Pri navrhovaní tlakového potrubného systému projektujúci inžinier často špecifikuje, že potrubie systému by malo zodpovedať jednej alebo viacerým častiam normy ASME B31 pre tlakové potrubia. Ako inžinieri správne dodržiavajú požiadavky normy pri navrhovaní potrubných systémov?
Najprv musí inžinier určiť, ktorá konštrukčná špecifikácia by sa mala zvoliť. Pre tlakové potrubné systémy to nie je nevyhnutne obmedzené na ASME B31. Iné predpisy vydané ASME, ANSI, NFPA alebo inými riadiacimi organizáciami sa môžu riadiť umiestnením projektu, aplikáciou atď. V ASME B31 je v súčasnosti platných sedem samostatných častí.
ASME B31.1 Elektrické potrubia: Táto časť sa zaoberá potrubiami v elektrárňach, priemyselných a inštitucionálnych zariadeniach, geotermálnych vykurovacích systémoch a systémoch ústredného a diaľkového vykurovania a chladenia. Patria sem vonkajšie potrubia kotlov a vonkajšie potrubia mimo kotlov, ktoré sa používajú na inštaláciu kotlov ASME Section I. Táto časť sa nevzťahuje na zariadenia, na ktoré sa vzťahuje kódex ASME pre kotly a tlakové nádoby, určité nízkotlakové rozvodné potrubia pre vykurovanie a chladenie a rôzne ďalšie systémy opísané v odseku 100.1.3 normy ASME B31.1. Počiatky normy ASME B31.1 siahajú až do 20. rokov 20. storočia, pričom prvé oficiálne vydanie bolo publikované v roku 1935. Treba poznamenať, že prvé vydanie vrátane dodatkov malo menej ako 30 strán a súčasné vydanie má viac ako 300 strán.
ASME B31.3 Procesné potrubia: Táto časť sa zaoberá potrubiami v rafinériách; chemických, farmaceutických, textilných, papierenských, polovodičových a kryogénnych závodoch; a súvisiacich spracovateľských závodoch a termináloch. Táto časť je veľmi podobná norme ASME B31.1, najmä pri výpočte minimálnej hrúbky steny pre rovné potrubie. Táto časť bola pôvodne súčasťou normy B31.1 a prvýkrát bola vydaná samostatne v roku 1959.
ASME B31.4 Potrubné prepravné systémy pre kvapaliny a kaly: Táto časť sa zaoberá potrubiami, ktoré prepravujú predovšetkým kvapalné produkty medzi závodmi a terminálmi a v rámci terminálov, čerpacích, upravovacích a meracích staníc. Táto časť bola pôvodne súčasťou normy B31.1 a prvýkrát bola vydaná samostatne v roku 1959.
ASME B31.5 Chladiace potrubia a komponenty prenosu tepla: Táto časť sa zaoberá potrubiami pre chladivá a sekundárne chladiace médiá. Táto časť bola pôvodne súčasťou B31.1 a bola prvýkrát vydaná samostatne v roku 1962.
ASME B31.8 Potrubné systémy na prepravu a distribúciu plynu: Patria sem potrubia na prepravu predovšetkým plynných produktov medzi zdrojmi a terminálmi vrátane kompresorov, klimatizačných a meracích staníc; a potrubia na zber plynu. Táto časť bola pôvodne súčasťou normy B31.1 a prvýkrát bola vydaná samostatne v roku 1955.
ASME B31.9 Potrubia pre technické zabezpečenie budov: Táto časť sa zaoberá potrubiami bežne sa vyskytujúcimi v priemyselných, inštitucionálnych, komerčných a verejných budovách a viacbytových domoch, ktoré nevyžadujú rozsahy rozmerov, tlaku a teplôt uvedené v norme ASME B31.1. Táto časť je podobná normám ASME B31.1 a B31.3, ale je menej konzervatívna (najmä pri výpočte minimálnej hrúbky steny) a obsahuje menej podrobností. Je obmedzená na aplikácie s nízkym tlakom a nízkou teplotou, ako je uvedené v odseku 900.1.2 normy ASME B31.9. Táto časť bola prvýkrát publikovaná v roku 1982.
ASME B31.12 Vodíkové potrubia a potrubia: Táto časť sa zaoberá potrubiami v prevádzke s plynným a kvapalným vodíkom a potrubiami v prevádzke s plynným vodíkom. Táto časť bola prvýkrát publikovaná v roku 2008.
Ktorý návrhový predpis by sa mal použiť, je v konečnom dôsledku na vlastníkovi. Úvod k norme ASME B31 uvádza: „Je zodpovednosťou vlastníka vybrať časť predpisu, ktorá sa najviac približuje navrhovanej inštalácii potrubia.“ V niektorých prípadoch „sa na rôzne časti inštalácie môže vzťahovať viacero častí predpisu.“
Vydanie normy ASME B31.1 z roku 2012 bude slúžiť ako primárny referenčný materiál pre následné diskusie. Účelom tohto článku je sprevádzať projektového inžiniera niektorými hlavnými krokmi pri navrhovaní tlakového potrubného systému v súlade s normou ASME B31. Dodržiavanie pokynov normy ASME B31.1 poskytuje dobrú reprezentáciu všeobecného návrhu systému. Podobné metódy návrhu sa používajú, ak sa dodržiava norma ASME B31.3 alebo B31.9. Zvyšok normy ASME B31 sa používa v užších aplikáciách, predovšetkým pre špecifické systémy alebo aplikácie, a nebude sa ďalej rozoberať. Hoci tu budú zdôraznené kľúčové kroky v procese návrhu, táto diskusia nie je vyčerpávajúca a počas návrhu systému by sa mal vždy odkazovať na celý predpis. Všetky odkazy na text sa vzťahujú na normu ASME B31.1, pokiaľ nie je uvedené inak.
Po výbere správneho predpisu musí projektant systému skontrolovať aj všetky požiadavky na návrh špecifické pre daný systém. Odsek 122 (časť 6) uvádza požiadavky na návrh týkajúce sa systémov bežne používaných v elektrických potrubných aplikáciách, ako je para, napájacia voda, odkalovanie a odkalovanie, potrubia prístrojového vybavenia a systémy na zníženie tlaku. Norma ASME B31.3 obsahuje podobné odseky ako ASME B31.1, ale s menšími podrobnosťami. Úvahy v odseku 122 zahŕňajú požiadavky na tlak a teplotu špecifické pre daný systém, ako aj rôzne jurisdikčné obmedzenia vymedzené medzi samotným kotlom, vonkajším potrubím kotla a vonkajším potrubím mimo kotla pripojeným k potrubiu kotla podľa ASME časti I. Obrázok 2 znázorňuje tieto obmedzenia bubnového kotla.
Projektant systému musí určiť tlak a teplotu, pri ktorých bude systém fungovať, a podmienky, ktoré by mal systém spĺňať.
Podľa odseku 101.2 nesmie byť vnútorný návrhový tlak nižší ako maximálny trvalý pracovný tlak (MSOP) v potrubnom systéme vrátane vplyvu statického spádu. Potrubie vystavené vonkajšiemu tlaku musí byť navrhnuté na maximálny diferenčný tlak očakávaný za prevádzkových, odstavených alebo skúšobných podmienok. Okrem toho je potrebné zvážiť vplyvy na životné prostredie. Podľa odseku 101.4, ak je pravdepodobné, že ochladenie kvapaliny zníži tlak v potrubí pod atmosférický tlak, potrubie musí byť navrhnuté tak, aby odolalo vonkajšiemu tlaku, alebo sa musia prijať opatrenia na prerušenie vákua. V situáciách, keď expanzia kvapaliny môže zvýšiť tlak, by potrubné systémy mali byť navrhnuté tak, aby odolali zvýšenému tlaku, alebo by sa mali prijať opatrenia na uvoľnenie nadmerného tlaku.
Od oddielu 101.3.2 musí byť teplota kovu pre návrh potrubia reprezentatívna pre očakávané maximálne trvalé podmienky. Pre jednoduchosť sa všeobecne predpokladá, že teplota kovu sa rovná teplote kvapaliny. V prípade potreby sa môže použiť priemerná teplota kovu, pokiaľ je známa teplota vonkajšej steny. Osobitná pozornosť by sa mala venovať aj kvapalinám nasávaným cez výmenníky tepla alebo zo spaľovacieho zariadenia, aby sa zabezpečilo, že sa zohľadnia najhoršie teplotné podmienky.
Konštruktéri často pridávajú k maximálnemu pracovnému tlaku a/alebo teplote bezpečnostnú rezervu. Veľkosť rezervy závisí od aplikácie. Pri určovaní návrhovej teploty je tiež dôležité zvážiť materiálové obmedzenia. Špecifikácia vysokých návrhových teplôt (nad 750 °F) môže vyžadovať použitie legovaných materiálov namiesto štandardnejšej uhlíkovej ocele. Hodnoty napätia v povinnom dodatku A sú uvedené iba pre prípustné teploty pre každý materiál. Napríklad uhlíková oceľ môže poskytnúť hodnoty napätia iba do 800 °F. Dlhodobé vystavenie uhlíkovej ocele teplotám nad 800 °F môže spôsobiť karbonizáciu potrubia, čím sa stane krehkejším a náchylnejším na poruchu. Ak sa prevádzkuje pri teplote nad 800 °F, malo by sa zvážiť aj zrýchlené poškodenie tečením spojené s uhlíkovou oceľou. Úplnú diskusiu o teplotných limitoch materiálu nájdete v odseku 124.
Niekedy môžu inžinieri špecifikovať aj skúšobné tlaky pre každý systém. Odsek 137 poskytuje návod na skúšky zaťaženia. Hydrostatické skúšky sa zvyčajne špecifikujú na 1,5-násobok návrhového tlaku; obručové a pozdĺžne napätie v potrubí však nesmie počas tlakovej skúšky prekročiť 90 % medze klzu materiálu uvedenej v odseku 102.3.3 (B). Pre niektoré vonkajšie potrubné systémy bez kotla môže byť skúška tesnosti počas prevádzky praktickejšou metódou kontroly tesnosti kvôli ťažkostiam s izoláciou častí systému alebo jednoducho preto, že konfigurácia systému umožňuje jednoduchú skúšku tesnosti počas počiatočnej prevádzky. Súhlasím, je to prijateľné.
Po stanovení konštrukčných podmienok je možné špecifikovať potrubie. Prvá vec, ktorú treba rozhodnúť, je, aký materiál použiť. Ako už bolo spomenuté, rôzne materiály majú rôzne teplotné limity. Odsek 105 poskytuje ďalšie obmedzenia pre rôzne materiály potrubí. Výber materiálu závisí aj od systémovej kvapaliny, ako je použitie niklových zliatin v aplikáciách s korozívnymi chemikáliami, použitie nehrdzavejúcej ocele na dodávku čistého prístrojového vzduchu alebo použitie uhlíkovej ocele s vysokým obsahom chrómu (viac ako 0,1 %), aby sa zabránilo korózii urýchlenej prúdením. Korózia urýchlená prúdením (FAC) je jav erózie/korózie, o ktorom sa preukázalo, že spôsobuje vážne stenčovanie stien a zlyhanie potrubia v niektorých z najdôležitejších potrubných systémov. Nesprávne zohľadnenie stenčovania inštalatérskych komponentov môže a malo vážne následky, ako napríklad v roku 2007, keď prasklo potrubie na odparovanie v elektrárni IATAN spoločnosti KCP&L, pričom zahynuli dvaja pracovníci a tretí sa vážne zranil.
Rovnica 7 a rovnica 9 v odseku 104.1.1 definujú minimálnu požadovanú hrúbku steny a maximálny vnútorný návrhový tlak pre rovné potrubie vystavené vnútornému tlaku. Premenné v týchto rovniciach zahŕňajú maximálne povolené napätie (z povinného dodatku A), vonkajší priemer potrubia, materiálový faktor (ako je uvedené v tabuľke 104.1.2 (A)) a akékoľvek ďalšie tolerancie hrúbky (ako je opísané nižšie). Pri toľkých premenných môže byť určenie vhodného materiálu potrubia, menovitého priemeru a hrúbky steny iteratívnym procesom, ktorý môže zahŕňať aj rýchlosť tekutiny, pokles tlaku a náklady na potrubie a čerpanie. Bez ohľadu na aplikáciu je potrebné overiť minimálnu požadovanú hrúbku steny.
Dodatočný prídavok na hrúbku sa môže pridať na kompenzáciu z rôznych dôvodov vrátane FAC. Prídavky môžu byť potrebné z dôvodu odstránenia závitov, drážok atď. materiálu potrebného na vytvorenie mechanických spojov. Podľa odseku 102.4.2 sa minimálny prídavok musí rovnať hĺbke závitu plus tolerancii obrábania. Prídavok môže byť potrebný aj na zabezpečenie dodatočnej pevnosti, aby sa zabránilo poškodeniu potrubia, zrúteniu, nadmernému prehnutiu alebo vybočeniu v dôsledku superponovaného zaťaženia alebo iných príčin uvedených v odseku 102.4. Prídavky sa môžu pridať aj na zohľadnenie zvarových spojov (odsek 102.4.3) a kolien (odsek 102.4.5). Nakoniec sa môžu pridať tolerancie na kompenzáciu korózie a/alebo erózie. Hrúbka tohto prídavku je na uvážení konštruktéra a musí byť v súlade s očakávanou životnosťou potrubia v súlade s odsekom 102.4.1.
Voliteľná príloha IV poskytuje usmernenia týkajúce sa kontroly korózie. Ochranné nátery, katódová ochrana a elektrická izolácia (ako napríklad izolačné príruby) sú všetko metódy na zabránenie vonkajšej korózie zakopaných alebo ponorených potrubí. Na zabránenie vnútornej korózii možno použiť inhibítory korózie alebo vložky. Treba tiež dbať na použitie hydrostatickej testovacej vody vhodnej čistoty a v prípade potreby po hydrostatickej skúške potrubie úplne vypustiť.
Minimálna hrúbka steny potrubia alebo rozvrh požadovaný pre predchádzajúce výpočty nemusí byť konštantný v celom priemere potrubia a môže vyžadovať špecifikácie pre rôzne rozvrhy pre rôzne priemery. Vhodné hodnoty rozvrhu a hrúbky steny sú definované v norme ASME B36.10 Zvárané a bezšvíkové kované oceľové rúry.
Pri špecifikácii materiálu potrubia a vykonávaní výpočtov uvedených vyššie je dôležité zabezpečiť, aby maximálne povolené hodnoty napätia použité vo výpočtoch zodpovedali špecifikovanému materiálu. Napríklad, ak je namiesto nehrdzavejúcej ocele A312 304L nesprávne špecifikovaná rúra z nehrdzavejúcej ocele A312 304, uvedená hrúbka steny môže byť nedostatočná kvôli výraznému rozdielu v maximálnych povolených hodnotách napätia medzi týmito dvoma materiálmi. Podobne musí byť vhodne špecifikovaný spôsob výroby rúry. Napríklad, ak sa na výpočet použije maximálna povolená hodnota napätia pre bezšvíkové potrubie, malo by sa špecifikovať bezšvíkové potrubie. V opačnom prípade môže výrobca/inštalatér ponúknuť zvárané potrubie, čo môže viesť k nedostatočnej hrúbke steny kvôli nižším maximálnym povoleným hodnotám napätia.
Napríklad predpokladajme, že návrhová teplota potrubia je 300 F a návrhový tlak je 1 200 psig. 2″ a 3″. Použije sa drôt z uhlíkovej ocele (bezšvíkový drôt A53 triedy B). Určte vhodný plán potrubia, aby ste splnili požiadavky normy ASME B31.1, rovnica 9. Najprv sú vysvetlené návrhové podmienky:
Ďalej určte maximálne povolené hodnoty napätia pre A53 triedy B pri vyššie uvedených návrhových teplotách z tabuľky A-1. Upozorňujeme, že hodnota pre bezšvíkové potrubie sa používa, pretože je špecifikované bezšvíkové potrubie:
Je potrebné pripočítať aj toleranciu hrúbky. Pre túto aplikáciu sa predpokladá tolerancia na koróziu 1/16 palca. Samostatná tolerancia frézovania bude pridaná neskôr.
3 palce. Potrubie bude špecifikované ako prvé. Za predpokladu potrubia triedy 40 a tolerancie frézovania 12,5 % vypočítajte maximálny tlak:
Potrubie triedy 40 je vyhovujúce pre 3 palce. Potrubie používa rovnaké predpoklady:
2 palce. Za vyššie uvedených konštrukčných podmienok bude potrubie vyžadovať hrubšiu stenu ako Schedule 40. Vyskúšajte 2 palce. Potrubia Schedule 80:
Hoci hrúbka steny potrubia je často limitujúcim faktorom pri návrhu tlaku, je stále dôležité overiť, či použité tvarovky, komponenty a spoje sú vhodné pre špecifikované konštrukčné podmienky.
Vo všeobecnosti sa v súlade s odsekmi 104.2, 104.7.1, 106 a 107 všetky ventily, armatúry a iné komponenty pod tlakom vyrobené podľa noriem uvedených v tabuľke 126.1 považujú za vhodné na použitie za normálnych prevádzkových podmienok alebo pod tlakom a teplotou, ktoré sú v súlade s normami uvedenými v tabuľke 126.1. Používatelia by si mali byť vedomí toho, že ak určité normy alebo výrobcovia môžu stanoviť prísnejšie limity pre odchýlky od bežnej prevádzky, ako sú limity uvedené v norme ASME B31.1, platia prísnejšie limity.
Na križovatkách potrubí sa odporúčajú T-kusy, priečne kusy, krížové kusy, odbočné zvarové spoje atď. vyrobené podľa noriem uvedených v tabuľke 126.1. V niektorých prípadoch môžu križovatky potrubí vyžadovať jedinečné odbočné spoje. Odsek 104.3.1 stanovuje dodatočné požiadavky na odbočné spoje, aby sa zabezpečilo, že je k dispozícii dostatočné množstvo potrubného materiálu, ktoré odolá tlaku.
Pre zjednodušenie návrhu sa môže projektant rozhodnúť nastaviť vyššie konštrukčné podmienky, aby splnil menovité hodnoty príruby určitej tlakovej triedy (napr. trieda ASME 150, 300 atď.), ako je definované triedou tlaku a teploty pre špecifické materiály uvedené v ASME B16 .5 Príruby potrubí a prírubové spoje alebo podobné normy uvedené v tabuľke 126.1. Toto je prijateľné, pokiaľ to nevedie k zbytočnému zväčšeniu hrúbky steny alebo konštrukcie iných komponentov.
Dôležitou súčasťou návrhu potrubia je zabezpečenie zachovania štrukturálnej integrity potrubného systému aj po pôsobení tlaku, teploty a vonkajších síl. Štrukturálna integrita systému sa v procese návrhu často prehliada a ak sa neurobí dobre, môže byť jednou z nákladnejších častí návrhu. Štrukturálna integrita sa rozoberá predovšetkým na dvoch miestach, v odseku 104.8: Analýza komponentov potrubia a v odseku 119: Rozšíriteľnosť a flexibilita.
Odsek 104.8 uvádza základné vzorce používané na určenie, či potrubný systém prekračuje povolené napätia podľa predpisov. Tieto rovnice predpisov sa bežne označujú ako trvalé zaťaženia, občasné zaťaženia a posuvné zaťaženia. Trvalé zaťaženie je vplyv tlaku a hmotnosti na potrubný systém. Náhodné zaťaženia sú trvalé zaťaženia plus možné zaťaženia vetrom, seizmické zaťaženia, zaťaženia terénom a iné krátkodobé zaťaženia. Predpokladá sa, že každé aplikované náhodné zaťaženie nebude pôsobiť súčasne na iné náhodné zaťaženia, takže každé náhodné zaťaženie bude v čase analýzy samostatným zaťažovacím prípadom. Posuvné zaťaženia sú vplyvy tepelného rastu, posunutia zariadenia počas prevádzky alebo akéhokoľvek iného posuvného zaťaženia.
Odsek 119 pojednáva o tom, ako zvládnuť rozťažnosť a flexibilitu potrubia v potrubných systémoch a ako určiť reakčné zaťaženia. Flexibilita potrubných systémov je často najdôležitejšia pri pripojeniach zariadení, pretože väčšina pripojení zariadení znesie iba minimálne množstvo sily a momentu pôsobiaceho v bode pripojenia. Vo väčšine prípadov má tepelný rast potrubného systému najväčší vplyv na reakčné zaťaženie, preto je dôležité riadiť tepelný rast v systéme zodpovedajúcim spôsobom.
Aby sa zabezpečila flexibilita potrubného systému a aby sa zabezpečilo, že systém je správne podopretý, je vhodné podopierať oceľové rúry v súlade s tabuľkou 121.5. Ak sa projektant snaží dodržať štandardné rozostupy podpier pre túto tabuľku, dosiahne tri veci: minimalizuje priehyb vlastnou tiažou, znižuje trvalé zaťaženie a zvyšuje dostupné napätie pre posuvné zaťaženia. Ak projektant umiestni podperu v súlade s tabuľkou 121.5, zvyčajne to povedie k posunu alebo previsu vlastnej tiažou menšiemu ako 1/8 palca medzi podperami rúr. Minimalizácia priehybu vlastnou tiažou pomáha znížiť pravdepodobnosť kondenzácie v potrubiach prenášajúcich paru alebo plyn. Dodržiavanie odporúčaní pre rozostupy v tabuľke 121.5 tiež umožňuje projektantovi znížiť trvalé napätie v potrubí na približne 50 % povolenej trvalej hodnoty podľa normy. Podľa rovnice 1B je povolené napätie pre posuvné zaťaženia nepriamo úmerné trvalému zaťaženiu. Preto minimalizáciou trvalého zaťaženia je možné maximalizovať toleranciu posuvného napätia. Odporúčané rozostupy pre podpery rúr sú znázornené na obrázku 3.
Aby sa zabezpečilo správne zohľadnenie reakčných zaťažení potrubného systému a splnenie normových napätí, bežnou metódou je vykonanie počítačom podporovanej analýzy napätia v potrubí. Existuje niekoľko rôznych softvérových balíkov na analýzu napätia v potrubí, ako napríklad Bentley AutoPIPE, Intergraph Caesar II, Piping Solutions Tri-Flex alebo jeden z ďalších komerčne dostupných balíkov. Výhodou použitia počítačom podporovanej analýzy napätia v potrubí je, že umožňuje projektantovi vytvoriť model potrubného systému metódou konečných prvkov pre jednoduché overenie a možnosť vykonať potrebné zmeny v konfigurácii. Obrázok 4 znázorňuje príklad modelovania a analýzy úseku potrubia.
Pri navrhovaní nového systému systémoví projektanti zvyčajne špecifikujú, že všetky potrubia a komponenty by mali byť vyrobené, zvárané, zmontované atď. podľa požiadaviek použitej normy. Pri niektorých dodatočných úpravách alebo iných aplikáciách však môže byť užitočné, aby určený inžinier poskytol usmernenie k určitým výrobným technikám, ako je opísané v kapitole V.
Bežným problémom, s ktorým sa stretávame pri dodatočných úpravách, je predhrievanie zvaru (odsek 131) a tepelné spracovanie po zváraní (odsek 132). Medzi ďalšie výhody sa tieto tepelné spracovania používajú na zmiernenie napätia, zabránenie praskaniu a zvýšenie pevnosti zvaru. Medzi položky, ktoré ovplyvňujú požiadavky na tepelné spracovanie pred zváraním a po zváraní, patria okrem iného: zoskupenie podľa čísla P, chemické zloženie materiálu a hrúbka materiálu v mieste zváraného spoja. Každý materiál uvedený v povinnom dodatku A má priradené číslo P. Pre predhrievanie odsek 131 uvádza minimálnu teplotu, na ktorú sa musí základný kov zahriať pred zváraním. Pre PWHT tabuľka 132 uvádza rozsah teploty udržiavania a čas udržiavania zvarovej zóny. Rýchlosti ohrevu a chladenia, metódy merania teploty, techniky ohrevu a ďalšie postupy by mali prísne dodržiavať pokyny stanovené v predpisoch. Neočakávané nepriaznivé účinky na zváranú oblasť sa môžu vyskytnúť v dôsledku nesprávneho tepelného spracovania.
Ďalšou potenciálnou oblasťou záujmu v tlakových potrubných systémoch sú ohyby potrubí. Ohýbanie potrubí môže spôsobiť stenčenie steny, čo má za následok nedostatočnú hrúbku steny. Podľa odseku 102.4.5 predpis povoľuje ohyby, pokiaľ minimálna hrúbka steny spĺňa rovnaký vzorec, aký sa používa na výpočet minimálnej hrúbky steny pre rovné potrubie. Zvyčajne sa pripočítava tolerancia na zohľadnenie hrúbky steny. Tabuľka 102.4.5 uvádza odporúčané tolerancie na redukciu ohybu pre rôzne polomery ohybu. Ohyby môžu tiež vyžadovať tepelné spracovanie pred ohýbaním a/alebo po ohýbaní. Odsek 129 poskytuje usmernenie k výrobe kolien.
Pre mnohé tlakové potrubné systémy je potrebné nainštalovať poistný ventil alebo pretlakový ventil, aby sa zabránilo pretlaku v systéme. Pre tieto aplikácie je veľmi cenným, ale niekedy málo známym zdrojom voliteľný Dodatok II: Pravidlá pre návrh inštalácie poistných ventilov.
V súlade s odsekom II-1.2 sa poistné ventily vyznačujú úplne otvoreným vyskakovacím mechanizmom pre plynovú alebo parnú prevádzku, zatiaľ čo poistné ventily sa otvárajú v závislosti od statického tlaku pred prúdom a používajú sa predovšetkým pre kvapalnú prevádzku.
Jednotky poistných ventilov sa vyznačujú tým, či ide o otvorené alebo uzavreté výtlačné systémy. Pri otvorenom výfuku koleno na výstupe poistného ventilu zvyčajne vyúsťuje do výfukového potrubia do atmosféry. Typicky to vedie k menšiemu spätnému tlaku. Ak sa vo výfukovom potrubí vytvorí dostatočný spätný tlak, časť výfukových plynov môže byť vytlačená alebo spätne prepláchnutá zo vstupného konca výfukového potrubia. Veľkosť výfukového potrubia by mala byť dostatočne veľká, aby sa zabránilo spätnému prúdeniu. V aplikáciách s uzavretým odvzdušňovaním sa na výstupe poistného ventilu hromadí tlak v dôsledku kompresie vzduchu vo odvzdušňovacom potrubí, čo môže spôsobiť šírenie tlakových vĺn. V odseku II-2.2.2 sa odporúča, aby bol konštrukčný tlak uzavretého výtlačného potrubia aspoň dvakrát vyšší ako ustálený pracovný tlak. Obrázky 5 a 6 znázorňujú inštaláciu poistného ventilu v otvorenom a zatvorenom stave.
Inštalácie poistných ventilov môžu byť vystavené rôznym silám, ako je zhrnuté v odseku II-2. Medzi tieto sily patria účinky tepelnej rozťažnosti, interakcia viacerých súčasne odvzdušňujúcich poistných ventilov, seizmické a/alebo vibračné účinky a tlakové účinky počas udalostí uvoľnenia tlaku. Hoci by návrhový tlak až po výstup poistného ventilu mal zodpovedať návrhovému tlaku v spádovom potrubí, návrhový tlak vo výtlačnom systéme závisí od konfigurácie výtlačného systému a charakteristík poistného ventilu. V odseku II-2.2 sú uvedené rovnice na určenie tlaku a rýchlosti na výtlačnom kolene, vstupe do výtlačného potrubia a výstupe z výtlačného potrubia pre otvorené a uzavreté výtlačné systémy. Pomocou týchto informácií je možné vypočítať a zohľadniť reakčné sily v rôznych bodoch výfukového systému.
Príklad problému pre aplikáciu s otvoreným výpustom je uvedený v odseku II-7. Existujú aj iné metódy na výpočet charakteristík prúdenia v systémoch s poistnými ventilmi a čitateľ je upozornený, aby si overil, či je použitá metóda dostatočne konzervatívna. Jednu takúto metódu opisuje GS Liao v publikácii „Bezpečnosť elektrárne a analýza skupiny výpustov poistných ventilov“, ktorú publikovalo ASME v časopise Journal of Electrical Engineering v októbri 1975.
Umiestnenie poistného ventilu by malo zachovávať minimálnu vzdialenosť rovného potrubia od akéhokoľvek ohybu. Táto minimálna vzdialenosť závisí od služby a geometrie systému, ako je definované v odseku II-5.2.1. Pri inštaláciách s viacerými poistnými ventilmi závisí odporúčaná vzdialenosť pre odbočné pripojenia ventilov od polomerov odbočného a prípojného potrubia, ako je uvedené v poznámke (10)(c) tabuľky D-1. V súlade s odsekom II-5.7.1 môže byť potrebné pripojiť podpery potrubia umiestnené na výpuste poistného ventilu k prevádzkovému potrubiu a nie k susednej konštrukcii, aby sa minimalizovali účinky tepelnej rozťažnosti a seizmických interakcií. Zhrnutie týchto a ďalších konštrukčných úvah pri navrhovaní zostáv poistných ventilov možno nájsť v odseku II-5.
Je zrejmé, že v rámci tohto článku nie je možné pokryť všetky konštrukčné požiadavky normy ASME B31. Každý určený inžinier zapojený do návrhu tlakového potrubného systému by však mal byť aspoň oboznámený s týmto konštrukčným predpisom. Dúfajme, že s vyššie uvedenými informáciami čitatelia nájdu normu ASME B31 ako cennejší a dostupnejší zdroj.
Monte K. Engelkemier je vedúcim projektu v spoločnosti Stanley Consultants. Engelkemier je členom Iowskej inžinierskej spoločnosti, NSPE a ASME a pôsobí vo výbore a podvýbore pre predpisy o elektrických potrubiach B31.1. Má viac ako 12 rokov praktických skúseností s návrhom a projektovaním potrubných systémov, hodnotením výstuh a analýzou namáhania. Matt Wilkey je strojný inžinier v spoločnosti Stanley Consultants. Má viac ako 6 rokov odborných skúseností s navrhovaním potrubných systémov pre rôznych klientov z oblasti verejných služieb, mestských, inštitucionálnych a priemyselných podnikov a je členom ASME a Iowskej inžinierskej spoločnosti.
Máte skúsenosti a odborné znalosti v témach, ktoré sú zahrnuté v tomto obsahu? Mali by ste zvážiť prispievanie do nášho redakčného tímu CFE Media a získať uznanie, ktoré si vy a vaša spoločnosť zaslúžite. Kliknite sem a začnite proces.