Quandu cuncepisce un sistema di tubazioni di pressione, l'ingegnere designatu spessu specifica chì a tubazione di u sistema deve cunfurmà à una o più parti di u Code di tubazione di pressione ASME B31. Cumu l'ingegneri seguitanu bè i requisiti di codice quandu cuncepiscenu sistemi di tubazione?
Prima, l'ingegnere deve determinà quale specificazione di u disignu deve esse sceltu. Per i sistemi di tubazioni di pressione, questu ùn hè micca necessariamente limitatu à ASME B31. Altri codici emessi da ASME, ANSI, NFPA, o altre urganisazioni di guvernu ponu esse guvernati da u locu di u prughjettu, l'applicazione, etc.
ASME B31.1 Piping Elettricu: Questa sezione copre i tubi in stazioni elettriche, impianti industriali è istituzionali, sistemi di riscaldamentu geotermicu, è sistemi di riscaldamentu è di raffrescamentu cintrali è distrittuali. Questu include i tubi esterni di caldaie è senza caldaie aduprati per installà e caldaie ASME Sezione I. Questa sezione ùn si applica à l'equipaggiu coperto da u codice ASME di caldaie è di distribuzione di bassa pressione, è altri sistemi di distribuzione di caldaie è di bassa pressione descritti in altri paràgrafu 10. 0.1.3 di ASME B31.1.L'urighjini di ASME B31.1 ponu esse rintracciati in l'anni 1920, cù a prima edizione ufficiale publicata in 1935.Note chì a prima edizione, cumprese l'appendici, era menu di 30 pagine, è l'edizione attuale hè più di 300 pagine.
ASME B31.3 Process Piping: Questa sezione copre i piping in raffinerie;piante chimiche, farmaceutiche, tessili, carta, semiconductori è criogeniche;è impianti di trasfurmazioni assuciati è terminals.This rùbbrica hè assai simili à ASME B31.1, soprattuttu quandu u calculu di u gruixu di muru minimu per pipe.This dritta rùbbrica era urigginariamenti parti di B31.1 è fù publicatu prima siparati in 1959.
ASME B31.4 Sistemi di Trasportu di Pipeline per Liquidi è Slurry: Questa sezione copre i tubi chì trasportanu principalmente i prudutti liquidi trà e piante è i terminali, è in terminali, pumping, conditioning, and meters.
ASME B31.5 Piping di Refrigerazione è Componenti di Trasferimentu di Calore: Questa sezione copre i tubi per i refrigeranti è i refrigeranti secundarii.
ASME B31.8 Sistemi di Piping di Trasmissione è Distribuzione di Gas: Questu include piping per u trasportu principarmenti di prudutti di gasu trà fonti è terminali, cumprese compressori, stazioni di cundizzioni è di misurazione;è piping gathering gas.This rùbbrica era urigginariamenti parti di B31.1 è fù publicatu prima siparati in 1955.
ASME B31.9 Piping Services Edilizia: Questa sezione copre i tubi cumunimenti truvati in edifici industriali, istituzionali, cummerciale è publichi;è alistichi multi-unità ùn anu micca bisognu di a dimensione è di a sezione b31.1..Ithis (soprattuttu di a bassa tempeu è indica a pressione minima
ASME B31.12 Piping and Piping di l'idrogenu: Questa sezione copre i tubi in u serviziu di l'idrogenu gasu è liquidu, è i tubi in u serviziu di l'idrogenu gasu.
Quale codice di cuncepimentu deve esse usatu hè in ultimamente à u pruprietariu. L'intruduzioni à ASME B31 dice: "Hè a rispunsabilità di u pruprietariu di selezziunà a sezione di codice chì si avvicina u più vicinu à l'installazione di tubazioni pruposta".In certi casi, "sezzioni di codice multipli ponu applicà à e diverse sezioni di l'installazione".
L'edizione 2012 di ASME B31.1 servirà cum'è a riferenza primaria per discussioni successive. U scopu di questu articulu hè di guidà l'ingegnere designatu attraversu alcuni di i passi principali in u disignu di un sistema di tubazione di pressione conforme à ASME B31. In seguitu à e linee guida di ASME B31.1 furnisce una bona rapprisintazioni di u disignu generale di u sistema. ASME B31 hè utilizatu in applicazioni più strette, principarmenti per sistemi specifichi o applicazioni, è ùn serà micca discututu più. Mentre i passi chjave in u prucessu di cuncepimentu seranu evidenziati quì, sta discussione ùn hè micca exhaustiva è u codice cumpletu deve sempre esse riferitu durante u disignu di u sistema.
Dopu avè sceltu u codice currettu, u designer di u sistema deve ancu esaminà ogni esigenza di cuncepimentu specificu di u sistema. U paragrafu 122 (Part 6) furnisce i requisiti di cuncepimentu in relazione à i sistemi cumunimenti truvati in l'applicazioni di tubazioni elettriche, cum'è vapore, acqua di alimentazione, soffiu è soffiu, tubazioni di strumentazione, è sistemi di rilievu di pressione. è ancu diverse limitazioni ghjuridiche delineate trà u corpu di a caldaia, i tubi esterni di a caldaia è i tubi esterni senza caldaie cunnessi à i tubi di a caldaia ASME Sezione I.definizione.Figura 2 mostra sti limitazioni di a caldaia di tamburi.
U disegnatore di u sistema deve determinà a pressione è a temperatura à quale u sistema operarà è e cundizioni chì u sistema deve esse designatu per risponde.
Sicondu u paragrafu 101.2, a pressione di u disignu internu ùn deve esse menu di a pressione massima di travagliu cuntinuu (MSOP) in u sistema di tubazioni, cumpresu l'effettu di a testa statica. A tubazione sottumessa à a pressione esterna deve esse cuncepita per a pressione differenziale massima prevista in cundizioni di funziunamentu, spegnimentu o prova. Inoltre, l'impattu ambientale deve esse cunsideratu. per resiste à a pressione esterna o misure deve esse pigliatu per rumpia u vacuum.In situazioni induve l'espansione di u fluidu pò aumentà a pressione, i sistemi di piping deve esse designatu per resistà à a pressione aumentata o misure deve esse pigliatu per allevà a pressione eccessiva.
A principiu di a Sezione 101.3.2, a temperatura di u metale per u disignu di tubazioni deve esse rappresentativa di e cundizioni massime sustinute previste. Per a simplicità, hè generalmente presuntu chì a temperatura di u metale hè uguale à a temperatura di u fluidu. Se vulete, a temperatura media di u metale pò esse usata finu à chì a temperatura di u muru esternu hè cunnisciuta.
Spessu, i diseggiani aghjunghjenu un marghjenu di sicurezza à a pressione massima di travagliu è / o a temperatura. A dimensione di u marghjenu dipende da l'applicazione. Hè ancu impurtante di cunsiderà e limitazioni di materiale quandu determinanu a temperatura di u disignu. Specificà temperature di design elevate (più di 750 F) pò esse bisognu di l'usu di materiali in lega piuttostu cà l'acciaio di carbone più standard. sin'à 800 F.L'esposizione prolongata di l'azzaru di carbone à e temperature sopra 800 F pò causà a pipa à carbonize, facendu più brittle è propensu à fallimentu.Se u travagliu sopra à 800 F, i danni di creep accelerati assuciati cù l'azzaru di carbonu deve ancu esse cunsideratu.
A volte l'ingegneri ponu ancu specificà e pressioni di prova per ogni sistema. Paragrafu 137 furnisce una guida nantu à a prova di stress.Typically, a prova idrostatica serà specificata à 1,5 volte a pressione di u disignu;Tuttavia, u cercu è e tensioni longitudinali in a tubazione ùn deve micca più di u 90% di a forza di rendimentu di u materiale in u paragrafu 102.3.3 (B) durante a prova di pressione.Accettatu, questu hè accettatu.
Una volta i cundizioni di u disignu sò stabiliti, u piping pò esse specificatu. A prima cosa di decipisce hè necessaria l'applicazioni di grande s selezzione à u locu, sfarente. .1%) Per prevene l'corrosione accelera Corrosion.flow hà un fenomenu d'eruzione / corrosione chì hè statu diminuitu per fallimentu di u pipa è hà avutu una stazione di piantaghjola pettu à KCP & L'STUAN dui travagliadori è ferite seriamente un terzu.
L'equazioni 7 è l'equazioni 9 in u paràgrafu 104.1.1 definiscenu u spessore di u muru minimu necessariu è a pressione massima interna di u disignu, rispettivamente, per un tubu drittu sottumessu à a pressione interna. I variàbili in queste equazioni includenu a tensione massima permessa (da l'Appendice A Obligatoriu), u diametru esternu di u tubu, u fattore di materiale (cum'è mostra in a Tabella 104.1.2), è ogni variabile addiziale (quant'è a quantità di variabile descritta sottu). specificà u materiale piping apprupriati, diamitru nominali, è u spessore di u muru pò esse un prucessu iterativu chì pò ancu include a velocità di u fluidu, a caduta di pressione, è i costi di piping è pumping.
Indennità di spessore addiziale pò esse aghjuntu per cumpensà per diverse ragioni, cumprese FAC. Indennità pò esse dumandata per a rimozione di filamenti, slots, etc. materiale necessariu per fà articulazioni meccaniche. Sicondu u paràgrafu 102.4.2, l'indennità minima deve esse uguale à a prufundità di filu più a tolleranza di machinazione. altre cause discutitu in u paràgrafu 102.4.4.Allowances pò ancu esse aghjuntu à cuntà ghjunti saldati (paragraf 102.4.3) è i coddi (paragrafu 102.4.5).Infine, tolleranze pò esse aghjuntu per cumpensà a corrosione è / o l'erosione. U gruixu di sta allowance hè in cunfurmità cù u paràgrafu 102.4.3 di a vita. .
L'Annex IV facoltativu furnisce una guida nantu à u cuntrollu di a corrosione. I rivestimenti protettivi, a prutezzione catodica è l'isolamentu elettricu (cum'è flange isolanti) sò tutti i metudi di prevenzione di a corrosione esterna di pipelines interrati o sommersi.
U spessore minimu di u muru di u tubu o u calendariu necessariu per i calculi precedenti pò esse micca custanti in u diametru di u tubu è pò esse bisognu di specificazioni per diversi scheduli per diversi diametri. I valori di u schedu adattatu è u spessore di u muru sò definiti in ASME B36.10 Pipe d'acciaio forgiatu saldatu è senza saldatura.
Quandu si specifica u materiale di a pipa è eseguisce i calculi discututi prima, hè impurtante per assicurà chì i valori di tensione massimi permessi utilizati in i calculi currispondenu à u materiale specificatu. Per esempiu, se un tubu d'acciaio inox A312 304L hè designatu incorrectamente cum'è un tubu d'acciaio inossidabile A312 304, u spessore di u muru furnitu pò esse insufficiente per via di a differenza significativa di u metudu di fabricazione di i tubi, cum'è u metudu di tensione massima permessa. Per esempiu, se u valore di tensione massima permissibile per u pipa senza saldatura hè utilizatu per u calculu, u tubu senza saldatura deve esse specificatu. Altrimenti, u fabricatore / installatore pò offre un tubu saldatu di cucitura, chì pò esse risultatu in un gruixu di muru insufficiente per via di i valori di tensione massima permessi.
Per esempiu, supponi chì a temperatura di designu di u pipeline hè 300 F è a pressione di disignu hè 1,200 psig. 2 "è 3". Sarà utilizatu filu d'acciaio di carbonu (A53 Grade B senza saldatura). Determinate u pianu di tubazione appropritatu per specificà per risponde à i requisiti di ASME B31.1 Equazione 9. Prima, sò spiegati i cundizioni di cuncepimentu.
In seguitu, determinà i valori di stress massimi permessi per A53 Grade B à e temperature di cuncepimentu sopra da a Tabella A-1. Notate chì u valore per a pipa senza saldatura hè utilizata perchè a pipa senza saldatura hè specificata:
Deve esse aghjustatu ancu una tolleranza di spessore. Per questa applicazione, una tolleranza di 1/16 inch.A corrosione hè assunta. Una tolleranza di fresatura separata serà aghjuntu dopu.
3 inches. A pipa serà specificata prima. Assumendu una pipa Schedule 40 è una tolleranza di fresatura di 12,5%, calculate a pressione massima:
Schedule 40 pipe hè satisfactoria per 3 inches.tube in e cundizioni di designu specificate sopra.Next, verificate 2 inches.The pipeline usa i stessi supposizioni:
2 pollici. In e cundizioni di cuncepimentu specificate sopra, i tubi necessitanu un gruixu di muru più grossu chè Schedule 40. Pruvate 2 inches. Schedule 80 Pipes:
Mentre chì u gruixu di u muru di u tubu hè spessu u fattore limitante in u disignu di pressione, hè sempre impurtante di verificà chì i raccordi, i cumpunenti è i cunnessi utilizati sò adattati per e cundizioni di designu specificate.
In regula generale, in cunfurmità cù i paragrafi 104.2, 104.7.1, 106 è 107, tutte e valvole, raccordi è altri cumpunenti chì cuntenenu pressione fabbricati à i normi elencati in a Tabella 126.1 sò ritenuti adatti per l'usu in cundizioni normali di u funziunamentu o sottu à quelli standard. cà quelli specificati in ASME B31.1, i limiti più stretti sò applicati.
À l'intersezzione di tubi, tees, trasversali, croci, junzioni saldate di rami, etc., fabbricati à i normi listati in a Tabella 126.1 sò ricumandati. In certi casi, intersezioni di pipeline ponu esse bisognu di cunnessione di ramu unicu. U paragrafu 104.3.1 furnisce requisiti supplementari per cunnessione di ramu per assicurà chì ci hè abbastanza materiale di tubazione per sustene a pressione.
Per simplificà u disignu, u designer pò sceglie di stabilisce e cundizioni di cuncepimentu più altu per scuntrà a classificazione di flange di una certa classa di pressione (per esempiu ASME class 150, 300, etc.) cum'è definita da a classe di pressione-temperatura per i materiali specifichi specificati in ASME B16 .5 Flange di tubu è articulazioni flange, o standard simili liste in Table 126.1. disinni di cumpunenti.
Una parte impurtante di u disignu di piping hè di assicurà chì l'integrità strutturale di u sistema di piping hè mantinutu una volta chì l'effetti di a pressione, a temperatura è e forze esterne sò applicati. L'integrità strutturale di u sistema hè spessu trascurata in u prucessu di cuncepimentu è, s'ellu ùn hè micca fattu bè, pò esse una di e parti più caru di u disignu. è Flessibilità.
U paragrafu 104.8 elenca e formule di codice basi aduprate per determinà se un sistema di tubazioni supera i stress permessi di codice. Queste equazioni di codice sò cumunimenti chjamate carichi continui, carichi occasionali è carichi di spostamentu. A carica sustinuta hè l'effettu di a pressione è u pesu nantu à un sistema di tubazioni. Ùn agisce micca nantu à altri carichi incidentali à u stessu tempu, cusì ogni carica incidentale serà un casu di carica separatu à u mumentu di l'analisi. I carichi di spostamentu sò l'effetti di a crescita termale, u spustamentu di l'equipaggiu durante l'operazione, o qualsiasi altra carica di spustamentu.
U paragrafu 119 discute cumu gestisce l'espansione di i tubi è a flessibilità in i sistemi di tubazioni è cumu determinà i carichi di reazione. A flessibilità di i sistemi di tubazioni hè spessu a più impurtante in i cunnessi di l'equipaggiu, postu chì a maiò parte di e cunnessione di l'equipaggiu ponu sopra solu a quantità minima di forza è u mumentu applicata à u puntu di cunnessione.
Per accodà a flessibilità di u sistema di piping è per assicurà chì u sistema hè supportatu bè, hè una bona pratica per sustene i tubi d'acciaio in cunfurmità cù a Tabella 121.5. Se un disegnatore s'impegna à scuntrà u spaziu standard di supportu per sta tavola, rializeghja trè cose: minimizza a deflessione di l'autopesu, riduce i carichi sustinuti, è aumenta u stress dispunibile per u dislocamentu di u tavulinu. Risultà in menu di 1/8 inch di spostamentu d'autore-pesu o sag.between i supporti di tubu. Minimizendu a deflessione di u pesu stessu aiuta à riduce a probabilità di condensazione in i tubi chì portanu vapore o gas. In seguitu à i cunsiglii di spaziatura in a Tabella 121.5 permette ancu à u designer di riduce u stress sustinutu in a piping à circa 50% di u valore continuu per permette u valore di diquazione. i carichi di spustamentu hè inversamente ligatu à i carichi sustinuti. Per quessa, minimizendu a carica sustinuta, a tolleranza di l'estressi di spostamentu pò esse maximizata. U spaziu cunsigliatu per i supporti di tubi hè mostratu in Figura 3.
Per aiutà à assicurà chì e carichi di reazione di u sistema di tubazioni sò cunsiderate currettamente è chì i stressi di codice sò soddisfatti, un metudu cumuni hè di realizà un'analisi di stress di tubazione assistita da computer. sistema di verification faciuli è a capacità di fà i cambiamenti necessarii à a cunfigurazione.Figura 4 mostra un esempiu di mudellu è analizà una seccione di pipeline.
Quandu cuncepimentu di un novu sistema, i diseggiani di u sistema tipicamente specificanu chì tutti i tubi è i cumpunenti deve esse fabbricati, saldati, assemblati, ecc., cum'è necessariu da qualunque codice hè utilizatu. Tuttavia, in certi retrofits o altre applicazioni, pò esse benefiziu per un ingegnere designatu per furnisce una guida nantu à certe tecniche di fabricazione, cum'è descritta in Capitulu V.
Un prublema cumuni incontratu in l'applicazioni di retrofit hè u preriscaldamentu di saldatura (paragrafu 131) è u trattamentu termale post-saldatura (paragrafu 132). Frà altri benefici, questi trattamenti termichi sò usati per alleviare u stress, prevene i cracking, è aumentà a forza di saldatura. listatu in l'Appendice A Obligatoriu hà un numeru P assignatu. Per u preriscaldamentu, u paràgrafu 131 furnisce a temperatura minima à quale u metallu di basa deve esse riscaldatu prima di saldatura. L'area ded pò accade per via di fallimentu di trattamentu termicu currettamente.
Un'altra zona potenziale di preoccupazione in i sistemi di tubi pressurizzati sò curve di tubi. I tubi di curvatura pò causà un diluimentu di u muru, risultatu in un spessore di parete insufficiente. Sicondu u paràgrafu 102.4.5, u codice permette curve finu à chì u spessore minimu di u muru soddisfa a stessa formula utilizata per calculà u spessore minimu di u muru per un tubu drittu. duction allowances for different bend radii.Bends pò ancu esse bisognu di trattamentu termicu pre-bending è / o post-bending.Paragraph 129 furnisce una guida nantu à a fabricazione di u coddu.
Per parechji sistemi di tubazioni di pressione, hè necessariu installà una valvula di salvezza o una valvula di rilievu per prevene l'overpressure in u sistema.
In cunfurmità cù u paragrafu II-1.2, i valvule di sicurezza sò carattarizati da una azzione pop-up cumplettamente aperta per u serviziu di gas o vapore, mentre chì e valvole di sicurezza aperte relative à a pressione statica upstream è sò aduprate principalmente per u serviziu di liquidu.
L'unità di valvule di sicurezza sò carattarizatu da s'ellu sò sistemi di scarico aperti o chjusi. In un scaricu apertu, u coddu à l'output di a valvula di salvezza generalmente esce in u tubu di scarico in l'atmosfera. In genere, questu risulterà in menu pressione di retropressione. Se una pressione di retropressione sufficiente hè creata in u tubu di scarico, una parte di u gas di scarico pò esse espulsa o rinviata da u tubu di scarico. , Pressu build up à l 'outlet valve sollievu a causa di cumpressione aria in a linea di ventilazione, putenzialmente pruvucannu l'onda di pressione per propagate.In u paràgraf II-2.2.2, hè cunsigliatu chì a pressione di disignu di a linea di scaricamentu chjusu sia almenu duie volte più grande di a pressione di travagliu stabile.
L'installazione di valvule di sicurezza pò esse sughjette à diverse forze cum'è riassuntu in u paragrafu II-2. Queste forze includenu effetti di espansione termica, l'interazzione di più valvole di sollievu venti simultaneamente, effetti sismici è / o vibrazioni, è effetti di pressione durante l'eventi di rilievu di pressione. Ancu se a pressione di disignu finu à l'output di a valvula di sicurezza deve currisponde à a pressione di disignu di u tubu, a cunfigurazione di u sistema di cunfigurazione dipende da a cunfigurazione di u sistema di sicurezza. valve.Equations sò furnite in u paràgrafu II-2.2 per determinà a pressione è a velocità à u coddu di scaricamentu, l'ingressu di u tubu di scaricamentu è l'outlet di u tubu di scaricamentu per i sistemi di scaricamentu aperti è chjusi.
Un esempiu di prublema per una applicazione di scarica aperta hè furnitu in u paràgrafu II-7. Esistonu altri metudi per calculà e caratteristiche di flussu in i sistemi di scaricamentu di valvule di sollievu, è u lettore hè avvisatu di verificà chì u metudu utilizatu hè abbastanza cunservatore. Un tali metudu hè descrittu da GS Liao in "Power Plant Safety and Pressure Relief Valve Exhaust Group Analysis, Journal of Electrical Engineering in October".
A vàlvula di salvezza deve esse situata à una distanza minima di tubu drittu luntanu da ogni curve. Questa distanza minima dipende da u serviziu è a geometria di u sistema, cum'è definitu in u paràgrafu II-5.2.1. Per installazioni cù più valvole di salvezza, a spaziatura cunsigliata per i raccordi di e rami di valvula dipende da i raghji di a derivazione è di e tubazioni di serviziu, cum'è mostra in Nota (10) (10) (1c) in cunfurmità cù u paragrafu II. supporti di ping situati à i scarichi di valvule di sollievu à i tubi di funziunamentu piuttostu cà di strutture adiacenti per minimizzà l'effetti di l'espansione termale è di l'interazzione sismica. Un riassuntu di queste è altre considerazioni di cuncepimentu in u disignu di assemblee di valvula di salvezza pò esse truvata in u paràgraf II-5.
Ovviamente, ùn hè micca pussibule di copre tutte e esigenze di cuncepimentu di ASME B31 in u scopu di stu articulu. Ma ogni ingegnere designatu implicatu in u disignu di un sistema di tubazione di pressione deve esse almenu familiarizatu cù stu codice di cuncepimentu. Spergu chì, cù l'infurmazioni sopra, i lettori truveranu ASME B31 una risorsa più preziosa è accessibile.
Monte K. Engelkemier hè u capu di prughjettu di Stanley Consultants. Engelkemier hè un membru di a Società di Ingegneria Iowa, NSPE è ASME, è serve in u Cumitatu è u Sottocomitatu di Codice di Tubazioni Elettriche B31.1. Hà più di 12 anni di sperienza pratica in layout di sistemi di tubazioni, cuncepimentu, valutazione di bracing è analisi di stress. sistemi per una varietà di clienti di utilità, municipali, istituzionali è industriali è hè membru di ASME è di a Società di Ingegneria Iowa.
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