Quando si progetta un sistema di tubazioni in pressione, l'ingegnere incaricato spesso specifica che le tubazioni del sistema devono essere conformi a una o più parti del codice ASME B31 per le tubazioni in pressione. In che modo gli ingegneri seguono correttamente i requisiti del codice quando progettano sistemi di tubazioni?
Innanzitutto, l'ingegnere deve stabilire quale specifica di progettazione selezionare. Per i sistemi di tubazioni in pressione, ciò non è necessariamente limitato ad ASME B31. Altri codici emessi da ASME, ANSI, NFPA o altri enti governativi possono essere regolati dall'ubicazione del progetto, dall'applicazione, ecc. In ASME B31, sono attualmente in vigore sette sezioni separate.
Tubazioni elettriche ASME B31.1: questa sezione riguarda le tubazioni nelle centrali elettriche, negli impianti industriali e istituzionali, nei sistemi di riscaldamento geotermico e nei sistemi di riscaldamento e raffreddamento centrali e distrettuali. Sono incluse le tubazioni esterne alla caldaia e non esterne alla caldaia utilizzate per installare le caldaie ASME Sezione I. Questa sezione non si applica alle apparecchiature coperte dal Codice ASME per caldaie e recipienti a pressione, ad alcune tubazioni di distribuzione per riscaldamento e raffreddamento a bassa pressione e a vari altri sistemi descritti nel paragrafo 100.1.3 di ASME B31.1. Le origini di ASME B31.1 risalgono agli anni '20, con la prima edizione ufficiale pubblicata nel 1935. Si noti che la prima edizione, incluse le appendici, era lunga meno di 30 pagine, mentre l'edizione attuale supera le 300 pagine.
ASME B31.3 Tubazioni di processo: questa sezione riguarda le tubazioni nelle raffinerie, negli impianti chimici, farmaceutici, tessili, della carta, dei semiconduttori e criogenici, nonché negli impianti e nei terminali di lavorazione associati. Questa sezione è molto simile ad ASME B31.1, soprattutto per quanto riguarda il calcolo dello spessore minimo della parete per tubi dritti. Questa sezione faceva originariamente parte di B31.1 ed è stata pubblicata separatamente per la prima volta nel 1959.
ASME B31.4 Sistemi di trasporto tramite condotte per liquidi e fanghi: questa sezione riguarda le condotte che trasportano principalmente prodotti liquidi tra impianti e terminali e all'interno di terminali, stazioni di pompaggio, condizionamento e misurazione. Questa sezione faceva originariamente parte di B31.1 ed è stata pubblicata separatamente per la prima volta nel 1959.
ASME B31.5 Tubazioni di refrigerazione e componenti per lo scambio termico: questa sezione riguarda le tubazioni per refrigeranti e refrigeranti secondari. Questa parte faceva originariamente parte di B31.1 ed è stata pubblicata separatamente per la prima volta nel 1962.
ASME B31.8 Sistemi di tubazioni per il trasporto e la distribuzione del gas: comprende le tubazioni per il trasporto di prodotti principalmente gassosi tra fonti e terminali, compresi compressori, stazioni di condizionamento e misurazione; e le tubazioni di raccolta del gas. Questa sezione faceva originariamente parte di B31.1 ed è stata pubblicata separatamente per la prima volta nel 1955.
ASME B31.9 Tubazioni per servizi di costruzione: questa sezione riguarda le tubazioni comunemente presenti in edifici industriali, istituzionali, commerciali e pubblici; e in abitazioni multifamiliari che non richiedono le dimensioni, la pressione e gli intervalli di temperatura trattati in ASME B31.1. Questa sezione è simile ad ASME B31.1 e B31.3, ma è meno conservativa (soprattutto quando si calcola lo spessore minimo della parete) e contiene meno dettagli. È limitata ad applicazioni a bassa pressione e bassa temperatura come indicato nel paragrafo 900.1.2 di ASME B31.9. Pubblicata per la prima volta nel 1982.
ASME B31.12 Tubazioni per idrogeno e tubazioni: questa sezione riguarda le tubazioni per servizi con idrogeno gassoso e liquido e le tubazioni per servizi con idrogeno gassoso. Questa sezione è stata pubblicata per la prima volta nel 2008.
La scelta del codice di progettazione da utilizzare spetta in ultima analisi al proprietario. L'introduzione dell'ASME B31 afferma: "È responsabilità del proprietario selezionare la sezione del codice che più si avvicina all'installazione di tubazioni proposta". In alcuni casi, "più sezioni del codice possono essere applicate a sezioni diverse dell'installazione".
L'edizione 2012 dell'ASME B31.1 servirà da riferimento principale per le discussioni successive. Lo scopo di questo articolo è guidare l'ingegnere designatore attraverso alcuni dei passaggi principali nella progettazione di un sistema di tubazioni in pressione conforme all'ASME B31. Seguire le linee guida dell'ASME B31.1 fornisce una buona rappresentazione della progettazione generale del sistema. Metodi di progettazione simili vengono utilizzati se si segue l'ASME B31.3 o B31.9. Il resto dell'ASME B31 è utilizzato in applicazioni più specifiche, principalmente per sistemi o applicazioni specifici, e non verrà discusso ulteriormente. Sebbene i passaggi chiave del processo di progettazione siano evidenziati qui, questa discussione non è esaustiva e il codice completo dovrebbe essere sempre consultato durante la progettazione del sistema. Tutti i riferimenti al testo si riferiscono all'ASME B31.1 salvo diversa indicazione.
Dopo aver selezionato il codice corretto, il progettista del sistema deve anche esaminare tutti i requisiti di progettazione specifici del sistema. Il paragrafo 122 (Parte 6) fornisce i requisiti di progettazione relativi ai sistemi comunemente presenti nelle applicazioni di tubazioni elettriche, come vapore, acqua di alimentazione, spurgo e spurgo, tubazioni di strumentazione e sistemi di sicurezza. ASME B31.3 contiene paragrafi simili ad ASME B31.1, ma con meno dettagli. Le considerazioni nel paragrafo 122 includono requisiti di pressione e temperatura specifici del sistema, nonché varie limitazioni giurisdizionali delineate tra il corpo caldaia, le tubazioni esterne della caldaia e le tubazioni esterne non della caldaia collegate alle tubazioni della caldaia ASME Sezione I. definizione. La Figura 2 mostra queste limitazioni della caldaia a tamburo.
Il progettista del sistema deve determinare la pressione e la temperatura a cui il sistema opererà, nonché le condizioni che il sistema deve soddisfare.
In base al paragrafo 101.2, la pressione di progetto interna non deve essere inferiore alla pressione massima di esercizio continuo (MSOP) all'interno del sistema di tubazioni, incluso l'effetto della pressione statica. Le tubazioni soggette a pressione esterna devono essere progettate per la massima pressione differenziale prevista in condizioni di esercizio, arresto o prova. Inoltre, è necessario considerare l'impatto ambientale. In base al paragrafo 101.4, se è probabile che il raffreddamento del fluido riduca la pressione nel tubo al di sotto della pressione atmosferica, il tubo deve essere progettato per resistere alla pressione esterna oppure devono essere adottate misure per interrompere il vuoto. Nelle situazioni in cui l'espansione del fluido può aumentare la pressione, i sistemi di tubazioni devono essere progettati per resistere all'aumento di pressione oppure devono essere adottate misure per alleviare la pressione in eccesso.
A partire dalla Sezione 101.3.2, la temperatura del metallo per la progettazione delle tubazioni deve essere rappresentativa delle condizioni massime sostenute previste. Per semplicità, in genere si presume che la temperatura del metallo sia uguale alla temperatura del fluido. Se lo si desidera, è possibile utilizzare la temperatura media del metallo purché sia ​​nota la temperatura della parete esterna. Particolare attenzione deve essere prestata anche ai fluidi aspirati attraverso scambiatori di calore o da apparecchiature di combustione per garantire che vengano prese in considerazione le peggiori condizioni di temperatura.
Spesso i progettisti aggiungono un margine di sicurezza alla pressione e/o temperatura di esercizio massime. L'entità del margine dipende dall'applicazione. È inoltre importante considerare i vincoli del materiale quando si determina la temperatura di progetto. Specificare temperature di progetto elevate (superiori a 750 °F) potrebbe richiedere l'uso di materiali in lega anziché del più standard acciaio al carbonio. I valori di sollecitazione nell'Appendice A obbligatoria sono forniti solo per le temperature consentite per ciascun materiale. Ad esempio, l'acciaio al carbonio può fornire valori di sollecitazione solo fino a 800 °F. L'esposizione prolungata dell'acciaio al carbonio a temperature superiori a 800 °F può causare la carbonizzazione del tubo, rendendolo più fragile e soggetto a guasti. In caso di funzionamento a temperature superiori a 800 °F, è necessario considerare anche il danno da scorrimento accelerato associato all'acciaio al carbonio. Vedere il paragrafo 124 per una discussione completa sui limiti di temperatura dei materiali.
Talvolta gli ingegneri possono anche specificare le pressioni di prova per ciascun sistema. Il paragrafo 137 fornisce indicazioni sulle prove di stress. In genere, la prova idrostatica sarà specificata a 1,5 volte la pressione di progetto; tuttavia, le sollecitazioni circolari e longitudinali nelle tubazioni non devono superare il 90% del limite di snervamento del materiale di cui al paragrafo 102.3.3 (B) durante la prova di pressione. Per alcuni sistemi di tubazioni esterne non a caldaia, la prova di tenuta in servizio può essere un metodo più pratico per verificare la presenza di perdite a causa delle difficoltà nell'isolare parti del sistema, o semplicemente perché la configurazione del sistema consente una semplice prova di tenuta durante la manutenzione iniziale. Concordo, questo è accettabile.
Una volta stabilite le condizioni di progettazione, è possibile specificare le tubazioni. La prima cosa da decidere è quale materiale utilizzare. Come accennato in precedenza, materiali diversi hanno limiti di temperatura diversi. Il paragrafo 105 fornisce ulteriori restrizioni sui vari materiali delle tubazioni. La scelta del materiale dipende anche dal fluido del sistema, come leghe di nichel in applicazioni di tubazioni chimiche corrosive, acciaio inossidabile per fornire aria strumenti pulita o acciaio al carbonio con un alto contenuto di cromo (superiore allo 0,1%) per prevenire la corrosione accelerata dal flusso. La corrosione accelerata dal flusso (FAC) è un fenomeno di erosione/corrosione che ha dimostrato di causare gravi assottigliamenti delle pareti e guasti delle tubazioni in alcuni dei sistemi di tubazioni più critici. La mancata considerazione dell'assottigliamento dei componenti idraulici può avere e ha avuto gravi conseguenze, come nel 2007 quando un tubo di desurriscaldamento nella centrale elettrica IATAN di KCP&L è scoppiato, uccidendo due lavoratori e ferendone gravemente un terzo.
L'equazione 7 e l'equazione 9 nel paragrafo 104.1.1 definiscono rispettivamente lo spessore minimo richiesto della parete e la massima pressione interna di progetto per tubi diritti soggetti a pressione interna. Le variabili in queste equazioni includono la sollecitazione massima ammissibile (dall'Appendice obbligatoria A), il diametro esterno del tubo, il fattore materiale (come mostrato nella Tabella 104.1.2 (A)) e qualsiasi tolleranza di spessore aggiuntiva (come descritto di seguito). Con così tante variabili coinvolte, specificare il materiale appropriato della tubazione, il diametro nominale e lo spessore della parete può essere un processo iterativo che può includere anche la velocità del fluido, la caduta di pressione e i costi di tubazione e pompaggio. Indipendentemente dall'applicazione, è necessario verificare lo spessore minimo della parete richiesto.
È possibile aggiungere una tolleranza di spessore aggiuntiva per compensare vari motivi, tra cui FAC. Potrebbero essere necessarie tolleranze a causa della rimozione di filettature, fessure, ecc. di materiale necessario per realizzare giunti meccanici. Secondo il paragrafo 102.4.2, la tolleranza minima deve essere pari alla profondità della filettatura più la tolleranza di lavorazione. Potrebbe anche essere necessaria una tolleranza per fornire ulteriore resistenza per prevenire danni al tubo, collassi, flessioni eccessive o deformazioni dovute a carichi sovrapposti o altre cause discusse nel paragrafo 102.4.4. È anche possibile aggiungere tolleranze per tenere conto di giunti saldati (paragrafo 102.4.3) e gomiti (paragrafo 102.4.5). Infine, è possibile aggiungere tolleranze per compensare la corrosione e/o l'erosione. Lo spessore di questa tolleranza è a discrezione del progettista e deve essere coerente con la durata prevista della tubazione in conformità al paragrafo 102.4.1.
L'allegato IV facoltativo fornisce indicazioni sul controllo della corrosione. Rivestimenti protettivi, protezione catodica e isolamento elettrico (ad esempio flange isolanti) sono tutti metodi per prevenire la corrosione esterna di tubazioni interrate o sommerse. Inibitori di corrosione o rivestimenti possono essere utilizzati per prevenire la corrosione interna. Occorre inoltre prestare attenzione a utilizzare acqua per test idrostatici di adeguata purezza e, se necessario, svuotare completamente la tubazione dopo il test idrostatico.
Lo spessore minimo della parete del tubo o la programmazione richiesta per i calcoli precedenti potrebbero non essere costanti per tutto il diametro del tubo e potrebbero richiedere specifiche per programmazioni diverse per diametri diversi. I valori appropriati per programma e spessore della parete sono definiti nella norma ASME B36.10 Tubi in acciaio forgiati saldati e senza saldatura.
Quando si specifica il materiale del tubo e si eseguono i calcoli discussi in precedenza, è importante assicurarsi che i valori di sollecitazione massima ammissibile utilizzati nei calcoli corrispondano al materiale specificato. Ad esempio, se un tubo in acciaio inossidabile A312 304L viene erroneamente designato come tubo in acciaio inossidabile A312 304, lo spessore della parete fornito potrebbe essere insufficiente a causa della differenza significativa nei valori di sollecitazione massima ammissibile tra i due materiali. Allo stesso modo, il metodo di fabbricazione del tubo deve essere specificato in modo appropriato. Ad esempio, se per il calcolo viene utilizzato il valore di sollecitazione massima ammissibile per tubi senza saldatura, è necessario specificare tubi senza saldatura. In caso contrario, il produttore/installatore potrebbe offrire tubi saldati a immersione, il che potrebbe comportare uno spessore della parete insufficiente a causa di valori di sollecitazione massima ammissibile inferiori.
Ad esempio, supponiamo che la temperatura di progetto della conduttura sia di 300 °F e la pressione di progetto sia di 1.200 psig. 2" e 3". Verrà utilizzato filo di acciaio al carbonio (A53 grado B senza saldature). Determinare il piano di tubazione appropriato da specificare per soddisfare i requisiti dell'equazione 9 di ASME B31.1. Innanzitutto, vengono spiegate le condizioni di progettazione:
Successivamente, determinare i valori di stress massimo ammissibile per A53 Grado B alle temperature di progetto sopra indicate dalla Tabella A-1. Si noti che viene utilizzato il valore per tubi senza saldatura perché i tubi senza saldatura sono specificati:
È necessario aggiungere anche la tolleranza di spessore. Per questa applicazione, si presume una tolleranza di corrosione di 1/16 di pollice. Successivamente verrà aggiunta una tolleranza di fresatura separata.
3 pollici. Il tubo verrà specificato per primo. Supponendo un tubo Schedule 40 e una tolleranza di fresatura del 12,5%, calcolare la pressione massima:
Il tubo Schedule 40 è soddisfacente per tubi da 3 pollici nelle condizioni di progettazione specificate sopra. Successivamente, verificare 2 pollici. La conduttura utilizza gli stessi presupposti:
2 pollici. Nelle condizioni di progettazione specificate sopra, la tubazione richiederà uno spessore di parete maggiore rispetto al Schedule 40. Provare 2 pollici. Tubi Schedule 80:
Sebbene lo spessore della parete del tubo sia spesso il fattore limitante nella progettazione della pressione, è comunque importante verificare che i raccordi, i componenti e le connessioni utilizzati siano adatti alle condizioni di progettazione specificate.
Come regola generale, in conformità ai paragrafi 104.2, 104.7.1, 106 e 107, tutte le valvole, i raccordi e gli altri componenti a pressione fabbricati secondo gli standard elencati nella Tabella 126.1 saranno considerati idonei all'uso in condizioni operative normali o al di sotto dei valori nominali di pressione e temperatura specificati in . Gli utenti devono essere consapevoli che se determinati standard o produttori possono imporre limiti più rigorosi sulle deviazioni dal normale funzionamento rispetto a quelli specificati in ASME B31.1, si applicheranno i limiti più rigorosi.
In corrispondenza delle intersezioni delle tubazioni, si raccomanda di utilizzare raccordi a T, trasversali, incroci, giunti saldati di diramazione, ecc. realizzati secondo gli standard elencati nella Tabella 126.1. In alcuni casi, le intersezioni delle tubazioni potrebbero richiedere collegamenti di diramazione specifici. Il paragrafo 104.3.1 fornisce requisiti aggiuntivi per i collegamenti di diramazione per garantire che vi sia materiale di tubazione sufficiente a resistere alla pressione.
Per semplificare la progettazione, il progettista può scegliere di impostare condizioni di progettazione più elevate per soddisfare la classificazione della flangia di una determinata classe di pressione (ad esempio ASME classe 150, 300, ecc.) come definito dalla classe di pressione-temperatura per materiali specifici specificati in ASME B16 .5 Flange di tubi e giunti flangiati o standard simili elencati nella Tabella 126.1. Ciò è accettabile purché non comporti un aumento non necessario dello spessore della parete o di altre progettazioni dei componenti.
Una parte importante della progettazione delle tubazioni è garantire che l'integrità strutturale del sistema di tubazioni venga mantenuta una volta applicati gli effetti della pressione, della temperatura e delle forze esterne. L'integrità strutturale del sistema viene spesso trascurata nel processo di progettazione e, se non eseguita correttamente, può essere una delle parti più costose della progettazione. L'integrità strutturale viene discussa principalmente in due punti, Paragrafo 104.8: Analisi dei componenti della tubazione e Paragrafo 119: Espansione e flessibilità.
Il paragrafo 104.8 elenca le formule di base del codice utilizzate per determinare se un sistema di tubazioni supera le sollecitazioni ammissibili dal codice. Queste equazioni del codice sono comunemente denominate carichi continui, carichi occasionali e carichi di spostamento. Il carico sostenuto è l'effetto della pressione e del peso su un sistema di tubazioni. I carichi incidentali sono carichi continui più possibili carichi del vento, carichi sismici, carichi del terreno e altri carichi a breve termine. Si presume che ciascun carico incidentale applicato non agisca contemporaneamente su altri carichi incidentali, quindi ogni carico incidentale sarà un caso di carico separato al momento dell'analisi. I carichi di spostamento sono gli effetti dell'espansione termica, dello spostamento dell'apparecchiatura durante il funzionamento o di qualsiasi altro carico di spostamento.
Il paragrafo 119 illustra come gestire la dilatazione e la flessibilità dei tubi nei sistemi di tubazioni e come determinare i carichi di reazione. La flessibilità dei sistemi di tubazioni è spesso fondamentale nei collegamenti delle apparecchiature, poiché la maggior parte dei collegamenti delle apparecchiature può sopportare solo la quantità minima di forza e momento applicati nel punto di collegamento. Nella maggior parte dei casi, l'espansione termica del sistema di tubazioni ha l'effetto maggiore sul carico di reazione, quindi è importante controllare di conseguenza l'espansione termica nel sistema.
Per accogliere la flessibilità del sistema di tubazioni e per garantire che il sistema sia adeguatamente supportato, è buona norma supportare i tubi in acciaio in conformità con la Tabella 121.5. Se un progettista si sforza di rispettare la spaziatura standard dei supporti per questa tabella, ottiene tre risultati: riduce al minimo la flessione del peso proprio, riduce i carichi sostenuti e aumenta la sollecitazione disponibile per i carichi di spostamento. Se il progettista posiziona il supporto in conformità con la Tabella 121.5, in genere si otterrà uno spostamento o cedimento del peso proprio inferiore a 1/8 di pollice tra i supporti dei tubi. Ridurre al minimo la flessione del peso proprio aiuta a ridurre la possibilità di condensa nei tubi che trasportano vapore o gas. Seguire le raccomandazioni sulla spaziatura nella Tabella 121.5 consente inoltre al progettista di ridurre la sollecitazione sostenuta nelle tubazioni a circa il 50% del valore continuo ammissibile del codice. Secondo l'equazione 1B, la sollecitazione ammissibile per i carichi di spostamento è inversamente proporzionale ai carichi sostenuti. Pertanto, riducendo al minimo il carico sostenuto, la tolleranza alla sollecitazione di spostamento può essere massimizzata. La spaziatura consigliata per i supporti dei tubi è mostrata nella Figura 3.
Per garantire che i carichi di reazione del sistema di tubazioni siano adeguatamente considerati e che le sollecitazioni del codice siano rispettate, un metodo comune è quello di eseguire un'analisi delle sollecitazioni delle tubazioni assistita da computer del sistema. Sono disponibili diversi pacchetti software di analisi delle sollecitazioni delle tubazioni, come Bentley AutoPIPE, Intergraph Caesar II, Piping Solutions Tri-Flex o uno degli altri pacchetti disponibili in commercio. Il vantaggio di utilizzare l'analisi delle sollecitazioni delle tubazioni assistita da computer è che consente al progettista di creare un modello a elementi finiti del sistema di tubazioni per una facile verifica e la possibilità di apportare le modifiche necessarie alla configurazione. La Figura 4 mostra un esempio di modellazione e analisi di una sezione di tubazione.
Quando si progetta un nuovo sistema, i progettisti di solito specificano che tutte le tubazioni e i componenti devono essere fabbricati, saldati, assemblati, ecc. come richiesto dal codice utilizzato. Tuttavia, in alcuni ammodernamenti o altre applicazioni, potrebbe essere utile che un ingegnere designato fornisca indicazioni su determinate tecniche di produzione, come descritto nel Capitolo V.
Un problema comune riscontrato nelle applicazioni di retrofit è il preriscaldamento della saldatura (paragrafo 131) e il trattamento termico post-saldatura (paragrafo 132). Tra gli altri vantaggi, questi trattamenti termici vengono utilizzati per alleviare le sollecitazioni, prevenire le cricche e aumentare la resistenza della saldatura. Gli elementi che influiscono sui requisiti del trattamento termico pre-saldatura e post-saldatura includono, ma non sono limitati a, quanto segue: raggruppamento del numero P, chimica del materiale e spessore del materiale nel giunto da saldare. A ciascun materiale elencato nell'Appendice A obbligatoria è assegnato un numero P. Per il preriscaldamento, il paragrafo 131 fornisce la temperatura minima alla quale il metallo base deve essere riscaldato prima che possa essere effettuata la saldatura. Per il PWHT, la Tabella 132 fornisce l'intervallo di temperatura di mantenimento e la durata del tempo di mantenimento della zona di saldatura. Le velocità di riscaldamento e raffreddamento, i metodi di misurazione della temperatura, le tecniche di riscaldamento e altre procedure devono seguire rigorosamente le linee guida stabilite nel codice. Effetti negativi imprevisti sull'area saldata possono verificarsi a causa del mancato trattamento termico adeguato.
Un altro potenziale problema nei sistemi di tubazioni in pressione sono le curve dei tubi. La curvatura dei tubi può causare l'assottigliamento delle pareti, con conseguente spessore insufficiente. Secondo il paragrafo 102.4.5, il codice consente le curve a condizione che lo spessore minimo della parete soddisfi la stessa formula utilizzata per calcolare lo spessore minimo della parete per i tubi dritti. In genere, viene aggiunta una tolleranza per tenere conto dello spessore della parete. La Tabella 102.4.5 fornisce le tolleranze di riduzione della curvatura consigliate per diversi raggi di curvatura. Le curve possono anche richiedere un trattamento termico di pre-curvatura e/o post-curvatura. Il paragrafo 129 fornisce indicazioni sulla fabbricazione dei gomiti.
Per molti sistemi di tubazioni a pressione è necessario installare una valvola di sicurezza o una valvola di sicurezza per evitare sovrapressioni nel sistema. Per queste applicazioni, l'Appendice II facoltativa: Regole di progettazione per l'installazione delle valvole di sicurezza è una risorsa molto preziosa, ma a volte poco conosciuta.
Conformemente al paragrafo II-1.2, le valvole di sicurezza sono caratterizzate da un'azione di sollevamento completamente aperta per servizi a gas o vapore, mentre le valvole di sicurezza si aprono in base alla pressione statica a monte e sono utilizzate principalmente per servizi a liquido.
Le unità valvola di sicurezza sono caratterizzate dal fatto che siano sistemi di scarico aperti o chiusi. In uno scarico aperto, il gomito all'uscita della valvola di sicurezza solitamente scarica nel tubo di scarico verso l'atmosfera. In genere, ciò si traduce in una minore contropressione. Se nel tubo di scarico viene creata una contropressione sufficiente, una parte dei gas di scarico può essere espulsa o riflussata dall'estremità di ingresso del tubo di scarico. Le dimensioni del tubo di scarico devono essere sufficientemente grandi da impedire il ritorno di pressione. Nelle applicazioni a sfiato chiuso, la pressione si accumula all'uscita della valvola di sicurezza a causa della compressione dell'aria nella linea di sfiato, causando potenzialmente la propagazione di onde di pressione. Nel paragrafo II-2.2.2, si raccomanda che la pressione di progetto della linea di scarico chiusa sia almeno due volte maggiore della pressione di esercizio a regime stazionario. Le figure 5 e 6 mostrano l'installazione della valvola di sicurezza rispettivamente aperta e chiusa.
Gli impianti con valvole di sicurezza possono essere soggetti a varie forze, come riassunto nel paragrafo II-2. Queste forze includono effetti di dilatazione termica, l'interazione di più valvole di sicurezza che sfiatano simultaneamente, effetti sismici e/o di vibrazione ed effetti della pressione durante gli eventi di scarico della pressione. Sebbene la pressione di progetto fino all'uscita della valvola di sicurezza debba corrispondere alla pressione di progetto del tubo di discesa, la pressione di progetto nel sistema di scarico dipende dalla configurazione del sistema di scarico e dalle caratteristiche della valvola di sicurezza. Nel paragrafo II-2.2 sono fornite equazioni per determinare la pressione e la velocità al gomito di scarico, all'ingresso del tubo di scarico e all'uscita del tubo di scarico per sistemi di scarico aperti e chiusi. Utilizzando queste informazioni, è possibile calcolare e tenere conto delle forze di reazione in vari punti del sistema di scarico.
Un esempio di problema per un'applicazione a scarico aperto è fornito nel paragrafo II-7. Esistono altri metodi per calcolare le caratteristiche di flusso nei sistemi di scarico delle valvole di sicurezza e si invita il lettore a verificare che il metodo utilizzato sia sufficientemente conservativo. Uno di questi metodi è descritto da GS Liao in "Power Plant Safety and Pressure Relief Valve Exhaust Group Analysis" pubblicato dall'ASME nel Journal of Electrical Engineering, ottobre 1975.
La valvola di sicurezza deve essere posizionata a una distanza minima di tubo rettilineo da qualsiasi curva. Tale distanza minima dipende dal servizio e dalla geometria del sistema come definito nel paragrafo II-5.2.1. Per installazioni con più valvole di sicurezza, la spaziatura consigliata per i collegamenti dei rami delle valvole dipende dai raggi del ramo e delle tubazioni di servizio, come mostrato nella Nota (10)(c) della Tabella D-1. In conformità con il paragrafo II-5.7.1, potrebbe essere necessario collegare i supporti delle tubazioni situati in corrispondenza degli scarichi delle valvole di sicurezza alle tubazioni operative anziché alle strutture adiacenti per ridurre al minimo gli effetti dell'espansione termica e delle interazioni sismiche. Un riepilogo di queste e altre considerazioni progettuali nella progettazione di gruppi di valvole di sicurezza è disponibile nel paragrafo II-5.
Ovviamente, non è possibile coprire tutti i requisiti di progettazione dell'ASME B31 nell'ambito di questo articolo. Tuttavia, qualsiasi ingegnere incaricato della progettazione di un sistema di tubazioni in pressione dovrebbe almeno avere familiarità con questo codice di progettazione. Ci auguriamo che, con le informazioni di cui sopra, i lettori troveranno l'ASME B31 una risorsa più preziosa e accessibile.
Monte K. Engelkemier è il responsabile di progetto presso Stanley Consultants. Engelkemier è membro dell'Iowa Engineering Society, NSPE e ASME e fa parte del comitato e del sottocomitato del codice B31.1 Electrical Piping Code. Ha oltre 12 anni di esperienza pratica nella progettazione, nella valutazione dei rinforzi e nell'analisi delle sollecitazioni di sistemi di tubazioni. Matt Wilkey è un ingegnere meccanico presso Stanley Consultants. Ha oltre 6 anni di esperienza professionale nella progettazione di sistemi di tubazioni per una varietà di clienti di servizi pubblici, municipali, istituzionali e industriali ed è membro dell'ASME e dell'Iowa Engineering Society.
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