Podczas projektowania systemu rurociągów ciśnieniowych, inżynier wyznaczający często określi, że rurociągi systemu powinny być zgodne z jedną lub kilkoma częściami kodeksu ASME B31 dotyczącego rurociągów ciśnieniowych. W jaki sposób inżynierowie prawidłowo przestrzegają 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 systemach centralnego i miejskiego 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 ASME Boiler and Pressure Vessel Code, niektórych niskociśnieniowych rur dystrybucyjnych ogrzewania i chłodzenia 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 zauważyć, 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 z nimi zakładach przetwórczych i terminalach. Ta sekcja jest bardzo podobna do ASME B31.1, zwłaszcza w zakresie obliczania minimalnej grubości ścianki rury prostej. Ta sekcja była pierwotnie częścią normy B31.1 i po raz pierwszy została wydana oddzielnie w 1959 r.
ASME B31.4 Systemy rurociągowe do transportu cieczy i szlamu: Ta sekcja obejmuje rurociągi służące głównie do transportu produktów ciekłych pomiędzy zakładami i terminalami, a także w obrębie terminali, stacji pomp, urządzeń kondycjonujących i dozujących. Ta sekcja pierwotnie stanowiła część normy B31.1 i została wydana oddzielnie po raz pierwszy w 1959 r.
ASME B31.5 Rurociągi chłodnicze i elementy wymiany ciepła: W tej sekcji omówiono rury 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 służące 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 B31.1 i została wydana oddzielnie po raz pierwszy w 1955 r.
ASME B31.9 Rurociągi instalacji budowlanych: W tej sekcji omówiono rurociągi powszechnie spotykane w budynkach przemysłowych, instytucjonalnych, komercyjnych i publicznych, a także budynki wielorodzinne, 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. Dotyczy ona zastosowań niskiego ciśnienia i niskiej temperatury, zgodnie z paragrafem 900.1.2 normy ASME B31.9. Została ona opublikowana po raz pierwszy w 1982 r.
ASME B31.12 Rurociągi wodorowe i rurociągi: W tej sekcji omówiono rurociągi do zastosowań z gazowym i ciekłym wodorem oraz rurociągi do zastosowań z gazowym wodorem. Sekcja ta została opublikowana po raz pierwszy w 2008 r.
Ostateczna decyzja o tym, który kod projektowy powinien zostać zastosowany, należy do właściciela. Wstęp do normy ASME B31 stanowi: „Właściciel jest odpowiedzialny za wybór sekcji kodu, która najbardziej odpowiada proponowanej instalacji rurociągowej”. W niektórych przypadkach „do różnych sekcji instalacji może mieć zastosowanie wiele sekcji kodu”.
Wydanie normy ASME B31.1 z 2012 r. będzie stanowić główne odniesienie w dalszych dyskusjach. Celem niniejszego artykułu jest przeprowadzenie inżyniera wyznaczającego przez niektóre z głównych etapów projektowania systemu rurociągów ciśnieniowych zgodnego z normą ASME B31. Postępowanie zgodnie z wytycznymi normy ASME B31.1 zapewnia dobrą reprezentację ogólnego projektowania systemu. Podobne metody projektowania są stosowane w przypadku przestrzegania norm ASME B31.3 lub B31.9. Pozostała część normy ASME B31 jest stosowana w węższych zastosowaniach, głównie w odniesieniu do 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 zaznaczono inaczej.
Po wybraniu prawidłowego 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, spust i spust, rurociągi kontrolno-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 niż maksymalne ciągłe ciśnienie robocze (MSOP) w systemie rurociągów, wliczając w to wpływ wysokości statycznej. Rurociągi poddane ciśnieniu zewnętrznemu muszą być zaprojektowane dla maksymalnej różnicy ciśnień przewidywanej w warunkach pracy, wyłączenia lub testów. Ponadto należy uwzględnić wpływ na środowisko. Zgodnie z paragrafem 101.4, jeśli istnieje prawdopodobieństwo, że chłodzenie cieczy spowoduje obniżenie ciśnienia w rurze poniżej ciśnienia atmosferycznego, rura musi być zaprojektowana tak, aby wytrzymać ciśnienie zewnętrzne lub należy podjąć środki w celu przełamania próżni. W sytuacjach, w których rozszerzanie się cieczy może zwiększyć ciśnienie, systemy rurociągów powinny być zaprojektowane tak, aby wytrzymać zwiększone ciśnienie lub należy podjąć środki w celu złagodzenia nadmiernego ciśnienia.
Począwszy od rozdziału 101.3.2, temperatura metalu w projektowaniu rurociągów powinna być reprezentatywna dla przewidywanych maksymalnych warunków długotrwałych. 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 ścianki. Szczególną uwagę należy zwrócić na płyny pobierane przez wymienniki ciepła lub z urządzeń spalających, aby zapewnić uwzględnienie najgorszych warunków temperaturowych.
Często projektanci dodają margines bezpieczeństwa do maksymalnego ciśnienia roboczego i/lub temperatury. Wielkość marginesu zależy od zastosowania. Ważne jest również uwzględnienie ograniczeń materiałowych podczas określania temperatury projektowej. Określenie wysokich temperatur projektowych (powyżej 750 F) może wymagać użycia materiałów stopowych, a nie standardowej stali węglowej. Wartości naprężeń w obowiązkowym załączniku A podano tylko dla dopuszczalnych temperatur dla każdego materiału. Na przykład stal węglowa może zapewnić 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 powyżej 800 F należy również uwzględnić przyspieszone uszkodzenia pełzające związane ze stalą węglową. Zobacz paragraf 124, aby zapoznać się z pełnym omówieniem ograniczeń temperatury materiałów.
Czasami inżynierowie mogą również określić ciśnienia próbne dla każdego systemu. Paragraf 137 zawiera wskazówki dotyczące prób wytrzymałościowych. Zazwyczaj ciśnienie próby hydrostatycznej jest 1,5-krotnie wyższe od ciśnienia projektowego; jednakże naprężenia obwodowe i wzdłużne w rurociągach nie mogą przekraczać 90% granicy plastyczności materiału określonej w paragrafie 102.3.3 (B) podczas próby ciśnieniowej. W przypadku niektórych zewnętrznych systemów rurociągów innych niż kotły, badanie 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 badanie szczelności podczas początkowej eksploatacji. Zgadzam się, jest to dopuszczalne.
Po ustaleniu warunków projektowych można określić rurociągi. Pierwszą rzeczą do podjęcia jest decyzja, 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 do 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. Nieprawidłowe 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 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 należy zweryfikować minimalną wymaganą grubość ścianki.
Można dodać dodatkowy naddatek grubości, aby skompensować różne przyczyny, w tym FAC. Naddatki mogą być wymagane ze względu na usunięcie gwintów, szczelin itp. materiału wymaganego do wykonania połączeń mechanicznych. Zgodnie z paragrafem 102.4.2 minimalny naddatek jest równy głębokości gwintu powiększonej o tolerancję obróbki. Naddatek może być również wymagany w celu zapewnienia dodatkowej wytrzymałości, aby zapobiec uszkodzeniu rury, zapadnięciu się, nadmiernemu ugięciu lub wyboczeniu z powodu nałożonych obciążeń lub innych przyczyn omówionych w paragrafie 102.4.4. Naddatki można również dodać, aby uwzględnić połączenia spawane (paragraf 102.4.3) i kolanka (paragraf 102.4.5). Na koniec można dodać tolerancje, aby skompensować korozję i/lub erozję. Grubość tego naddatku 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 błędnie 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, metoda produkcji rury powinna być odpowiednio określona. Na przykład, jeśli do obliczeń użyto maksymalnej dopuszczalnej wartości naprężeń dla rury bezszwowej, należy określić rurę bezszwową. 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 stali A53 klasy B przy powyższych temperaturach projektowych z tabeli A-1. Należy pamiętać, że wartość ta jest stosowana dla rur bezszwowej, ponieważ rury bezszwowe są określone:
Należy również uwzględnić naddatek na grubość. W tym przypadku przyjęto naddatek na korozję wynoszący 1/16 cala. Później zostanie dodana oddzielna tolerancja frezowania.
3 cale. Najpierw należy określić rurę. Zakładając rurę z tabeli 40 i tolerancję frezowania 12,5%, należy obliczyć maksymalne ciśnienie:
Rura o grubości ścianki 40 jest wystarczająca dla rury o średnicy 3 cali w warunkach projektowych określonych powyżej. Następnie sprawdź rurę o średnicy 2 cali. Rurociąg wykorzystuje te same założenia:
2 cale. W przypadku warunków projektowych określonych powyżej, rurociąg będzie wymagał grubszej ścianki niż rura 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 ważne jest sprawdzenie, czy zastosowane elementy, 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 ograniczenia odchyleń od normalnej pracy niż te określone w ASME B31.1, stosuje się te bardziej rygorystyczne ograniczenia.
Na skrzyżowaniach rur zaleca się stosowanie trójników, poprzeczek, czwórników, spawanych złączy odgałęzieniowych itp. wykonanych zgodnie z normami wymienionymi w tabeli 126.1. W niektórych przypadkach skrzyżowania rurociągów mogą wymagać specjalnych połączeń odgałęzieniowych. W punkcie 104.3.1 podano dodatkowe wymagania dotyczące połączeń odgałęzieniowych, 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. ASME klasa 150, 300 itd.), zgodnie z definicją klasy ciśnienia i temperatury dla określonych materiałów określoną 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 rurociągów zostanie zachowana po zadziałaniu ciśnienia, temperatury i sił zewnętrznych. Integralność strukturalna systemu jest często pomijana w procesie projektowania i jeśli nie zostanie przeprowadzona prawidłowo, może być jedną z najdroższych części projektu. Integralność strukturalna jest omówiona głównie w dwóch miejscach: w punkcie 104.8: Analiza komponentów rurociągu oraz w punkcie 119: Rozszerzalność i elastyczność.
W paragrafie 104.8 wymieniono podstawowe wzory normowe stosowane do określenia, czy system rurociągów przekracza dopuszczalne naprężenia określone w normie. Te równania normowe są powszechnie nazywane obciążeniami ciągłymi, obciążeniami okazjonalnymi i obciążeniami przemieszczenia. Obciążenie trwałe to wpływ ciśnienia i ciężaru na system rurociągów. Obciążenia przypadkowe to obciążenia ciągłe plus możliwe obciążenia wiatrem, obciążenia sejsmiczne, obciążenia terenu i inne obciążenia krótkotrwałe. Zakłada się, że żadne przyłożone obciążenie przypadkowe nie będzie oddziaływać na inne obciążenia przypadkowe w tym samym czasie, więc każde obciążenie przypadkowe będzie stanowić oddzielny przypadek obciążenia w momencie analizy. Obciążenia przemieszczenia to skutki rozszerzalności cieplnej, przemieszczenia urządzeń podczas pracy lub jakiegokolwiek innego obciążenia przemieszczenia.
W punkcie 119 omówiono, jak radzić sobie z rozszerzalnością i elastycznością rur 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 wartość siły i momentu przyłożonego w punkcie połączenia. W większości przypadków rozszerzalność cieplna systemu rurociągowego ma największy wpływ na obciążenie reakcyjne, dlatego ważne jest, aby odpowiednio kontrolować rozszerzalność cieplną systemu.
Aby zapewnić elastyczność systemu rurociągów i jego prawidłowe 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 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 lub ugięcia ciężaru własnego między podporami rury. Minimalizowanie ugięcia 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 minimalizując obciążenie trwałe, można zwiększyć tolerancję naprężenia przemieszczeniowego zmaksymalizowane. Zalecany odstęp między podporami rur pokazano na rysunku 3.
Aby mieć pewność, że obciążenia reakcji układu rurociągów są prawidłowo uwzględniane, a 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 komercyjnie pakietów. Zaletą stosowania wspomaganej komputerowo analizy naprężeń rurociągów jest to, że pozwala ona projektantowi na utworzenie modelu elementów skończonych układu 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 mają być wytwarzane, spawane, montowane itd. zgodnie z obowiązującymi przepisami. Jednak w przypadku niektórych modernizacji lub innych zastosowań korzystne może być, 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 pęknięciom i zwiększenia wytrzymałości spoiny. Elementy, które mają wpływ na wymagania dotyczące obróbki cieplnej przed spawaniem i po spawaniu obejmują, ale nie ograniczają się do: grupowania numerów P, składu chemicznego materiału i grubości materiału w złączu przeznaczonym do spawania. Każdy materiał wymieniony w obowiązkowym załączniku A ma przypisany numer P. W przypadku podgrzewania wstępnego paragraf 131 podaje minimalną temperaturę, do której należy nagrzać metal bazowy przed rozpoczęciem spawania. W przypadku 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 odpowiadać wytycznym określonym 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. Zwykle dodawany jest 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 i/lub po gięciu. Paragraf 129 zawiera wskazówki dotyczące produkcji kolanek.
W przypadku wielu układów rurociągów ciśnieniowych konieczne jest zainstalowanie zaworu bezpieczeństwa lub zaworu bezpieczeństwa, aby zapobiec nadmiernemu ciśnieniu w układzie. 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 przed nimi i są stosowane głównie w przypadku obsługi cieczy.
Jednostki zaworów bezpieczeństwa charakteryzują się tym, czy są to otwarte czy zamknięte układy wylotowe. W otwartym układzie wylotowym kolanko na wylocie zaworu bezpieczeństwa zwykle będzie odprowadzać gazy do rury wydechowej do atmosfery. Zwykle skutkuje to mniejszym ciśnieniem zwrotnym. Jeśli w rurze wydechowej wytworzy się wystarczające ciśnienie zwrotne, część spalin może zostać wydalona lub cofnięta z wlotowego końca rury wydechowej. Rozmiar rury wydechowej powinien być wystarczająco duży, aby zapobiec cofaniu się gazów. 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 odpowiednio instalację zaworu bezpieczeństwa otwartą i zamkniętą.
Instalacje zaworów bezpieczeństwa mogą być narażone na działanie różnych sił, jak podsumowano w paragrafie 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 paragrafie II-2.2 podano równania do określania ciśnienia i prędkości na kolanie 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 powinien upewnić się, że 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 zakrętu. 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 rurociągów znajdujących się przy wylocie zaworu bezpieczeństwa do rurociągu roboczego, a nie do sąsiedniej konstrukcji, aby zminimalizować wpływ rozszerzalności cieplnej i oddziaływań sejsmicznych. Podsumowanie tych i innych kwestii projektowych w projektowaniu zespołów zaworów bezpieczeństwa można znaleźć w punkcie II-5.
Oczywiste jest, że w ramach niniejszego artykułu nie jest możliwe omówienie 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 norma ASME B31 stanie się dla czytelników bardziej wartościowym i przystępnym źródłem wiedzy.
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 lat praktycznego doświadczenia w zakresie układu systemów rurowych, projektowania, oceny wzmocnień i analizy naprężeń. Matt Wilkey jest inżynierem mechanikiem w Stanley Consultants. Posiada ponad 6 lat doświadczenia zawodowego w projektowaniu systemów rurowych dla różnych klientów z sektora użyteczności publicznej, komunalnego, instytucjonalnego i przemysłowego. Jest członkiem ASME i Iowa Engineering Society.
Czy posiadasz doświadczenie i wiedzę specjalistyczną w zakresie tematów poruszanych w tym materiale? Rozważ dołączenie do naszego zespołu redakcyjnego CFE Media i zdobądź uznanie, na jakie Ty i Twoja firma zasługujecie. Kliknij tutaj, aby rozpocząć proces.