في الجدار وفشل الأنابيب في بعض أنظمة الأنابيب الأكثر أهمية. يمكن أن يكون للفشل في مراعاة ترقق مكونات السباكة عواقب وخيمة، كما حدث في عام 2007 عندما انفجر أنبوب ذو درجة حرارة منخفضة في محطة الطاقة IATAN التابعة لشركة KCP&L، مما أسفر عن مقتل عاملين وإصابة ثالث بجروح خطيرة.
تحدد المعادلة 7 والمعادلة 9 في الفقرة 104.1.1 الحد الأدنى المطلوب لسمك الجدار والحد الأقصى للضغط التصميمي الداخلي، على التوالي، للأنابيب المستقيمة المعرضة للضغط الداخلي. تتضمن المتغيرات في هذه المعادلات الحد الأقصى للإجهاد المسموح به (من الملحق الإلزامي أ)، والقطر الخارجي للأنبوب، وعامل المادة (كما هو موضح في الجدول 104.1.2 (أ))، وأي بدلات سمك إضافية (كما هو موضح أدناه). مع وجود العديد من المتغيرات المعنية، يمكن أن يكون تحديد مادة الأنابيب المناسبة والقطر الاسمي وسمك الجدار عملية تكرارية قد تشمل أيضًا سرعة السوائل وانخفاض الضغط وتكاليف الأنابيب والضخ. بغض النظر عن التطبيق، يجب التحقق من الحد الأدنى المطلوب لسمك الجدار.
يمكن إضافة بدل سمك إضافي للتعويض عن أسباب مختلفة بما في ذلك FAC. قد تكون هناك حاجة إلى بدلات بسبب إزالة الخيوط والفتحات وما إلى ذلك من المواد المطلوبة لصنع الوصلات الميكانيكية. وفقًا للفقرة 102.4.2، يجب أن يكون الحد الأدنى للبدل مساويًا لعمق الخيط بالإضافة إلى تسامح التشغيل. قد يكون هناك حاجة أيضًا إلى بدل لتوفير قوة إضافية لمنع تلف الأنابيب أو انهيارها أو ترهلها المفرط أو انبعاجها بسبب الأحمال المتراكبة أو الأسباب الأخرى التي تمت مناقشتها في الفقرة 102.4.4. يمكن أيضًا إضافة بدلات لحساب الوصلات الملحومة (الفقرة 102.4.3) والمرفقين (الفقرة 102.4.5). أخيرًا، يمكن إضافة التسامحات للتعويض عن التآكل و/أو التعرية. يكون سمك هذا البدل وفقًا لتقدير المصمم ويجب أن يتوافق مع العمر المتوقع للأنابيب وفقًا للفقرة 102.4.1.
يقدم الملحق الاختياري الرابع إرشادات حول التحكم في التآكل. تعد الطلاءات الواقية والحماية الكاثودية والعزل الكهربائي (مثل الحواف العازلة) كلها طرق لمنع التآكل الخارجي لأنابيب المياه المدفونة أو المغمورة. يمكن استخدام مثبطات التآكل أو البطانات لمنع التآكل الداخلي. يجب أيضًا الحرص على استخدام مياه الاختبار الهيدروستاتيكي ذات النقاء المناسب، وإذا لزم الأمر، تصريف الأنابيب بالكامل بعد الاختبار الهيدروستاتيكي.
قد لا يكون الحد الأدنى لسمك جدار الأنبوب أو الجدول المطلوب للحسابات السابقة ثابتًا عبر قطر الأنبوب وقد يتطلب مواصفات لجداول مختلفة لأقطار مختلفة. يتم تعريف قيم الجدول المناسب وسمك الجدار في ASME B36.10 الأنابيب الفولاذية المطروقة الملحومة وغير الملحومة.
عند تحديد مادة الأنبوب وإجراء الحسابات التي تمت مناقشتها سابقًا، من المهم التأكد من أن قيم الإجهاد القصوى المسموح بها المستخدمة في الحسابات تتطابق مع المادة المحددة. على سبيل المثال، إذا تم تصنيف أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ A312 304L بشكل غير صحيح على أنه أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ A312 304، فقد يكون سمك الجدار المقدم غير كافٍ بسبب الاختلاف الكبير في قيم الإجهاد القصوى المسموح بها بين المادتين. وبالمثل، يجب تحديد طريقة تصنيع الأنبوب بشكل مناسب. على سبيل المثال، إذا تم استخدام أقصى قيمة إجهاد مسموح بها للأنبوب الملحوم للحساب، فيجب تحديد الأنبوب الملحوم. بخلاف ذلك، قد تقدم الشركة المصنعة/المثبت أنبوبًا ملحومًا بالدرز، مما قد يؤدي إلى سمك جدار غير كافٍ بسبب انخفاض قيم الإجهاد القصوى المسموح بها.
على سبيل المثال، افترض أن درجة حرارة تصميم خط الأنابيب هي 300 فهرنهايت وضغط التصميم هو 1200 رطل لكل بوصة مربعة.2 بوصة و3 بوصات. سيتم استخدام سلك من الفولاذ الكربوني (بدون لحام من الدرجة B A53). حدد خطة الأنابيب المناسبة لتحديدها لتلبية متطلبات ASME B31.1 المعادلة 9. أولاً، يتم شرح شروط التصميم:
بعد ذلك، حدد أقصى قيم الإجهاد المسموح بها للدرجة B A53 عند درجات حرارة التصميم أعلاه من الجدول A-1. لاحظ أن القيمة الخاصة بالأنابيب الملحومة تستخدم لأن الأنابيب الملحومة محددة:
يجب أيضًا إضافة بدل السُمك. بالنسبة لهذا التطبيق، يتم افتراض بدل التآكل. سيتم إضافة تسامح طحن منفصل لاحقًا.
3 بوصات. سيتم تحديد الأنبوب أولاً. بافتراض وجود أنبوب من الجدول 40 وتسامح طحن بنسبة 12.5٪، احسب الحد الأقصى للضغط:
يعتبر الأنبوب من الجدول 40 مناسبًا لأنبوب مقاس 3 بوصات في ظروف التصميم المحددة أعلاه. بعد ذلك، تحقق من 2 بوصة. يستخدم خط الأنابيب نفس الافتراضات:
2 بوصة. في ظل ظروف التصميم المحددة أعلاه، سوف تتطلب الأنابيب سمك جدار أكثر سماكة من الجدول 40. جرب 2 بوصة. أنابيب الجدول 80:
على الرغم من أن سمك جدار الأنبوب غالبًا ما يكون العامل المحدد في تصميم الضغط، إلا أنه لا يزال من المهم التحقق من أن التركيبات والمكونات والوصلات المستخدمة مناسبة لظروف التصميم المحددة.
كقاعدة عامة، ووفقًا للفقرات 104.2 و104.7.1 و106 و107، فإن جميع الصمامات والتجهيزات والمكونات الأخرى التي تحتوي على ضغط والمصنعة وفقًا للمعايير المدرجة في الجدول 126.1 تعتبر مناسبة للاستخدام في ظل ظروف التشغيل العادية أو أقل من تصنيفات الضغط ودرجة الحرارة القياسية المحددة في. يجب أن يكون المستخدمون على دراية بأنه إذا فرضت معايير أو مصنعون معينون حدودًا أكثر صرامة على الانحرافات عن التشغيل العادي من تلك المحددة في ASME B31.1، فيجب تطبيق الحدود الأكثر صرامة.
عند تقاطعات الأنابيب، يوصى باستخدام المحملات، والخطوط العرضية، والصلبان، والوصلات الملحومة بالفروع، وما إلى ذلك، المصنعة وفقًا للمعايير المدرجة في الجدول 126.1. في بعض الحالات، قد تتطلب تقاطعات خطوط الأنابيب توصيلات فرعية فريدة. توفر الفقرة 104.3.1 متطلبات إضافية لتوصيلات الفروع لضمان وجود مادة أنابيب كافية لتحمل الضغط.
لتبسيط التصميم، قد يختار المصمم ضبط شروط التصميم على مستوى أعلى لتلبية تصنيف الشفة لفئة ضغط معينة (على سبيل المثال فئة ASME 150، 300، إلخ) كما هو محدد بواسطة فئة الضغط ودرجة الحرارة للمواد المحددة في ASME B16 .5 شفاه الأنابيب ومفاصل الشفة، أو المعايير المماثلة المدرجة في الجدول 126.1. وهذا مقبول طالما أنه لا يؤدي إلى زيادة غير ضرورية في سمك الجدار أو تصميمات المكونات الأخرى.
إن الجزء المهم من تصميم الأنابيب هو ضمان الحفاظ على سلامة هيكل نظام الأنابيب بمجرد تطبيق تأثيرات الضغط ودرجة الحرارة والقوى الخارجية. غالبًا ما يتم تجاهل سلامة هيكل النظام في عملية التصميم، وإذا لم يتم ذلك بشكل جيد، فقد تكون واحدة من الأجزاء الأكثر تكلفة في التصميم. تتم مناقشة سلامة الهيكل بشكل أساسي في مكانين، الفقرة 104.8: تحليل مكونات خط الأنابيب والفقرة 119: التوسع والمرونة.
تسرد الفقرة 104.8 صيغ الكود الأساسية المستخدمة لتحديد ما إذا كان نظام الأنابيب يتجاوز الضغوط المسموح بها في الكود. يشار إلى معادلات الكود هذه عادةً بالأحمال المستمرة والأحمال العرضية وأحمال الإزاحة. الحمل المستدام هو تأثير الضغط والوزن على نظام الأنابيب. الأحمال العرضية هي أحمال مستمرة بالإضافة إلى أحمال الرياح المحتملة والأحمال الزلزالية وأحمال التضاريس والأحمال قصيرة المدى الأخرى. يُفترض أن كل حمل عرضي مطبق لن يؤثر على الأحمال العرضية الأخرى في نفس الوقت، لذلك سيكون كل حمل عرضي حالة حمل منفصلة في وقت التحليل. أحمال الإزاحة هي تأثيرات النمو الحراري أو إزاحة المعدات أثناء التشغيل أو أي حمل إزاحة آخر.
تناقش الفقرة 119 كيفية التعامل مع تمدد الأنابيب ومرونتها في أنظمة الأنابيب وكيفية تحديد أحمال التفاعل. غالبًا ما تكون مرونة أنظمة الأنابيب هي الأكثر أهمية في توصيلات المعدات، حيث لا تستطيع معظم توصيلات المعدات تحمل سوى الحد الأدنى من القوة والعزم المطبقين عند نقطة الاتصال. في معظم الحالات، يكون للنمو الحراري لنظام الأنابيب التأثير الأكبر على حمل التفاعل، لذلك من المهم التحكم في النمو الحراري في النظام وفقًا لذلك.
لاستيعاب مرونة نظام الأنابيب ولضمان دعم النظام بشكل صحيح، من الممارسات الجيدة دعم الأنابيب الفولاذية وفقًا للجدول 121.5. إذا سعى المصمم إلى تلبية التباعد القياسي للدعم لهذا الجدول، فإنه يحقق ثلاثة أشياء: تقليل انحراف الوزن الذاتي، وتقليل الأحمال المستمرة، وزيادة الإجهاد المتاح لأحمال الإزاحة. إذا وضع المصمم الدعم وفقًا للجدول 121.5، فسيؤدي ذلك عادةً إلى أقل من 1/8 بوصة من إزاحة الوزن الذاتي أو الترهل بين دعامات الأنابيب. يساعد تقليل انحراف الوزن الذاتي على تقليل فرصة التكثيف في الأنابيب التي تحمل البخار أو الغاز. كما يسمح اتباع توصيات التباعد في الجدول 121.5 للمصمم أيضًا بتقليل الإجهاد المستمر في الأنابيب إلى ما يقرب من 50٪ من القيمة المسموح بها المستمرة للكود. وفقًا للمعادلة 1 ب، فإن الإجهاد المسموح به لأحمال الإزاحة يتناسب عكسياً مع الأحمال المستمرة. لذلك، من خلال تقليل الإجهاد المستمر يمكن زيادة تحمل إجهاد الإزاحة إلى أقصى حد. يظهر التباعد الموصى به لدعامات الأنابيب في الشكل 3.
للمساعدة في ضمان مراعاة أحمال رد فعل نظام الأنابيب بشكل صحيح وتلبية إجهادات الكود، فإن الطريقة الشائعة هي إجراء تحليل إجهاد الأنابيب بمساعدة الكمبيوتر للنظام. هناك العديد من حزم برامج تحليل إجهاد الأنابيب المختلفة المتاحة، مثل Bentley AutoPIPE أو Intergraph Caesar II أو Piping Solutions Tri-Flex أو إحدى الحزم الأخرى المتوفرة تجاريًا. تتمثل ميزة استخدام تحليل إجهاد الأنابيب بمساعدة الكمبيوتر في أنه يسمح للمصمم بإنشاء نموذج عنصر محدود لنظام الأنابيب للتحقق بسهولة والقدرة على إجراء التغييرات اللازمة على التكوين. يوضح الشكل 4 مثالاً على نمذجة وتحليل قسم من خط الأنابيب.
عند تصميم نظام جديد، عادةً ما يحدد مصممو النظام أنه يجب تصنيع جميع الأنابيب والمكونات ولحامها وتجميعها وما إلى ذلك وفقًا لما يقتضيه أي رمز يتم استخدامه. ومع ذلك، في بعض التعديلات أو التطبيقات الأخرى، قد يكون من المفيد لمهندس معين تقديم إرشادات حول تقنيات تصنيع معينة، كما هو موضح في الفصل الخامس.
من المشاكل الشائعة التي تواجه تطبيقات التحديث هي التسخين المسبق للحام (الفقرة 131) والمعالجة الحرارية بعد اللحام (الفقرة 132). ومن بين الفوائد الأخرى، تُستخدم هذه المعالجات الحرارية لتخفيف الضغط ومنع التشقق وزيادة قوة اللحام. تشمل العناصر التي تؤثر على متطلبات المعالجة الحرارية قبل اللحام وبعده، على سبيل المثال لا الحصر، ما يلي: تجميع رقم P، وكيمياء المواد، وسمك المادة عند المفصل المراد لحامه. كل مادة مدرجة في الملحق أ الإلزامي لها رقم P مخصص. بالنسبة للتسخين المسبق، توفر الفقرة 131 الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي يجب تسخين المعدن الأساسي إليها قبل حدوث اللحام. بالنسبة لـ PWHT، يوفر الجدول 132 نطاق درجة حرارة التثبيت وطول الوقت لتثبيت منطقة اللحام. يجب أن تتبع معدلات التسخين والتبريد وطرق قياس درجة الحرارة وتقنيات التسخين والإجراءات الأخرى الإرشادات المنصوص عليها في الكود بدقة. يمكن أن تحدث آثار ضارة غير متوقعة على المنطقة الملحومة بسبب الفشل في المعالجة الحرارية بشكل صحيح.
مجال آخر محتمل للقلق في أنظمة الأنابيب المضغوطة هو انحناءات الأنابيب. يمكن أن يتسبب انحناء الأنابيب في ترقق الجدار، مما يؤدي إلى سمك جدار غير كافٍ. وفقًا للفقرة 102.4.5، يسمح الكود بالانحناءات طالما أن الحد الأدنى لسمك الجدار يلبي نفس الصيغة المستخدمة لحساب الحد الأدنى لسمك الجدار للأنابيب المستقيمة. عادةً ما تتم إضافة بدل لحساب سمك الجدار. يوفر الجدول 102.4.5 بدلات تقليل الانحناء الموصى بها لنصف قطر الانحناء المختلفة. قد تتطلب الانحناءات أيضًا معالجة حرارية قبل الانحناء و/أو بعد الانحناء. تقدم الفقرة 129 إرشادات حول تصنيع المرفقين.
بالنسبة للعديد من أنظمة أنابيب الضغط، من الضروري تركيب صمام أمان أو صمام تخفيف لمنع الضغط الزائد في النظام. بالنسبة لهذه التطبيقات، فإن الملحق الثاني الاختياري: قواعد تصميم تركيب صمام الأمان هو مورد قيم للغاية ولكن في بعض الأحيان غير معروف.
وفقًا للفقرة II-1.2، تتميز صمامات الأمان بعملية فتح كاملة للأعلى لخدمة الغاز أو البخار، في حين تفتح صمامات الأمان بالنسبة للضغط الساكن العلوي وتستخدم في المقام الأول لخدمة السوائل.
تتميز وحدات صمام الأمان بما إذا كانت أنظمة تفريغ مفتوحة أو مغلقة. في العادم المفتوح، عادةً ما يعاد الكوع عند مخرج صمام الأمان إلى أنبوب العادم إلى الغلاف الجوي. عادةً، سيؤدي هذا إلى ضغط خلفي أقل. إذا تم إنشاء ضغط خلفي كافٍ في أنبوب العادم، فقد يتم طرد جزء من غاز العادم أو إرجاعه من نهاية مدخل أنبوب العادم. يجب أن يكون حجم أنبوب العادم كبيرًا بما يكفي لمنع النفخ الخلفي. في تطبيقات التهوية المغلقة، يتراكم الضغط عند مخرج صمام تخفيف الضغط بسبب ضغط الهواء في خط التهوية، مما قد يتسبب في انتشار موجات الضغط. في الفقرة II-2.2.2، يوصى بأن يكون ضغط التصميم لخط التفريغ المغلق أكبر بمرتين على الأقل من ضغط العمل في الحالة المستقرة. يوضح الشكلان 5 و6 تركيب صمام الأمان مفتوحًا ومغلقًا على التوالي.
قد تخضع تركيبات صمام الأمان لقوى مختلفة كما هو موضح في الفقرة II-2. تتضمن هذه القوى تأثيرات التمدد الحراري، وتفاعل صمامات تخفيف متعددة تعمل في وقت واحد، وتأثيرات الزلازل و/أو الاهتزاز، وتأثيرات الضغط أثناء أحداث تخفيف الضغط. وعلى الرغم من أن الضغط التصميمي حتى مخرج صمام الأمان يجب أن يتطابق مع الضغط التصميمي لأنبوب الهبوط، فإن الضغط التصميمي في نظام التفريغ يعتمد على تكوين نظام التفريغ وخصائص صمام الأمان. يتم توفير المعادلات في الفقرة II-2.2 لتحديد الضغط والسرعة عند كوع التفريغ، ومدخل أنبوب التفريغ، ومخرج أنبوب التفريغ لأنظمة التفريغ المفتوحة والمغلقة. وباستخدام هذه المعلومات، يمكن حساب قوى رد الفعل عند نقاط مختلفة في نظام العادم ومحاسبتها.
تم تقديم مثال لمشكلة تطبيق التفريغ المفتوح في الفقرة II-7. توجد طرق أخرى لحساب خصائص التدفق في أنظمة تفريغ صمام تخفيف الضغط، ويُحذر القارئ من التحقق من أن الطريقة المستخدمة متحفظة بدرجة كافية. وقد وصف جي إس لياو إحدى هذه الطرق في "تحليل مجموعة عادم صمام تخفيف الضغط وسلامة محطة الطاقة" الذي نشرته ASME في مجلة الهندسة الكهربائية، أكتوبر 1975.
يجب وضع صمام تخفيف الضغط على مسافة لا تقل عن الأنبوب المستقيم بعيدًا عن أي انحناءات. تعتمد هذه المسافة الدنيا على الخدمة وهندسة النظام كما هو محدد في الفقرة II-5.2.1. بالنسبة للتركيبات ذات صمامات تخفيف الضغط المتعددة، تعتمد المسافة الموصى بها لتوصيلات فروع الصمام على نصف قطر الفرع وأنابيب الخدمة، كما هو موضح في الملاحظة (10) (ج) من الجدول D-1. وفقًا للفقرة II-5.7.1، قد يكون من الضروري توصيل دعامات الأنابيب الموجودة عند تفريغ صمام تخفيف الضغط بأنابيب التشغيل بدلاً من الهياكل المجاورة لتقليل آثار التمدد الحراري والتفاعلات الزلزالية. يمكن العثور على ملخص لهذه الاعتبارات التصميمية وغيرها في تصميم مجموعات صمام الأمان في الفقرة II-5.
من الواضح أنه ليس من الممكن تغطية جميع متطلبات تصميم ASME B31 ضمن نطاق هذه المقالة. ولكن يجب على أي مهندس معين مشارك في تصميم نظام أنابيب الضغط أن يكون على الأقل على دراية بهذا الكود التصميمي. نأمل أن يجد القراء، من خلال المعلومات المذكورة أعلاه، أن ASME B31 موردًا أكثر قيمة وسهولة في الوصول إليه.
مونتي ك. إنجيلكمير هو قائد المشروع في شركة ستانلي للاستشارات. إنجيلكمير عضو في جمعية الهندسة في ولاية أيوا، وNSPE، وASME، ويخدم في لجنة ولجنة فرعية لقانون الأنابيب الكهربائية B31.1. لديه أكثر من 12 عامًا من الخبرة العملية في تخطيط أنظمة الأنابيب وتصميمها وتقييم الدعامات وتحليل الإجهاد. مات ويلكي هو مهندس ميكانيكي في شركة ستانلي للاستشارات. لديه أكثر من 6 سنوات من الخبرة المهنية في تصميم أنظمة الأنابيب لمجموعة متنوعة من العملاء من المرافق والبلديات والمؤسسات والصناعة وهو عضو في ASME وجمعية الهندسة في ولاية أيوا.
هل لديك خبرة ودراية بالمواضيع التي يغطيها هذا المحتوى؟ ننصحك بالمساهمة في فريق التحرير في CFE Media للحصول على التقدير الذي تستحقه أنت وشركتك. انقر هنا لبدء العملية.