Bij het ontwerpen van een drukleidingsysteem zal de verantwoordelijke engineer vaak specificeren dat de leidingen van het systeem moeten voldoen aan een of meer onderdelen van de ASME B31 Pressure Piping Code. Hoe kunnen engineers de code-eisen correct naleven bij het ontwerpen van leidingsystemen?
Allereerst moet de ingenieur bepalen welke ontwerpspecificatie moet worden gekozen. Voor drukleidingsystemen is dit niet noodzakelijkerwijs beperkt tot ASME B31. Andere normen uitgegeven door ASME, ANSI, NFPA of andere overkoepelende organisaties kunnen van toepassing zijn, afhankelijk van de locatie van het project, de toepassing, enzovoort. ASME B31 kent momenteel zeven afzonderlijke secties.
ASME B31.1 Elektrische leidingen: Deze sectie behandelt leidingen in energiecentrales, industriële en institutionele installaties, geothermische verwarmingssystemen en centrale en stadsverwarmings- en koelsystemen. Dit omvat leidingen aan de buitenzijde van ketels en andere leidingen die worden gebruikt voor de installatie van ASME Sectie I-ketels. Deze sectie is niet van toepassing op apparatuur die valt onder de ASME Boiler and Pressure Vessel Code, bepaalde lagedruk verwarmings- en koeldistributieleidingen en diverse andere systemen die worden beschreven in paragraaf 100.1.3 van ASME B31.1. De oorsprong van ASME B31.1 gaat terug tot de jaren twintig van de vorige eeuw, met de eerste officiële editie gepubliceerd in 1935. Merk op dat de eerste editie, inclusief de bijlagen, minder dan 30 pagina's telde, terwijl de huidige editie meer dan 300 pagina's lang is.
ASME B31.3 Procesleidingen: Dit onderdeel behandelt leidingen in raffinaderijen; chemische, farmaceutische, textiel-, papier-, halfgeleider- en cryogene fabrieken; en bijbehorende verwerkingsinstallaties en terminals. Dit onderdeel is zeer vergelijkbaar met ASME B31.1, met name bij het berekenen van de minimale wanddikte voor rechte buizen. Dit onderdeel maakte oorspronkelijk deel uit van B31.1 en werd voor het eerst afzonderlijk gepubliceerd in 1959.
ASME B31.4 Pijpleidingsystemen voor vloeistoffen en slurries: Deze sectie behandelt leidingen die voornamelijk vloeibare producten transporteren tussen fabrieken en terminals, en binnen terminals, pomp-, conditionerings- en meetstations. Deze sectie maakte oorspronkelijk deel uit van B31.1 en werd voor het eerst afzonderlijk gepubliceerd in 1959.
ASME B31.5 Koelleidingen en warmteoverdrachtscomponenten: Dit onderdeel behandelt leidingen voor koelmiddelen en secundaire koelvloeistoffen. Dit deel was oorspronkelijk onderdeel van B31.1 en werd voor het eerst afzonderlijk uitgebracht in 1962.
ASME B31.8 Gasleidingsystemen voor transport en distributie: Dit omvat leidingen voor het transport van voornamelijk gasvormige producten tussen bronnen en eindpunten, inclusief compressoren, conditionerings- en meetstations; en gasverzamelleidingen. Dit onderdeel maakte oorspronkelijk deel uit van B31.1 en werd voor het eerst afzonderlijk gepubliceerd in 1955.
ASME B31.9 Leidingwerk voor gebouwinstallaties: Deze sectie behandelt leidingwerk dat veel voorkomt in industriële, institutionele, commerciële en openbare gebouwen, evenals in appartementencomplexen, waar de afmetingen, druk- en temperatuurbereiken van ASME B31.1 niet vereist zijn. Deze sectie is vergelijkbaar met ASME B31.1 en B31.3, maar is minder conservatief (vooral bij het berekenen van de minimale wanddikte) en bevat minder details. Het is beperkt tot toepassingen met lage druk en lage temperatuur, zoals aangegeven in paragraaf 900.1.2 van ASME B31.9. Deze norm werd voor het eerst gepubliceerd in 1982.
ASME B31.12 Waterstofleidingen: Dit onderdeel behandelt leidingen voor gasvormige en vloeibare waterstof, en leidingen voor gasvormige waterstof. Dit onderdeel werd voor het eerst gepubliceerd in 2008.
De keuze voor de te gebruiken ontwerpcode ligt uiteindelijk bij de opdrachtgever. In de inleiding van ASME B31 staat: "Het is de verantwoordelijkheid van de opdrachtgever om het codegedeelte te selecteren dat het beste aansluit op de voorgestelde leidinginstallatie." In sommige gevallen kunnen "meerdere codegedeelten van toepassing zijn op verschillende delen van de installatie."
De editie van 2012 van ASME B31.1 dient als primaire referentie voor de volgende besprekingen. Het doel van dit artikel is om de ontwerpingenieur te begeleiden bij enkele van de belangrijkste stappen in het ontwerpen van een drukleidingsysteem dat voldoet aan de ASME B31-norm. Het volgen van de richtlijnen van ASME B31.1 biedt een goede weergave van het algemene systeemontwerp. Vergelijkbare ontwerpmethoden worden gebruikt als ASME B31.3 of B31.9 wordt gevolgd. De rest van ASME B31 wordt gebruikt in specifiekere toepassingen, voornamelijk voor specifieke systemen of toepassingen, en zal hier niet verder worden besproken. Hoewel de belangrijkste stappen in het ontwerpproces hier worden belicht, is deze bespreking niet uitputtend en dient de volledige norm altijd te worden geraadpleegd tijdens het systeemontwerp. Alle verwijzingen naar tekst hebben betrekking op ASME B31.1, tenzij anders vermeld.
Na het selecteren van de juiste code moet de systeemontwerper ook de systeemspecifieke ontwerpvereisten beoordelen. Paragraaf 122 (deel 6) bevat ontwerpvereisten met betrekking tot systemen die vaak voorkomen in elektrische leidingsystemen, zoals stoom-, voedingswater-, afblaas- en instrumentatieleidingen en overdrukbeveiligingssystemen. ASME B31.3 bevat vergelijkbare paragrafen als ASME B31.1, maar met minder details. Overwegingen in paragraaf 122 omvatten systeemspecifieke druk- en temperatuurvereisten, evenals diverse wettelijke beperkingen die worden afgebakend tussen de ketel zelf, de externe leidingen van de ketel en niet-ketelgerelateerde externe leidingen die zijn aangesloten op de ASME Deel I-ketelleidingen. Figuur 2 toont deze beperkingen van de trommelketel.
De systeemontwerper moet de druk en temperatuur bepalen waaronder het systeem zal werken, evenals de omstandigheden waaraan het systeem moet voldoen.
Volgens paragraaf 101.2 mag de interne ontwerpdruk niet lager zijn dan de maximale continue werkdruk (MSOP) binnen het leidingsysteem, inclusief het effect van statische druk. Leidingen die aan externe druk worden blootgesteld, moeten worden ontworpen voor het maximaal verwachte drukverschil onder bedrijfs-, stilstand- of testomstandigheden. Daarnaast moet rekening worden gehouden met milieu-invloeden. Volgens paragraaf 101.4 moet, indien koeling van de vloeistof de druk in de leiding waarschijnlijk tot onder de atmosferische druk zal verlagen, de leiding zodanig worden ontworpen dat deze de externe druk kan weerstaan, of moeten er maatregelen worden genomen om het vacuüm te doorbreken. In situaties waarin vloeistofexpansie de druk kan verhogen, moeten leidingsystemen zodanig worden ontworpen dat ze de verhoogde druk kunnen weerstaan, of moeten er maatregelen worden genomen om de overtollige druk te verlichten.
Vanaf paragraaf 101.3.2 moet de metaaltemperatuur voor het ontwerp van leidingen representatief zijn voor de verwachte maximale aanhoudende omstandigheden. Voor de eenvoud wordt over het algemeen aangenomen dat de metaaltemperatuur gelijk is aan de vloeistoftemperatuur. Indien gewenst kan de gemiddelde metaaltemperatuur worden gebruikt, mits de temperatuur van de buitenwand bekend is. Bijzondere aandacht moet ook worden besteed aan vloeistoffen die door warmtewisselaars of uit verbrandingsinstallaties worden gezogen, om ervoor te zorgen dat rekening wordt gehouden met de meest ongunstige temperatuuromstandigheden.
Ontwerpers voegen vaak een veiligheidsmarge toe aan de maximale werkdruk en/of temperatuur. De grootte van de marge hangt af van de toepassing. Het is ook belangrijk om rekening te houden met materiaaleigenschappen bij het bepalen van de ontwerptemperatuur. Het specificeren van hoge ontwerptemperaturen (hoger dan 750 °F) kan het gebruik van gelegeerde materialen vereisen in plaats van het meer gangbare koolstofstaal. De spanningswaarden in de verplichte bijlage A worden alleen gegeven voor de toelaatbare temperaturen voor elk materiaal. Koolstofstaal kan bijvoorbeeld slechts spanningswaarden tot 800 °F leveren. Langdurige blootstelling van koolstofstaal aan temperaturen boven 800 °F kan leiden tot carbonisatie van de pijp, waardoor deze brozer en gevoeliger voor breuk wordt. Bij gebruik boven 800 °F moet ook rekening worden gehouden met de versnelde kruipschade die gepaard gaat met koolstofstaal. Zie paragraaf 124 voor een volledige bespreking van de temperatuurlimieten van materialen.
Ingenieurs kunnen soms ook testdrukken voor elk systeem specificeren. Paragraaf 137 geeft richtlijnen voor spanningstesten. Doorgaans wordt een hydrostatische test gespecificeerd bij 1,5 keer de ontwerpdruk; de omtreks- en langsspanningen in de leidingen mogen echter tijdens de druktest niet meer dan 90% van de vloeigrens van het materiaal in paragraaf 102.3.3 (B) bedragen. Voor sommige externe leidingsystemen die niet tot de ketel behoren, kan lektesten tijdens bedrijf een meer praktische methode zijn om lekken op te sporen vanwege de moeilijkheid om delen van het systeem te isoleren, of simpelweg omdat de systeemconfiguratie eenvoudige lektesten tijdens de eerste ingebruikname mogelijk maakt. Akkoord, dit is acceptabel.
Zodra de ontwerpvoorwaarden zijn vastgesteld, kan het leidingwerk worden gespecificeerd. De eerste beslissing is welk materiaal te gebruiken. Zoals eerder vermeld, hebben verschillende materialen verschillende temperatuurlimieten. Paragraaf 105 geeft aanvullende beperkingen voor diverse leidingmaterialen. De materiaalkeuze hangt ook af van de vloeistof in het systeem, zoals het gebruik van nikkellegeringen in corrosieve chemische leidingtoepassingen, het gebruik van roestvrij staal voor het transport van schone instrumentlucht, of het gebruik van koolstofstaal met een hoog chroomgehalte (meer dan 0,1%) om doorstroming versnelde corrosie te voorkomen. Doorstroming versnelde corrosie (FAC) is een erosie-/corrosiefenomeen waarvan is aangetoond dat het ernstige wandverdunning en leidingbreuk kan veroorzaken in enkele van de meest kritische leidingsystemen. Het niet goed rekening houden met de verdunning van leidingcomponenten kan en heeft ernstige gevolgen gehad, zoals in 2007 toen een ontvochtigingsleiding in de IATAN-krachtcentrale van KCP&L barstte, waarbij twee werknemers om het leven kwamen en een derde ernstig gewond raakte.
Vergelijking 7 en vergelijking 9 in paragraaf 104.1.1 definiëren respectievelijk de minimaal vereiste wanddikte en de maximale interne ontwerpdruk voor rechte buizen die aan interne druk onderhevig zijn. De variabelen in deze vergelijkingen omvatten de maximaal toelaatbare spanning (uit verplichte bijlage A), de buitendiameter van de buis, de materiaalfactor (zoals weergegeven in tabel 104.1.2 (A)) en eventuele extra diktetoeslagen (zoals hieronder beschreven). Met zoveel variabelen kan het specificeren van het juiste leidingmateriaal, de nominale diameter en de wanddikte een iteratief proces zijn, waarbij ook rekening moet worden gehouden met vloeistofsnelheid, drukverlies en leiding- en pompkosten. Ongeacht de toepassing moet de minimaal vereiste wanddikte worden geverifieerd.
Extra diktemarge kan worden toegevoegd ter compensatie van diverse redenen, waaronder FAC (Fuel Adjustment Concentration). Toeslagen kunnen nodig zijn vanwege het verwijderen van schroefdraad, sleuven, enz. materiaal dat nodig is voor het maken van mechanische verbindingen. Volgens paragraaf 102.4.2 moet de minimale toeslag gelijk zijn aan de schroefdraaddiepte plus de bewerkingstolerantie. Toeslag kan ook nodig zijn om extra sterkte te bieden ter voorkoming van schade aan de pijp, instorting, overmatige doorbuiging of knikken als gevolg van overlappende belastingen of andere oorzaken die worden besproken in paragraaf 102.4.4. Toeslagen kunnen ook worden toegevoegd voor lasverbindingen (paragraaf 102.4.3) en bochten (paragraaf 102.4.5). Ten slotte kunnen toleranties worden toegevoegd ter compensatie van corrosie en/of erosie. De dikte van deze toeslag is naar eigen inzicht van de ontwerper en moet consistent zijn met de verwachte levensduur van de leiding volgens paragraaf 102.4.1.
De optionele bijlage IV biedt richtlijnen voor corrosiebestrijding. Beschermende coatings, kathodische bescherming en elektrische isolatie (zoals isolerende flenzen) zijn allemaal methoden om externe corrosie van ondergrondse of ondergedompelde pijpleidingen te voorkomen. Corrosieremmers of -bekledingen kunnen worden gebruikt om interne corrosie te voorkomen. Er moet ook voor worden gezorgd dat hydrostatisch testwater van de juiste zuiverheid wordt gebruikt en dat, indien nodig, de leidingen na de hydrostatische test volledig worden afgetapt.
De minimale wanddikte of het vereiste schema voor pijpen, zoals gebruikt in eerdere berekeningen, is mogelijk niet constant over de gehele pijpdiameter en kan specificaties voor verschillende schema's vereisen voor verschillende diameters. De juiste schema- en wanddiktewaarden zijn gedefinieerd in ASME B36.10 Gelaste en naadloos gesmede stalen pijpen.
Bij het specificeren van het pijpmateriaal en het uitvoeren van de eerder besproken berekeningen is het belangrijk ervoor te zorgen dat de maximaal toelaatbare spanningswaarden die in de berekeningen worden gebruikt, overeenkomen met het gespecificeerde materiaal. Als bijvoorbeeld een A312 304L roestvrijstalen pijp onjuist wordt gespecificeerd in plaats van een A312 304 roestvrijstalen pijp, kan de geleverde wanddikte onvoldoende zijn vanwege het aanzienlijke verschil in maximaal toelaatbare spanningswaarden tussen de twee materialen. Evenzo moet de productiemethode van de pijp correct worden gespecificeerd. Als bijvoorbeeld de maximaal toelaatbare spanningswaarde voor naadloze pijpen wordt gebruikt voor de berekening, moet een naadloze pijp worden gespecificeerd. Anders kan de fabrikant/installateur een gelaste pijp aanbieden, wat kan leiden tot een onvoldoende wanddikte vanwege lagere maximaal toelaatbare spanningswaarden.
Stel bijvoorbeeld dat de ontwerptemperatuur van de pijpleiding 300 °F is en de ontwerpdruk 1200 psig. Er wordt gebruik gemaakt van koolstofstaal (A53 Grade B naadloos) draad. Bepaal het juiste pijpleidingplan om te voldoen aan de eisen van ASME B31.1, vergelijking 9. Eerst worden de ontwerpcondities uitgelegd:
Bepaal vervolgens de maximaal toelaatbare spanningswaarden voor A53 Grade B bij de bovengenoemde ontwerptemperaturen aan de hand van tabel A-1. Merk op dat de waarde voor naadloze buizen wordt gebruikt, omdat naadloze buizen zijn gespecificeerd.
Er moet ook rekening worden gehouden met de dikte. Voor deze toepassing is dat 1/16 inch. Er wordt uitgegaan van een corrosietoeslag. Een aparte freestolerantie wordt later toegevoegd.
3 inch. De buis wordt eerst gespecificeerd. Uitgaande van een Schedule 40 buis en een freestolerantie van 12,5%, bereken de maximale druk:
Een buis van Schedule 40 is geschikt voor een buis van 3 inch onder de hierboven gespecificeerde ontwerpcondities. Controleer vervolgens een buis van 2 inch. De pijpleiding gaat uit van dezelfde aannames:
2 inch. Onder de hierboven gespecificeerde ontwerpcondities vereist de leiding een dikkere wanddikte dan Schedule 40. Probeer 2 inch. Schedule 80 leidingen:
Hoewel de wanddikte van een leiding vaak de beperkende factor is bij het ontwerpen onder druk, is het toch belangrijk om te controleren of de gebruikte fittingen, componenten en verbindingen geschikt zijn voor de gespecificeerde ontwerpcondities.
In het algemeen geldt, overeenkomstig de paragrafen 104.2, 104.7.1, 106 en 107, dat alle kleppen, fittingen en andere drukdragende componenten die zijn vervaardigd volgens de normen vermeld in tabel 126.1, geschikt worden geacht voor gebruik onder normale bedrijfsomstandigheden of onder de in tabel 126.1 gespecificeerde druk-temperatuurwaarden. Gebruikers dienen zich ervan bewust te zijn dat indien bepaalde normen of fabrikanten strengere limieten stellen aan afwijkingen van de normale werking dan die gespecificeerd in ASME B31.1, de strengere limieten van toepassing zijn.
Bij pijpkruisingen worden T-stukken, dwarsstukken, kruisstukken, aftaklasverbindingen, enz. aanbevolen die zijn vervaardigd volgens de normen vermeld in Tabel 126.1. In sommige gevallen kunnen pijpkruisingen unieke aftakverbindingen vereisen. Paragraaf 104.3.1 geeft aanvullende eisen voor aftakverbindingen om ervoor te zorgen dat er voldoende pijpmateriaal is om de druk te weerstaan.
Om het ontwerp te vereenvoudigen, kan de ontwerper ervoor kiezen de ontwerpeisen hoger te stellen om te voldoen aan de flensclassificatie van een bepaalde drukklasse (bijv. ASME klasse 150, 300, enz.), zoals gedefinieerd door de druk-temperatuurklasse voor specifieke materialen zoals gespecificeerd in ASME B16.5 Pijpflenzen en flensverbindingen, of vergelijkbare normen vermeld in Tabel 126.1. Dit is acceptabel zolang het niet leidt tot een onnodige toename van de wanddikte of andere componentontwerpen.
Een belangrijk onderdeel van het ontwerp van leidingsystemen is het waarborgen van de structurele integriteit van het systeem, ook wanneer het wordt blootgesteld aan druk, temperatuur en externe krachten. De structurele integriteit van het systeem wordt vaak over het hoofd gezien tijdens het ontwerpproces en kan, indien niet goed uitgevoerd, een van de duurste onderdelen van het ontwerp zijn. Structurele integriteit wordt voornamelijk besproken in twee paragrafen: paragraaf 104.8: Analyse van leidingcomponenten en paragraaf 119: Uitzetting en flexibiliteit.
Paragraaf 104.8 geeft een overzicht van de basisformules die worden gebruikt om te bepalen of een leidingsysteem de toelaatbare spanningen overschrijdt. Deze formules worden doorgaans aangeduid als continue belastingen, incidentele belastingen en verplaatsingsbelastingen. Continue belasting is het effect van druk en gewicht op een leidingsysteem. Incidentele belastingen zijn continue belastingen plus mogelijke windbelastingen, seismische belastingen, terreinbelastingen en andere kortstondige belastingen. Er wordt vanuit gegaan dat elke toegepaste incidentele belasting niet tegelijkertijd op andere incidentele belastingen inwerkt, waardoor elke incidentele belasting een afzonderlijk belastinggeval is tijdens de analyse. Verplaatsingsbelastingen zijn de effecten van thermische uitzetting, verplaatsing van apparatuur tijdens bedrijf of andere verplaatsingsbelastingen.
Paragraaf 119 bespreekt hoe om te gaan met pijpexpansie en flexibiliteit in leidingsystemen en hoe reactiekrachten te bepalen. Flexibiliteit van leidingsystemen is vaak het belangrijkst bij aansluitingen op apparatuur, aangezien de meeste aansluitingen slechts de minimale kracht en het minimale moment op het aansluitpunt kunnen weerstaan. In de meeste gevallen heeft de thermische uitzetting van het leidingsysteem de grootste invloed op de reactiekracht, dus is het belangrijk om de thermische uitzetting in het systeem dienovereenkomstig te beheersen.
Om de flexibiliteit van het leidingsysteem te waarborgen en ervoor te zorgen dat het systeem correct wordt ondersteund, is het raadzaam stalen leidingen te ondersteunen volgens Tabel 121.5. Als een ontwerper ernaar streeft de standaard ondersteuningsafstand volgens deze tabel aan te houden, bereikt hij drie dingen: minimaliseert hij de doorbuiging door eigen gewicht, vermindert hij de blijvende belasting en verhoogt hij de beschikbare spanning voor verplaatsingsbelastingen. Als de ontwerper de ondersteuning plaatst volgens Tabel 121.5, resulteert dit doorgaans in een doorbuiging of verzakking door eigen gewicht van minder dan 3 mm tussen de buisondersteuningen. Het minimaliseren van de doorbuiging door eigen gewicht helpt de kans op condensatie in leidingen die stoom of gas transporteren te verminderen. Het volgen van de aanbevolen afstanden in Tabel 121.5 stelt de ontwerper ook in staat de blijvende spanning in de leidingen te reduceren tot ongeveer 50% van de continu toelaatbare waarde volgens de norm. Volgens Vergelijking 1B is de toelaatbare spanning voor verplaatsingsbelastingen omgekeerd evenredig met de blijvende belasting. Door de blijvende belasting te minimaliseren, kan de tolerantie voor verplaatsingsspanning dus worden gemaximaliseerd. De aanbevolen afstand voor leidingen is ... De ondersteuningen worden weergegeven in figuur 3.
Om ervoor te zorgen dat de reactiekrachten in het leidingsysteem correct worden meegenomen en dat aan de normvereisten voor spanningen wordt voldaan, wordt vaak een computerondersteunde spanningsanalyse van het leidingsysteem uitgevoerd. Er zijn verschillende softwarepakketten voor spanningsanalyse van pijpleidingen beschikbaar, zoals Bentley AutoPIPE, Intergraph Caesar II, Piping Solutions Tri-Flex of andere commercieel verkrijgbare pakketten. Het voordeel van computerondersteunde spanningsanalyse van pijpleidingen is dat de ontwerper een eindig-elementenmodel van het leidingsysteem kan maken voor eenvoudige verificatie en de mogelijkheid om de configuratie indien nodig aan te passen. Figuur 4 toont een voorbeeld van het modelleren en analyseren van een deel van een pijpleiding.
Bij het ontwerpen van een nieuw systeem specificeren systeemontwerpers doorgaans dat alle leidingen en componenten moeten worden gefabriceerd, gelast, geassembleerd, enzovoort, zoals vereist door de geldende normen. Bij sommige renovaties of andere toepassingen kan het echter nuttig zijn dat een aangewezen ingenieur richtlijnen geeft voor bepaalde fabricagetechnieken, zoals beschreven in hoofdstuk V.
Een veelvoorkomend probleem bij renovatietoepassingen is het voorverwarmen van de las (paragraaf 131) en de warmtebehandeling na het lassen (paragraaf 132). Deze warmtebehandelingen worden onder andere gebruikt om spanningen te verminderen, scheurvorming te voorkomen en de lassterkte te verhogen. Factoren die van invloed zijn op de eisen voor de warmtebehandeling vóór en na het lassen zijn onder andere: de P-nummergroepering, de materiaalsamenstelling en de materiaaldikte van de te lassen verbinding. Elk materiaal dat in de verplichte bijlage A wordt vermeld, heeft een toegewezen P-nummer. Voor het voorverwarmen geeft paragraaf 131 de minimale temperatuur aan waartoe het basismetaal moet worden verwarmd voordat er kan worden gelast. Voor de warmtebehandeling na het lassen geeft tabel 132 het temperatuurbereik en de tijdsduur aan om de laszone op temperatuur te houden. De verwarmings- en afkoelsnelheden, temperatuurmeetmethoden, verwarmingstechnieken en andere procedures moeten strikt de richtlijnen van de norm volgen. Onverwachte nadelige effecten op het lasgebied kunnen optreden als gevolg van een onjuiste warmtebehandeling.
Een ander potentieel aandachtspunt in drukleidingsystemen zijn pijpbochten. Het buigen van pijpen kan leiden tot dunner wordende wanden, waardoor de wanddikte onvoldoende wordt. Volgens paragraaf 102.4.5 staat de norm bochten toe, zolang de minimale wanddikte voldoet aan dezelfde formule als die gebruikt wordt voor het berekenen van de minimale wanddikte van rechte pijpen. Doorgaans wordt een toeslag toegevoegd om rekening te houden met de wanddikte. Tabel 102.4.5 geeft aanbevolen toeslagen voor bochten bij verschillende bochtstralen. Bochten kunnen ook een voor- en/of na-buiging warmtebehandeling vereisen. Paragraaf 129 geeft richtlijnen voor de fabricage van bochten.
Voor veel drukleidingsystemen is het noodzakelijk om een ​​veiligheidsklep of overdrukventiel te installeren om overdruk in het systeem te voorkomen. Voor deze toepassingen is de optionele bijlage II: Ontwerpvoorschriften voor de installatie van veiligheidskleppen een zeer waardevolle, maar soms weinig bekende bron.
Volgens paragraaf II-1.2 worden veiligheidskleppen gekenmerkt door een volledig openstaande pop-upwerking voor gas- of stoomtoepassingen, terwijl veiligheidskleppen openen ten opzichte van de stroomopwaartse statische druk en hoofdzakelijk worden gebruikt voor vloeistoftoepassingen.
Veiligheidsventielen worden gekenmerkt door de vraag of ze open of gesloten afvoersystemen zijn. Bij een open afvoer zal de bocht aan de uitlaat van het veiligheidsventiel meestal in de uitlaatpijp naar de atmosfeer afvoeren. Dit resulteert doorgaans in minder tegendruk. Als er voldoende tegendruk in de uitlaatpijp ontstaat, kan een deel van het uitlaatgas via de inlaat van de uitlaatpijp naar buiten worden geperst of teruggespoeld. De diameter van de uitlaatpijp moet groot genoeg zijn om terugslag te voorkomen. Bij gesloten afvoersystemen bouwt de druk zich op bij de uitlaat van het overdrukventiel als gevolg van luchtcompressie in de afvoerleiding, wat mogelijk drukgolven kan veroorzaken. In paragraaf II-2.2.2 wordt aanbevolen dat de ontwerpdruk van de gesloten afvoerleiding minstens twee keer zo hoog is als de stationaire werkdruk. Figuren 5 en 6 tonen respectievelijk de installatie van het veiligheidsventiel in open en gesloten toestand.
Veiligheidsklepinstallaties kunnen onderhevig zijn aan diverse krachten, zoals samengevat in paragraaf II-2. Deze krachten omvatten thermische uitzettingseffecten, de interactie van meerdere overdrukventielen die gelijktijdig ontluchten, seismische en/of trillingseffecten en drukeffecten tijdens drukontlastingsgebeurtenissen. Hoewel de ontwerpdruk tot aan de uitlaat van de veiligheidsklep moet overeenkomen met de ontwerpdruk van de afvoerleiding, is de ontwerpdruk in het afvoersysteem afhankelijk van de configuratie van het afvoersysteem en de eigenschappen van de veiligheidsklep. In paragraaf II-2.2 worden vergelijkingen gegeven voor het bepalen van de druk en de snelheid bij de afvoerbocht, de inlaat van de afvoerleiding en de uitlaat van de afvoerleiding voor open en gesloten afvoersystemen. Met behulp van deze informatie kunnen de reactiekrachten op verschillende punten in het afvoersysteem worden berekend en meegenomen.
Een voorbeeldprobleem voor een open ontladingstoepassing wordt gegeven in paragraaf II-7. Er bestaan ​​andere methoden voor het berekenen van stromingskarakteristieken in ontladingssystemen van overdrukventielen, en de lezer wordt geadviseerd te controleren of de gebruikte methode voldoende conservatief is. Een dergelijke methode wordt beschreven door GS Liao in "Power Plant Safety and Pressure Relief Valve Exhaust Group Analysis", gepubliceerd door ASME in het Journal of Electrical Engineering, oktober 1975.
De veiligheidsklep moet op een minimale afstand van een rechte buis van een bocht worden geplaatst. Deze minimale afstand is afhankelijk van de toepassing en de geometrie van het systeem, zoals gedefinieerd in paragraaf II-5.2.1. Voor installaties met meerdere overdrukventielen is de aanbevolen afstand tussen de aftakleidingen afhankelijk van de radii van de aftak- en serviceleidingen, zoals weergegeven in opmerking (10)(c) van tabel D-1. In overeenstemming met paragraaf II-5.7.1 kan het nodig zijn om de leidingsteunen bij de uitlaat van het overdrukventiel aan te sluiten op de bedrijfsleiding in plaats van op de aangrenzende constructie om de effecten van thermische uitzetting en seismische interacties te minimaliseren. Een samenvatting van deze en andere ontwerpoverwegingen bij het ontwerpen van veiligheidsklepconstructies is te vinden in paragraaf II-5.
Het is uiteraard niet mogelijk om alle ontwerpeisen van ASME B31 in dit artikel te behandelen. Maar elke aangewezen engineer die betrokken is bij het ontwerp van een drukleidingsysteem zou in ieder geval bekend moeten zijn met deze ontwerpnorm. Hopelijk zullen lezers met de bovenstaande informatie ASME B31 een waardevollere en toegankelijkere bron vinden.
Monte K. Engelkemier is projectleider bij Stanley Consultants. Engelkemier is lid van de Iowa Engineering Society, NSPE en ASME, en maakt deel uit van de B31.1 Electrical Piping Code Committee en Subcommittee. Hij heeft meer dan 12 jaar praktijkervaring in het ontwerpen, structureren en analyseren van leidingsystemen, inclusief het evalueren van verstevigingen en spanningsanalyses. Matt Wilkey is werktuigbouwkundig ingenieur bij Stanley Consultants. Hij heeft meer dan 6 jaar professionele ervaring in het ontwerpen van leidingsystemen voor diverse nutsbedrijven, gemeenten, instellingen en industriële klanten en is lid van ASME en de Iowa Engineering Society.
Heeft u ervaring en expertise op de onderwerpen die in deze content worden behandeld? Overweeg dan om bij te dragen aan het redactieteam van CFE Media en de erkenning te krijgen die u en uw bedrijf verdienen. Klik hier om het proces te starten.