Bij het ontwerpen van een drukleidingsysteem zal de aanwijzende ingenieur vaak specificeren dat de leidingen van het systeem moeten voldoen aan een of meer onderdelen van de ASME B31 Pressure Piping Code. Hoe houden ingenieurs zich op de juiste manier aan de codevereisten bij het ontwerpen van leidingsystemen?
Ten eerste moet de ingenieur bepalen welke ontwerpspecificatie gekozen moet worden. Voor drukleidingsystemen is dit niet per se beperkt tot ASME B31. Andere codes die zijn uitgegeven door ASME, ANSI, NFPA of andere toezichthoudende organisaties, kunnen afhankelijk zijn van de projectlocatie, toepassing, enz. In ASME B31 zijn momenteel zeven afzonderlijke secties van kracht.
ASME B31.1 Elektrische leidingen: Deze sectie heeft betrekking op leidingen in energiecentrales, industriële en institutionele installaties, geothermische verwarmingssystemen en centrale en stadsverwarmings- en koelsystemen. Dit omvat leidingen aan de buitenkant van ketels en leidingen aan de buitenkant van andere delen dan ketels 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 lagedrukverwarmings- en koeldistributieleidingen en verschillende andere systemen die worden beschreven in paragraaf 100.1.3 van ASME B31.1. De oorsprong van ASME B31.1 kan worden herleid tot de jaren 1920; de eerste officiële editie werd gepubliceerd in 1935. Houd er rekening mee 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 Process Piping: Deze sectie behandelt leidingen in raffinaderijen, chemische, farmaceutische, textiel-, papier-, halfgeleider- en cryogene fabrieken, en bijbehorende verwerkingsinstallaties en terminals. Deze sectie lijkt erg op ASME B31.1, met name bij het berekenen van de minimale wanddikte voor rechte buizen. Deze sectie was oorspronkelijk onderdeel van B31.1 en werd in 1959 voor het eerst afzonderlijk gepubliceerd.
ASME B31.4 Pijpleidingtransportsystemen voor vloeistoffen en slib: In dit gedeelte worden leidingen behandeld die voornamelijk vloeibare producten transporteren tussen fabrieken en terminals, en binnen terminals, pomp-, conditionerings- en doseerstations. Dit gedeelte was oorspronkelijk onderdeel van B31.1 en werd in 1959 voor het eerst afzonderlijk gepubliceerd.
ASME B31.5 Koelleidingen en warmteoverdrachtcomponenten: in dit gedeelte worden leidingen voor koelmiddelen en secundaire koelmiddelen behandeld. Dit onderdeel was oorspronkelijk onderdeel van B31.1 en werd in 1962 voor het eerst afzonderlijk uitgegeven.
ASME B31.8 Gastransport- en distributieleidingsystemen: Dit omvat leidingen voor het transport van voornamelijk gasvormige producten tussen bronnen en terminals, inclusief compressoren, conditionerings- en meetstations; en leidingen voor het verzamelen van gas. Dit gedeelte maakte oorspronkelijk deel uit van B31.1 en werd in 1955 voor het eerst afzonderlijk gepubliceerd.
ASME B31.9 Leidingen voor gebouwinstallaties: in deze sectie worden leidingen behandeld die doorgaans worden gebruikt in industriële, institutionele, commerciële en openbare gebouwen, en woningen met meerdere wooneenheden waarvoor de afmetingen, druk en temperatuurbereiken uit ASME B31.1 niet vereist zijn. Deze sectie is vergelijkbaar met ASME B31.1 en B31.3, maar is minder conservatief (met name bij het berekenen van de minimale wanddikte) en bevat minder details. De sectie is beperkt tot toepassingen met lage druk en lage temperaturen, zoals aangegeven in ASME B31.9 paragraaf 900.1.2. Deze werd voor het eerst gepubliceerd in 1982.
ASME B31.12 Waterstofleidingen en -leidingen: In deze sectie worden leidingen voor gasvormige en vloeibare waterstof en leidingen voor gasvormige waterstof behandeld. Deze sectie werd voor het eerst gepubliceerd in 2008.
Welke ontwerpcode gebruikt moet worden, is uiteindelijk aan de eigenaar. De inleiding van ASME B31 stelt: "Het is de verantwoordelijkheid van de eigenaar om de code te selecteren die het meest overeenkomt met de voorgestelde leidinginstallatie." In sommige gevallen kunnen "meerdere codesecties van toepassing zijn op verschillende delen van de installatie."
De editie 2012 van ASME B31.1 zal dienen als primaire referentie voor verdere besprekingen. Het doel van dit artikel is om de aanwijzende ingenieur te begeleiden bij enkele van de belangrijkste stappen in het ontwerpen van een ASME B31-conform drukleidingssysteem. Het volgen van de richtlijnen van ASME B31.1 biedt een goed beeld van algemeen 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 altijd de volledige code te worden geraadpleegd tijdens het systeemontwerp. Alle verwijzingen naar tekst verwijzen naar ASME B31.1, tenzij anders vermeld.
Nadat de systeemontwerper de juiste code heeft geselecteerd, moet hij ook alle systeemspecifieke ontwerpvereisten beoordelen. Paragraaf 122 (Deel 6) bevat ontwerpvereisten met betrekking tot systemen die vaak worden aangetroffen in elektrische leidingtoepassingen, zoals stoom, voedingswater, afblaas- en afblaasleidingen, instrumentatieleidingen en drukverlagingssystemen. ASME B31.3 bevat soortgelijke paragrafen als ASME B31.1, maar met minder details. Overwegingen in paragraaf 122 omvatten systeemspecifieke druk- en temperatuurvereisten, evenals verschillende juridische beperkingen die zijn afgebakend tussen de ketel zelf, externe leidingen van de ketel en externe leidingen die niet van de ketel zijn en die zijn aangesloten op ketelleidingen uit ASME Deel I. definitie. Figuur 2 toont deze beperkingen van de trommelketel.
De systeemontwerper moet de druk en temperatuur bepalen waarbij het systeem zal werken en de omstandigheden waaraan het systeem moet voldoen.
Volgens paragraaf 101.2 mag de interne ontwerpdruk niet lager zijn dan de maximale continue werkdruk (MSOP) in het leidingsysteem, inclusief het effect van statische opvoerhoogte. Leidingen die aan externe druk worden blootgesteld, moeten worden ontworpen voor het maximale drukverschil dat wordt verwacht onder operationele, afgesloten of testomstandigheden. Bovendien moet rekening worden gehouden met de effecten op het milieu. Volgens paragraaf 101.4 moet de leiding, indien het koelen van de vloeistof de druk in de leiding tot onder de atmosferische druk kan verlagen, zo worden ontworpen dat deze de externe druk kan weerstaan ​​of moeten er maatregelen worden genomen om het vacuüm te verbreken. In situaties waarin uitzetting van de vloeistof de druk kan verhogen, moeten leidingsystemen zo worden ontworpen dat ze de verhoogde druk kunnen weerstaan ​​of moeten er maatregelen worden genomen om de overmatige 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 er over het algemeen vanuit gegaan dat de metaaltemperatuur gelijk is aan de vloeistoftemperatuur. Indien gewenst kan de gemiddelde metaaltemperatuur worden gebruikt, zolang de temperatuur van de buitenwand maar bekend is. Er moet ook bijzondere aandacht worden besteed aan vloeistoffen die via warmtewisselaars of uit verbrandingsapparatuur worden aangezogen, om ervoor te zorgen dat rekening wordt gehouden met de slechtste temperatuuromstandigheden.
Vaak voegen ontwerpers een veiligheidsmarge toe aan de maximale werkdruk en/of -temperatuur. De grootte van de marge is afhankelijk van de toepassing. Het is ook belangrijk om rekening te houden met materiaalbeperkingen bij het bepalen van de ontwerptemperatuur. Het specificeren van hoge ontwerptemperaturen (hoger dan 750 F) vereist mogelijk het gebruik van gelegeerde materialen in plaats van het meer standaard koolstofstaal. De spanningswaarden in de verplichte bijlage A gelden alleen voor de toegestane temperaturen voor elk materiaal. Koolstofstaal kan bijvoorbeeld alleen spanningswaarden tot 800 F leveren. Langdurige blootstelling van koolstofstaal aan temperaturen boven 800 F kan ervoor zorgen dat de pijp verkoolt, waardoor deze brozer en gevoeliger voor falen 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 materiaaltemperatuurlimieten.
Soms kunnen ingenieurs ook testdrukken voor elk systeem specificeren. Paragraaf 137 bevat richtlijnen voor stresstesten. Hydrostatische testen worden doorgaans gespecificeerd op 1,5 keer de ontwerpdruk; de ring- en longitudinale spanningen in de leidingen mogen echter niet meer bedragen dan 90% van de vloeigrens van het materiaal in paragraaf 102.3.3 (B) tijdens de druktest. Voor sommige externe leidingsystemen die geen ketel zijn, kan lektesten tijdens gebruik een praktischer methode zijn om lekkages te controleren, vanwege problemen met het isoleren van delen van het systeem, of simpelweg omdat de systeemconfiguratie eenvoudige lektesten tijdens de eerste ingebruikname mogelijk maakt. Akkoord, dit is acceptabel.
Zodra de ontwerpvoorwaarden zijn vastgelegd, kunnen de leidingen worden gespecificeerd. Het eerste dat moet worden besloten, is welk materiaal moet worden gebruikt. Zoals eerder vermeld, hebben verschillende materialen verschillende temperatuurlimieten. Paragraaf 105 bevat aanvullende beperkingen voor diverse leidingmaterialen. De materiaalkeuze is ook afhankelijk van de vloeistof in het systeem. Denk bijvoorbeeld aan het gebruik van nikkel-legeringen in corrosieve chemische leidingtoepassingen, het gebruik van roestvrij staal voor de levering van schone instrumentlucht of het gebruik van koolstofstaal met een hoog chroomgehalte (meer dan 0,1%) om door stroming versnelde corrosie te voorkomen. Door stroming versnelde corrosie (FAC) is een erosie-/corrosiefenomeen waarvan is aangetoond dat het ernstige wandverdunning en leidingstoringen kan veroorzaken in enkele van de meest kritieke leidingsystemen. Als er niet goed wordt nagedacht over het verdunnen van leidingcomponenten, kan dit ernstige gevolgen hebben, zoals in 2007 toen een desuperheating-leiding bij de IATAN-energiecentrale van KCP&L barstte. Hierbij kwamen twee werknemers om het leven en raakte een derde ernstig gewond.
Vergelijking 7 en vergelijking 9 in paragraaf 104.1.1 definiëren respectievelijk de minimaal vereiste wanddikte en de maximale interne ontwerpdruk voor een rechte buis die onderhevig is aan interne druk. 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 aanvullende diktetoeslagen (zoals hieronder beschreven). Omdat er zoveel variabelen bij betrokken zijn, kan het specificeren van het juiste leidingmateriaal, de nominale diameter en de wanddikte een iteratief proces zijn. Hierbij kunnen ook de vloeistofsnelheid, drukval en leiding- en pompkosten worden meegenomen. Ongeacht de toepassing moet de minimaal vereiste wanddikte worden geverifieerd.
Er kan een extra diktetoeslag worden toegevoegd om verschillende redenen te compenseren, waaronder FAC. Toeslagen kunnen nodig zijn vanwege het verwijderen van draden, sleuven, enz. materiaal dat nodig is om mechanische verbindingen te maken. Volgens paragraaf 102.4.2 moet de minimale toeslag gelijk zijn aan de draaddiepte plus de bewerkingstolerantie. Toeslag kan ook nodig zijn om extra sterkte te bieden om schade, inzakken, overmatige doorbuiging of knikken van de buis te voorkomen als gevolg van opgelegde belastingen of andere oorzaken die in paragraaf 102.4.4 worden besproken. Toeslagen kunnen ook worden toegevoegd voor gelaste verbindingen (paragraaf 102.4.3) en bochten (paragraaf 102.4.5). Tot slot kunnen er toleranties worden toegevoegd om corrosie en/of erosie te compenseren. De dikte van deze toeslag is ter beoordeling van de ontwerper en moet overeenkomen met de verwachte levensduur van de leiding, overeenkomstig 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 begraven of ondergedompelde pijpleidingen te voorkomen. Corrosie-inhibitoren of -liners kunnen worden gebruikt om interne corrosie te voorkomen. Zorg er ook voor dat u hydrostatisch testwater van de juiste zuiverheid gebruikt en, indien nodig, de leidingen na de hydrostatische test volledig aftapt.
De minimale buiswanddikte of het schema dat vereist is voor eerdere berekeningen, is mogelijk niet constant over de buisdiameter en kan specificaties vereisen voor verschillende schema's voor verschillende diameters. Geschikte schema- en wanddiktewaarden zijn gedefinieerd in ASME B36.10 Gelaste en naadloze gesmede stalen buizen.
Bij het specificeren van het buismateriaal en het uitvoeren van de eerder besproken berekeningen, is het belangrijk om ervoor te zorgen dat de maximaal toelaatbare spanningswaarden die in de berekeningen worden gebruikt, overeenkomen met het opgegeven materiaal. Als bijvoorbeeld A312 304L roestvrijstalen buis onjuist wordt gespecificeerd in plaats van A312 304 roestvrijstalen buis, kan de opgegeven wanddikte onvoldoende zijn vanwege het aanzienlijke verschil in maximaal toelaatbare spanningswaarden tussen de twee materialen. Ook de productiemethode van de buis moet op de juiste manier worden gespecificeerd. Als bijvoorbeeld de maximaal toelaatbare spanningswaarde voor naadloze buizen wordt gebruikt voor de berekening, moet naadloze buizen worden gespecificeerd. Anders kan de fabrikant/installateur naadgelaste buizen aanbieden, wat kan resulteren in een onvoldoende wanddikte vanwege lagere maximaal toelaatbare spanningswaarden.
Stel bijvoorbeeld dat de ontwerptemperatuur van de pijpleiding 300 F is en de ontwerpdruk 1.200 psig. 2″ en 3″. Er wordt draad van koolstofstaal (A53 Grade B naadloos) gebruikt. Bepaal het juiste leidingplan dat moet worden gespecificeerd om te voldoen aan de vereisten van ASME B31.1 Vergelijking 9. Eerst worden de ontwerpvoorwaarden uitgelegd:
Bepaal vervolgens de maximaal toelaatbare spanningswaarden voor A53 klasse B bij de bovenstaande ontwerptemperaturen uit tabel A-1. Let op: de waarde voor naadloze buizen wordt gebruikt omdat naadloze buizen zijn gespecificeerd:
Er moet ook een diktetolerantie worden toegevoegd. Voor deze toepassing is een 1/16 inch diktetolerantie aangehouden. Er wordt rekening gehouden met corrosietolerantie. Er wordt later een aparte freestolerantie toegevoegd.
3 inch. De pijp wordt als eerste gespecificeerd. Uitgaande van een Schedule 40-pijp en een freestolerantie van 12,5%, berekent u de maximale druk:
Pijpen volgens schema 40 zijn geschikt voor een buis van 3 inch onder de hierboven gespecificeerde ontwerpcondities. Controleer vervolgens 2 inch. De pijpleiding maakt gebruik van dezelfde aannames:
2 inch. Onder de hierboven gespecificeerde ontwerpomstandigheden heeft de leiding een dikkere wanddikte nodig dan Schema 40. Probeer 2 inch. Schema 80-leidingen:
Hoewel de wanddikte van pijpen vaak de beperkende factor is bij drukontwerp, is het nog steeds belangrijk om te controleren of de gebruikte fittingen, componenten en verbindingen geschikt zijn voor de opgegeven ontwerpomstandigheden.
In de regel worden, overeenkomstig de paragrafen 104.2, 104.7.1, 106 en 107, alle kleppen, fittingen en andere drukhoudende componenten die zijn vervaardigd volgens de normen die staan ​​vermeld in Tabel 126.1, geacht geschikt te zijn voor gebruik onder normale bedrijfsomstandigheden of onder de druk-temperatuurwaarden die zijn gespecificeerd in de normen. Gebruikers dienen zich ervan bewust te zijn dat als bepaalde normen of fabrikanten strengere limieten opleggen aan afwijkingen van de normale werking dan die gespecificeerd in ASME B31.1, de strengere limieten van toepassing zijn.
Bij pijpkruisingen worden T-stukken, dwarsverbindingen, kruisverbindingen, lasverbindingen en dergelijke aanbevolen, die zijn vervaardigd volgens de normen die in tabel 126.1 staan ​​vermeld. In sommige gevallen kunnen pijpleidingkruisingen unieke aftakkingen vereisen. Paragraaf 104.3.1 bevat aanvullende vereisten voor aftakkingen om te garanderen dat er voldoende leidingmateriaal is om de druk te weerstaan.
Om het ontwerp te vereenvoudigen, kan de ontwerper ervoor kiezen om de ontwerpcondities hoger in 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 resulteert in een onnodige toename van de wanddikte of andere componentontwerpen.
Een belangrijk onderdeel van het ontwerpen van leidingen is ervoor te zorgen dat de structurele integriteit van het leidingsysteem behouden blijft als er druk, temperatuur en externe krachten op van toepassing zijn. De structurele integriteit van het systeem wordt vaak over het hoofd gezien in het ontwerpproces en kan, als dit niet goed wordt gedaan, een van de duurste onderdelen van het ontwerp zijn. De structurele integriteit wordt voornamelijk op twee plaatsen besproken: Paragraaf 104.8: Analyse van pijpleidingcomponenten en Paragraaf 119: Uitbreiding en flexibiliteit.
Paragraaf 104.8 bevat de basiscodeformules die worden gebruikt om te bepalen of een leidingsysteem de wettelijk toegestane spanningen overschrijdt. Deze codevergelijkingen worden doorgaans continue belastingen, incidentele belastingen en verplaatsingsbelastingen genoemd. 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 kortdurende belastingen. Er wordt van uitgegaan dat elke toegepaste incidentele belasting niet tegelijkertijd op andere incidentele belastingen inwerkt, zodat elke incidentele belasting op het moment van analyse een afzonderlijk belastingsgeval is. Verplaatsingsbelastingen zijn de effecten van thermische groei, verplaatsing van apparatuur tijdens bedrijf of een andere verplaatsingsbelasting.
In paragraaf 119 wordt besproken hoe u omgaat met uitzetting en flexibiliteit van leidingen in leidingsystemen en hoe u reactiebelastingen bepaalt. De flexibiliteit van leidingsystemen is vaak het belangrijkst bij apparatuuraansluitingen, omdat de meeste apparatuuraansluitingen slechts de minimale hoeveelheid kracht en moment kunnen weerstaan ​​die op het aansluitpunt wordt toegepast. In de meeste gevallen heeft de thermische groei van het leidingsysteem de grootste invloed op de reactiebelasting. Daarom is het belangrijk om de thermische groei in het systeem dienovereenkomstig te beheersen.
Om rekening te houden met de flexibiliteit van het leidingsysteem en om te garanderen dat het systeem goed wordt ondersteund, is het een goede gewoonte om stalen buizen te ondersteunen in overeenstemming met tabel 121.5. Als een ontwerper streeft naar het voldoen aan de standaard ondersteuningsafstand voor deze tabel, bereikt hij drie dingen: minimaliseert de doorbuiging van het eigen gewicht, vermindert de aanhoudende belastingen en verhoogt de beschikbare spanning voor verplaatsingsbelastingen. Als de ontwerper de ondersteuning plaatst in overeenstemming met tabel 121.5, zal dit doorgaans resulteren in minder dan 1/8 inch verplaatsing of doorbuiging van het eigen gewicht tussen de buisondersteuningen. Het minimaliseren van de doorbuiging van het eigen gewicht helpt de kans op condensatie in leidingen die stoom of gas vervoeren te verkleinen. Door de afstandsaanbevelingen in tabel 121.5 te volgen, kan de ontwerper ook de aanhoudende spanning in de leidingen verminderen tot ongeveer 50% van de continu toegestane waarde van de code. Volgens vergelijking 1B is de toegestane spanning voor verplaatsingsbelastingen omgekeerd evenredig met de aanhoudende belastingen. Door de aanhoudende belasting te minimaliseren, kan de tolerantie voor verplaatsingsspanning dus worden gemaximaliseerd. De aanbevolen De afstand tussen de buissteunen wordt weergegeven in Figuur 3.
Om te zorgen dat de reactiebelastingen van het leidingsysteem goed in acht worden genomen en dat aan de normspanningen wordt voldaan, is het uitvoeren van een computerondersteunde leidingspanningsanalyse van het systeem een ​​veelgebruikte methode. Er zijn verschillende softwarepakketten voor pijpspanningsanalyse beschikbaar, zoals Bentley AutoPIPE, Intergraph Caesar II, Piping Solutions Tri-Flex of een van de andere commercieel verkrijgbare pakketten. Het voordeel van het gebruik van computerondersteunde leidingspanningsanalyse is dat de ontwerper een eindig elementenmodel van het leidingsysteem kan maken voor eenvoudige verificatie en de mogelijkheid om indien nodig wijzigingen in de configuratie aan te brengen. Figuur 4 toont een voorbeeld van het modelleren en analyseren van een sectie van een pijpleiding.
Bij het ontwerpen van een nieuw systeem specificeren systeemontwerpers doorgaans dat alle leidingen en componenten moeten worden gefabriceerd, gelast, geassembleerd, enz. volgens de vereisten van de gebruikte code. Bij sommige aanpassingen of andere toepassingen kan het echter nuttig zijn om een ​​aangewezen ingenieur advies te laten geven over bepaalde fabricagetechnieken, zoals beschreven in Hoofdstuk V.
Een veelvoorkomend probleem bij retrofittoepassingen is het voorverwarmen van lassen (paragraaf 131) en de warmtebehandeling na het lassen (paragraaf 132). Deze warmtebehandelingen worden onder andere gebruikt om spanning te verlichten, scheuren te voorkomen en de lassterkte te verhogen. Factoren die van invloed zijn op de vereisten voor warmtebehandeling vóór en na het lassen zijn onder andere: P-nummergroepering, materiaalchemie en dikte van het materiaal bij de te lassen verbinding. Elk materiaal dat in de verplichte bijlage A wordt vermeld, heeft een toegewezen P-nummer. Voor voorverwarmen geeft paragraaf 131 de minimale temperatuur aan waartoe het basismetaal moet worden verwarmd voordat er kan worden gelast. Voor PWHT geeft tabel 132 het bereik van de houdtemperatuur en de tijdsduur om de laszone te houden. Verwarmings- en afkoelsnelheden, temperatuurmeetmethoden, verwarmingstechnieken en andere procedures moeten strikt voldoen aan de richtlijnen die in de code zijn vastgelegd. Onverwachte nadelige effecten op het gelaste gebied kunnen optreden als gevolg van het niet correct warmtebehandelen.
Een ander mogelijk aandachtspunt in drukleidingensystemen zijn bochten in leidingen. Het buigen van leidingen kan leiden tot wandverdunning, wat resulteert in onvoldoende wanddikte. Volgens paragraaf 102.4.5 staat de code bochten toe zolang de minimale wanddikte voldoet aan dezelfde formule die wordt gebruikt om de minimale wanddikte voor rechte leidingen te berekenen. Normaal gesproken wordt er een toeslag toegevoegd om rekening te houden met de wanddikte. Tabel 102.4.5 geeft aanbevolen toeslagen voor buigvermindering voor verschillende buigradii. Bochten kunnen ook een warmtebehandeling vóór het buigen en/of na het buigen vereisen. Paragraaf 129 geeft richtlijnen voor het vervaardigen van bochten.
Bij veel drukleidingsystemen is het noodzakelijk om een ​​veiligheidsventiel of overdrukventiel te installeren om overdruk in het systeem te voorkomen. Voor deze toepassingen is de optionele Bijlage II: Regels voor het installeren van veiligheidsventielen een zeer waardevolle, maar soms weinig bekende bron.
Overeenkomstig paragraaf II-1.2 worden veiligheidsventielen gekenmerkt door een volledig open pop-upactie voor gas- of stoomtoepassingen, terwijl veiligheidsventielen openen ten opzichte van de stroomopwaartse statische druk en voornamelijk worden gebruikt voor vloeistoftoepassingen.
Veiligheidsventielunits worden gekenmerkt door het feit of het open of gesloten afvoersystemen zijn. Bij een open uitlaat zal de elleboog bij de uitlaat van het veiligheidsventiel doorgaans in de uitlaatpijp naar de atmosfeer uitstoten. Dit resulteert doorgaans in minder tegendruk. Als er voldoende tegendruk in de uitlaatpijp wordt gecreëerd, kan een deel van het uitlaatgas uit het inlaateinde van de uitlaatpijp worden geblazen of teruggespoeld. De uitlaatpijp moet groot genoeg zijn om terugslag te voorkomen. Bij gesloten ontluchtingstoepassingen bouwt de druk zich op bij de uitlaat van de overdrukklep als gevolg van luchtcompressie in de ontluchtingsleiding, waardoor drukgolven zich kunnen voortplanten. In paragraaf II-2.2.2 wordt aanbevolen dat de ontwerpdruk van de gesloten afvoerleiding ten minste twee keer zo groot is als de stationaire werkdruk. Figuur 5 en 6 tonen de veiligheidsventielinstallatie respectievelijk open en gesloten.
Veiligheidsventielinstallaties kunnen onderhevig zijn aan verschillende krachten, zoals samengevat in paragraaf II-2. Deze krachten omvatten thermische uitzettingseffecten, de interactie van meerdere overdrukventielen die tegelijkertijd ontluchten, seismische en/of trillingseffecten en drukeffecten tijdens overdrukgebeurtenissen. Hoewel de ontwerpdruk tot aan de uitlaat van het veiligheidsventiel overeen moet komen met de ontwerpdruk van de afvoerbuis, is de ontwerpdruk in het afvoersysteem afhankelijk van de configuratie van het afvoersysteem en de kenmerken van het veiligheidsventiel. In paragraaf II-2.2 worden vergelijkingen gegeven voor het bepalen van de druk en snelheid bij de afvoerbocht, de inlaat van de afvoerbuis en de uitlaat van de afvoerbuis voor open en gesloten afvoersystemen. Met behulp van deze informatie kunnen de reactiekrachten op verschillende punten in het uitlaatsysteem worden berekend en in aanmerking worden genomen.
Een voorbeeld van een probleem voor een open afvoertoepassing wordt gegeven in paragraaf II-7. Er bestaan ​​andere methoden voor het berekenen van de stromingskarakteristieken in afvoersystemen van overdrukventielen, en de lezer wordt gewaarschuwd om te controleren of de gebruikte methode voldoende conservatief is. Eén 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 locatie van het veiligheidsventiel moet een minimale afstand van rechte pijp tot elke bocht aanhouden. Deze minimale afstand is afhankelijk van de service en geometrie van het systeem, zoals gedefinieerd in paragraaf II-5.2.1. Voor installaties met meerdere overdrukventielen is de aanbevolen afstand voor klepaftakkingsaansluitingen afhankelijk van de stralen van de aftakking en serviceleidingen, zoals weergegeven in Noot (10)(c) van Tabel D-1. Overeenkomstig paragraaf II-5.7.1 kan het nodig zijn om de leidingsteunen bij de uitlaat van het overdrukventiel aan te sluiten op de operationele leidingen in plaats van op de aangrenzende constructie om de effecten van thermische uitzetting en seismische interacties tot een minimum te beperken. Een samenvatting van deze en andere ontwerpoverwegingen bij het ontwerp van veiligheidsventielassemblages is te vinden in paragraaf II-5.
Uiteraard is het niet mogelijk om binnen het bestek van dit artikel alle ontwerpvereisten van ASME B31 te behandelen. Maar elke aangewezen ingenieur die betrokken is bij het ontwerp van een drukleidingsysteem zou op zijn minst bekend moeten zijn met deze ontwerpcode. Hopelijk vinden lezers ASME B31 met bovenstaande informatie een waardevollere en toegankelijkere bron.
Monte K. Engelkemier is projectleider bij Stanley Consultants. Engelkemier is lid van de Iowa Engineering Society, NSPE en ASME, en is lid van de B31.1 Electrical Piping Code Committee en Subcommittee. Hij heeft meer dan 12 jaar praktische ervaring in het ontwerpen, ontwerpen, evalueren van verstevigingen en spanningsanalyse van leidingsystemen. Matt Wilkey is werktuigbouwkundig ingenieur bij Stanley Consultants. Hij heeft meer dan 6 jaar professionele ervaring in het ontwerpen van leidingsystemen voor diverse klanten in de nutssector, gemeenten, instellingen en de industrie. Hij is lid van ASME en de Iowa Engineering Society.
Heeft u ervaring en expertise op het gebied van de onderwerpen die in deze content aan bod komen? 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.