Podczas projektowania systemu rurociągów ciśnieniowych inżynier wyznaczający często określa, że ​​rurociągi systemu powinny być zgodne z jedną lub kilkoma częściami kodeksu dotyczącego rurociągów ciśnieniowych ASME B31. W jaki sposób inżynierowie mogą prawidłowo przestrzegać wymagań kodeksu podczas projektowania systemów rurociągowych?
Najpierw inżynier musi określić, którą specyfikację projektową należy wybrać. W przypadku systemów rurociągów ciśnieniowych nie ogranicza się to koniecznie do normy ASME B31. Inne przepisy wydane przez ASME, ANSI, NFPA lub inne organizacje regulacyjne mogą być regulowane przez lokalizację projektu, zastosowanie itp. Norma ASME B31 składa się obecnie z siedmiu odrębnych sekcji.
ASME B31.1 Rurociągi elektryczne: Ta sekcja obejmuje rurociągi w elektrowniach, zakładach przemysłowych i instytucjonalnych, systemach ogrzewania geotermalnego oraz centralnych i miejskich systemach ogrzewania i chłodzenia. Obejmuje to rury zewnętrzne kotłów i rury zewnętrzne bez kotła używane do instalowania kotłów ASME Section I. Ta sekcja nie ma zastosowania do urządzeń objętych Kodeksem kotłów i zbiorników ciśnieniowych ASME, niektórych rurociągów dystrybucyjnych ogrzewania i chłodzenia niskociśnieniowego oraz różnych innych systemów opisanych w paragrafie 100.1.3 normy ASME B31.1. Początki normy ASME B31.1 sięgają lat dwudziestych XX wieku, a pierwsze oficjalne wydanie opublikowano w 1935 r. Należy pamiętać, że pierwsze wydanie, wliczając dodatki, miało mniej niż 30 stron, a obecne wydanie ma ponad 300 stron.
ASME B31.3 Rurociągi procesowe: Ta sekcja obejmuje rurociągi w rafineriach, zakładach chemicznych, farmaceutycznych, tekstylnych, papierniczych, półprzewodnikowych i kriogenicznych oraz powiązanych zakładach przetwórczych i terminalach. Ta sekcja jest bardzo podobna do ASME B31.1, zwłaszcza przy obliczaniu minimalnej grubości ścianki dla prostych rur. Ta sekcja była pierwotnie częścią normy B31.1 i po raz pierwszy została wydana oddzielnie w 1959 r.
ASME B31.4 Systemy transportu rurociągowego cieczy i zawiesin: Ta sekcja obejmuje rurociągi służące głównie do transportu produktów ciekłych pomiędzy zakładami i terminalami, a także w obrębie terminali, stacji pompujących, kondycjonujących i pomiarowych. Ta sekcja pierwotnie stanowiła część normy B31.1 i po raz pierwszy została wydana oddzielnie w 1959 r.
ASME B31.5 Rurociągi chłodnicze i elementy wymiany ciepła: W tej sekcji omówiono rurociągi do czynników chłodniczych i chłodziw wtórnych. Część ta pierwotnie stanowiła część normy B31.1 i po raz pierwszy została wydana oddzielnie w 1962 r.
ASME B31.8 Systemy rurociągów do przesyłu i dystrybucji gazu: Obejmuje to rurociągi do transportu głównie produktów gazowych między źródłami i terminalami, w tym sprężarki, stacje kondycjonujące i pomiarowe; a także rurociągi do gromadzenia gazu. Ta sekcja pierwotnie stanowiła część normy B31.1 i po raz pierwszy została wydana oddzielnie w 1955 r.
ASME B31.9 Rurociągi instalacji budowlanych: Ta sekcja obejmuje rurociągi powszechnie spotykane w budynkach przemysłowych, instytucjonalnych, komercyjnych i publicznych oraz budynkach wielorodzinnych, które nie wymagają zakresów rozmiarów, ciśnienia i temperatury ujętych w normie ASME B31.1. Ta sekcja jest podobna do norm ASME B31.1 i B31.3, ale jest mniej konserwatywna (szczególnie przy obliczaniu minimalnej grubości ścianki) i zawiera mniej szczegółów. Jest ograniczona do zastosowań niskiego ciśnienia i niskiej temperatury, zgodnie ze wskazaniem w paragrafie 900.1.2 normy ASME B31.9. Została ona opublikowana po raz pierwszy w 1982 r.
ASME B31.12 Rurociągi wodorowe i rurociągi: Ta sekcja obejmuje rurociągi do zastosowań z gazowym i ciekłym wodorem, a także rurociągi do zastosowań z gazowym wodorem. Ta sekcja została opublikowana po raz pierwszy w 2008 r.
To, który kod projektowy powinien zostać użyty, ostatecznie zależy od właściciela. Wprowadzenie do normy ASME B31 stwierdza: „Właściciel jest odpowiedzialny za wybranie sekcji kodu, która najbardziej odpowiada proponowanej instalacji rurociągowej”. W niektórych przypadkach „wiele sekcji kodu może mieć zastosowanie do różnych sekcji instalacji”.
Wydanie normy ASME B31.1 z 2012 r. będzie służyć jako podstawowe odniesienie dla dalszych dyskusji. Celem tego artykułu jest przeprowadzenie inżyniera wyznaczającego przez niektóre z głównych etapów projektowania zgodnego z normą ASME B31 systemu rurociągów ciśnieniowych. Postępowanie zgodnie z wytycznymi normy ASME B31.1 zapewnia dobrą reprezentację ogólnego projektu systemu. Podobne metody projektowania są stosowane, jeśli przestrzegana jest norma ASME B31.3 lub B31.9. Pozostała część normy ASME B31 jest stosowana w węższych zastosowaniach, głównie w przypadku określonych systemów lub zastosowań, i nie będzie omawiana dalej. Chociaż kluczowe etapy procesu projektowania zostaną tutaj podkreślone, omówienie to nie jest wyczerpujące i podczas projektowania systemu należy zawsze odwoływać się do pełnego kodu. Wszystkie odniesienia do tekstu odnoszą się do normy ASME B31.1, o ile nie określono inaczej.
Po wybraniu właściwego kodu projektant systemu musi również przejrzeć wszelkie specyficzne dla systemu wymagania projektowe. Paragraf 122 (część 6) zawiera wymagania projektowe dotyczące systemów powszechnie spotykanych w zastosowaniach rurociągów elektrycznych, takich jak para, woda zasilająca, spuszczanie i spuszczanie, rurociągi pomiarowe i systemy redukcji ciśnienia. Norma ASME B31.3 zawiera podobne paragrafy do normy ASME B31.1, ale z mniejszą ilością szczegółów. Rozważania w paragrafie 122 obejmują specyficzne dla systemu wymagania dotyczące ciśnienia i temperatury, a także różne ograniczenia jurysdykcyjne rozgraniczające sam kocioł, zewnętrzne rurociągi kotła i zewnętrzne rurociągi niebędące kotłem podłączone do rurociągów kotła ASME Część I. definicja. Rysunek 2 przedstawia te ograniczenia kotła bębnowego.
Projektant systemu musi określić ciśnienie i temperaturę, w jakich system będzie działał, a także warunki, jakie system powinien spełniać.
Zgodnie z paragrafem 101.2 wewnętrzne ciśnienie projektowe nie może być niższe od maksymalnego ciągłego ciśnienia roboczego (MSOP) w systemie rurociągów, wliczając wpływ wysokości statycznej. Rurociągi poddane ciśnieniu zewnętrznemu muszą być zaprojektowane dla maksymalnej różnicy ciśnień przewidywanej w warunkach pracy, wyłączenia lub testów. Ponadto należy wziąć pod uwagę wpływ na środowisko. Zgodnie z paragrafem 101.4, jeśli istnieje prawdopodobieństwo, że chłodzenie cieczy spowoduje obniżenie ciśnienia w rurze poniżej ciśnienia atmosferycznego, rurę należy zaprojektować tak, aby wytrzymała ciśnienie zewnętrzne lub należy podjąć środki w celu przełamania próżni. W sytuacjach, w których rozszerzanie się cieczy może zwiększyć ciśnienie, systemy rurociągów należy zaprojektować tak, aby wytrzymały zwiększone ciśnienie lub należy podjąć środki w celu złagodzenia nadmiaru ciśnienia.
Począwszy od punktu 101.3.2, temperatura metalu w projektowaniu rurociągów powinna być reprezentatywna dla przewidywanych maksymalnych trwałych warunków. Dla uproszczenia przyjmuje się na ogół, że temperatura metalu jest równa temperaturze płynu. W razie potrzeby można użyć średniej temperatury metalu, o ile znana jest temperatura zewnętrznej ściany. Szczególną uwagę należy zwrócić na płyny pobierane przez wymienniki ciepła lub z urządzeń spalających, aby upewnić się, że uwzględniono najgorsze warunki temperaturowe.
Często projektanci dodają margines bezpieczeństwa do maksymalnego ciśnienia roboczego i/lub temperatury. Wielkość marginesu zależy od zastosowania. Ważne jest również uwzględnienie ograniczeń materiałowych przy określaniu temperatury projektowej. Określenie wysokich temperatur projektowych (powyżej 750 F) może wymagać użycia materiałów stopowych, a nie bardziej standardowej stali węglowej. Wartości naprężeń w obowiązkowym załączniku A są podane tylko dla dopuszczalnych temperatur dla każdego materiału. Na przykład stal węglowa może zapewniać wartości naprężeń tylko do 800 F. Długotrwałe narażenie stali węglowej na temperatury powyżej 800 F może spowodować zwęglenie rury, czyniąc ją bardziej kruchą i podatną na uszkodzenia. W przypadku pracy w temperaturach powyżej 800 F należy również wziąć pod uwagę przyspieszone uszkodzenie pełzanie związane ze stalą węglową. Patrz punkt 124, aby uzyskać pełną dyskusję na temat ograniczeń temperatury materiałów.
Czasami inżynierowie mogą również określić ciśnienia testowe dla każdego systemu. Paragraf 137 zawiera wskazówki dotyczące testów wytrzymałościowych. Zazwyczaj test hydrostatyczny będzie określony jako 1,5-krotność ciśnienia projektowego; jednak naprężenia obwodowe i wzdłużne w rurociągu nie mogą przekraczać 90% granicy plastyczności materiału w paragrafie 102.3.3 (B) podczas testu ciśnieniowego. W przypadku niektórych zewnętrznych systemów rurociągów innych niż kotły, test szczelności w trakcie eksploatacji może być bardziej praktyczną metodą sprawdzania szczelności ze względu na trudności w izolowaniu części systemu lub po prostu dlatego, że konfiguracja systemu pozwala na proste testowanie szczelności podczas początkowej eksploatacji. Zgadzam się, jest to dopuszczalne.
Po ustaleniu warunków projektowych można określić rurociągi. Pierwszą rzeczą, którą należy zdecydować, jest to, jaki materiał zastosować. Jak wspomniano wcześniej, różne materiały mają różne ograniczenia temperaturowe. Paragraf 105 zawiera dodatkowe ograniczenia dotyczące różnych materiałów rurociągowych. Wybór materiału zależy również od cieczy w systemie, np. stosowanie stopów niklu w zastosowaniach rurociągów z substancjami żrącymi, stosowanie stali nierdzewnej w celu dostarczania czystego powietrza pomiarowego lub stosowanie stali węglowej o wysokiej zawartości chromu (powyżej 0,1%) w celu zapobiegania korozji przyspieszonej przepływem. Korozja przyspieszona przepływem (FAC) to zjawisko erozji/korozji, które, jak wykazano, powoduje poważne przerzedzenie ścianek i uszkodzenia rur w niektórych z najbardziej krytycznych systemów rurociągowych. Niewłaściwe uwzględnienie przerzedzenia elementów instalacyjnych może mieć i miało poważne konsekwencje, jak na przykład w 2007 r., gdy pękła rura schładzająca w elektrowni IATAN firmy KCP&L, w wyniku czego zginęło dwóch pracowników, a trzeci został poważnie ranny.
Równanie 7 i Równanie 9 w paragrafie 104.1.1 definiują minimalną wymaganą grubość ścianki i maksymalne wewnętrzne ciśnienie projektowe, odpowiednio, dla prostej rury poddanej ciśnieniu wewnętrznemu. Zmienne w tych równaniach obejmują maksymalne dopuszczalne naprężenie (z Obowiązkowego Załącznika A), zewnętrzną średnicę rury, współczynnik materiałowy (jak pokazano w Tabeli 104.1.2 (A)) i wszelkie dodatkowe dodatki grubości (jak opisano poniżej). Przy tak wielu zaangażowanych zmiennych, określenie odpowiedniego materiału rury, średnicy nominalnej i grubości ścianki może być procesem iteracyjnym, który może również obejmować prędkość cieczy, spadek ciśnienia oraz koszty rurociągów i pompowania. Niezależnie od zastosowania, minimalna wymagana grubość ścianki musi zostać zweryfikowana.
Można dodać dodatkowy dodatek na grubość, aby zrekompensować różne przyczyny, w tym FAC. Dodatki mogą być wymagane ze względu na usunięcie gwintów, szczelin itp. materiału wymaganego do wykonania połączeń mechanicznych. Zgodnie z paragrafem 102.4.2 minimalny dodatek musi być równy głębokości gwintu powiększonej o tolerancję obróbki. Dodatek może być również wymagany w celu zapewnienia dodatkowej wytrzymałości, aby zapobiec uszkodzeniu rury, zapadnięciu się, nadmiernemu zwisaniu lub wyboczeniu z powodu nałożonych obciążeń lub innych przyczyn omówionych w paragrafie 102.4.4. Dodatki można również dodać, aby uwzględnić połączenia spawane (paragraf 102.4.3) i kolanka (paragraf 102.4.5). Na koniec można dodać tolerancje, aby zrekompensować korozję i/lub erozję. Grubość tego dodatku zależy od uznania projektanta i musi być zgodna z oczekiwaną żywotnością rurociągu zgodnie z paragrafem 102.4.1.
Opcjonalny Załącznik IV zawiera wskazówki dotyczące kontroli korozji. Powłoki ochronne, ochrona katodowa i izolacja elektryczna (np. kołnierze izolacyjne) to metody zapobiegania korozji zewnętrznej rurociągów podziemnych lub zanurzonych. Aby zapobiec korozji wewnętrznej, można stosować inhibitory korozji lub wykładziny. Należy również zadbać o użycie wody do próby hydrostatycznej o odpowiedniej czystości i, jeśli to konieczne, o całkowite opróżnienie rurociągu po próbie hydrostatycznej.
Minimalna grubość ścianki rury lub harmonogram wymagany do poprzednich obliczeń może nie być stały na całej średnicy rury i może wymagać specyfikacji dla różnych harmonogramów dla różnych średnic. Odpowiednie wartości harmonogramu i grubości ścianki są określone w normie ASME B36.10 Spawane i bezszwowe kute rury stalowe.
Podczas określania materiału rury i wykonywania obliczeń omówionych wcześniej, ważne jest, aby upewnić się, że maksymalne dopuszczalne wartości naprężeń użyte w obliczeniach odpowiadają określonemu materiałowi. Na przykład, jeśli nieprawidłowo określono rurę ze stali nierdzewnej A312 304L zamiast rury ze stali nierdzewnej A312 304, podana grubość ścianki może być niewystarczająca ze względu na znaczną różnicę w maksymalnych dopuszczalnych wartościach naprężeń między tymi dwoma materiałami. Podobnie, należy odpowiednio określić metodę produkcji rury. Na przykład, jeśli do obliczeń użyto maksymalnej dopuszczalnej wartości naprężeń dla rury bez szwu, należy określić rurę bez szwu. W przeciwnym razie producent/instalator może zaoferować rurę spawaną szwem, co może skutkować niewystarczającą grubością ścianki ze względu na niższe maksymalne dopuszczalne wartości naprężeń.
Na przykład, załóżmy, że temperatura projektowa rurociągu wynosi 300 F, a ciśnienie projektowe 1200 psig.2″ i 3″. Zostanie użyty drut ze stali węglowej (bezszwowy A53 klasy B). Określ odpowiedni plan rurociągu, aby spełnić wymagania równania 9 ASME B31.1. Najpierw wyjaśniono warunki projektowe:
Następnie należy określić maksymalne dopuszczalne wartości naprężeń dla A53 klasy B przy powyższych temperaturach projektowych z Tabeli A-1. Należy pamiętać, że wartość ta jest stosowana dla rur bez szwu, ponieważ rury bez szwu są określone:
Należy również uwzględnić naddatek na grubość. W tym zastosowaniu przyjęto naddatek na korozję wynoszący 1/16 cala. Później zostanie dodana oddzielna tolerancja frezowania.
3 cale. Rura zostanie określona jako pierwsza. Zakładając rurę o grubości 40 i tolerancję frezowania 12,5%, oblicz maksymalne ciśnienie:
Rura Schedule 40 jest zadowalająca dla rury 3-calowej w warunkach projektowych określonych powyżej. Następnie sprawdź rurę 2-calową. Rurociąg wykorzystuje te same założenia:
2 cale.W przypadku określonych powyżej warunków projektowych, rurociąg będzie wymagał grubszej ścianki niż w przypadku rur z grupy 40.Wypróbuj rury o grubości 2 cali.Rury z grupy 80:
Chociaż grubość ścianki rury jest często czynnikiem ograniczającym przy projektowaniu ciśnienia, nadal istotne jest sprawdzenie, czy zastosowane złączki, komponenty i połączenia są odpowiednie do określonych warunków projektowych.
Jako ogólną zasadę, zgodnie z paragrafami 104.2, 104.7.1, 106 i 107, wszystkie zawory, złączki i inne elementy pod ciśnieniem wyprodukowane zgodnie z normami wymienionymi w tabeli 126.1 uznaje się za odpowiednie do stosowania w normalnych warunkach pracy lub poniżej tych normowych wartości ciśnienia i temperatury określonych w . Użytkownicy powinni mieć świadomość, że jeśli niektóre normy lub producenci mogą nakładać bardziej rygorystyczne limity odchyleń od normalnej pracy niż te określone w normie ASME B31.1, wówczas stosuje się te bardziej rygorystyczne limity.
Na skrzyżowaniach rur zaleca się stosowanie trójników, poprzeczek, czwórników, spawanych połączeń rozgałęzionych itp. wykonanych zgodnie z normami wymienionymi w tabeli 126.1. W niektórych przypadkach skrzyżowania rurociągów mogą wymagać specjalnych połączeń rozgałęzionych. W punkcie 104.3.1 podano dodatkowe wymagania dotyczące połączeń rozgałęzionych, aby zapewnić, że materiał rurowy jest wystarczający do wytrzymania ciśnienia.
Aby uprościć projekt, projektant może ustalić wyższe warunki projektowe, aby spełnić wymagania dotyczące kołnierza dla określonej klasy ciśnienia (np. klasy ASME 150, 300 itd.), zgodnie z definicją klasy ciśnienia i temperatury dla określonych materiałów określonych w normie ASME B16.5 Kołnierze rurowe i połączenia kołnierzowe lub podobnych normach wymienionych w tabeli 126.1. Jest to dopuszczalne, o ile nie powoduje niepotrzebnego zwiększenia grubości ścianki lub innych konstrukcji komponentów.
Istotną częścią projektowania rurociągów jest zapewnienie, że integralność strukturalna systemu rurociągowego zostanie zachowana po zadziałaniu ciśnienia, temperatury i sił zewnętrznych. Integralność strukturalna systemu jest często pomijana w procesie projektowania, a jeśli nie zostanie przeprowadzona prawidłowo, może stać się jedną z droższych części projektu. Integralność strukturalna jest omawiana głównie w dwóch miejscach: w punkcie 104.8: Analiza komponentów rurociągu i w punkcie 119: Rozszerzalność i elastyczność.
W punkcie 104.8 wymieniono podstawowe wzory normowe stosowane do określania, czy system rurociągów przekracza dopuszczalne naprężenia określone w normie. Te równania normowe są powszechnie określane jako obciążenia ciągłe, obciążenia okazjonalne i obciążenia przemieszczeniowe. Obciążenie trwałe to wpływ ciśnienia i ciężaru na system rurociągów. Obciążenia przypadkowe to obciążenia ciągłe plus możliwe obciążenia wiatrem, obciążenia sejsmiczne, obciążenia terenowe i inne obciążenia krótkotrwałe. Zakłada się, że żadne przyłożone obciążenie przypadkowe nie będzie oddziaływało na inne obciążenia przypadkowe w tym samym czasie, więc każde obciążenie przypadkowe będzie oddzielnym przypadkiem obciążenia w momencie analizy. Obciążenia przemieszczeniowe to skutki rozszerzalności cieplnej, przemieszczenia sprzętu podczas pracy lub jakiegokolwiek innego obciążenia przemieszczeniowego.
W punkcie 119 omówiono, jak radzić sobie z rozszerzalnością rur i elastycznością w systemach rurociągowych oraz jak określać obciążenia reakcyjne. Elastyczność systemów rurociągowych jest często najważniejsza w miejscach połączeń urządzeń, ponieważ większość połączeń urządzeń jest w stanie wytrzymać jedynie minimalną siłę i moment przyłożony w punkcie połączenia. W większości przypadków największy wpływ na obciążenie reakcyjne ma rozszerzalność cieplna systemu rurociągowego, dlatego ważne jest, aby odpowiednio kontrolować rozszerzalność cieplną systemu.
Aby zapewnić elastyczność systemu rurociągów i zapewnić jego właściwe podparcie, dobrą praktyką jest podpieranie rur stalowych zgodnie z Tabelą 121.5. Jeśli projektant dąży do spełnienia standardowego odstępu podpór dla tej tabeli, osiąga trzy rzeczy: minimalizuje ugięcie pod wpływem ciężaru własnego, zmniejsza obciążenia trwałe i zwiększa dostępne naprężenie dla obciążeń przemieszczeniowych. Jeśli projektant umieści podporę zgodnie z Tabelą 121.5, zazwyczaj spowoduje to mniej niż 1/8 cala przemieszczenia pod wpływem ciężaru własnego lub ugięcia między podporami rur. Minimalizacja ugięcia pod wpływem ciężaru własnego pomaga zmniejszyć ryzyko kondensacji w rurach transportujących parę lub gaz. Przestrzeganie zaleceń dotyczących odstępu w Tabeli 121.5 pozwala również projektantowi zmniejszyć naprężenie trwałe w rurociągu do około 50% ciągłej dopuszczalnej wartości kodu. Zgodnie z Równaniem 1B, dopuszczalne naprężenie dla obciążeń przemieszczeniowych jest odwrotnie proporcjonalne do obciążeń trwałych. Dlatego też, minimalizując obciążenie trwałe, można uzyskać tolerancję naprężenia przemieszczeniowego zmaksymalizowane. Zalecane odstępy między podporami rur pokazano na rysunku 3.
Aby mieć pewność, że obciążenia reakcji systemu rurociągów są prawidłowo uwzględniane i że naprężenia określone w normach są spełnione, powszechnie stosowaną metodą jest przeprowadzenie wspomaganej komputerowo analizy naprężeń rurociągów. Dostępnych jest wiele różnych pakietów oprogramowania do analizy naprężeń rurociągów, takich jak Bentley AutoPIPE, Intergraph Caesar II, Piping Solutions Tri-Flex lub jeden z innych dostępnych na rynku pakietów. Zaletą stosowania wspomaganej komputerowo analizy naprężeń rurociągów jest to, że pozwala ona projektantowi na utworzenie modelu elementów skończonych systemu rurociągów w celu łatwej weryfikacji i możliwości wprowadzania niezbędnych zmian w konfiguracji. Rysunek 4 przedstawia przykład modelowania i analizy przekroju rurociągu.
Podczas projektowania nowego systemu jego projektanci zazwyczaj określają, że wszystkie rury i komponenty powinny być wytwarzane, spawane, montowane itd. zgodnie z wymaganiami obowiązujących przepisów. Jednak w przypadku niektórych modernizacji lub innych zastosowań korzystne może okazać się, aby wyznaczony inżynier udzielił wskazówek dotyczących określonych technik produkcji, jak opisano w rozdziale V.
Częstym problemem spotykanym w zastosowaniach modernizacyjnych jest podgrzewanie wstępne spoiny (paragraf 131) i obróbka cieplna po spawaniu (paragraf 132). Oprócz innych korzyści, te obróbki cieplne są stosowane w celu zmniejszenia naprężeń, zapobiegania pękaniu i zwiększenia wytrzymałości spoiny. Elementy, które mają wpływ na wymagania dotyczące obróbki cieplnej przed spawaniem i po spawaniu, obejmują, ale nie ograniczają się do, następujących: grupowanie numerów P, chemia materiału i grubość materiału w złączu, które ma być spawane. Każdy materiał wymieniony w obowiązkowym załączniku A ma przypisany numer P. W przypadku podgrzewania wstępnego paragraf 131 podaje minimalną temperaturę, do której należy ogrzać metal bazowy przed rozpoczęciem spawania. W przypadku obróbki cieplnej metodą PWHT tabela 132 podaje zakres temperatur utrzymania i czas utrzymania strefy spawania. Szybkości nagrzewania i chłodzenia, metody pomiaru temperatury, techniki ogrzewania i inne procedury powinny ściśle przestrzegać wytycznych określonych w kodeksie. Nieoczekiwane negatywne skutki dla obszaru spawania mogą wystąpić z powodu nieprawidłowej obróbki cieplnej.
Innym potencjalnym obszarem zainteresowania w systemach rurociągów ciśnieniowych są łuki rurowe. Gięcie rur może powodować przerzedzenie ścianek, co skutkuje niewystarczającą grubością ścianek. Zgodnie z paragrafem 102.4.5 kodeks zezwala na gięcie, o ile minimalna grubość ścianki spełnia ten sam wzór, który jest używany do obliczania minimalnej grubości ścianki dla prostych rur. Zazwyczaj dodaje się naddatek w celu uwzględnienia grubości ścianki. Tabela 102.4.5 zawiera zalecane naddatki na redukcję promienia gięcia dla różnych promieni gięcia. Łuki mogą również wymagać obróbki cieplnej przed gięciem i/lub po gięciu. Paragraf 129 zawiera wskazówki dotyczące produkcji kolanek.
W przypadku wielu systemów rurociągów ciśnieniowych konieczne jest zainstalowanie zaworu bezpieczeństwa lub zaworu bezpieczeństwa, aby zapobiec nadmiernemu ciśnieniu w systemie. W przypadku takich zastosowań bardzo cennym, choć czasami mało znanym źródłem informacji jest opcjonalny Załącznik II: Zasady projektowania instalacji zaworów bezpieczeństwa.
Zgodnie z paragrafem II-1.2 zawory bezpieczeństwa charakteryzują się całkowicie otwartym działaniem wyskakującym w przypadku obsługi gazu lub pary, natomiast zawory bezpieczeństwa otwierają się zależnie od statycznego ciśnienia w górę i są stosowane głównie w przypadku obsługi cieczy.
Jednostki zaworów bezpieczeństwa charakteryzują się tym, czy są to otwarte czy zamknięte układy wylotowe. W przypadku otwartego wylotu, kolanko na wylocie zaworu bezpieczeństwa zwykle odprowadza gazy do rury wydechowej do atmosfery. Zazwyczaj skutkuje to mniejszym przeciwciśnieniem. Jeśli w rurze wydechowej zostanie wytworzone wystarczające przeciwciśnienie, część gazów spalinowych może zostać wydalona lub wypłukana wstecznie z końca wlotowego rury wydechowej. Rozmiar rury wydechowej powinien być wystarczająco duży, aby zapobiec cofaniu się powietrza. W zastosowaniach z zamkniętym odpowietrznikiem ciśnienie wzrasta na wylocie zaworu bezpieczeństwa z powodu sprężania powietrza w przewodzie odpowietrzającym, co potencjalnie powoduje rozprzestrzenianie się fal ciśnienia. W punkcie II-2.2.2 zaleca się, aby ciśnienie projektowe zamkniętego przewodu wylotowego było co najmniej dwa razy większe niż ciśnienie robocze w stanie ustalonym. Rysunki 5 i 6 przedstawiają instalację zaworu bezpieczeństwa odpowiednio otwartą i zamkniętą.
Instalacje zaworów bezpieczeństwa mogą być poddawane działaniu różnych sił, jak podsumowano w punkcie II-2. Siły te obejmują efekty rozszerzalności cieplnej, interakcję wielu zaworów bezpieczeństwa otwierających się jednocześnie, efekty sejsmiczne i/lub wibracyjne oraz efekty ciśnieniowe podczas zdarzeń związanych z dekompresją. Chociaż ciśnienie projektowe do wylotu zaworu bezpieczeństwa powinno odpowiadać ciśnieniu projektowemu rury spustowej, ciśnienie projektowe w układzie wylotowym zależy od konfiguracji układu wylotowego i charakterystyki zaworu bezpieczeństwa. W punkcie II-2.2 podano równania służące do określania ciśnienia i prędkości na kolanku wylotowym, wlocie rury wylotowej i wylocie rury wylotowej dla otwartych i zamkniętych układów wylotowych. Korzystając z tych informacji, można obliczyć i uwzględnić siły reakcji w różnych punktach układu wydechowego.
Przykładowy problem dla zastosowań z otwartym wylotem podano w paragrafie II-7. Istnieją inne metody obliczania charakterystyk przepływu w układach wylotowych z zaworem bezpieczeństwa i czytelnik jest ostrzegany przed koniecznością sprawdzenia, czy użyta metoda jest wystarczająco konserwatywna. Jedną z takich metod opisał GS Liao w artykule „Power Plant Safety and Pressure Relief Valve Exhaust Group Analysis” opublikowanym przez ASME w czasopiśmie Journal of Electrical Engineering w październiku 1975 r.
Lokalizacja zaworu bezpieczeństwa powinna zapewniać minimalną odległość prostej rury od każdego zagięcia. Ta minimalna odległość zależy od usługi i geometrii systemu, jak określono w punkcie II-5.2.1. W przypadku instalacji z wieloma zaworami bezpieczeństwa zalecany odstęp między przyłączami odgałęzień zaworów zależy od promieni odgałęzienia i rurociągu serwisowego, jak pokazano w uwadze (10)(c) tabeli D-1. Zgodnie z punktem II-5.7.1 może być konieczne podłączenie podpór rurociągu zlokalizowanych przy wylocie zaworu bezpieczeństwa do rurociągu roboczego, a nie do sąsiedniej konstrukcji, aby zminimalizować wpływ rozszerzalności cieplnej i oddziaływań sejsmicznych. Podsumowanie tych i innych zagadnień projektowych w projektowaniu zespołów zaworów bezpieczeństwa można znaleźć w punkcie II-5.
Oczywistym jest, że w ramach tego artykułu nie da się objąć wszystkich wymagań projektowych normy ASME B31. Jednak każdy inżynier zaangażowany w projektowanie systemu rurociągów ciśnieniowych powinien przynajmniej znać ten kodeks projektowy. Mamy nadzieję, że powyższe informacje sprawią, że czytelnicy uznają normę ASME B31 za bardziej wartościowe i przystępne źródło informacji.
Monte K. Engelkemier jest kierownikiem projektu w Stanley Consultants. Engelkemier jest członkiem Iowa Engineering Society, NSPE i ASME oraz zasiada w komitecie i podkomitecie B31.1 Electrical Piping Code. Posiada ponad 12-letnie doświadczenie praktyczne w zakresie projektowania, oceny wzmocnień i analizy naprężeń systemów rurociągowych. Matt Wilkey jest inżynierem mechanikiem w Stanley Consultants. Posiada ponad 6-letnie doświadczenie zawodowe w projektowaniu systemów rurociągowych dla różnych klientów z branży użyteczności publicznej, komunalnej, instytucjonalnej i przemysłowej. Jest członkiem ASME i Iowa Engineering Society.
Czy masz doświadczenie i wiedzę specjalistyczną w zakresie tematów poruszanych w tej treści? Powinieneś rozważyć współpracę z naszym zespołem redakcyjnym CFE Media i zyskać uznanie, na jakie zasługujesz Ty i Twoja firma. Kliknij tutaj, aby rozpocząć proces.