प्रेशर पाइपिंग सिस्टम को डिजाइन करते समय, डिजाइनिंग इंजीनियर अक्सर यह निर्दिष्ट करता है कि सिस्टम पाइपिंग को ASME B31 प्रेशर पाइपिंग कोड के एक या अधिक भागों के अनुरूप होना चाहिए। पाइपिंग सिस्टम को डिजाइन करते समय इंजीनियर कोड की आवश्यकताओं का सही ढंग से पालन कैसे करते हैं?
सबसे पहले, इंजीनियर को यह निर्धारित करना होगा कि कौन सा डिज़ाइन विनिर्देश चुना जाना चाहिए। दबाव पाइपिंग सिस्टम के लिए, यह आवश्यक रूप से ASME B31 तक सीमित नहीं है। ASME, ANSI, NFPA, या अन्य शासी संगठनों द्वारा जारी किए गए अन्य कोड परियोजना के स्थान, अनुप्रयोग आदि के आधार पर लागू हो सकते हैं। ASME B31 में, वर्तमान में सात अलग-अलग खंड प्रभावी हैं।
ASME B31.1 विद्युत पाइपिंग: यह खंड विद्युत स्टेशनों, औद्योगिक और संस्थागत संयंत्रों, भूतापीय तापन प्रणालियों और केंद्रीय एवं जिला तापन एवं शीतलन प्रणालियों में प्रयुक्त पाइपिंग को कवर करता है। इसमें ASME खंड I बॉयलरों की स्थापना के लिए उपयोग की जाने वाली बॉयलर के बाहरी और गैर-बॉयलर बाहरी पाइपिंग शामिल हैं। यह खंड ASME बॉयलर और प्रेशर वेसल कोड के अंतर्गत आने वाले उपकरणों, कुछ निम्न दाब तापन एवं शीतलन वितरण पाइपिंग और ASME B31.1 के अनुच्छेद 100.1.3 में वर्णित विभिन्न अन्य प्रणालियों पर लागू नहीं होता है। ASME B31.1 की उत्पत्ति 1920 के दशक में हुई थी, जिसका पहला आधिकारिक संस्करण 1935 में प्रकाशित हुआ था। ध्यान दें कि परिशिष्टों सहित पहला संस्करण 30 पृष्ठों से कम का था, जबकि वर्तमान संस्करण 300 पृष्ठों से अधिक लंबा है।
ASME B31.3 प्रोसेस पाइपिंग: यह खंड रिफाइनरियों; रासायनिक, फार्मास्युटिकल, कपड़ा, कागज, सेमीकंडक्टर और क्रायोजेनिक संयंत्रों; और संबंधित प्रसंस्करण संयंत्रों और टर्मिनलों में पाइपिंग को कवर करता है। यह खंड ASME B31.1 के समान है, विशेष रूप से सीधे पाइप के लिए न्यूनतम दीवार मोटाई की गणना करते समय। यह खंड मूल रूप से B31.1 का हिस्सा था और पहली बार 1959 में अलग से जारी किया गया था।
ASME B31.4 तरल पदार्थ और स्लरी के लिए पाइपलाइन परिवहन प्रणाली: यह खंड उन पाइपों को कवर करता है जो मुख्य रूप से संयंत्रों और टर्मिनलों के बीच और टर्मिनलों के भीतर तरल उत्पादों का परिवहन करते हैं, साथ ही पंपिंग, कंडीशनिंग और मीटरिंग स्टेशनों को भी। यह खंड मूल रूप से B31.1 का हिस्सा था और पहली बार 1959 में अलग से जारी किया गया था।
ASME B31.5 प्रशीतन पाइपिंग और ऊष्मा स्थानांतरण घटक: यह खंड प्रशीतन और द्वितीयक शीतलक के लिए पाइपिंग को कवर करता है। यह भाग मूल रूप से B31.1 का हिस्सा था और पहली बार 1962 में अलग से जारी किया गया था।
ASME B31.8 गैस संचरण और वितरण पाइपिंग प्रणाली: इसमें स्रोतों और टर्मिनलों के बीच मुख्य रूप से गैसीय उत्पादों के परिवहन के लिए पाइपिंग शामिल है, जिसमें कंप्रेसर, कंडीशनिंग और मीटरिंग स्टेशन; और गैस संग्रहण पाइपिंग शामिल हैं। यह खंड मूल रूप से B31.1 का हिस्सा था और पहली बार 1955 में अलग से जारी किया गया था।
ASME B31.9 बिल्डिंग सर्विसेज पाइपिंग: यह खंड औद्योगिक, संस्थागत, वाणिज्यिक और सार्वजनिक भवनों में आमतौर पर पाई जाने वाली पाइपिंग को कवर करता है; और बहु-इकाई आवासों को भी, जिनके लिए ASME B31.1 में उल्लिखित आकार, दबाव और तापमान सीमा की आवश्यकता नहीं होती है। यह खंड ASME B31.1 और B31.3 के समान है, लेकिन कम रूढ़िवादी है (विशेषकर न्यूनतम दीवार मोटाई की गणना करते समय) और इसमें कम विवरण शामिल हैं। यह ASME B31.9 पैराग्राफ 900.1.2 में दर्शाए गए अनुसार कम दबाव, कम तापमान वाले अनुप्रयोगों तक सीमित है। यह पहली बार 1982 में प्रकाशित हुआ था।
ASME B31.12 हाइड्रोजन पाइपिंग और पाइपिंग: यह खंड गैसीय और तरल हाइड्रोजन सेवा में पाइपिंग और गैसीय हाइड्रोजन सेवा में पाइपिंग को कवर करता है। यह खंड पहली बार 2008 में प्रकाशित हुआ था।
किस डिज़ाइन कोड का उपयोग किया जाना चाहिए, यह अंततः मालिक पर निर्भर करता है। ASME B31 के परिचय में कहा गया है, "प्रस्तावित पाइपिंग इंस्टॉलेशन के सबसे सटीक कोड सेक्शन का चयन करना मालिक की ज़िम्मेदारी है।" कुछ मामलों में, "इंस्टॉलेशन के विभिन्न सेक्शन पर कई कोड सेक्शन लागू हो सकते हैं।"
आगे की चर्चाओं के लिए ASME B31.1 का 2012 संस्करण प्राथमिक संदर्भ के रूप में कार्य करेगा। इस लेख का उद्देश्य ASME B31 के अनुरूप दबाव पाइपिंग प्रणाली के डिजाइन में कुछ मुख्य चरणों के माध्यम से डिजाइनिंग इंजीनियर का मार्गदर्शन करना है। ASME B31.1 के दिशानिर्देशों का पालन करने से सामान्य प्रणाली डिजाइन का अच्छा प्रतिनिधित्व मिलता है। ASME B31.3 या B31.9 का पालन करने पर भी समान डिजाइन विधियों का उपयोग किया जाता है। ASME B31 का शेष भाग संकीर्ण अनुप्रयोगों में, मुख्य रूप से विशिष्ट प्रणालियों या अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है, और इस पर आगे चर्चा नहीं की जाएगी। हालांकि डिजाइन प्रक्रिया के प्रमुख चरणों को यहां उजागर किया जाएगा, यह चर्चा संपूर्ण नहीं है और प्रणाली डिजाइन के दौरान हमेशा संपूर्ण कोड का संदर्भ लिया जाना चाहिए। पाठ के सभी संदर्भ ASME B31.1 को संदर्भित करते हैं जब तक कि अन्यथा न कहा गया हो।
सही कोड का चयन करने के बाद, सिस्टम डिज़ाइनर को सिस्टम-विशिष्ट डिज़ाइन आवश्यकताओं की भी समीक्षा करनी चाहिए। पैराग्राफ 122 (भाग 6) विद्युत पाइपिंग अनुप्रयोगों में आमतौर पर पाए जाने वाले सिस्टमों से संबंधित डिज़ाइन आवश्यकताओं को प्रदान करता है, जैसे कि भाप, फीडवाटर, ब्लोडाउन और ब्लोडाउन, इंस्ट्रूमेंटेशन पाइपिंग और प्रेशर रिलीफ सिस्टम। ASME B31.3 में ASME B31.1 के समान पैराग्राफ हैं, लेकिन कम विवरण के साथ। पैराग्राफ 122 में विचारणीय बिंदुओं में सिस्टम-विशिष्ट दबाव और तापमान आवश्यकताएं, साथ ही बॉयलर बॉडी, बॉयलर बाहरी पाइपिंग और ASME सेक्शन I बॉयलर पाइपिंग से जुड़े गैर-बॉयलर बाहरी पाइपिंग के बीच सीमांकित विभिन्न क्षेत्राधिकार संबंधी सीमाएं शामिल हैं। चित्र 2 ड्रम बॉयलर की इन सीमाओं को दर्शाता है।
सिस्टम डिजाइनर को वह दबाव और तापमान निर्धारित करना होगा जिस पर सिस्टम संचालित होगा और वे स्थितियाँ निर्धारित करनी होंगी जिनके अनुरूप सिस्टम को डिजाइन किया जाना चाहिए।
अनुच्छेद 101.2 के अनुसार, पाइपिंग प्रणाली के भीतर आंतरिक डिज़ाइन दबाव, स्थैतिक शीर्ष के प्रभाव सहित, अधिकतम सतत कार्यशील दबाव (एमएसओपी) से कम नहीं होना चाहिए। बाहरी दबाव के अधीन पाइपिंग को परिचालन, शटडाउन या परीक्षण स्थितियों के तहत अपेक्षित अधिकतम विभेदक दबाव के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए। इसके अतिरिक्त, पर्यावरणीय प्रभावों पर भी विचार किया जाना चाहिए। अनुच्छेद 101.4 के अनुसार, यदि द्रव के ठंडा होने से पाइप में दबाव वायुमंडलीय दबाव से नीचे गिरने की संभावना है, तो पाइप को बाहरी दबाव का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए या निर्वात को तोड़ने के उपाय किए जाने चाहिए। ऐसी स्थितियों में जहां द्रव के विस्तार से दबाव बढ़ सकता है, पाइपिंग प्रणालियों को बढ़े हुए दबाव का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए या अतिरिक्त दबाव को कम करने के उपाय किए जाने चाहिए।
धारा 101.3.2 से शुरू करते हुए, पाइपिंग डिज़ाइन के लिए धातु का तापमान अपेक्षित अधिकतम स्थिर तापमान स्थितियों का प्रतिनिधि होना चाहिए। सरलता के लिए, आमतौर पर यह माना जाता है कि धातु का तापमान द्रव के तापमान के बराबर होता है। यदि आवश्यक हो, तो औसत धातु तापमान का उपयोग किया जा सकता है, बशर्ते बाहरी दीवार का तापमान ज्ञात हो। ऊष्मा विनिमयकर्ताओं या दहन उपकरणों से प्रवाहित होने वाले द्रवों पर भी विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए ताकि सबसे खराब तापमान स्थितियों को ध्यान में रखा जा सके।
अक्सर, डिज़ाइनर अधिकतम कार्यशील दबाव और/या तापमान में सुरक्षा मार्जिन जोड़ते हैं। मार्जिन का आकार अनुप्रयोग पर निर्भर करता है। डिज़ाइन तापमान निर्धारित करते समय सामग्री संबंधी सीमाओं पर विचार करना भी महत्वपूर्ण है। उच्च डिज़ाइन तापमान (750°F से अधिक) निर्दिष्ट करने के लिए मानक कार्बन स्टील के बजाय मिश्र धातु सामग्री का उपयोग आवश्यक हो सकता है। अनिवार्य परिशिष्ट A में तनाव मान प्रत्येक सामग्री के लिए केवल अनुमेय तापमानों के लिए दिए गए हैं। उदाहरण के लिए, कार्बन स्टील केवल 800°F तक तनाव मान प्रदान कर सकता है। कार्बन स्टील को 800°F से अधिक तापमान पर लंबे समय तक रखने से पाइप का कार्बनीकरण हो सकता है, जिससे यह अधिक भंगुर और विफलता के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाता है। यदि 800°F से ऊपर के तापमान पर संचालन किया जा रहा है, तो कार्बन स्टील से जुड़े त्वरित क्रीप क्षति पर भी विचार किया जाना चाहिए। सामग्री तापमान सीमाओं की पूरी चर्चा के लिए अनुच्छेद 124 देखें।
कभी-कभी इंजीनियर प्रत्येक सिस्टम के लिए परीक्षण दबाव भी निर्दिष्ट कर सकते हैं। पैराग्राफ 137 तनाव परीक्षण पर मार्गदर्शन प्रदान करता है। आमतौर पर, हाइड्रोस्टैटिक परीक्षण डिजाइन दबाव के 1.5 गुना पर निर्दिष्ट किया जाएगा; हालांकि, दबाव परीक्षण के दौरान पाइपिंग में हुप और अनुदैर्ध्य तनाव पैराग्राफ 102.3.3 (बी) में वर्णित सामग्री की उपज शक्ति के 90% से अधिक नहीं होना चाहिए। कुछ गैर-बॉयलर बाहरी पाइपिंग सिस्टम के लिए, सिस्टम के कुछ हिस्सों को अलग करने में कठिनाइयों के कारण, या सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन के कारण प्रारंभिक सेवा के दौरान सरल रिसाव परीक्षण की अनुमति होने के कारण, सेवा के दौरान रिसाव परीक्षण रिसाव की जांच करने का अधिक व्यावहारिक तरीका हो सकता है। सहमत हैं, यह स्वीकार्य है।
डिजाइन की शर्तें तय हो जाने के बाद, पाइपिंग का विवरण दिया जा सकता है। सबसे पहले यह तय करना होता है कि किस सामग्री का उपयोग किया जाए। जैसा कि पहले बताया गया है, विभिन्न सामग्रियों की तापमान सीमाएँ अलग-अलग होती हैं। अनुच्छेद 105 विभिन्न पाइपिंग सामग्रियों पर अतिरिक्त प्रतिबंध प्रदान करता है। सामग्री का चयन सिस्टम द्रव पर भी निर्भर करता है, जैसे संक्षारक रासायनिक पाइपिंग अनुप्रयोगों में निकल मिश्र धातु, स्वच्छ उपकरण वायु प्रदान करने के लिए स्टेनलेस स्टील, या प्रवाह त्वरित संक्षारण को रोकने के लिए उच्च क्रोमियम सामग्री (0.1% से अधिक) वाला कार्बन स्टील। प्रवाह त्वरित संक्षारण (एफएसी) एक क्षरण/संक्षारण घटना है जो कुछ सबसे महत्वपूर्ण पाइपिंग प्रणालियों में गंभीर दीवार पतलेपन और पाइप विफलता का कारण बनती है। प्लंबिंग घटकों के पतलेपन पर ठीक से विचार न करने से गंभीर परिणाम हो सकते हैं, जैसे कि 2007 में जब केसीपी एंड एल के आईएटीएएन पावर स्टेशन पर एक डीसुपरहीटिंग पाइप फट गया, जिसमें दो श्रमिकों की मृत्यु हो गई और तीसरा गंभीर रूप से घायल हो गया।
अनुच्छेद 104.1.1 में समीकरण 7 और समीकरण 9 क्रमशः आंतरिक दबाव के अधीन सीधी पाइप के लिए न्यूनतम आवश्यक दीवार मोटाई और अधिकतम आंतरिक डिज़ाइन दबाव को परिभाषित करते हैं। इन समीकरणों में चरों में अधिकतम अनुमेय तनाव (अनिवार्य परिशिष्ट A से), पाइप का बाहरी व्यास, सामग्री कारक (जैसा कि तालिका 104.1.2 (A) में दिखाया गया है), और कोई भी अतिरिक्त मोटाई भत्ते (जैसा कि नीचे वर्णित है) शामिल हैं। इतने सारे चरों के शामिल होने के कारण, उपयुक्त पाइपिंग सामग्री, नाममात्र व्यास और दीवार मोटाई निर्दिष्ट करना एक पुनरावृत्ति प्रक्रिया हो सकती है जिसमें द्रव वेग, दबाव में कमी और पाइपिंग और पंपिंग लागत भी शामिल हो सकती है। अनुप्रयोग चाहे जो भी हो, आवश्यक न्यूनतम दीवार मोटाई का सत्यापन किया जाना चाहिए।
विभिन्न कारणों, जिनमें FAC भी शामिल है, की भरपाई के लिए अतिरिक्त मोटाई भत्ता जोड़ा जा सकता है। यांत्रिक जोड़ों को बनाने के लिए आवश्यक थ्रेड, स्लॉट आदि सामग्री को हटाने के कारण भत्ते की आवश्यकता हो सकती है। अनुच्छेद 102.4.2 के अनुसार, न्यूनतम भत्ता थ्रेड की गहराई और मशीनिंग सहनशीलता के योग के बराबर होगा। अनुच्छेद 102.4.4 में वर्णित अन्य कारणों या अतिरिक्त भार के कारण पाइप को क्षति, ढहने, अत्यधिक झुकाव या मुड़ने से बचाने के लिए अतिरिक्त मजबूती प्रदान करने हेतु भी भत्ते की आवश्यकता हो सकती है। वेल्डेड जोड़ों (अनुच्छेद 102.4.3) और कोहनियों (अनुच्छेद 102.4.5) के लिए भी भत्ते जोड़े जा सकते हैं। अंत में, संक्षारण और/या क्षरण की भरपाई के लिए सहनशीलता जोड़ी जा सकती है। इस भत्ते की मोटाई डिजाइनर के विवेक पर निर्भर करती है और अनुच्छेद 102.4.1 के अनुसार पाइपिंग के अपेक्षित जीवनकाल के अनुरूप होनी चाहिए।
वैकल्पिक परिशिष्ट IV संक्षारण नियंत्रण पर मार्गदर्शन प्रदान करता है। सुरक्षात्मक कोटिंग, कैथोडिक सुरक्षा और विद्युत पृथक्करण (जैसे इन्सुलेटिंग फ्लैंज) सभी भूमिगत या जलमग्न पाइपलाइनों के बाहरी संक्षारण को रोकने के तरीके हैं। आंतरिक संक्षारण को रोकने के लिए संक्षारण अवरोधक या लाइनर का उपयोग किया जा सकता है। उचित शुद्धता वाले हाइड्रोस्टैटिक परीक्षण जल का उपयोग करने का भी ध्यान रखा जाना चाहिए और यदि आवश्यक हो, तो हाइड्रोस्टैटिक परीक्षण के बाद पाइपिंग को पूरी तरह से खाली कर देना चाहिए।
पिछली गणनाओं के लिए आवश्यक न्यूनतम पाइप दीवार की मोटाई या अनुसूची पाइप के व्यास के पार स्थिर नहीं हो सकती है और विभिन्न व्यासों के लिए अलग-अलग अनुसूचियों के विनिर्देशों की आवश्यकता हो सकती है। उपयुक्त अनुसूची और दीवार की मोटाई के मान ASME B36.10 वेल्डेड और सीमलेस फोर्स्ड स्टील पाइप में परिभाषित हैं।
पाइप सामग्री निर्दिष्ट करते समय और पहले बताए गए गणनाओं को करते समय, यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि गणनाओं में उपयोग किए गए अधिकतम अनुमेय तनाव मान निर्दिष्ट सामग्री से मेल खाते हों। उदाहरण के लिए, यदि A312 304L स्टेनलेस स्टील पाइप को गलती से A312 304 स्टेनलेस स्टील पाइप के रूप में निर्दिष्ट किया जाता है, तो दोनों सामग्रियों के अधिकतम अनुमेय तनाव मानों में महत्वपूर्ण अंतर के कारण प्रदान की गई दीवार की मोटाई अपर्याप्त हो सकती है। इसी प्रकार, पाइप के निर्माण की विधि को भी उचित रूप से निर्दिष्ट किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, यदि गणना के लिए सीमलेस पाइप के अधिकतम अनुमेय तनाव मान का उपयोग किया जाता है, तो सीमलेस पाइप को ही निर्दिष्ट किया जाना चाहिए। अन्यथा, निर्माता/इंस्टॉलर सीम वेल्डेड पाइप प्रदान कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप कम अधिकतम अनुमेय तनाव मानों के कारण दीवार की मोटाई अपर्याप्त हो सकती है।
उदाहरण के लिए, मान लीजिए कि पाइपलाइन का डिज़ाइन तापमान 300°F और डिज़ाइन दबाव 1,200 psig है। 2″ और 3″ व्यास वाली पाइपलाइनों के लिए कार्बन स्टील (A53 ग्रेड B सीमलेस) तार का उपयोग किया जाएगा। ASME B31.1 समीकरण 9 की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए उपयुक्त पाइपिंग योजना निर्धारित करें। सबसे पहले, डिज़ाइन की शर्तें समझाई गई हैं:
इसके बाद, तालिका A-1 से उपरोक्त डिज़ाइन तापमानों पर A53 ग्रेड B के लिए अधिकतम अनुमेय तनाव मान निर्धारित करें। ध्यान दें कि सीमलेस पाइप के लिए मान का उपयोग किया जाता है क्योंकि सीमलेस पाइप निर्दिष्ट है।
मोटाई भत्ता भी जोड़ा जाना चाहिए। इस अनुप्रयोग के लिए, 1/16 इंच का संक्षारण भत्ता माना गया है। मिलिंग सहनशीलता अलग से बाद में जोड़ी जाएगी।
3 इंच। पाइप का विनिर्देश पहले दिया जाएगा। अनुसूची 40 पाइप और 12.5% ​​मिलिंग टॉलरेंस मानते हुए, अधिकतम दबाव की गणना करें:
ऊपर निर्दिष्ट डिज़ाइन स्थितियों में 3 इंच की ट्यूब के लिए शेड्यूल 40 पाइप उपयुक्त है। अब, 2 इंच की जाँच करें। पाइपलाइन के लिए भी यही मान्यताएँ लागू होती हैं:
2 इंच। ऊपर निर्दिष्ट डिज़ाइन स्थितियों के तहत, पाइपिंग के लिए शेड्यूल 40 से अधिक मोटी दीवार की मोटाई की आवश्यकता होगी। 2 इंच आज़माएँ। शेड्यूल 80 पाइप:
हालांकि पाइप की दीवार की मोटाई अक्सर दबाव डिजाइन में सीमित करने वाला कारक होती है, फिर भी यह सत्यापित करना महत्वपूर्ण है कि उपयोग किए गए फिटिंग, घटक और कनेक्शन निर्दिष्ट डिजाइन स्थितियों के लिए उपयुक्त हैं।
सामान्य नियम के अनुसार, अनुच्छेद 104.2, 104.7.1, 106 और 107 के अनुसार, तालिका 126.1 में सूचीबद्ध मानकों के अनुसार निर्मित सभी वाल्व, फिटिंग और अन्य दबाव-युक्त घटक सामान्य परिचालन स्थितियों या ASME B31.1 में निर्दिष्ट मानक दबाव-तापमान रेटिंग से नीचे उपयोग के लिए उपयुक्त माने जाएंगे। उपयोगकर्ताओं को यह ध्यान रखना चाहिए कि यदि कुछ मानक या निर्माता ASME B31.1 में निर्दिष्ट सीमाओं की तुलना में सामान्य परिचालन से विचलन पर सख्त सीमाएं लगाते हैं, तो सख्त सीमाएं लागू होंगी।
पाइपों के प्रतिच्छेदन बिंदुओं पर, तालिका 126.1 में सूचीबद्ध मानकों के अनुसार निर्मित टी, ट्रांसवर्स, क्रॉस, ब्रांच वेल्डेड जॉइंट आदि की अनुशंसा की जाती है। कुछ मामलों में, पाइपलाइन प्रतिच्छेदन बिंदुओं के लिए विशिष्ट ब्रांच कनेक्शन की आवश्यकता हो सकती है। अनुच्छेद 104.3.1 ब्रांच कनेक्शन के लिए अतिरिक्त आवश्यकताएं प्रदान करता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि दबाव को सहन करने के लिए पर्याप्त पाइपिंग सामग्री उपलब्ध हो।
डिजाइन को सरल बनाने के लिए, डिजाइनर किसी विशिष्ट दबाव वर्ग (जैसे ASME वर्ग 150, 300, आदि) की फ्लेंज रेटिंग को पूरा करने के लिए डिजाइन की स्थितियों को उच्चतर निर्धारित कर सकता है, जैसा कि ASME B16.5 पाइप फ्लेंज और फ्लेंज जोड़ों में निर्दिष्ट विशिष्ट सामग्रियों के लिए दबाव-तापमान वर्ग द्वारा परिभाषित किया गया है, या तालिका 126.1 में सूचीबद्ध समान मानकों द्वारा। यह तब तक स्वीकार्य है जब तक कि इससे दीवार की मोटाई या अन्य घटक डिजाइनों में अनावश्यक वृद्धि न हो।
पाइपिंग डिज़ाइन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा यह सुनिश्चित करना है कि दबाव, तापमान और बाहरी बलों के प्रभाव लागू होने के बाद भी पाइपिंग सिस्टम की संरचनात्मक अखंडता बनी रहे। डिज़ाइन प्रक्रिया में अक्सर सिस्टम की संरचनात्मक अखंडता को नज़रअंदाज़ कर दिया जाता है और यदि इसे ठीक से नहीं किया जाता है, तो यह डिज़ाइन के सबसे महंगे हिस्सों में से एक हो सकता है। संरचनात्मक अखंडता पर मुख्य रूप से दो स्थानों पर चर्चा की गई है, अनुच्छेद 104.8: पाइपलाइन घटक विश्लेषण और अनुच्छेद 119: विस्तार और लचीलापन।
अनुच्छेद 104.8 में बुनियादी कोड सूत्रों की सूची दी गई है जिनका उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि क्या कोई पाइपिंग प्रणाली कोड द्वारा निर्धारित अनुमेय तनावों से अधिक है। इन कोड समीकरणों को आमतौर पर निरंतर भार, आकस्मिक भार और विस्थापन भार के रूप में जाना जाता है। निरंतर भार पाइपिंग प्रणाली पर दबाव और भार का प्रभाव है। आकस्मिक भार निरंतर भार के साथ-साथ संभावित पवन भार, भूकंपीय भार, भू-भाग भार और अन्य अल्पकालिक भार हैं। यह माना जाता है कि लगाया गया प्रत्येक आकस्मिक भार एक ही समय में अन्य आकस्मिक भारों पर कार्य नहीं करेगा, इसलिए विश्लेषण के समय प्रत्येक आकस्मिक भार एक अलग भार मामला होगा। विस्थापन भार तापीय वृद्धि, संचालन के दौरान उपकरण विस्थापन, या किसी अन्य विस्थापन भार के प्रभाव हैं।
अनुच्छेद 119 में पाइपिंग प्रणालियों में पाइप के विस्तार और लचीलेपन को संभालने और प्रतिक्रिया भार निर्धारित करने के तरीकों पर चर्चा की गई है। पाइपिंग प्रणालियों का लचीलापन अक्सर उपकरण कनेक्शनों में सबसे महत्वपूर्ण होता है, क्योंकि अधिकांश उपकरण कनेक्शन केवल कनेक्शन बिंदु पर लगाए गए न्यूनतम बल और क्षण को ही सहन कर सकते हैं। अधिकांश मामलों में, पाइपिंग प्रणाली की तापीय वृद्धि का प्रतिक्रिया भार पर सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है, इसलिए प्रणाली में तापीय वृद्धि को तदनुसार नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है।
पाइपिंग सिस्टम की लचीलता को ध्यान में रखते हुए और सिस्टम को उचित रूप से सहारा देने के लिए, टेबल 121.5 के अनुसार स्टील पाइपों को सहारा देना एक अच्छी प्रथा है। यदि कोई डिज़ाइनर इस टेबल के लिए मानक सपोर्ट स्पेसिंग को पूरा करने का प्रयास करता है, तो इससे तीन लाभ होते हैं: स्व-भार विक्षेपण कम होता है, निरंतर भार कम होता है, और विस्थापन भार के लिए उपलब्ध तनाव बढ़ता है। यदि डिज़ाइनर टेबल 121.5 के अनुसार सपोर्ट लगाता है, तो आमतौर पर ट्यूब सपोर्ट के बीच स्व-भार विस्थापन या झुकाव 1/8 इंच से कम होता है। स्व-भार विक्षेपण को कम करने से भाप या गैस ले जाने वाले पाइपों में संघनन की संभावना कम हो जाती है। टेबल 121.5 में स्पेसिंग अनुशंसाओं का पालन करने से डिज़ाइनर पाइपिंग में निरंतर तनाव को कोड के निरंतर अनुमेय मान के लगभग 50% तक कम कर सकता है। समीकरण 1B के अनुसार, विस्थापन भार के लिए अनुमेय तनाव निरंतर भार के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसलिए, निरंतर भार को कम करके, विस्थापन तनाव सहनशीलता को बढ़ाया जा सकता है। पाइप सपोर्ट के लिए अनुशंसित दूरी चित्र 3 में दर्शाई गई है।
पाइपिंग सिस्टम के रिएक्शन लोड को ठीक से ध्यान में रखने और कोड स्ट्रेस मानकों को पूरा करने के लिए, सिस्टम का कंप्यूटर-एडेड पाइपिंग स्ट्रेस एनालिसिस करना एक आम तरीका है। पाइपलाइन स्ट्रेस एनालिसिस के लिए कई अलग-अलग सॉफ्टवेयर पैकेज उपलब्ध हैं, जैसे बेंटली ऑटोपाइप, इंटरग्राफ सीज़र II, पाइपिंग सॉल्यूशंस ट्राई-फ्लेक्स, या अन्य व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पैकेज। कंप्यूटर-एडेड पाइपिंग स्ट्रेस एनालिसिस का लाभ यह है कि यह डिज़ाइनर को आसान सत्यापन के लिए पाइपिंग सिस्टम का फाइनाइट एलिमेंट मॉडल बनाने और कॉन्फ़िगरेशन में आवश्यक बदलाव करने की सुविधा देता है। चित्र 4 पाइपलाइन के एक सेक्शन के मॉडलिंग और विश्लेषण का एक उदाहरण दिखाता है।
किसी नए सिस्टम को डिजाइन करते समय, सिस्टम डिजाइनर आमतौर पर यह निर्दिष्ट करते हैं कि सभी पाइपिंग और घटकों का निर्माण, वेल्डिंग, संयोजन आदि उस कोड के अनुसार किया जाना चाहिए जिसका उपयोग किया जा रहा है। हालांकि, कुछ पुराने सिस्टमों को फिर से तैयार करने या अन्य अनुप्रयोगों में, अध्याय V में वर्णित कुछ विनिर्माण तकनीकों पर मार्गदर्शन प्रदान करने के लिए एक नामित इंजीनियर के लिए यह लाभकारी हो सकता है।
रेट्रोफिट अनुप्रयोगों में आने वाली एक आम समस्या वेल्ड प्रीहीट (पैराग्राफ 131) और पोस्ट-वेल्ड हीट ट्रीटमेंट (पैराग्राफ 132) है। अन्य लाभों के अलावा, इन हीट ट्रीटमेंट का उपयोग तनाव को कम करने, दरारों को रोकने और वेल्ड की मजबूती बढ़ाने के लिए किया जाता है। प्री-वेल्ड और पोस्ट-वेल्ड हीट ट्रीटमेंट आवश्यकताओं को प्रभावित करने वाले कारकों में निम्नलिखित शामिल हैं, लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं हैं: पी नंबर समूह, सामग्री रसायन और वेल्ड किए जाने वाले जोड़ पर सामग्री की मोटाई। अनिवार्य परिशिष्ट ए में सूचीबद्ध प्रत्येक सामग्री को एक पी नंबर दिया गया है। प्रीहीटिंग के लिए, पैराग्राफ 131 न्यूनतम तापमान प्रदान करता है जिस पर वेल्डिंग से पहले बेस मेटल को गर्म किया जाना चाहिए। पीडब्ल्यूएचटी के लिए, तालिका 132 होल्ड तापमान सीमा और वेल्ड ज़ोन को होल्ड करने की समयावधि प्रदान करती है। हीटिंग और कूलिंग दरें, तापमान मापन विधियाँ, हीटिंग तकनीकें और अन्य प्रक्रियाएँ कोड में निर्धारित दिशानिर्देशों का सख्ती से पालन करना चाहिए। उचित हीट ट्रीटमेंट न करने के कारण वेल्डेड क्षेत्र पर अप्रत्याशित प्रतिकूल प्रभाव पड़ सकते हैं।
दबावयुक्त पाइपिंग प्रणालियों में चिंता का एक अन्य संभावित क्षेत्र पाइप बेंड है। पाइपों को मोड़ने से दीवार पतली हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप दीवार की मोटाई अपर्याप्त हो जाती है। अनुच्छेद 102.4.5 के अनुसार, कोड बेंड की अनुमति देता है, बशर्ते न्यूनतम दीवार की मोटाई उसी सूत्र को संतुष्ट करती हो जिसका उपयोग सीधे पाइप के लिए न्यूनतम दीवार की मोटाई की गणना करने के लिए किया जाता है। आमतौर पर, दीवार की मोटाई को ध्यान में रखने के लिए एक भत्ता जोड़ा जाता है। तालिका 102.4.5 विभिन्न बेंड त्रिज्याओं के लिए अनुशंसित बेंड रिडक्शन भत्ते प्रदान करती है। बेंड के लिए प्री-बेंडिंग और/या पोस्ट-बेंडिंग हीट ट्रीटमेंट की भी आवश्यकता हो सकती है। अनुच्छेद 129 एल्बो के निर्माण पर मार्गदर्शन प्रदान करता है।
कई प्रेशर पाइपिंग सिस्टमों के लिए, सिस्टम में ओवरप्रेशर को रोकने के लिए सेफ्टी वाल्व या रिलीफ वाल्व लगाना आवश्यक है। इन अनुप्रयोगों के लिए, वैकल्पिक परिशिष्ट II: सेफ्टी वाल्व इंस्टॉलेशन डिज़ाइन रूल्स एक बहुत ही मूल्यवान लेकिन कभी-कभी कम ज्ञात संसाधन है।
पैराग्राफ II-1.2 के अनुसार, सुरक्षा वाल्व गैस या भाप सेवा के लिए पूरी तरह से खुले पॉप-अप क्रिया द्वारा विशेषता रखते हैं, जबकि सुरक्षा वाल्व अपस्ट्रीम स्थिर दबाव के सापेक्ष खुलते हैं और मुख्य रूप से तरल सेवा के लिए उपयोग किए जाते हैं।
सुरक्षा वाल्व इकाइयों को उनके खुले या बंद डिस्चार्ज सिस्टम के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। खुले निकास में, सुरक्षा वाल्व के आउटलेट पर स्थित एल्बो आमतौर पर निकास पाइप के माध्यम से वायुमंडल में गैस निकालता है। आमतौर पर, इससे बैक प्रेशर कम होता है। यदि निकास पाइप में पर्याप्त बैक प्रेशर बनता है, तो निकास गैस का एक हिस्सा निकास पाइप के इनलेट सिरे से बाहर निकल सकता है या बैकफ्लश हो सकता है। ब्लोबैक को रोकने के लिए निकास पाइप का आकार पर्याप्त बड़ा होना चाहिए। बंद वेंट अनुप्रयोगों में, वेंट लाइन में वायु संपीड़न के कारण रिलीफ वाल्व आउटलेट पर दबाव बनता है, जिससे दबाव तरंगें फैल सकती हैं। पैराग्राफ II-2.2.2 में, यह अनुशंसा की जाती है कि बंद डिस्चार्ज लाइन का डिज़ाइन दबाव स्थिर अवस्था कार्यशील दबाव से कम से कम दो गुना अधिक हो। चित्र 5 और 6 क्रमशः खुले और बंद अवस्था में सुरक्षा वाल्व स्थापना को दर्शाते हैं।
सुरक्षा वाल्व प्रतिष्ठानों पर विभिन्न बल लग सकते हैं, जिनका सारांश अनुच्छेद II-2 में दिया गया है। इन बलों में तापीय विस्तार प्रभाव, एक साथ कई राहत वाल्वों के वेंटिंग की परस्पर क्रिया, भूकंपीय और/या कंपन प्रभाव, और दबाव राहत घटनाओं के दौरान दबाव प्रभाव शामिल हैं। यद्यपि सुरक्षा वाल्व के आउटलेट तक का डिज़ाइन दबाव डाउन पाइप के डिज़ाइन दबाव के बराबर होना चाहिए, लेकिन डिस्चार्ज सिस्टम में डिज़ाइन दबाव डिस्चार्ज सिस्टम के विन्यास और सुरक्षा वाल्व की विशेषताओं पर निर्भर करता है। खुले और बंद डिस्चार्ज सिस्टम के लिए डिस्चार्ज एल्बो, डिस्चार्ज पाइप इनलेट और डिस्चार्ज पाइप आउटलेट पर दबाव और वेग निर्धारित करने के लिए समीकरण अनुच्छेद II-2.2 में दिए गए हैं। इस जानकारी का उपयोग करके, निकास प्रणाली में विभिन्न बिंदुओं पर प्रतिक्रिया बलों की गणना और उनका हिसाब लगाया जा सकता है।
पैराग्राफ II-7 में ओपन डिस्चार्ज एप्लीकेशन के लिए एक उदाहरण समस्या दी गई है। रिलीफ वाल्व डिस्चार्ज सिस्टम में प्रवाह विशेषताओं की गणना के लिए अन्य विधियाँ भी मौजूद हैं, और पाठक को यह सुनिश्चित करने की सलाह दी जाती है कि उपयोग की गई विधि पर्याप्त रूप से रूढ़िवादी है। ऐसी ही एक विधि का वर्णन जी.एस. लियाओ द्वारा "पावर प्लांट सेफ्टी एंड प्रेशर रिलीफ वाल्व एग्जॉस्ट ग्रुप एनालिसिस" में किया गया है, जो एएसएमई द्वारा जर्नल ऑफ इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, अक्टूबर 1975 में प्रकाशित हुआ था।
रिलीफ वाल्व को किसी भी मोड़ से सीधी पाइप की न्यूनतम दूरी पर स्थित होना चाहिए। यह न्यूनतम दूरी पैराग्राफ II-5.2.1 में परिभाषित सिस्टम की सेवा और ज्यामिति पर निर्भर करती है। एकाधिक रिलीफ वाल्व वाले इंस्टॉलेशन के लिए, वाल्व शाखा कनेक्शन के लिए अनुशंसित रिक्ति शाखा और सेवा पाइपिंग की त्रिज्या पर निर्भर करती है, जैसा कि तालिका D-1 के नोट (10)(c) में दिखाया गया है। पैराग्राफ II-5.7.1 के अनुसार, तापीय विस्तार और भूकंपीय अंतःक्रियाओं के प्रभावों को कम करने के लिए रिलीफ वाल्व डिस्चार्ज पर स्थित पाइपिंग सपोर्ट को आसन्न संरचनाओं के बजाय ऑपरेटिंग पाइपिंग से जोड़ना आवश्यक हो सकता है। सुरक्षा वाल्व असेंबली के डिजाइन में इन और अन्य डिजाइन संबंधी विचारों का सारांश पैराग्राफ II-5 में पाया जा सकता है।
स्पष्टतः, इस लेख के दायरे में ASME B31 की सभी डिज़ाइन आवश्यकताओं को शामिल करना संभव नहीं है। लेकिन किसी भी प्रेशर पाइपिंग सिस्टम के डिज़ाइन में शामिल किसी भी इंजीनियर को कम से कम इस डिज़ाइन कोड से परिचित होना चाहिए। आशा है कि उपरोक्त जानकारी से पाठकों को ASME B31 एक अधिक उपयोगी और सुलभ संसाधन लगेगा।
मोंटे के. एंगेलकेमियर स्टैनली कंसल्टेंट्स में प्रोजेक्ट लीडर हैं। एंगेलकेमियर आयोवा इंजीनियरिंग सोसाइटी, एनएसपीई और एएसएमई के सदस्य हैं और बी31.1 इलेक्ट्रिकल पाइपिंग कोड समिति और उपसमिति में कार्यरत हैं। उन्हें पाइपिंग सिस्टम लेआउट, डिजाइन, ब्रेसिंग मूल्यांकन और तनाव विश्लेषण में 12 वर्षों से अधिक का व्यावहारिक अनुभव है। मैट विल्की स्टैनली कंसल्टेंट्स में मैकेनिकल इंजीनियर हैं। उन्हें विभिन्न उपयोगिता, नगरपालिका, संस्थागत और औद्योगिक ग्राहकों के लिए पाइपिंग सिस्टम डिजाइन करने का 6 वर्षों से अधिक का पेशेवर अनुभव है और वे एएसएमई और आयोवा इंजीनियरिंग सोसाइटी के सदस्य हैं।
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