Paineputkistoa suunniteltaessa nimeävä insinööri usein määrittää, että järjestelmän putkiston on oltava ASME B31 Pressure Piping Code -koodin yhden tai useamman osan mukainen. Kuinka insinöörit noudattavat koodin vaatimuksia oikein putkistojärjestelmiä suunnitellessaan?
Ensinnäkin insinöörin on määritettävä, mikä suunnitteluspesifikaatio tulisi valita. Paineputkijärjestelmien osalta tämä ei välttämättä rajoitu ASME B31 -standardiin. Muita ASME:n, ANSIn, NFPA:n tai muiden sääntelyorganisaatioiden julkaisemia koodeja voivat säännellä projektin sijainti, sovellus jne. ASME B31 -standardissa on tällä hetkellä voimassa seitsemän erillistä osiota.
ASME B31.1 Sähköputkistot: Tämä osio käsittelee putkistoja voimalaitoksissa, teollisuus- ja laitoslaitoksissa, maalämpöjärjestelmissä sekä keskus- ja kaukolämpö- ja jäähdytysjärjestelmissä. Tämä sisältää kattiloiden ulkoiset ja muut ulkoiset putkistot, joita käytetään ASME Section I -kattiloiden asennuksessa. Tätä osiota ei sovelleta ASME Boiler and Pressure Vessel Coden kattiloiden ja paineastioiden säännöstön piiriin kuuluviin laitteisiin, tiettyihin matalapaineisiin lämmitys- ja jäähdytysjakeluputkistoihin eikä muihin ASME B31.1:n 100.1.3 kohdassa kuvattuihin järjestelmiin. ASME B31.1:n alkuperä juontaa juurensa 1920-luvulle, ja ensimmäinen virallinen painos julkaistiin vuonna 1935. Huomaa, että ensimmäinen painos liitteineen oli alle 30 sivua pitkä ja nykyinen painos on yli 300 sivua pitkä.
ASME B31.3 Prosessiputkistot: Tämä osio käsittelee putkistoja jalostamoissa, kemian-, lääke-, tekstiili-, paperi-, puolijohde- ja kryogeenisissä tehtaissa sekä niihin liittyvissä käsittelylaitoksissa ja terminaaleissa. Tämä osio on hyvin samankaltainen kuin ASME B31.1, erityisesti suorien putkien vähimmäisseinämän paksuuden laskemisen osalta. Tämä osio oli alun perin osa B31.1:tä ja julkaistiin ensimmäisen kerran erikseen vuonna 1959.
ASME B31.4 Nesteiden ja lietteen putkistokuljetusjärjestelmät: Tämä osio käsittelee putkistoja, jotka kuljettavat pääasiassa nestemäisiä tuotteita laitosten ja terminaalien välillä sekä terminaalien, pumppaus-, käsittely- ja mittausasemien sisällä. Tämä osio oli alun perin osa B31.1-standardia ja julkaistiin ensimmäisen kerran erikseen vuonna 1959.
ASME B31.5 Kylmäaineputkistot ja lämmönsiirtokomponentit: Tämä osa käsittelee kylmäaineiden ja toissijaisten jäähdytysaineiden putkistoja. Tämä osa oli alun perin osa B31.1-standardia ja se julkaistiin ensimmäisen kerran erikseen vuonna 1962.
ASME B31.8 Kaasunsiirto- ja jakeluputkistojärjestelmät: Tähän sisältyvät putkistot, jotka kuljettavat pääasiassa kaasumaisia ​​tuotteita lähteiden ja päätelaitteiden välillä, mukaan lukien kompressorit, käsittely- ja mittausasemat; sekä kaasunkeräysputkistot. Tämä osio oli alun perin osa B31.1-standardia ja julkaistiin ensimmäisen kerran erikseen vuonna 1955.
ASME B31.9 Rakennustekniikkaputkistot: Tämä osio käsittelee teollisuus-, laitos-, liike- ja julkisissa rakennuksissa yleisesti käytettyjä putkistoja sekä usean asunnon asunnoissa käytettäviä putkistoja, jotka eivät vaadi ASME B31.1:ssä käsiteltyjä koko-, paine- ja lämpötila-alueita. Tämä osio on samanlainen kuin ASME B31.1 ja B31.3, mutta on vähemmän konservatiivinen (erityisesti seinämän vähimmäispaksuuden laskennassa) ja sisältää vähemmän yksityiskohtia. Se rajoittuu matalapaineisiin ja matalan lämpötilan sovelluksiin, kuten ASME B31.9:n kohdassa 900.1.2 on esitetty. Tämä julkaistiin ensimmäisen kerran vuonna 1982.
ASME B31.12 Vetyputkistot ja putkistot: Tämä osio käsittelee kaasumaisen ja nestemäisen vedyn putkistoja sekä kaasumaisen vedyn putkistoja. Tämä osio julkaistiin ensimmäisen kerran vuonna 2008.
Käytettävä suunnittelukoodi on viime kädessä omistajan päätettävissä. ASME B31 -standardin johdannossa todetaan: "Omistajan vastuulla on valita koodin osa, joka parhaiten vastaa suunniteltua putkistoasennusta." Joissakin tapauksissa "useita koodin osia voi soveltua asennuksen eri osiin".
ASME B31.1 -standardin vuoden 2012 painos toimii ensisijaisena viitteenä myöhemmissä keskusteluissa. Tämän artikkelin tarkoituksena on opastaa suunnitteluinsinööriä ASME B31 -yhteensopivan paineputkiston suunnittelun päävaiheissa. ASME B31.1 -standardin ohjeiden noudattaminen antaa hyvän kuvan yleisestä järjestelmäsuunnittelusta. Samanlaisia ​​suunnittelumenetelmiä käytetään, jos noudatetaan ASME B31.3- tai B31.9-standardia. Muita ASME B31 -standardeja käytetään suppeammissa sovelluksissa, ensisijaisesti tietyissä järjestelmissä tai sovelluksissa, eikä niitä käsitellä tarkemmin. Vaikka suunnitteluprosessin keskeisiä vaiheita korostetaan tässä, tämä keskustelu ei ole tyhjentävä, ja koko koodiin tulee aina viitata järjestelmäsuunnittelun aikana. Kaikki viittaukset tekstiin viittaavat ASME B31.1 -standardiin, ellei toisin mainita.
Oikean koodin valinnan jälkeen järjestelmäsuunnittelijan on myös tarkistettava kaikki järjestelmäkohtaiset suunnitteluvaatimukset. Kappale 122 (osa 6) sisältää suunnitteluvaatimukset, jotka liittyvät sähköputkistoissa yleisesti käytettyihin järjestelmiin, kuten höyry-, syöttövesi-, ulospuhallus- ja paineenalennusjärjestelmiin, instrumentointiputkistoihin ja paineenalennusjärjestelmiin. ASME B31.3 sisältää samanlaisia ​​kappaleita kuin ASME B31.1, mutta vähemmän yksityiskohtaisesti. Kappaleessa 122 on otettu huomioon järjestelmäkohtaiset paine- ja lämpötilavaatimukset sekä erilaiset lainkäyttöalueen rajoitukset, jotka on rajattu kattilan rungon, kattilan ulkoisten putkistojen ja ASME Section I -kattilaputkistoon kytkettyjen muiden kuin kattilan ulkoisten putkien välille. Kuva 2 esittää rumpukattilan nämä rajoitukset.
Järjestelmäsuunnittelijan on määritettävä paine ja lämpötila, joissa järjestelmä toimii, sekä olosuhteet, joihin järjestelmä on suunniteltava.
101.2 kohdan mukaan putkiston sisäisen suunnittelupaineen ei tule olla pienempi kuin putkiston suurin jatkuva käyttöpaine (MSOP), mukaan lukien staattisen paineen vaikutus. Ulkoiselle paineelle altistuvat putkistot on suunniteltava käyttö-, sammutus- tai testiolosuhteissa odotettavalle suurimmalle paine-erolle. Lisäksi on otettava huomioon ympäristövaikutukset. 101.4 kohdan mukaan, jos nesteen jäähtyminen todennäköisesti alentaa putken paineen ilmakehän paineen alapuolelle, putki on suunniteltava kestämään ulkoista painetta tai on ryhdyttävä toimenpiteisiin tyhjiön purkamiseksi. Tilanteissa, joissa nesteen laajeneminen voi lisätä painetta, putkistot on suunniteltava kestämään lisääntynyt paine tai on ryhdyttävä toimenpiteisiin ylipaineen purkamiseksi.
Kohdasta 101.3.2 alkaen putkiston suunnittelussa käytettävän metallin lämpötilan on oltava edustava odotettavissa olevia suurimpia kestäviä olosuhteita. Yksinkertaisuuden vuoksi yleensä oletetaan, että metallin lämpötila on yhtä suuri kuin nesteen lämpötila. Haluttaessa voidaan käyttää keskimääräistä metallin lämpötilaa, kunhan ulkoseinän lämpötila tunnetaan. Erityistä huomiota on kiinnitettävä myös lämmönvaihtimien läpi tai polttolaitteista imettyihin nesteisiin, jotta voidaan varmistaa, että pahimmat lämpötilaolosuhteet otetaan huomioon.
Suunnittelijat lisäävät usein turvamarginaalin suurimpaan käyttöpaineeseen ja/tai lämpötilaan. Marginaalin koko riippuu sovelluksesta. On myös tärkeää ottaa huomioon materiaalirajoitukset suunnittelulämpötilaa määritettäessä. Korkeiden suunnittelulämpötilojen (yli 750 F) määrittäminen voi edellyttää seostemateriaalien käyttöä tavallisemman hiiliteräksen sijaan. Pakollisen liitteen A jännitysarvot annetaan vain kunkin materiaalin sallituille lämpötiloille. Esimerkiksi hiiliteräs voi tarjota jännitysarvoja vain jopa 800 F:iin asti. Hiiliteräksen pitkäaikainen altistuminen yli 800 F:n lämpötiloille voi aiheuttaa putken hiiltymistä, mikä tekee siitä hauraamman ja alttiimman rikkoutumiselle. Jos putkea käytetään yli 800 F:n lämpötilassa, on myös otettava huomioon hiiliteräkseen liittyvä kiihtyvä virumisvaurio. Katso kappale 124, jossa käsitellään materiaalien lämpötilarajoja täydellisesti.
Joskus insinöörit voivat myös määrittää koepaineen kullekin järjestelmälle. Kappale 137 antaa ohjeita jännityskokeista. Tyypillisesti hydrostaattinen koe määritetään 1,5-kertaisena suunnittelupaineena; putkiston rengas- ja pitkittäisjännitysten ei kuitenkaan tule ylittää 90 %:a kappaleen 102.3.3 (B) mukaisen materiaalin myötölujuudesta painekokeen aikana. Joissakin muissa kuin kattilajärjestelmissä käytön aikainen vuotokoe voi olla käytännöllisempi menetelmä vuotojen tarkistamiseen, koska järjestelmän osien eristäminen on vaikeaa tai yksinkertaisesti siksi, että järjestelmän kokoonpano mahdollistaa yksinkertaisen vuotokokeen alkukäytön aikana. Tämä on hyväksyttävää, myönnetään.
Kun suunnitteluolosuhteet on määritelty, putkisto voidaan määrittää. Ensimmäinen asia on päättää käytettävästä materiaalista. Kuten aiemmin mainittiin, eri materiaaleilla on erilaiset lämpötilarajat. Kappale 105 sisältää lisärajoituksia eri putkistomateriaaleille. Materiaalivalinta riippuu myös järjestelmänesteestä, kuten nikkeliseoksista syövyttävissä kemiallisissa putkistoissa, ruostumattomasta teräksestä puhtaan instrumentti-ilman toimittamiseksi tai korkean kromipitoisuuden omaavasta hiiliteräksestä (yli 0,1 %) virtauksen kiihdyttämän korroosion estämiseksi. Virtauksen kiihdytetty korroosio (FAC) on eroosio-/korroosioilmiö, jonka on osoitettu aiheuttavan vakavaa seinämän ohenemista ja putkien rikkoutumista joissakin kriittisimmissä putkistojärjestelmissä. Putkiston osien ohentamisen asianmukaisen huomioon ottamatta jättäminen voi ja on aiheuttanut vakavia seurauksia, kuten vuonna 2007, kun KCP&L:n IATAN-voimalaitoksen höyrystinputki räjähti ja tappoi kaksi työntekijää ja loukkaantui vakavasti kolmas.
Yhtälöt 7 ja 9 kappaleessa 104.1.1 määrittelevät suoran putken sisäisen paineen alaisen seinämän vähimmäispaksuuden ja enimmäissisäisen suunnittelupaineen. Näiden yhtälöiden muuttujiin kuuluvat suurin sallittu jännitys (pakollisesta liitteestä A), putken ulkohalkaisija, materiaalikerroin (kuten taulukossa 104.1.2 (A) on esitetty) ja mahdolliset lisäpaksuustoleranssit (kuten alla on kuvattu). Koska muuttujia on niin paljon, sopivan putkimateriaalin, nimellishalkaisijan ja seinämän paksuuden määrittäminen voi olla iteratiivinen prosessi, johon voi sisältyä myös nesteen nopeus, painehäviö sekä putkisto- ja pumppauskustannukset. Sovelluksesta riippumatta vaadittu vähimmäisseinämän paksuus on varmistettava.
Paksuusvaraa voidaan lisätä useiden syiden, kuten FAC:n, kompensoimiseksi. Varaa voidaan tarvita mekaanisten liitosten tekemiseen tarvittavien kierteiden, urien jne. poistamisen vuoksi. Kohdan 102.4.2 mukaan vähimmäisvaran on oltava yhtä suuri kuin kierteiden syvyys plus koneistustoleranssi. Varaa voidaan tarvita myös lisälujuuden lisäämiseksi putken vaurioitumisen, romahtamisen, liiallisen roikkumisen tai nurjahtamisen estämiseksi päällekkäisten kuormien tai muiden kohdassa 102.4.4 käsiteltyjen syiden vuoksi. Varaa voidaan lisätä myös hitsattujen liitosten (kohta 102.4.3) ja mutkien (kohta 102.4.5) huomioon ottamiseksi. Lopuksi toleransseja voidaan lisätä korroosion ja/tai eroosion kompensoimiseksi. Tämän varauksen paksuus on suunnittelijan harkinnassa, ja sen on oltava putkiston odotetun käyttöiän mukainen kohdan 102.4.1 mukaisesti.
Valinnainen liite IV antaa ohjeita korroosionhallinnasta. Suojaavat pinnoitteet, katodinen suojaus ja sähköinen eristys (kuten eristävät laipat) ovat kaikki menetelmiä maanalaisten tai upotettujen putkistojen ulkoisen korroosion estämiseksi. Korroosionestoaineita tai vuorauksia voidaan käyttää sisäisen korroosion estämiseksi. On myös huolehdittava siitä, että käytetään sopivan puhdasta hydrostaattista testivettä ja tarvittaessa tyhjennetään putkisto kokonaan hydrostaattisen testin jälkeen.
Aiemmissa laskelmissa vaadittu putken vähimmäisseinämän paksuus tai aikataulu ei välttämättä ole vakio putken halkaisijan koko alueella, ja se voi vaatia eri aikataulujen määrittelyjä eri halkaisijoille. Sopivat aikataulu- ja seinämän paksuusarvot on määritelty standardissa ASME B36.10 Hitsatut ja saumattomat taotut teräsputket.
Putkimateriaalia määritettäessä ja aiemmin käsiteltyjä laskelmia suoritettaessa on tärkeää varmistaa, että laskelmissa käytetyt suurimmat sallitut jännitysarvot vastaavat määritettyä materiaalia. Esimerkiksi jos A312 304L ruostumattomasta teräksestä valmistettu putki on virheellisesti nimetty A312 304 ruostumattomasta teräksestä valmistetuksi putkeksi, annettu seinämän paksuus voi olla riittämätön johtuen merkittävästä erosta materiaalien suurimpien sallittujen jännitysarvojen välillä. Samoin putken valmistusmenetelmä on määriteltävä asianmukaisesti. Esimerkiksi jos laskelmassa käytetään saumattoman putken suurinta sallittua jännitysarvoa, saumaton putki on määriteltävä. Muussa tapauksessa valmistaja/asentaja voi tarjota saumahitsattua putkea, mikä voi johtaa riittämättömään seinämän paksuuteen pienempien sallittujen jännitysarvojen vuoksi.
Oletetaan esimerkiksi, että putkilinjan suunnittelulämpötila on 300 F ja suunnittelupaine on 1 200 psig. 2 tuumaa ja 3 tuumaa. Käytetään hiiliteräslankaa (A53 Grade B saumaton). Määritä sopiva putkistosuunnitelma ASME B31.1 -standardin yhtälön 9 vaatimusten täyttämiseksi. Ensin selitetään suunnitteluolosuhteet:
Seuraavaksi määritä taulukosta A-1 A53-luokan B suurimmat sallitut jännitysarvot yllä olevissa suunnittelulämpötiloissa. Huomaa, että saumattomien putkien arvoa käytetään, koska saumattomat putket on määritelty:
Paksuusvara on myös lisättävä. Tässä sovelluksessa oletetaan 1/16 tuuman korroosiovara. Erillinen jyrsintätoleranssi lisätään myöhemmin.
3 tuumaa. Putki määritellään ensin. Olettaen, että putki on Schedule 40 ja jyrsintätoleranssi 12,5 %, laske suurin paine:
Luettelon 40 mukainen putki on tyydyttävä 3 tuuman putkelle yllä määritellyissä suunnitteluolosuhteissa. Seuraavaksi tarkista 2 tuumaa. Putkilinjassa käytetään samoja oletuksia:
2 tuumaa. Yllä määritellyissä suunnitteluolosuhteissa putkiston seinämän paksuus on paksumpi kuin luokan 40 mukainen. Kokeile 2 tuumaa. Luokituksen 80 putket:
Vaikka putken seinämän paksuus on usein rajoittava tekijä painesuunnittelussa, on silti tärkeää varmistaa, että käytetyt liittimet, komponentit ja liitännät soveltuvat määriteltyihin suunnitteluolosuhteisiin.
Yleisenä sääntönä on, että kohtien 104.2, 104.7.1, 106 ja 107 mukaisesti kaikkia taulukossa 126.1 lueteltujen standardien mukaisesti valmistettuja venttiilejä, liitososia ja muita paineenalaisia ​​komponentteja pidetään sopivina käytettäväksi normaaleissa käyttöolosuhteissa tai standardissa 126.1 määriteltyjä paine-lämpötila-arvoja alhaisemmissa olosuhteissa. Käyttäjien tulee olla tietoisia siitä, että jos tietyt standardit tai valmistajat asettavat normaalikäytöstä poikkeamille tiukempia rajoituksia kuin ASME B31.1:ssä määritellyt, sovelletaan tiukempia rajoituksia.
Putkien risteyksissä suositellaan taulukossa 126.1 lueteltujen standardien mukaisesti valmistettuja T-kappaleita, poikittaiskappaleita, ristikappaleita, hitsattuja haaraliitoksia jne. Joissakin tapauksissa putkilinjojen risteykset saattavat vaatia ainutlaatuisia haaraliitoksia. Kohdassa 104.3.1 esitetään lisävaatimuksia haaraliitoksille sen varmistamiseksi, että putkistomateriaalia on riittävästi paineen kestämiseksi.
Suunnittelun yksinkertaistamiseksi suunnittelija voi asettaa suunnitteluehdot korkeammiksi täyttääkseen tietyn paineluokan (esim. ASME-luokka 150, 300 jne.) laipan nimellisluokituksen, joka on määritelty ASME B16 .5 Putkilaipat ja laippaliitokset -standardissa tai vastaavissa standardeissa, jotka on lueteltu taulukossa 126.1. Tämä on hyväksyttävää, kunhan se ei johda seinämän paksuuden tai muiden komponenttien suunnittelun tarpeettomaan kasvuun.
Tärkeä osa putkistosuunnittelua on varmistaa, että putkistojärjestelmän rakenteellinen eheys säilyy paineen, lämpötilan ja ulkoisten voimien vaikutusten jälkeen. Järjestelmän rakenteellinen eheys unohdetaan usein suunnitteluprosessissa, ja jos sitä ei tehdä hyvin, se voi olla yksi suunnittelun kalliimmista osista. Rakenteellista eheyttä käsitellään pääasiassa kahdessa kohdassa, kappaleessa 104.8: Putkiston komponenttien analyysi ja kappaleessa 119: Laajeneminen ja joustavuus.
Kappaleessa 104.8 luetellaan peruskaavat, joita käytetään sen määrittämiseen, ylittääkö putkistojärjestelmän sallitut jännitykset. Näitä koodiyhtälöitä kutsutaan yleisesti jatkuviksi kuormituksiksi, satunnaisiksi kuormituksiksi ja siirtymäkuormituksiksi. Jatkuva kuormitus on paineen ja painon vaikutus putkistoon. Satunnaiset kuormat ovat jatkuvia kuormia sekä mahdollisia tuulikuormat, seismiset kuormat, maastokuormat ja muut lyhytaikaiset kuormat. Oletetaan, että kukin kohdistettu satunnainen kuorma ei vaikuta muihin satunnaisiin kuormiin samanaikaisesti, joten jokainen satunnainen kuorma on erillinen kuormitustapaus analyysihetkellä. Siirtymäkuormat ovat lämpölaajenemisen, laitteiden siirtymisen käytön aikana tai minkä tahansa muun siirtymäkuorman vaikutuksia.
Kappaleessa 119 käsitellään putkistojen laajenemisen ja joustavuuden käsittelyä putkistojärjestelmissä ja reaktiokuormien määrittämistä. Putkistojärjestelmien joustavuus on usein tärkeintä laiteliitoksissa, koska useimmat laiteliitokset kestävät vain liitäntäpisteeseen kohdistuvan pienimmän voiman ja momentin. Useimmissa tapauksissa putkiston lämpölaajenemisella on suurin vaikutus reaktiokuormitukseen, joten on tärkeää hallita järjestelmän lämpölaajenemista vastaavasti.
Putkistojärjestelmän joustavuuden huomioon ottamiseksi ja järjestelmän asianmukaisen tuen varmistamiseksi on hyvä käytäntö tukea teräsputket taulukon 121.5 mukaisesti. Jos suunnittelija pyrkii noudattamaan tämän taulukon mukaisia ​​vakiotukien välejä, se saavuttaa kolme asiaa: minimoi omapainon aiheuttaman taipuman, vähentää jatkuvia kuormia ja lisää siirtymäkuormien käytettävissä olevaa jännitystä. Jos suunnittelija sijoittaa tuen taulukon 121.5 mukaisesti, se johtaa tyypillisesti alle 1/8 tuuman omapainon aiheuttamaan siirtymään tai roikkumiseen putkien tukien välillä. Omapainon aiheuttaman taipuman minimointi auttaa vähentämään kondenssiveden muodostumisen mahdollisuutta höyryä tai kaasua kuljettavissa putkissa. Taulukossa 121.5 esitettyjen etäisyyssuositusten noudattaminen antaa suunnittelijalle myös mahdollisuuden vähentää putkiston jatkuvaa jännitystä noin 50 prosenttiin määräysten jatkuvasta sallitusta arvosta. Yhtälön 1B mukaan siirtymäkuormien sallittu jännitys on kääntäen verrannollinen jatkuviin kuormiin. Siksi minimoimalla jatkuva kuormitus voidaan maksimoida siirtymäjännityksen sietokyky. Putkitukien suositeltu etäisyys on esitetty kuvassa 3.
Jotta putkiston reaktiokuormat otetaan asianmukaisesti huomioon ja määräysten mukaiset jännitykset täytetään, yleinen menetelmä on suorittaa järjestelmälle tietokoneella avustettu putkiston jännitysanalyysi. Saatavilla on useita erilaisia ​​putkiston jännitysanalyysiohjelmistopaketteja, kuten Bentley AutoPIPE, Intergraph Caesar II, Piping Solutions Tri-Flex tai jokin muu kaupallisesti saatavilla oleva ohjelmisto. Tietokoneella avustetun putkiston jännitysanalyysin etuna on, että se antaa suunnittelijalle mahdollisuuden luoda putkistosta äärelliselementtimenetelmällä mallinnuksen helppoa todentamista ja tarvittavien muutosten tekemistä varten kokoonpanoon. Kuva 4 esittää esimerkin putkilinjan osan mallintamisesta ja analysoinnista.
Uutta järjestelmää suunniteltaessa järjestelmäsuunnittelijat tyypillisesti määrittävät, että kaikki putkistot ja komponentit on valmistettava, hitsattava, koottava jne. käytetyn koodin vaatimusten mukaisesti. Joissakin jälkiasennuksissa tai muissa sovelluksissa voi kuitenkin olla hyödyllistä, että nimetty insinööri antaa ohjeita tietyistä valmistustekniikoista, kuten luvussa V on kuvattu.
Yleinen ongelma jälkiasennussovelluksissa on hitsauksen esilämmitys (kappale 131) ja hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (kappale 132). Näitä lämpökäsittelyjä käytetään muiden etujen ohella jännityksen lievittämiseen, halkeilun estämiseen ja hitsauslujuuden lisäämiseen. Hitsausta edeltäviin ja jälkilämpökäsittelyvaatimuksiin vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa seuraavat: P-numeroryhmittely, materiaalikemia ja materiaalin paksuus hitsattavassa liitoksessa. Jokaisella pakollisessa liitteessä A luetellulla materiaalilla on oma P-numeronsa. Esilämmityksen osalta kappale 131 antaa vähimmäislämpötilan, johon perusmetalli on lämmitettävä ennen hitsausta. PWHT:n osalta taulukko 132 antaa pitolämpötila-alueen ja hitsausalueen pitoajan. Lämmitys- ja jäähdytysnopeuksien, lämpötilan mittausmenetelmien, lämmitystekniikoiden ja muiden menetelmien tulee noudattaa tarkasti koodissa annettuja ohjeita. Odottamattomia haitallisia vaikutuksia hitsatulle alueelle voi esiintyä, jos lämpökäsittelyä ei tehdä asianmukaisesti.
Toinen mahdollinen huolenaihe paineistetuissa putkistoissa on putkien mutkat. Putkien taivuttaminen voi aiheuttaa seinämän ohenemista, mikä johtaa riittämättömään seinämän paksuuteen. Kohdan 102.4.5 mukaan määräykset sallivat taivutukset, kunhan vähimmäisseinämän paksuus täyttää saman kaavan, jota käytetään suoran putken vähimmäisseinämän paksuuden laskemiseen. Yleensä seinämän paksuuden huomioon ottamiseksi lisätään vara. Taulukossa 102.4.5 on suositellut taivutuksen pienennysvarat eri taivutussäteille. Taivutukset voivat myös vaatia esitaivutusta ja/tai taivutuksen jälkeistä lämpökäsittelyä. Kohta 129 antaa ohjeita mutkien valmistukseen.
Monissa paineputkijärjestelmissä on tarpeen asentaa varoventtiili tai varoventtiili järjestelmän ylipaineen estämiseksi. Näissä sovelluksissa valinnainen liite II: Varoventtiilien asennuksen suunnittelusäännöt on erittäin arvokas, mutta joskus vähän tunnettu resurssi.
II-1.2 kohdan mukaisesti varoventtiileille on ominaista täysin avoin ponnahdusliike kaasu- tai höyrykäytössä, kun taas varoventtiilit avautuvat suhteessa ylävirran staattiseen paineeseen ja niitä käytetään pääasiassa nestekäytössä.
Varoventtiiliyksiköille on ominaista, ovatko ne avoimia vai suljettuja poistojärjestelmiä. Avoimessa pakokaasussa varoventtiilin ulostulossa oleva mutka johtaa yleensä pakoputkeen ilmakehään. Tyypillisesti tämä johtaa pienempään vastapaineeseen. Jos pakoputkeen muodostuu riittävä vastapaine, osa pakokaasusta voi poistua tai huuhdella takaisin pakoputken tulopäästä. Pakoputken koon tulee olla riittävän suuri estämään takaisinvirtaus. Suljetuissa poistosovelluksissa paine nousee varoventtiilin ulostuloon poistoputken ilman puristumisen vuoksi, mikä voi aiheuttaa paineaaltojen etenemistä. II-2.2.2 kohdassa suositellaan, että suljetun poistoputken suunnittelupaine on vähintään kaksi kertaa suurempi kuin vakiotilan käyttöpaine. Kuvat 5 ja 6 esittävät varoventtiilin asennuksen auki ja kiinni.
Varoventtiiliasennuksiin voi kohdistua erilaisia ​​voimia, kuten II-2 kappaleessa on esitetty. Näihin voimiin kuuluvat lämpölaajenemisvaikutukset, useiden samanaikaisesti purkautuvien varoventtiilien vuorovaikutus, seismiset ja/tai tärinän vaikutukset sekä paineen vaikutukset paineenalennustapahtumien aikana. Vaikka varoventtiilin ulostuloon asti mitatun paineen tulisi vastata syöksyputken mitoituspainetta, poistojärjestelmän mitoituspaine riippuu poistojärjestelmän kokoonpanosta ja varoventtiilin ominaisuuksista. II-2.2 kappaleessa on esitetty yhtälöt paineen ja nopeuden määrittämiseksi poistomutkassa, poistoputken tuloaukossa ja poistoputken ulostulossa avoimissa ja suljetuissa poistojärjestelmissä. Näiden tietojen avulla voidaan laskea ja ottaa huomioon reaktiovoimat pakokaasujärjestelmän eri kohdissa.
Esimerkki avoimen purkausjärjestelmän ongelmasta on esitetty kappaleessa II-7. Varoventtiilien purkausjärjestelmien virtausominaisuuksien laskemiseen on olemassa muita menetelmiä, ja lukijaa kehotetaan varmistamaan, että käytetty menetelmä on riittävän varovainen. Yhden tällaisen menetelmän on kuvannut GS Liao artikkelissa "Power Plant Safety and Pressure Relief Valve Exhaust Group Analysis", jonka ASME julkaisi Journal of Electrical Engineering -lehdessä lokakuussa 1975.
Varoventtiilin tulee sijaita vähintään suoran putken etäisyydellä kaikista mutkista. Tämä vähimmäisetäisyys riippuu järjestelmän käytöstä ja geometriasta, kuten II-5.2.1 kohdassa on määritelty. Useiden varoventtiilien asennuksissa venttiilien haarojen liitosten suositeltu etäisyys riippuu haarojen ja huoltoputkien säteistä, kuten taulukon D-1 huomautuksessa (10)(c) on esitetty. II-5.7.1 kohdan mukaisesti voi olla tarpeen liittää varoventtiilien poistoaukoilla sijaitsevat putkiston tuet käyttöputkistoon viereisten rakenteiden sijaan lämpölaajenemisen ja seismisten vuorovaikutusten vaikutusten minimoimiseksi. Yhteenveto näistä ja muista varoventtiilikokoonpanojen suunnittelussa huomioon otetuista näkökohdista löytyy II-5 kohdasta.
Kaikkia ASME B31 -standardin suunnitteluvaatimuksia ei tietenkään ole mahdollista käsitellä tässä artikkelissa. Mutta jokaisen paineputkiston suunnitteluun osallistuvan nimetyn insinöörin tulisi ainakin tuntea tämä suunnittelukoodi. Toivottavasti yllä olevien tietojen avulla lukijat pitävät ASME B31:tä arvokkaampana ja helpommin saatavilla olevana resurssina.
Monte K. Engelkemier on projektipäällikkö Stanley Consultantsilla. Engelkemier on Iowa Engineering Societyn, NSPE:n ja ASME:n jäsen ja toimii B31.1 Electrical Piping Code Committeessa ja alakomiteassa. Hänellä on yli 12 vuoden käytännön kokemus putkistojärjestelmien suunnittelusta, suunnittelusta, tuentojen arvioinnista ja jännitysanalyyseistä. Matt Wilkey on koneinsinööri Stanley Consultantsilla. Hänellä on yli 6 vuoden työkokemus putkistojärjestelmien suunnittelusta erilaisille yleishyödyllisille, kunnallisille, institutionaalisille ja teollisuusasiakkaille, ja hän on ASME:n ja Iowa Engineering Societyn jäsen.
Onko sinulla kokemusta ja asiantuntemusta tässä sisällössä käsitellyistä aiheista? Sinun kannattaa harkita osallistumista CFE Median toimitustiimiimme ja saada ansaitsemaasi tunnustusta. Aloita prosessi napsauttamalla tästä.