Lors de la conception d'un système de tuyauterie sous pression, l'ingénieur désigné précisera souvent que la tuyauterie du système doit être conforme à une ou plusieurs parties du code de tuyauterie sous pression ASME B31. Comment les ingénieurs suivent-ils correctement les exigences du code lors de la conception des systèmes de tuyauterie ?
Tout d'abord, l'ingénieur doit déterminer quelle spécification de conception doit être sélectionnée. Pour les systèmes de tuyauterie sous pression, cela ne se limite pas nécessairement à la norme ASME B31. D'autres codes émis par l'ASME, l'ANSI, la NFPA ou d'autres organismes directeurs peuvent être régis par l'emplacement du projet, l'application, etc. Dans la norme ASME B31, sept sections distinctes sont actuellement en vigueur.
ASME B31.1 Tuyauterie électrique : Cette section couvre la tuyauterie des centrales électriques, des installations industrielles et institutionnelles, des systèmes de chauffage géothermique et des systèmes de chauffage et de refroidissement centraux et urbains. Cela comprend la tuyauterie extérieure et non extérieure de la chaudière utilisée pour installer les chaudières ASME Section I. Cette section ne s'applique pas aux équipements couverts par le code ASME sur les chaudières et les appareils à pression, à certaines tuyauteries de distribution de chauffage et de refroidissement à basse pression et à divers autres systèmes décrits au paragraphe 100.1.3 de l'ASME B31.1. Les origines de l'ASME B31.1 remontent aux années 1920, la première édition officielle étant publiée en 1935. Notez que la première édition, y compris les annexes, comptait moins de 30 pages et que l'édition actuelle en compte plus de 300.
ASME B31.3 Tuyauterie de procédé : Cette section couvre la tuyauterie dans les raffineries, les usines chimiques, pharmaceutiques, textiles, papetières, de semi-conducteurs et cryogéniques, ainsi que les usines de traitement et les terminaux associés. Cette section est très similaire à l'ASME B31.1, en particulier lors du calcul de l'épaisseur de paroi minimale pour les tuyaux droits. Cette section faisait à l'origine partie de la B31.1 et a été publiée séparément pour la première fois en 1959.
ASME B31.4 Systèmes de transport par pipeline pour liquides et boues : Cette section couvre les tuyauteries qui transportent principalement des produits liquides entre les usines et les terminaux, et à l'intérieur des terminaux, des stations de pompage, de conditionnement et de comptage. Cette section faisait à l'origine partie de la norme B31.1 et a été publiée séparément pour la première fois en 1959.
ASME B31.5 Composants de tuyauterie de réfrigération et de transfert de chaleur : Cette section couvre la tuyauterie pour les réfrigérants et les liquides de refroidissement secondaires. Cette partie faisait à l'origine partie de B31.1 et a été publiée séparément pour la première fois en 1962.
ASME B31.8 Systèmes de tuyauterie de transport et de distribution de gaz : Cela comprend les tuyauteries destinées à transporter principalement des produits gazeux entre les sources et les terminaux, y compris les compresseurs, les stations de conditionnement et de comptage, ainsi que les tuyauteries de collecte de gaz. Cette section faisait à l'origine partie de la norme B31.1 et a été publiée séparément pour la première fois en 1955.
ASME B31.9 Tuyauterie des services du bâtiment : Cette section couvre la tuyauterie que l'on trouve couramment dans les bâtiments industriels, institutionnels, commerciaux et publics, ainsi que dans les logements à logements multiples qui ne nécessitent pas les plages de taille, de pression et de température couvertes par la norme ASME B31.1. Cette section est similaire à la norme ASME B31.1 et B31.3, mais elle est moins conservatrice (en particulier lors du calcul de l'épaisseur minimale de paroi) et contient moins de détails. Elle est limitée aux applications à basse pression et basse température, comme indiqué dans le paragraphe 900.1.2 de la norme ASME B31.9. Cette publication a été publiée pour la première fois en 1982.
ASME B31.12 Tuyauterie et tuyauterie d'hydrogène : Cette section couvre la tuyauterie dans le service d'hydrogène gazeux et liquide, et la tuyauterie dans le service d'hydrogène gazeux. Cette section a été publiée pour la première fois en 2008.
Le choix du code de conception à utiliser est laissé à l'appréciation du propriétaire. L'introduction de la norme ASME B31 stipule : « Il incombe au propriétaire de sélectionner la section du code qui se rapproche le plus de l'installation de tuyauterie proposée. » Dans certains cas, « plusieurs sections du code peuvent s'appliquer à différentes sections de l'installation. »
Français L'édition 2012 de l'ASME B31.1 servira de référence principale pour les discussions ultérieures. Le but de cet article est de guider l'ingénieur désigné à travers certaines des principales étapes de la conception d'un système de tuyauterie sous pression conforme à l'ASME B31. Le respect des directives de l'ASME B31.1 fournit une bonne représentation de la conception générale du système. Des méthodes de conception similaires sont utilisées si l'ASME B31.3 ou B31.9 est suivi. Le reste de l'ASME B31 est utilisé dans des applications plus restreintes, principalement pour des systèmes ou des applications spécifiques, et ne sera pas abordé plus en détail. Bien que les étapes clés du processus de conception soient mises en évidence ici, cette discussion n'est pas exhaustive et le code complet doit toujours être référencé lors de la conception du système. Toutes les références au texte font référence à l'ASME B31.1, sauf indication contraire.
Français Après avoir sélectionné le code approprié, le concepteur du système doit également examiner toutes les exigences de conception spécifiques au système.Le paragraphe 122 (partie 6) fournit les exigences de conception liées aux systèmes couramment utilisés dans les applications de tuyauterie électrique, telles que la vapeur, l'eau d'alimentation, la purge et la purge, la tuyauterie d'instrumentation et les systèmes de décharge de pression.L'ASME B31.3 contient des paragraphes similaires à l'ASME B31.1, mais avec moins de détails.Les considérations du paragraphe 122 incluent les exigences de pression et de température spécifiques au système, ainsi que diverses limitations juridictionnelles délimitées entre la chaudière elle-même, la tuyauterie externe de la chaudière et la tuyauterie externe non liée à la chaudière connectée à la tuyauterie de la chaudière ASME Partie I. définition.La figure 2 montre ces limitations de la chaudière à tambour.
Le concepteur du système doit déterminer la pression et la température auxquelles le système fonctionnera ainsi que les conditions que le système doit être conçu pour respecter.
Conformément au paragraphe 101.2, la pression de conception interne ne doit pas être inférieure à la pression maximale de service continue (MSOP) à l'intérieur du système de tuyauterie, y compris l'effet de la hauteur statique. Les tuyauteries soumises à une pression externe doivent être conçues pour la pression différentielle maximale prévue dans les conditions de fonctionnement, d'arrêt ou d'essai. De plus, les impacts environnementaux doivent être pris en compte. Conformément au paragraphe 101.4, si le refroidissement du fluide est susceptible de réduire la pression dans la tuyauterie en dessous de la pression atmosphérique, la tuyauterie doit être conçue pour résister à la pression externe ou des mesures doivent être prises pour briser le vide. Dans les situations où la dilatation du fluide peut augmenter la pression, les systèmes de tuyauterie doivent être conçus pour résister à la pression accrue ou des mesures doivent être prises pour soulager l'excès de pression.
À partir de la section 101.3.2, la température du métal pour la conception de la tuyauterie doit être représentative des conditions maximales soutenues prévues. Par souci de simplicité, on suppose généralement que la température du métal est égale à la température du fluide. Si on le souhaite, la température moyenne du métal peut être utilisée à condition que la température de la paroi extérieure soit connue. Une attention particulière doit également être accordée aux fluides aspirés par des échangeurs de chaleur ou des équipements de combustion afin de garantir que les pires conditions de température soient prises en compte.
Souvent, les concepteurs ajoutent une marge de sécurité à la pression et/ou à la température de service maximales. La taille de la marge dépend de l'application. Il est également important de prendre en compte les contraintes matérielles lors de la détermination de la température de conception. La spécification de températures de conception élevées (supérieures à 750 F) peut nécessiter l'utilisation de matériaux en alliage plutôt que de l'acier au carbone plus standard. Les valeurs de contrainte de l'annexe A obligatoire ne sont fournies que pour les températures admissibles pour chaque matériau. Par exemple, l'acier au carbone ne peut fournir que des valeurs de contrainte allant jusqu'à 800 F. Une exposition prolongée de l'acier au carbone à des températures supérieures à 800 F peut provoquer la carbonisation du tuyau, le rendant plus fragile et sujet à la défaillance. En cas de fonctionnement à plus de 800 F, les dommages de fluage accéléré associés à l'acier au carbone doivent également être pris en compte. Voir le paragraphe 124 pour une discussion complète des limites de température des matériaux.
Parfois, les ingénieurs peuvent également spécifier des pressions d'essai pour chaque système. Le paragraphe 137 fournit des conseils sur les essais de contrainte. En règle générale, les essais hydrostatiques seront spécifiés à 1,5 fois la pression de conception ; cependant, les contraintes circonférentielles et longitudinales dans la tuyauterie ne doivent pas dépasser 90 % de la limite d'élasticité du matériau indiquée au paragraphe 102.3.3 (B) pendant l'essai de pression. Pour certains systèmes de tuyauterie externes autres que les chaudières, les essais d'étanchéité en service peuvent être une méthode plus pratique pour vérifier les fuites en raison des difficultés d'isolement des parties du système, ou simplement parce que la configuration du système permet un essai d'étanchéité simple lors de la mise en service initiale. D'accord, cela est acceptable.
Une fois les conditions de conception établies, la tuyauterie peut être spécifiée. La première chose à décider est le matériau à utiliser. Comme mentionné précédemment, différents matériaux ont des limites de température différentes. Le paragraphe 105 fournit des restrictions supplémentaires sur divers matériaux de tuyauterie. Le choix du matériau dépend également du fluide du système, comme l'utilisation d'alliages de nickel dans les applications de tuyauterie chimique corrosive, l'utilisation d'acier inoxydable pour fournir de l'air d'instrumentation propre ou l'utilisation d'acier au carbone à haute teneur en chrome (supérieure à 0,1 %) pour empêcher la corrosion accélérée par l'écoulement. La corrosion accélérée par l'écoulement (FAC) est un phénomène d'érosion/corrosion qui s'est avéré provoquer un amincissement important des parois et une défaillance des tuyaux dans certains des systèmes de tuyauterie les plus critiques. Le fait de ne pas prendre en compte correctement l'amincissement des composants de plomberie peut avoir et a eu de graves conséquences, comme en 2007 lorsqu'un tuyau de désurchauffe à la centrale électrique IATAN de KCP&L a éclaté, tuant deux travailleurs et en blessant grièvement un troisième.
L'équation 7 et l'équation 9 du paragraphe 104.1.1 définissent respectivement l'épaisseur de paroi minimale requise et la pression de conception interne maximale pour un tuyau droit soumis à une pression interne. Les variables de ces équations comprennent la contrainte maximale admissible (de l'annexe A obligatoire), le diamètre extérieur du tuyau, le facteur de matériau (comme indiqué dans le tableau 104.1.2 (A)) et toute tolérance d'épaisseur supplémentaire (comme décrit ci-dessous). Avec autant de variables impliquées, la spécification du matériau de tuyauterie approprié, du diamètre nominal et de l'épaisseur de paroi peut être un processus itératif qui peut également inclure la vitesse du fluide, la chute de pression et les coûts de tuyauterie et de pompage. Quelle que soit l'application, l'épaisseur de paroi minimale requise doit être vérifiée.
Une surépaisseur supplémentaire peut être ajoutée pour compenser diverses raisons, y compris FAC. Des surépaisseurs peuvent être nécessaires en raison de l'enlèvement de filetages, de fentes, etc. de matériaux nécessaires à la réalisation de joints mécaniques. Conformément au paragraphe 102.4.2, la surépaisseur minimale doit être égale à la profondeur du filetage plus la tolérance d'usinage. Une surépaisseur peut également être nécessaire pour fournir une résistance supplémentaire afin d'éviter l'endommagement du tuyau, l'effondrement, l'affaissement excessif ou le flambage dus à des charges superposées ou à d'autres causes abordées au paragraphe 102.4.4. Des surépaisseurs peuvent également être ajoutées pour tenir compte des joints soudés (paragraphe 102.4.3) et des coudes (paragraphe 102.4.5). Enfin, des tolérances peuvent être ajoutées pour compenser la corrosion et/ou l'érosion. L'épaisseur de cette surépaisseur est à la discrétion du concepteur et doit être cohérente avec la durée de vie prévue de la tuyauterie conformément au paragraphe 102.4.1.
L'annexe IV facultative fournit des conseils sur le contrôle de la corrosion. Les revêtements protecteurs, la protection cathodique et l'isolation électrique (comme les brides isolantes) sont autant de méthodes permettant de prévenir la corrosion externe des canalisations enterrées ou immergées. Des inhibiteurs de corrosion ou des revêtements peuvent être utilisés pour prévenir la corrosion interne. Il convient également de veiller à utiliser de l'eau d'essai hydrostatique de pureté appropriée et, si nécessaire, de vidanger complètement la tuyauterie après l'essai hydrostatique.
L'épaisseur minimale de la paroi du tuyau ou le programme requis pour les calculs précédents peut ne pas être constant sur tout le diamètre du tuyau et peut nécessiter des spécifications pour des programmes différents pour différents diamètres. Les valeurs appropriées de programme et d'épaisseur de paroi sont définies dans la norme ASME B36.10 Tuyaux en acier forgés soudés et sans soudure.
Français Lors de la spécification du matériau du tuyau et de l'exécution des calculs décrits précédemment, il est important de s'assurer que les valeurs de contrainte maximales admissibles utilisées dans les calculs correspondent au matériau spécifié. Par exemple, si le tuyau en acier inoxydable A312 304L est incorrectement spécifié au lieu du tuyau en acier inoxydable A312 304, l'épaisseur de paroi fournie peut être insuffisante en raison de la différence significative des valeurs de contrainte maximale admissible entre les deux matériaux. De même, la méthode de fabrication du tuyau doit être spécifiée de manière appropriée. Par exemple, si la valeur de contrainte maximale admissible pour le tuyau sans soudure est utilisée pour le calcul, le tuyau sans soudure doit être spécifié. Sinon, le fabricant/installateur peut proposer des tuyaux soudés par couture, ce qui peut entraîner une épaisseur de paroi insuffisante en raison de valeurs de contrainte maximale admissibles inférieures.
Par exemple, supposons que la température de conception du pipeline est de 300 °F et que la pression de conception est de 1 200 psig. 2″ et 3″. Du fil en acier au carbone (A53 Grade B sans soudure) sera utilisé. Déterminez le plan de tuyauterie approprié à spécifier pour répondre aux exigences de l'équation 9 de l'ASME B31.1. Tout d'abord, les conditions de conception sont expliquées :
Ensuite, déterminez les valeurs de contrainte maximales admissibles pour A53 Grade B aux températures de conception ci-dessus à partir du tableau A-1. Notez que la valeur pour les tuyaux sans soudure est utilisée car les tuyaux sans soudure sont spécifiés :
Une tolérance d'épaisseur doit également être ajoutée. Pour cette application, une tolérance de corrosion de 1/16 pouce est supposée. Une tolérance de fraisage distincte sera ajoutée ultérieurement.
3 pouces. Le tuyau sera spécifié en premier. En supposant un tuyau de nomenclature 40 et une tolérance de fraisage de 12,5 %, calculez la pression maximale :
Le tuyau de la nomenclature 40 est satisfaisant pour un tube de 3 pouces dans les conditions de conception spécifiées ci-dessus. Ensuite, vérifiez 2 pouces. Le pipeline utilise les mêmes hypothèses :
2 pouces. Dans les conditions de conception spécifiées ci-dessus, la tuyauterie nécessitera une épaisseur de paroi plus épaisse que celle du programme 40. Essayez 2 pouces. Tuyaux du programme 80 :
Bien que l'épaisseur de la paroi du tuyau soit souvent le facteur limitant dans la conception sous pression, il est toujours important de vérifier que les raccords, composants et connexions utilisés sont adaptés aux conditions de conception spécifiées.
En règle générale, conformément aux paragraphes 104.2, 104.7.1, 106 et 107, toutes les vannes, raccords et autres composants sous pression fabriqués selon les normes énumérées dans le tableau 126.1 doivent être considérés comme adaptés à une utilisation dans des conditions de fonctionnement normales ou en dessous des normes de pression-température spécifiées dans . Les utilisateurs doivent savoir que si certaines normes ou certains fabricants peuvent imposer des limites plus strictes aux écarts par rapport au fonctionnement normal que celles spécifiées dans la norme ASME B31.1, les limites les plus strictes doivent s'appliquer.
Aux intersections de tuyaux, des tés, des traverses, des croix, des joints soudés en dérivation, etc., fabriqués selon les normes énumérées dans le tableau 126.1 sont recommandés. Dans certains cas, les intersections de pipelines peuvent nécessiter des connexions de dérivation uniques. Le paragraphe 104.3.1 fournit des exigences supplémentaires pour les connexions de dérivation afin de garantir qu'il y a suffisamment de matériau de tuyauterie pour résister à la pression.
Pour simplifier la conception, le concepteur peut choisir de définir des conditions de conception plus élevées pour respecter la classification de la bride d'une certaine classe de pression (par exemple, classe ASME 150, 300, etc.) telle que définie par la classe pression-température pour des matériaux spécifiques spécifiés dans la norme ASME B16 .5 Brides de tuyaux et joints de bride, ou des normes similaires répertoriées dans le tableau 126.1. Ceci est acceptable tant que cela n'entraîne pas une augmentation inutile de l'épaisseur de la paroi ou d'autres conceptions de composants.
Une partie importante de la conception de la tuyauterie consiste à garantir que l'intégrité structurelle du système de tuyauterie est maintenue une fois que les effets de la pression, de la température et des forces externes sont appliqués. L'intégrité structurelle du système est souvent négligée dans le processus de conception et, si elle n'est pas bien réalisée, peut être l'une des parties les plus coûteuses de la conception. L'intégrité structurelle est abordée principalement à deux endroits, le paragraphe 104.8 : Analyse des composants du pipeline et le paragraphe 119 : Expansion et flexibilité.
Le paragraphe 104.8 énumère les formules de code de base utilisées pour déterminer si un système de tuyauterie dépasse les contraintes admissibles par le code. Ces équations de code sont communément appelées charges continues, charges occasionnelles et charges de déplacement. La charge soutenue est l'effet de la pression et du poids sur un système de tuyauterie. Les charges accessoires sont des charges continues plus d'éventuelles charges de vent, charges sismiques, charges de terrain et autres charges à court terme. On suppose que chaque charge accessoire appliquée n'agira pas sur d'autres charges accessoires en même temps, de sorte que chaque charge accessoire sera un cas de charge distinct au moment de l'analyse. Les charges de déplacement sont les effets de la croissance thermique, du déplacement de l'équipement pendant le fonctionnement ou de toute autre charge de déplacement.
Le paragraphe 119 explique comment gérer la dilatation et la flexibilité des tuyaux dans les systèmes de tuyauterie et comment déterminer les charges de réaction. La flexibilité des systèmes de tuyauterie est souvent plus importante au niveau des connexions d'équipement, car la plupart des connexions d'équipement ne peuvent supporter que la quantité minimale de force et de moment appliquée au point de connexion. Dans la plupart des cas, la croissance thermique du système de tuyauterie a le plus grand effet sur la charge de réaction, il est donc important de contrôler la croissance thermique dans le système en conséquence.
Pour s'adapter à la flexibilité du système de tuyauterie et garantir son bon support, il est recommandé de soutenir les tuyaux en acier conformément au tableau 121.5. Si un concepteur s'efforce de respecter l'espacement standard des supports de ce tableau, il accomplit trois choses : il minimise la déflexion due au poids propre, réduit les charges soutenues et augmente la contrainte disponible pour les charges de déplacement. Si le concepteur place le support conformément au tableau 121.5, il en résultera généralement moins de 1/8 de pouce de déplacement ou d'affaissement dû au poids propre entre les supports de tubes. Minimiser la déflexion due au poids propre aide à réduire le risque de condensation dans les tuyaux transportant de la vapeur ou du gaz. Suivre les recommandations d'espacement du tableau 121.5 permet également au concepteur de réduire la contrainte soutenue dans la tuyauterie à environ 50 % de la valeur continue admissible du code. Selon l'équation 1B, la contrainte admissible pour les charges de déplacement est inversement proportionnelle aux charges soutenues. Par conséquent, en minimisant la charge soutenue, la tolérance à la contrainte de déplacement peut être maximisée. La valeur recommandée L'espacement des supports de tuyaux est illustré à la figure 3.
Pour garantir que les charges de réaction du système de tuyauterie sont correctement prises en compte et que les contraintes du code sont respectées, une méthode courante consiste à effectuer une analyse des contraintes de tuyauterie assistée par ordinateur du système. Il existe plusieurs progiciels d'analyse des contraintes de tuyauterie différents, tels que Bentley AutoPIPE, Intergraph Caesar II, Piping Solutions Tri-Flex ou l'un des autres progiciels disponibles dans le commerce. L'avantage de l'utilisation de l'analyse des contraintes de tuyauterie assistée par ordinateur est qu'elle permet au concepteur de créer un modèle par éléments finis du système de tuyauterie pour une vérification facile et la possibilité d'apporter les modifications nécessaires à la configuration. La figure 4 montre un exemple de modélisation et d'analyse d'une section de pipeline.
Lors de la conception d'un nouveau système, les concepteurs de systèmes précisent généralement que toutes les tuyauteries et tous les composants doivent être fabriqués, soudés, assemblés, etc., conformément au code utilisé. Cependant, dans certaines rénovations ou autres applications, il peut être avantageux qu'un ingénieur désigné fournisse des conseils sur certaines techniques de fabrication, comme décrit au chapitre V.
Français Un problème courant rencontré dans les applications de modernisation est le préchauffage des soudures (paragraphe 131) et le traitement thermique après soudage (paragraphe 132). Entre autres avantages, ces traitements thermiques sont utilisés pour soulager les contraintes, prévenir les fissures et augmenter la résistance des soudures. Les éléments qui affectent les exigences de traitement thermique avant et après soudage comprennent, sans s'y limiter, les éléments suivants : le groupement de numéros P, la chimie du matériau et l'épaisseur du matériau au niveau du joint à souder. Chaque matériau répertorié dans l'annexe A obligatoire a un numéro P attribué. Pour le préchauffage, le paragraphe 131 fournit la température minimale à laquelle le métal de base doit être chauffé avant que le soudage puisse avoir lieu. Pour le PWHT, le tableau 132 fournit la plage de température de maintien et la durée de maintien de la zone de soudure. Les taux de chauffage et de refroidissement, les méthodes de mesure de la température, les techniques de chauffage et les autres procédures doivent suivre strictement les directives énoncées dans le code. Des effets indésirables inattendus sur la zone soudée peuvent survenir en raison d'un traitement thermique inadéquat.
Un autre domaine de préoccupation potentiel dans les systèmes de tuyauterie sous pression est celui des coudes de tuyaux. Le cintrage des tuyaux peut provoquer un amincissement des parois, ce qui entraîne une épaisseur de paroi insuffisante. Selon le paragraphe 102.4.5, le code autorise les coudes à condition que l'épaisseur de paroi minimale satisfasse à la même formule utilisée pour calculer l'épaisseur de paroi minimale pour les tuyaux droits. En règle générale, une tolérance est ajoutée pour tenir compte de l'épaisseur de paroi. Le tableau 102.4.5 fournit les tolérances de réduction de courbure recommandées pour différents rayons de courbure. Les coudes peuvent également nécessiter un traitement thermique avant et/ou après cintrage. Le paragraphe 129 fournit des conseils sur la fabrication des coudes.
Pour de nombreux systèmes de tuyauterie sous pression, il est nécessaire d'installer une soupape de sécurité ou une soupape de décharge pour éviter la surpression dans le système. Pour ces applications, l'annexe II facultative : Règles de conception d'installation de soupape de sécurité est une ressource très précieuse mais parfois peu connue.
Conformément au paragraphe II-1.2, les soupapes de sécurité sont caractérisées par une action de pop-up complètement ouverte pour le service de gaz ou de vapeur, tandis que les soupapes de sécurité s'ouvrent par rapport à la pression statique en amont et sont utilisées principalement pour le service de liquide.
Les unités de soupape de sécurité sont caractérisées par le fait qu'il s'agit de systèmes de décharge ouverts ou fermés. Dans un échappement ouvert, le coude à la sortie de la soupape de sécurité s'évacuera généralement dans le tuyau d'échappement vers l'atmosphère. En règle générale, cela entraînera moins de contre-pression. Si une contre-pression suffisante est créée dans le tuyau d'échappement, une partie des gaz d'échappement peut être expulsée ou rétrolavée de l'extrémité d'entrée du tuyau d'échappement. La taille du tuyau d'échappement doit être suffisamment grande pour empêcher le retour de flamme. Dans les applications à évent fermé, la pression s'accumule à la sortie de la soupape de décharge en raison de la compression de l'air dans la conduite d'évent, ce qui peut provoquer la propagation d'ondes de pression. Dans le paragraphe II-2.2.2, il est recommandé que la pression de conception de la conduite de décharge fermée soit au moins deux fois supérieure à la pression de service à l'état stable. Les figures 5 et 6 montrent l'installation de la soupape de sécurité ouverte et fermée, respectivement.
Les installations de soupapes de sécurité peuvent être soumises à diverses forces, comme résumé au paragraphe II-2. Ces forces comprennent les effets de dilatation thermique, l'interaction de plusieurs soupapes de décharge évacuant simultanément, les effets sismiques et/ou vibratoires et les effets de pression pendant les événements de décharge de pression. Bien que la pression de conception jusqu'à la sortie de la soupape de sécurité doive correspondre à la pression de conception du tuyau de descente, la pression de conception dans le système de décharge dépend de la configuration du système de décharge et des caractéristiques de la soupape de sécurité. Des équations sont fournies au paragraphe II-2.2 pour déterminer la pression et la vitesse au coude de décharge, à l'entrée du tuyau de décharge et à la sortie du tuyau de décharge pour les systèmes de décharge ouverts et fermés. À l'aide de ces informations, les forces de réaction à divers points du système d'échappement peuvent être calculées et prises en compte.
Un exemple de problème pour une application de décharge ouverte est fourni au paragraphe II-7. D'autres méthodes existent pour calculer les caractéristiques d'écoulement dans les systèmes de décharge à soupape de décharge, et le lecteur est prié de vérifier que la méthode utilisée est suffisamment conservatrice. Une de ces méthodes est décrite par GS Liao dans « Power Plant Safety and Pressure Relief Valve Exhaust Group Analysis » publié par l'ASME dans le Journal of Electrical Engineering, octobre 1975.
L'emplacement de la soupape de sécurité doit maintenir une distance minimale entre le tuyau droit et tout coude. Cette distance minimale dépend du service et de la géométrie du système, comme défini au paragraphe II-5.2.1. Pour les installations avec plusieurs soupapes de décharge, l'espacement recommandé pour les raccordements de dérivation de soupape dépend des rayons de la dérivation et de la tuyauterie de service, comme indiqué dans la note (10)(c) du tableau D-1. Conformément au paragraphe II-5.7.1, il peut être nécessaire de raccorder les supports de tuyauterie situés au niveau de la décharge de la soupape de décharge à la tuyauterie de service plutôt qu'à la structure adjacente afin de minimiser les effets de la dilatation thermique et des interactions sismiques. Un résumé de ces considérations et d'autres considérations de conception dans la conception des ensembles de soupapes de sécurité se trouve au paragraphe II-5.
De toute évidence, il n'est pas possible de couvrir toutes les exigences de conception de l'ASME B31 dans le cadre de cet article. Mais tout ingénieur désigné impliqué dans la conception d'un système de tuyauterie sous pression doit au moins être familiarisé avec ce code de conception. Espérons qu'avec les informations ci-dessus, les lecteurs trouveront l'ASME B31 une ressource plus précieuse et plus accessible.
Monte K. Engelkemier est le chef de projet chez Stanley Consultants. Engelkemier est membre de l'Iowa Engineering Society, de la NSPE et de l'ASME, et siège au comité et au sous-comité du code de tuyauterie électrique B31.1. Il a plus de 12 ans d'expérience pratique dans la conception, la conception, l'évaluation du contreventement et l'analyse des contraintes des systèmes de tuyauterie. Matt Wilkey est ingénieur en mécanique chez Stanley Consultants. Il a plus de 6 ans d'expérience professionnelle dans la conception de systèmes de tuyauterie pour une variété de clients des secteurs des services publics, municipaux, institutionnels et industriels et est membre de l'ASME et de l'Iowa Engineering Society.
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