בעת תכנון מערכת צנרת לחץ, המהנדס הממנה יציין לעיתים קרובות שצנרת המערכת צריכה להתאים לחלק אחד או יותר מקוד צנרת הלחץ ASME B31. כיצד מהנדסים פועלים כראוי לפי דרישות הקוד בעת תכנון מערכות צנרת?
ראשית, על המהנדס לקבוע איזה מפרט עיצוב יש לבחור. עבור מערכות צנרת לחץ, זה לא בהכרח מוגבל ל-ASME B31. קודים אחרים שהונפקו על ידי ASME, ANSI, NFPA או ארגונים מנהלים אחרים עשויים להיות כפופים למיקום הפרויקט, היישום וכו'. ב-ASME B31, ישנם כיום שבעה סעיפים נפרדים בתוקף.
ASME B31.1 צנרת חשמלית: סעיף זה מכסה צנרת בתחנות כוח, מפעלים תעשייתיים ומוסדיים, מערכות חימום גיאותרמיות ומערכות חימום וקירור מרכזיות ומחוזיות. זה כולל צנרת חיצונית וצנרת חיצונית של דוודים המשמשת להתקנת דוודים ASME Section I. סעיף זה אינו חל על ציוד המכוסה על ידי קוד הדוודים וכלי הלחץ של ASME, צנרת חלוקה מסוימת לחימום וקירור בלחץ נמוך, ומערכות שונות אחרות המתוארות בפסקה 100.1.3 של ASME B31.1. מקורותיו של ASME B31.1 ניתן לייחס לשנות ה-20 של המאה ה-20, כאשר המהדורה הרשמית הראשונה פורסמה בשנת 1935. שימו לב שהמהדורה הראשונה, כולל הנספחים, הייתה בת פחות מ-30 עמודים, והמהדורה הנוכחית בת למעלה מ-300 עמודים.
ASME B31.3 צנרת תהליכית: סעיף זה מכסה צנרת בבתי זיקוק; מפעלים כימיים, פרמצבטיים, טקסטיל, נייר, מוליכים למחצה וקריוגניים; ומפעלי עיבוד וטרמינלים נלווים. סעיף זה דומה מאוד ל-ASME B31.1, במיוחד בעת חישוב עובי הדופן המינימלי עבור צינור ישר. סעיף זה היה במקור חלק מ-B31.1 ופורסם לראשונה בנפרד בשנת 1959.
ASME B31.4 מערכות הובלת צינורות לנוזלים ותרחיפים: סעיף זה מכסה צנרת המובילה בעיקר מוצרים נוזליים בין מפעלים וטרמינלים, ובתוך טרמינלים, תחנות שאיבה, מיזוג ומדידה. סעיף זה היה במקור חלק מ-B31.1 ופורסם לראשונה בנפרד בשנת 1959.
ASME B31.5 צנרת קירור ורכיבי העברת חום: סעיף זה מכסה צנרת עבור נוזלי קירור ונוזלי קירור משניים. חלק זה היה במקור חלק מ-B31.1 ושוחרר לראשונה בנפרד בשנת 1962.
ASME B31.8 מערכות צנרת להולכת וחלוקת גז: זה כולל צנרת להובלת מוצרים גזיים בעיקר בין מקורות ומסופים, כולל מדחסים, תחנות מיזוג ומדידה; וצנרת לאיסוף גז. סעיף זה היה במקור חלק מ-B31.1 ופורסם לראשונה בנפרד בשנת 1955.
ASME B31.9 צנרת שירותי בניין: סעיף זה מכסה צנרת הנפוצה במבנים תעשייתיים, מוסדיים, מסחריים וציבוריים; ובתים מרובי יחידות דיור שאינן דורשות את טווחי הגודל, הלחץ והטמפרטורה המכוסים ב-ASME B31.1. סעיף זה דומה ל-ASME B31.1 ו-B31.3, אך פחות שמרני (במיוחד בעת חישוב עובי דופן מינימלי) ומכיל פחות פרטים. הוא מוגבל ליישומים בלחץ נמוך ובטמפרטורה נמוכה כפי שמצוין ב-ASME B31.9 סעיף 900.1.2. סעיף זה פורסם לראשונה בשנת 1982.
ASME B31.12 צנרת מימן וצנרת: סעיף זה מכסה צנרת בשירות מימן גזי ונוזל, וצנרת בשירות מימן גזי. סעיף זה פורסם לראשונה בשנת 2008.
איזה קוד תכנון יש להשתמש בו תלוי בסופו של דבר בבעלים. המבוא ל-ASME B31 קובע, "באחריות הבעלים לבחור את סעיף הקוד הדומה ביותר להתקנת הצנרת המוצעת." במקרים מסוימים, "סעיפי קוד מרובים עשויים לחול על חלקים שונים של ההתקנה."
מהדורת 2012 של ASME B31.1 תשמש כמקור עזר עיקרי לדיונים עתידיים. מטרת מאמר זה היא להנחות את המהנדס הממנה דרך כמה מהשלבים העיקריים בתכנון מערכת צנרת לחץ תואמת ASME B31. ביצוע ההנחיות של ASME B31.1 מספק ייצוג טוב של תכנון מערכת כללי. שיטות תכנון דומות משמשות אם פועלים לפי ASME B31.3 או B31.9. שאר ASME B31 משמש ביישומים צרים יותר, בעיקר עבור מערכות או יישומים ספציפיים, ולא יידונו עוד. בעוד שהשלבים המרכזיים בתהליך התכנון יודגשו כאן, דיון זה אינו ממצה ויש תמיד להתייחס לקוד המלא במהלך תכנון המערכת. כל ההפניות לטקסט מתייחסות ל-ASME B31.1 אלא אם כן צוין אחרת.
לאחר בחירת הקוד הנכון, על מתכנן המערכת לבחון גם את כל דרישות התכנון הספציפיות למערכת. סעיף 122 (חלק 6) מספק דרישות תכנון הקשורות למערכות הנפוצות ביישומי צנרת חשמלית, כגון קיטור, מי הזנה, שפיכה ושפיכה, צנרת מכשור ומערכות להקלת לחץ. ASME B31.3 מכיל פסקאות דומות ל-ASME B31.1, אך עם פחות פירוט. השיקולים בסעיף 122 כוללים דרישות לחץ וטמפרטורה ספציפיות למערכת, כמו גם מגבלות שיפוט שונות המתוארות בין הדוד עצמו, צנרת חיצונית של הדוד וצנרת חיצונית שאינה של הדוד המחוברת לצנרת הדוד ASME חלק I. הגדרה. איור 2 מציג מגבלות אלו של דוד התוף.
מתכנן המערכת חייב לקבוע את הלחץ והטמפרטורה שבהם המערכת תפעל ואת התנאים בהם יש לתכנן את המערכת.
בהתאם לסעיף 101.2, לחץ התכנון הפנימי לא יפחת מלחץ העבודה הרציף המרבי (MSOP) בתוך מערכת הצנרת, כולל השפעת גובה הלחץ הסטטי. צנרת הנתונה ללחץ חיצוני יתוכננה ללחץ ההפרש המרבי הצפוי בתנאי הפעלה, כיבוי או בדיקה. בנוסף, יש לקחת בחשבון את ההשפעות הסביבתיות. בהתאם לסעיף 101.4, אם קירור הנוזל צפוי להפחית את הלחץ בצינור מתחת ללחץ אטמוספרי, יש לתכנן את הצינור לעמוד בלחץ חיצוני או לנקוט באמצעים לשבירת הוואקום. במצבים בהם התפשטות הנוזל עלולה להגביר את הלחץ, יש לתכנן מערכות צנרת לעמוד בלחץ המוגבר או לנקוט באמצעים להפגת לחץ עודף.
החל מסעיף 101.3.2, טמפרטורת המתכת לתכנון צנרת צריכה לייצג את התנאים המרביים הצפויים. לשם פשטות, מניחים בדרך כלל שטמפרטורת המתכת שווה לטמפרטורת הנוזל. במידת הצורך, ניתן להשתמש בטמפרטורת המתכת הממוצעת כל עוד טמפרטורת הדופן החיצונית ידועה. יש להקדיש תשומת לב מיוחדת גם לנוזלים הנשאבים דרך מחליפי חום או מציוד בעירה כדי להבטיח שתנאי הטמפרטורה הגרועים ביותר יילקחו בחשבון.
לעתים קרובות, מתכננים מוסיפים מרווח בטיחות ללחץ העבודה ו/או לטמפרטורה המרביים. גודל המרווח תלוי ביישום. חשוב גם לקחת בחשבון אילוצי חומר בעת קביעת טמפרטורת התכנון. ציון טמפרטורות תכנון גבוהות (מעל 750 מעלות פרנהייט) עשוי לדרוש שימוש בחומרי סגסוגת ולא בפלדת פחמן סטנדרטית יותר. ערכי המאמץ בנספח א' המחייב מסופקים רק עבור הטמפרטורות המותרות לכל חומר. לדוגמה, פלדת פחמן יכולה לספק ערכי מאמץ של עד 800 מעלות פרנהייט בלבד. חשיפה ממושכת של פלדת פחמן לטמפרטורות מעל 800 מעלות פרנהייט עלולה לגרום לצינור להתפחם, מה שהופך אותו לשביר יותר ונוטה לכשל. אם פועלים מעל 800 מעלות פרנהייט, יש לקחת בחשבון גם את נזק הזחילה המואץ הקשור לפלדת פחמן. ראה פסקה 124 לדיון מלא במגבלות טמפרטורת החומר.
לעיתים מהנדסים יכולים גם לציין לחצי בדיקה עבור כל מערכת. סעיף 137 מספק הנחיות לגבי בדיקות מאמץ. בדרך כלל, בדיקה הידרוסטטית תצוין בלחץ של פי 1.5 מלחץ התכנון; עם זאת, המאמצים החישוקיים והאורכיים בצנרת לא יעלו על 90% מחוזק הכניעה של החומר בסעיף 102.3.3 (B) במהלך בדיקת הלחץ. עבור מערכות צנרת חיצוניות שאינן של דוד, בדיקת דליפות במהלך שירות עשויה להיות שיטה מעשית יותר לבדיקת דליפות עקב קשיים בבידוד חלקים מהמערכת, או פשוט משום שתצורת המערכת מאפשרת בדיקת דליפות פשוטה במהלך השירות הראשוני. מוסכם, זה מקובל.
לאחר קביעת תנאי התכנון, ניתן לציין את הצנרת. הדבר הראשון שיש להחליט הוא איזה חומר להשתמש. כפי שצוין קודם לכן, לחומרים שונים יש מגבלות טמפרטורה שונות. סעיף 105 מספק הגבלות נוספות על חומרי צנרת שונים. בחירת החומר תלויה גם בנוזל המערכת, כגון שימוש בסגסוגות ניקל ביישומי צנרת כימיים קורוזיביים, שימוש בפלדת אל-חלד כדי לספק אוויר נקי למכשירים, או שימוש בפלדת פחמן עם תכולת כרום גבוהה (יותר מ-0.1%) כדי למנוע קורוזיה מואצת זרימה. קורוזיה מואצת זרימה (FAC) היא תופעת שחיקה/קורוזיה שהוכחה כגורמת לדילול חמור של דופן וכשל צינורות בכמה ממערכות הצנרת הקריטיות ביותר. אי התחשבות נכונה בדילול רכיבי אינסטלציה יכולה להיות והייתה לה השלכות חמורות, כמו בשנת 2007 כאשר צינור חימום יתר בתחנת הכוח IATAN של KCP&L התפוצץ, והרג שני עובדים ופצע קשה עובד שלישי.
משוואה 7 ומשוואה 9 בפסקה 104.1.1 מגדירות את עובי הדופן המינימלי הנדרש ואת לחץ התכנון הפנימי המרבי, בהתאמה, עבור צינור ישר הנתון ללחץ פנימי. המשתנים במשוואות אלו כוללים את המאמץ המרבי המותר (מנספח א' המחייב), את הקוטר החיצוני של הצינור, את גורם החומר (כפי שמוצג בטבלה 104.1.2 (א')), וכל יתרת עובי נוספת (כמתואר להלן). עם כל כך הרבה משתנים המעורבים, ציון חומר הצנרת המתאים, הקוטר הנומינלי ועובי הדופן יכול להיות תהליך איטרטיבי שעשוי לכלול גם מהירות נוזל, ירידת לחץ ועלויות צנרת ושאיבה. ללא קשר ליישום, יש לאמת את עובי הדופן המינימלי הנדרש.
ניתן להוסיף תוספת עובי כדי לפצות על סיבות שונות, כולל FAC. ייתכן שיידרשו תוספת עקב הסרת הברגות, חריצים וכו', חומר הנדרש לייצור חיבורים מכניים. בהתאם לסעיף 102.4.2, התוספת המינימלית תהיה שווה לעומק ההברגה בתוספת סבילות העיבוד. ייתכן שיידרש גם תוספת כדי לספק חוזק נוסף כדי למנוע נזק לצינור, קריסה, שקיעה מוגזמת או כיפוף עקב עומסים מוצבים או סיבות אחרות הנדונות בסעיף 102.4.4. ניתן להוסיף תוספת גם כדי להתחשב בחיבורים מרותכים (סעיף 102.4.3) ומרפקים (סעיף 102.4.5). לבסוף, ניתן להוסיף סבילות כדי לפצות על קורוזיה ו/או שחיקה. עובי התוספת נתון לשיקול דעתו של המתכנן ויהיה עקבי עם אורך החיים הצפוי של הצנרת בהתאם לסעיף 102.4.1.
נספח IV האופציונלי מספק הנחיות לבקרת קורוזיה. ציפויים מגנים, הגנה קתודית ובידוד חשמלי (כגון אוגנים מבודדים) הם כולם שיטות למניעת קורוזיה חיצונית של צינורות קבורים או שקועים. ניתן להשתמש במעכבי קורוזיה או בטנות כדי למנוע קורוזיה פנימית. יש לנקוט גם בזהירות בשימוש במי בדיקה הידרוסטטיים ברמת הטוהר המתאימה, ובמידת הצורך, לנקז לחלוטין את הצנרת לאחר הבדיקה ההידרוסטטית.
ייתכן שעובי דופן הצינור המינימלי או לוח הזמנים הנדרש לחישובים קודמים לא יהיו קבועים לאורך קוטר הצינור ועשויים לדרוש מפרטים עבור לוחות זמנים שונים עבור קטרים ​​שונים. לוח זמנים וערכי עובי דופן מתאימים מוגדרים בצינור פלדה מחושל מרותך וחלק ASME B36.10.
בעת ציון חומר הצינור וביצוע החישובים שנדונו קודם לכן, חשוב לוודא שערכי המאמץ המרביים המותרים המשמשים בחישובים תואמים לחומר שצוין. לדוגמה, אם צינור נירוסטה A312 304L צוין באופן שגוי במקום צינור נירוסטה A312 304, עובי הדופן שסופק עשוי להיות לא מספיק עקב ההבדל המשמעותי בערכי המאמץ המרביים המותרים בין שני החומרים. כמו כן, יש לציין את שיטת ייצור הצינור כראוי. לדוגמה, אם משתמשים בערך המאמץ המרבי המותר עבור צינור חלק לחישוב, יש לציין צינור חלק. אחרת, היצרן/מתקין עשוי להציע צינור מרותך בתפר, מה שעלול לגרום לעובי דופן לא מספיק עקב ערכי מאמץ מרביים מותרים נמוכים יותר.
לדוגמה, נניח שטמפרטורת התכנון של הצינור היא 300 מעלות פרנהייט ולחץ התכנון הוא 1,200 psig. 2 אינץ' ו-3 אינץ'. ייעשה שימוש בחוט פלדת פחמן (A53 Grade B ללא תפר). קבע את תוכנית הצנרת המתאימה לציון כדי לעמוד בדרישות של ASME B31.1 Equation 9. ראשית, מוסברים תנאי התכנון:
לאחר מכן, קבעו את ערכי המאמץ המרביים המותרים עבור צינור A53 דרגה B בטמפרטורות התכנון הנ"ל מטבלה A-1. שימו לב שהערך עבור צינור חלק משמש מכיוון שצינור חלק מוגדר:
יש להוסיף גם סבילות עובי. עבור יישום זה, מניחים סבילות קורוזיה של 1/16 אינץ'. סבילות כרסום נפרדת תתווסף בהמשך.
3 אינץ'. הצינור יצוין תחילה. בהנחה של צינור Schedule 40 וסבילות כרסום של 12.5%, חשב את הלחץ המרבי:
צינור Schedule 40 מספק צינור בקוטר 3 אינץ' בתנאי התכנון שצוינו לעיל. לאחר מכן, בדקו את 2 אינץ'. הצינור משתמש באותן הנחות:
2 אינץ'. בתנאי התכנון שצוינו לעיל, הצנרת תדרוש עובי דופן עבה יותר מאשר לוח זמנים 40. נסו 2 אינץ'. צינורות לוח זמנים 80:
בעוד שעובי דופן הצינור הוא לעתים קרובות הגורם המגביל בתכנון לחץ, עדיין חשוב לוודא שהאביזרים, הרכיבים והחיבורים שבהם נעשה שימוש מתאימים לתנאי התכנון שצוינו.
ככלל, בהתאם לפסקאות 104.2, 104.7.1, 106 ו-107, כל השסתומים, האביזרים ורכיבים אחרים המכילים לחץ המיוצרים לפי התקנים המפורטים בטבלה 126.1 ייחשבו כמתאימים לשימוש בתנאי הפעלה רגילים או מתחת לתקנים אלה של דירוגי לחץ-טמפרטורה המפורטים ב-. על המשתמשים להיות מודעים לכך שאם תקנים או יצרנים מסוימים עשויים להטיל מגבלות מחמירות יותר על סטיות מפעולה רגילה מאלה שצוינו ב-ASME B31.1, המגבלות המחמירות יותר יחולו.
בצמתים של צינורות, מומלץ להשתמש בחיבורי T, צינורות רוחביים, צינורות צלבים, חיבורי הסתעפות מרותכים וכו', המיוצרים לפי התקנים המפורטים בטבלה 126.1. במקרים מסוימים, צמתים של צינורות עשויים לדרוש חיבורי הסתעפות ייחודיים. סעיף 104.3.1 מספק דרישות נוספות לחיבורי הסתעפות כדי להבטיח שיש מספיק חומר צנרת כדי לעמוד בלחץ.
כדי לפשט את התכנון, המתכנן רשאי לבחור לקבוע את תנאי התכנון גבוהים יותר כדי לעמוד בדירוג האוגן של דרגת לחץ מסוימת (למשל, ASME דרגה 150, 300 וכו') כפי שמוגדר על ידי דרגת הלחץ-טמפרטורה עבור חומרים ספציפיים שצוינו ב-ASME B16.5 אוגני צינורות ומפרקי אוגן, או בתקנים דומים המפורטים בטבלה 126.1. זה מקובל כל עוד זה לא גורם לעלייה מיותרת בעובי הדופן או בתכנון רכיבים אחרים.
חלק חשוב בתכנון צנרת הוא להבטיח שהשלמות המבנית של מערכת הצנרת נשמרת לאחר הפעלת השפעות הלחץ, הטמפרטורה וכוחות חיצוניים. שלמות מבנית של המערכת לרוב מתעלמים ממנה בתהליך התכנון, ואם לא נעשית כראוי, היא יכולה להיות אחד החלקים היקרים יותר בתכנון. שלמות מבנית נדונה בעיקר בשני מקומות, פסקה 104.8: ניתוח רכיבי צינור ופסקה 119: התרחבות וגמישות.
סעיף 104.8 מפרט את נוסחאות הקוד הבסיסיות המשמשות לקביעת האם מערכת צנרת חורגת מהמאמצים המותרים בקוד. משוואות קוד אלו מכונות בדרך כלל עומסים רציפים, עומסים מזדמנים ועומסי תזוזה. עומס מתמשך הוא השפעת הלחץ והמשקל על מערכת צנרת. עומסים מקריים הם עומסים רציפים בתוספת עומסי רוח אפשריים, עומסים סייסמיים, עומסי שטח ועומסים קצרי טווח אחרים. ההנחה היא שכל עומס מקרי המופעל לא יפעל על עומסים מקריים אחרים בו זמנית, כך שכל עומס מקרי יהיה מקרה עומס נפרד בזמן הניתוח. עומסי תזוזה הם ההשפעות של צמיחה תרמית, תזוזה של ציוד במהלך הפעולה או כל עומס תזוזה אחר.
פסקה 119 דן כיצד לטפל בהתפשטות וגמישות של צינורות במערכות צנרת וכיצד לקבוע עומסי תגובה. גמישות מערכות צנרת היא לרוב החשובה ביותר בחיבורי ציוד, מכיוון שרוב חיבורי הציוד יכולים לעמוד רק בכמות המינימלית של כוח ומומנט המופעלים בנקודת החיבור. ברוב המקרים, לצמיחה התרמית של מערכת הצנרת יש את ההשפעה הגדולה ביותר על עומס התגובה, ולכן חשוב לשלוט על הצמיחה התרמית במערכת בהתאם.
כדי להתאים את גמישות מערכת הצנרת ולהבטיח תמיכה נכונה של המערכת, מומלץ לתמוך בצינורות פלדה בהתאם לטבלה 121.5. אם מתכנן שואף לעמוד במרווח התמיכה הסטנדרטי עבור טבלה זו, הוא משיג שלושה דברים: מזעור סטיית משקל עצמי, הפחתת עומסים מתמשכים והגדלת המאמץ הזמין לעומסי תזוזה. אם המתכנן ממקם את התמיכה בהתאם לטבלה 121.5, הדבר בדרך כלל יביא לתזוזה או שקיעה של פחות מ-1/8 אינץ' בין תומכי הצינורות. מזעור סטיית משקל עצמי מסייע בהפחתת הסיכוי לעיבוי בצינורות הנושאים קיטור או גז. ביצוע המלצות המרווח בטבלה 121.5 מאפשר גם למתכנן להפחית את המאמץ המתמשך בצנרת לכ-50% מהערך הרציף המותר של הקוד. בהתאם למשוואה 1B, המאמץ המותר לעומסי תזוזה נמצא ביחס הפוך לעומסים מתמשכים. לכן, על ידי מזעור העומס המתמשך, ניתן למקסם את סבילות מאמץ התזוזה. המרווח המומלץ לתומכי צינורות מוצג באיור 3.
כדי להבטיח שעומסי התגובה של מערכת הצנרת נלקחים בחשבון כראוי ועמידה במאמצי הקוד, שיטה נפוצה היא לבצע ניתוח מאמצים בצנרת בעזרת מחשב של המערכת. קיימות מספר חבילות תוכנה שונות לניתוח מאמצים בצנרת, כגון Bentley AutoPIPE, Intergraph Caesar II, Piping Solutions Tri-Flex, או אחת מהחבילות האחרות הזמינות מסחרית. היתרון בשימוש בניתוח מאמצים בצנרת בעזרת מחשב הוא שהוא מאפשר למתכנן ליצור מודל אלמנטים סופיים של מערכת הצנרת לאימות קל ויכולת לבצע שינויים נחוצים בתצורה. איור 4 מציג דוגמה למידול וניתוח של קטע צינור.
בעת תכנון מערכת חדשה, מתכנני מערכות בדרך כלל מציינים שכל הצנרת והרכיבים צריכים להיות מיוצרים, מרותכים, מורכבים וכו' כנדרש על ידי הקוד בו נעשה שימוש. עם זאת, ביישומים מסוימים של שיפוץ או יישומים אחרים, ייתכן שיהיה מועיל שמהנדס ייעודי יספק הדרכה לגבי טכניקות ייצור מסוימות, כמתואר בפרק ה'.
בעיה נפוצה בה נתקלים ביישומי שיפוץ היא חימום מוקדם של הריתוך (סעיף 131) וטיפול בחום לאחר הריתוך (סעיף 132). בין היתרונות האחרים, טיפולי חום אלה משמשים להפגת מתחים, מניעת סדקים והגברת חוזק הריתוך. פריטים המשפיעים על דרישות טיפול החום לפני ואחרי הריתוך כוללים, אך אינם מוגבלים ל, את הדברים הבאים: קיבוץ מספרי P, כימיה של החומר ועובי החומר בחיבור המיועד לריתוך. לכל חומר המופיע בנספח א' המחייב מוקצה מספר P. עבור חימום מוקדם, סעיף 131 מספק את הטמפרטורה המינימלית שאליה יש לחמם את מתכת הבסיס לפני שניתן לבצע ריתוך. עבור חימום חום טהור, טבלה 132 מספקת את טווח טמפרטורות ההחזקה ומשך הזמן להחזקת אזור הריתוך. קצבי חימום וקירור, שיטות מדידת טמפרטורה, טכניקות חימום ונהלים אחרים צריכים לפעול בקפדנות לפי ההנחיות המפורטות בקוד. השפעות שליליות בלתי צפויות על האזור המרותך עלולות להתרחש עקב אי טיפול חום כראוי.
תחום פוטנציאלי נוסף של דאגה במערכות צנרת בלחץ הוא כיפופי צינורות. כיפוף צינורות יכול לגרום לדילול דופן, וכתוצאה מכך לעובי דופן לא מספק. בהתאם לסעיף 102.4.5, הקוד מאפשר כיפופים כל עוד עובי הדופן המינימלי עומד באותה נוסחה המשמשת לחישוב עובי הדופן המינימלי עבור צינור ישר. בדרך כלל, מתווסף תוספת כדי להתחשב בעובי הדופן. טבלה 102.4.5 מספקת תוספתי הפחתת כיפוף מומלצים עבור רדיוסי כיפוף שונים. כיפופים עשויים לדרוש גם טיפול בחום לפני כיפוף ו/או לאחר כיפוף. סעיף 129 מספק הנחיות לייצור מרפקים.
עבור מערכות צנרת לחץ רבות, יש צורך להתקין שסתום בטיחות או שסתום שחרור לחץ כדי למנוע לחץ יתר במערכת. עבור יישומים אלה, נספח II האופציונלי: כללי תכנון התקנת שסתומי בטיחות הוא משאב בעל ערך רב אך לעיתים פחות מוכר.
בהתאם לסעיף II-1.2, שסתומי בטיחות מאופיינים בפעולת פופ-אפ פתוחה לחלוטין עבור שירות גז או קיטור, בעוד ששסתומי בטיחות נפתחים יחסית ללחץ סטטי במעלה הזרם ומשמשים בעיקר עבור שירות נוזלים.
יחידות שסתומי בטיחות מאופיינות במערכת פריקה פתוחה או סגורה. במערכת פליטה פתוחה, המרפק ביציאת שסתום הבטיחות בדרך כלל יפלט לתוך צינור הפליטה לאטמוספירה. בדרך כלל, זה יביא ללחץ אחורי נמוך יותר. אם נוצר לחץ אחורי מספיק בצינור הפליטה, חלק מגז הפליטה עשוי להיפלט או להישטף בחזרה מקצה הכניסה של צינור הפליטה. גודל צינור הפליטה צריך להיות גדול מספיק כדי למנוע פיצוץ חוזר. ביישומי אוורור סגור, לחץ מצטבר ביציאת שסתום ההקלה עקב דחיסת אוויר בצינור האוורור, מה שעלול לגרום להתפשטות גלי לחץ. בפסקה II-2.2.2, מומלץ שלחץ התכנון של קו הפריקה הסגור יהיה גדול לפחות פי שניים מלחץ העבודה במצב יציב. איורים 5 ו-6 מציגים את התקנת שסתום הבטיחות פתוח וסגור, בהתאמה.
התקנות שסתומי בטיחות עשויות להיות כפופות לכוחות שונים כפי שמסוכם בפסקה II-2. כוחות אלה כוללים השפעות התפשטות תרמית, האינטראקציה של מספר שסתומי שחרור אוויר המתאווררים בו זמנית, השפעות סייסמיות ו/או רטט, והשפעות לחץ במהלך אירועי שחרור לחץ. למרות שלחץ התכנון עד ליציאת שסתום הבטיחות צריך להתאים ללחץ התכנון של צינור היורד, לחץ התכנון במערכת הפריקה תלוי בתצורת מערכת הפריקה ובמאפייני שסתום הבטיחות. משוואות מסופקות בפסקה II-2.2 לקביעת לחץ ומהירות במרפק הפריקה, כניסת צינור הפריקה ויציאת צינור הפריקה עבור מערכות פריקה פתוחות וסגורות. באמצעות מידע זה, ניתן לחשב ולהתחשב בכוחות התגובה בנקודות שונות במערכת הפליטה.
בעיה לדוגמה עבור יישום פריקה פתוחה מוצגת בפסקה II-7. קיימות שיטות נוספות לחישוב מאפייני זרימה במערכות פריקה של שסתומי שחרור, והקורא מוזהר לוודא שהשיטה בה נעשה שימוש היא שמרנית מספיק. שיטה אחת כזו מתוארת על ידי GS Liao ב-"Power Plant Safety and Pressure Relief Valve Exhaust Group Analysis" שפורסם על ידי ASME בכתב העת Journal of Electrical Engineering, אוקטובר 1975.
מיקום שסתום הבטיחות צריך לשמור על מרחק מינימלי של צינור ישר מכל כיפוף. מרחק מינימלי זה תלוי בשירות ובגיאומטריה של המערכת כפי שמוגדר בפסקה II-5.2.1. עבור התקנות עם מספר שסתומי שחרור, המרווח המומלץ לחיבורי ענף השסתום תלוי ברדיוס הצינורות של ההסתעפות והשירות, כפי שמוצג בהערה (10)(ג) של טבלה D-1. בהתאם לפסקה II-5.7.1, ייתכן שיהיה צורך לחבר את תומכי הצנרת הממוקמים ביציאת שסתום השחרור לצנרת ההפעלה ולא למבנה הסמוך כדי למזער את השפעות ההתפשטות התרמית והאינטראקציות הסייסמיות. סיכום של שיקולי תכנון אלה ואחרים בתכנון מכלולי שסתומי בטיחות ניתן למצוא בפסקה II-5.
ברור שלא ניתן לכסות את כל דרישות התכנון של ASME B31 במסגרת מאמר זה. אך כל מהנדס ייעודי המעורב בתכנון מערכת צנרת לחץ צריך להיות לפחות בקיא בקוד תכנון זה. יש לקוות, שעם המידע הנ"ל, הקוראים ימצאו את ASME B31 כמשאב בעל ערך ונגיש יותר.
מונטה ק. אנגלקמיר הוא מנהל הפרויקט בחברת Stanley Consultants. אנגלקמיר הוא חבר באגודת ההנדסה של איווה, NSPE ו-ASME, ומכהן בוועדה ובתת-ועדת קוד הצנרת החשמלית B31.1. יש לו ניסיון מעשי של למעלה מ-12 שנים בתכנון, פריסת מערכות צנרת, הערכת חיזוק וניתוח מאמצים. מאט וילקי הוא מהנדס מכונות בחברת Stanley Consultants. יש לו ניסיון מקצועי של למעלה מ-6 שנים בתכנון מערכות צנרת עבור מגוון לקוחות שירות, עירוניים, מוסדיים ותעשייתיים והוא חבר ב-ASME ובחברת ההנדסה של איווה.
האם יש לך ניסיון ומומחיות בנושאים המכוסים בתוכן זה? כדאי לך לשקול לתרום לצוות העריכה של CFE Media ולקבל את ההכרה שמגיעה לך ולחברתך. לחץ כאן כדי להתחיל בתהליך.