เมื่อออกแบบระบบท่อแรงดัน วิศวกรผู้ออกแบบมักจะระบุว่าระบบท่อควรเป็นไปตามส่วนใดส่วนหนึ่งของรหัสท่อแรงดัน ASME B31 วิศวกรจะปฏิบัติตามข้อกำหนดของรหัสอย่างถูกต้องได้อย่างไรเมื่อออกแบบระบบท่อ
ขั้นแรก วิศวกรต้องพิจารณาว่าควรเลือกข้อกำหนดการออกแบบใด สำหรับระบบท่อแรงดัน ไม่จำเป็นต้องจำกัดเฉพาะ ASME B31 รหัสอื่นๆ ที่ออกโดย ASME, ANSI, NFPA หรือองค์กรกำกับดูแลอื่นๆ อาจถูกควบคุมโดยที่ตั้งโครงการ แอปพลิเคชัน ฯลฯ ใน ASME B31 ปัจจุบันมีเจ็ดส่วนที่แยกกันซึ่งมีผลบังคับใช้
ASME B31.1 ท่อไฟฟ้า: ส่วนนี้ครอบคลุมการวางท่อในสถานีพลังงาน โรงงานอุตสาหกรรมและสถาบัน ระบบทำความร้อนใต้พิภพ และระบบทำความร้อนและทำความเย็นส่วนกลางและเขต ซึ่งรวมถึงท่อด้านนอกของหม้อไอน้ำและภายนอกของหม้อไอน้ำที่ใช้ในการติดตั้งหม้อไอน้ำ ASME หมวด I ส่วนนี้ใช้ไม่ได้กับอุปกรณ์ที่ครอบคลุมโดย ASME Boiler and Pressure Vessel Code ท่อจ่ายความร้อนและความเย็นแรงดันต่ำและระบบอื่น ๆ ที่อธิบายไว้ในวรรค 100.1.3 ของ ASME B31.1 ต้นกำเนิดของ ASME B31.1 สามารถย้อนไปถึงปี ค.ศ. 1920 โดยฉบับพิมพ์อย่างเป็นทางการฉบับแรกตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2478 โปรดทราบว่าฉบับพิมพ์ครั้งแรกรวมถึงภาคผนวกมีน้อยกว่า 30 หน้า และฉบับปัจจุบันมีความยาวมากกว่า 300 หน้า
ASME B31.3 การวางท่อกระบวนการ: ส่วนนี้ครอบคลุมการวางท่อในโรงกลั่นเคมีภัณฑ์ ยา สิ่งทอ กระดาษ เซมิคอนดักเตอร์ และพืชแช่แข็งและโรงงานแปรรูปและปลายทางที่เกี่ยวข้อง ส่วนนี้คล้ายกับ ASME B31.1 มาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคำนวณความหนาของผนังขั้นต่ำสำหรับท่อตรง เดิมทีส่วนนี้เป็นส่วนหนึ่งของ B31.1 และเปิดตัวแยกเป็นครั้งแรกในปี 2502
ASME B31.4 ระบบขนส่งทางท่อสำหรับของเหลวและสารละลาย: ส่วนนี้ครอบคลุมระบบท่อที่ขนส่งผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวเป็นหลักระหว่างโรงงานและสถานีปลายทาง และภายในสถานีปลายทาง การสูบน้ำ การปรับสภาพ และสถานีสูบจ่าย เดิมทีส่วนนี้เป็นส่วนหนึ่งของ B31.1 และเปิดตัวแยกเป็นครั้งแรกในปี 2502
ASME B31.5 ท่อทำความเย็นและส่วนประกอบการถ่ายเทความร้อน: ส่วนนี้ครอบคลุมท่อสำหรับสารทำความเย็นและสารหล่อเย็นทุติยภูมิ ส่วนนี้เดิมเป็นส่วนหนึ่งของ B31.1 และเปิดตัวครั้งแรกแยกกันในปี 2505
ASME B31.8 ระบบท่อส่งและจ่ายก๊าซ: ซึ่งรวมถึงท่อเพื่อขนส่งผลิตภัณฑ์ที่เป็นก๊าซเป็นหลักระหว่างแหล่งที่มาและปลายทาง รวมถึงคอมเพรสเซอร์ สถานีปรับสภาพและวัดปริมาณและท่อรวบรวมก๊าซ เดิมทีส่วนนี้เป็นส่วนหนึ่งของ B31.1 และเปิดตัวแยกเป็นครั้งแรกในปี 2498
ASME B31.9 การวางท่อสำหรับบริการในอาคาร: ส่วนนี้ครอบคลุมถึงการวางท่อที่พบได้ทั่วไปในอาคารอุตสาหกรรม สถาบัน อาคารพาณิชย์ และอาคารสาธารณะและที่อยู่อาศัยหลายยูนิตที่ไม่ต้องการขนาด ความดัน และช่วงอุณหภูมิที่ครอบคลุมใน ASME B31.1 ส่วนนี้คล้ายกับ ASME B31.1 และ B31.3 แต่เป็นแบบอนุรักษ์นิยมน้อยกว่า (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคำนวณความหนาของผนังขั้นต่ำ) และมีรายละเอียดน้อยกว่า โดยจะจำกัดเฉพาะการใช้งานแรงดันต่ำ อุณหภูมิต่ำตามที่ระบุใน ASME B31.9 วรรค 900.1.2 ซึ่งเผยแพร่ครั้งแรกในปี 1982
ASME B31.12 ท่อและท่อไฮโดรเจน: ส่วนนี้ครอบคลุมท่อในบริการก๊าซไฮโดรเจนเหลวและท่อในบริการก๊าซไฮโดรเจน ส่วนนี้เผยแพร่ครั้งแรกในปี 2551
รหัสการออกแบบใดที่ควรใช้ขึ้นอยู่กับเจ้าของในที่สุด บทนำสู่ ASME B31 ระบุว่า "เป็นความรับผิดชอบของเจ้าของในการเลือกส่วนรหัสที่ใกล้เคียงกับการติดตั้งท่อที่เสนอมากที่สุด"ในบางกรณี "รหัสหลายส่วนอาจนำไปใช้กับส่วนต่างๆ ของการติดตั้ง"
ASME B31.1 ฉบับปี 2012 จะใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงหลักสำหรับการอภิปรายในภายหลัง จุดประสงค์ของบทความนี้คือเพื่อแนะนำวิศวกรผู้ออกแบบผ่านขั้นตอนหลักบางขั้นตอนในการออกแบบระบบท่อแรงดันที่สอดคล้องกับ ASME B31 การปฏิบัติตามแนวทางของ ASME B31.1 นำเสนอการออกแบบระบบทั่วไปที่ดี วิธีการออกแบบที่คล้ายกันจะใช้หากปฏิบัติตาม ASME B31.3 หรือ B31.9 ส่วนที่เหลือของ ASME B31 ใช้ใน แอปพลิเคชันที่แคบลง โดยหลักแล้วสำหรับระบบหรือแอปพลิเคชันเฉพาะ และจะไม่กล่าวถึงต่อไป แม้ว่าขั้นตอนสำคัญในกระบวนการออกแบบจะถูกเน้นไว้ที่นี่ การสนทนานี้ยังไม่ครอบคลุมทั้งหมด และควรอ้างอิงรหัสที่สมบูรณ์เสมอในระหว่างการออกแบบระบบ การอ้างอิงถึงข้อความทั้งหมดอ้างอิงถึง ASME B31.1 เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น
หลังจากเลือกรหัสที่ถูกต้องแล้ว ผู้ออกแบบระบบต้องทบทวนข้อกำหนดการออกแบบเฉพาะระบบใดๆ ย่อหน้าที่ 122 (ตอนที่ 6) ให้ข้อกำหนดการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับระบบที่พบได้ทั่วไปในการใช้งานท่อไฟฟ้า เช่น ไอน้ำ น้ำป้อน การเป่าและการเป่าลง ท่อเครื่องมือวัด และระบบระบายแรงดัน ASME B31.3 มีย่อหน้าที่คล้ายกันกับ ASME B31.1 แต่มีรายละเอียดน้อยกว่า ข้อพิจารณาในย่อหน้าที่ 122 รวมถึงข้อกำหนดเกี่ยวกับแรงดันและอุณหภูมิเฉพาะระบบ ตลอดจนเขตอำนาจศาลต่างๆ ข้อจำกัดต่างๆ ที่อธิบายระหว่างตัวหม้อไอน้ำ ท่อภายนอกหม้อไอน้ำ และท่อภายนอกที่ไม่ใช่หม้อไอน้ำที่เชื่อมต่อกับท่อหม้อไอน้ำ ASME ส่วนที่ 1คำนิยาม รูปที่ 2 แสดงข้อจำกัดเหล่านี้ของดรัมบอยเลอร์
ผู้ออกแบบระบบต้องกำหนดความดันและอุณหภูมิที่ระบบจะทำงาน และเงื่อนไขที่ระบบควรได้รับการออกแบบให้เป็นไปตาม
ตามย่อหน้า 101.2 ความดันการออกแบบภายในจะต้องไม่น้อยกว่าความดันการทำงานต่อเนื่องสูงสุด (MSOP) ภายในระบบท่อ รวมถึงผลกระทบของหัวคงที่ ท่อภายใต้ความดันภายนอกจะต้องได้รับการออกแบบสำหรับความดันแตกต่างสูงสุดที่คาดไว้ภายใต้สภาวะการทำงาน การปิดเครื่อง หรือการทดสอบ นอกจากนี้ จำเป็นต้องพิจารณาผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ตามวรรค 101.4 หากการระบายความร้อนของของไหลมีแนวโน้มที่จะลดความดันในท่อให้ต่ำกว่าความดันบรรยากาศ ท่อจะต้องได้รับการออกแบบให้ทนต่อความดันภายนอกหรือ ต้องใช้มาตรการเพื่อทำลายสุญญากาศในสถานการณ์ที่การขยายตัวของของไหลอาจเพิ่มความดัน ระบบท่อควรได้รับการออกแบบให้ทนต่อแรงดันที่เพิ่มขึ้นหรือควรใช้มาตรการเพื่อลดแรงดันส่วนเกิน
เริ่มต้นในหัวข้อ 101.3.2 อุณหภูมิโลหะสำหรับการออกแบบท่อจะต้องเป็นตัวแทนของสภาวะที่คงอยู่สูงสุดที่คาดไว้ เพื่อความง่าย โดยทั่วไปจะถือว่าอุณหภูมิโลหะเท่ากับอุณหภูมิของไหล หากต้องการ สามารถใช้อุณหภูมิโลหะเฉลี่ยได้ตราบเท่าที่ทราบอุณหภูมิผนังด้านนอก นอกจากนี้ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับของไหลที่ดึงผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหรือจากอุปกรณ์การเผาไหม้เพื่อให้แน่ใจว่าสภาวะอุณหภูมิที่เลวร้ายที่สุดจะถูกนำมาพิจารณาด้วย
บ่อยครั้ง นักออกแบบเพิ่มค่าเผื่อความปลอดภัยให้กับแรงดันใช้งานสูงสุดและ/หรืออุณหภูมิ ขนาดของขอบขึ้นอยู่กับการใช้งาน สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาข้อจำกัดของวัสดุเมื่อกำหนดอุณหภูมิการออกแบบ การระบุอุณหภูมิการออกแบบที่สูง (มากกว่า 750 F) อาจต้องใช้วัสดุโลหะผสมมากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนมาตรฐาน ค่าความเค้นในภาคผนวก A ที่บังคับมีไว้สำหรับอุณหภูมิที่อนุญาตสำหรับวัสดุแต่ละชนิดเท่านั้น ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าคาร์บอนสามารถให้ค่าความเค้นสูงถึง 800 F เท่านั้น การสัมผัสกับเหล็กกล้าคาร์บอนเป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงกว่า 800 F อาจทำให้ท่อเกิดคาร์บอน ทำให้เปราะและมีแนวโน้มที่จะล้มเหลว หากใช้งานที่อุณหภูมิสูงกว่า 800 F ควรพิจารณาความเสียหายจากการคืบคืบที่เกี่ยวข้องกับเหล็กกล้าคาร์บอนด้วย ดูย่อหน้าที่ 124 สำหรับการอภิปรายทั้งหมดเกี่ยวกับขีดจำกัดอุณหภูมิของวัสดุ
บางครั้งวิศวกรยังสามารถระบุแรงดันทดสอบสำหรับแต่ละระบบได้ด้วย ย่อหน้าที่ 137 ให้คำแนะนำเกี่ยวกับการทดสอบความเค้น โดยทั่วไป การทดสอบไฮโดรสแตติกจะระบุที่ 1.5 เท่าของแรงดันในการออกแบบอย่างไรก็ตาม ห่วงและความเค้นตามยาวในท่อต้องไม่เกิน 90% ของกำลังรับน้ำหนักของวัสดุในวรรค 102.3.3 (B) ในระหว่างการทดสอบแรงดัน สำหรับระบบท่อภายนอกแบบไม่ใช้หม้อไอน้ำบางระบบ การทดสอบการรั่วไหลในบริการอาจเป็นวิธีการตรวจสอบการรั่วไหลที่ใช้งานได้จริงมากกว่าเนื่องจากความยากลำบากในการแยกชิ้นส่วนของระบบ หรือเพียงเพราะการกำหนดค่าระบบช่วยให้สามารถทดสอบการรั่วอย่างง่ายระหว่างการบริการครั้งแรกเห็นด้วย อันนี้ยอมรับได้
เมื่อกำหนดเงื่อนไขการออกแบบแล้ว สามารถระบุท่อได้ สิ่งแรกที่ต้องตัดสินใจคือวัสดุที่จะใช้ ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ วัสดุที่แตกต่างกันมีขีดจำกัดอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ย่อหน้าที่ 105 ให้ข้อจำกัดเพิ่มเติมเกี่ยวกับวัสดุท่อต่างๆ การเลือกวัสดุยังขึ้นอยู่กับของไหลในระบบ เช่น การใช้โลหะผสมนิกเกิลในการใช้งานท่อที่มีสารเคมีกัดกร่อน การใช้เหล็กกล้าไร้สนิมเพื่อให้อากาศสะอาดในเครื่องมือ หรือการใช้เหล็กกล้าคาร์บอนที่มีปริมาณโครเมียมสูง (มากกว่า 0.1%) เพื่อป้องกันการเร่งการไหล การกัดกร่อน Flow Accelerated Corrosion (FAC) เป็นปรากฏการณ์การกัดเซาะ/การกัดกร่อนที่แสดงให้เห็นแล้วว่าทำให้ผนังบางลงอย่างรุนแรงและท่อล้มเหลวในระบบท่อที่สำคัญที่สุดบางระบบ การไม่พิจารณาการทำให้ชิ้นส่วนท่อประปาบางลงอย่างเหมาะสมอาจส่งผลร้ายแรง เช่น ในปี 2550 เมื่อท่อลดความร้อนสูงที่โรงไฟฟ้า IATAN ของ KCP&L ระเบิด คร่าชีวิตคนงานสองคนและบาดเจ็บสาหัสหนึ่งในสาม
สมการที่ 7 และสมการที่ 9 ในย่อหน้าที่ 104.1.1 กำหนดความหนาของผนังขั้นต่ำที่ต้องการและความดันการออกแบบภายในสูงสุด ตามลำดับ สำหรับท่อตรงที่มีความดันภายใน ตัวแปรในสมการเหล่านี้รวมถึงความเค้นสูงสุดที่อนุญาต (จากภาคผนวก A ที่บังคับ) เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อ ปัจจัยด้านวัสดุ (ดังแสดงในตาราง 104.1.2 (A)) และค่าเผื่อความหนาเพิ่มเติมใด ๆ (ตามที่อธิบายด้านล่าง) ด้วยตัวแปรมากมายที่เกี่ยวข้อง การระบุวัสดุท่อที่เหมาะสม ค่าเล็กน้อย เส้นผ่านศูนย์กลางและความหนาของผนังสามารถเป็นกระบวนการซ้ำๆ ซึ่งอาจรวมถึงความเร็วของของไหล แรงดันตก และต้นทุนท่อและการสูบน้ำ โดยไม่คำนึงถึงการใช้งาน ความหนาของผนังขั้นต่ำที่จำเป็นจะต้องได้รับการตรวจสอบ
อาจเพิ่มค่าเผื่อความหนาเพิ่มเติมเพื่อชดเชยเหตุผลต่างๆ รวมถึง FAC อาจต้องใช้ค่าเผื่อเนื่องจากการถอดเกลียว ช่อง ฯลฯ วัสดุที่จำเป็นสำหรับการทำข้อต่อเชิงกล ตามย่อหน้า 102.4.2 ค่าเผื่อขั้นต่ำจะต้องเท่ากับความลึกของเกลียวบวกค่าเผื่อการตัดเฉือน อาจต้องใช้ค่าเผื่อนี้เพื่อเพิ่มความแข็งแรงเพื่อป้องกันความเสียหายของท่อ การยุบตัว การหย่อนมากเกินไป หรือการโก่งตัวเนื่องจากโหลดซ้อนทับหรือสาเหตุอื่นๆ ที่กล่าวถึงในย่อหน้า 102.4.4 นอกจากนี้ คุณยังสามารถเพิ่มค่าเผื่อลงในบัญชีสำหรับรอยเชื่อม (ย่อหน้า 102.4.3) และข้องอ (ย่อหน้า 102.4.5) ในที่สุด สามารถเพิ่มค่าเผื่อเพื่อชดเชยการกัดกร่อนและ/หรือการสึกกร่อน ความหนาของค่าเผื่อนี้ขึ้นอยู่กับดุลยพินิจของผู้ออกแบบ และต้องสอดคล้องกับอายุการใช้งานที่คาดไว้ของท่อตามวรรค 102.4.1
ภาคผนวก IV ที่เป็นทางเลือกจะให้คำแนะนำเกี่ยวกับการควบคุมการกัดกร่อน การเคลือบป้องกัน การป้องกัน cathodic และการแยกทางไฟฟ้า (เช่น หน้าแปลนที่เป็นฉนวน) ล้วนเป็นวิธีการป้องกันการสึกกร่อนภายนอกของท่อฝังหรือท่อที่จมอยู่ใต้น้ำ สารยับยั้งการกัดกร่อนหรือวัสดุบุผิวสามารถใช้เพื่อป้องกันการกัดกร่อนภายใน ควรใช้น้ำทดสอบไฮโดรสแตติกที่มีความบริสุทธิ์ที่เหมาะสม หากจำเป็น เพื่อระบายท่อออกให้หมดหลังจากการทดสอบไฮโดรสแตติก
ความหนาของผนังท่อขั้นต่ำหรือกำหนดการที่จำเป็นสำหรับการคำนวณก่อนหน้านี้อาจไม่คงที่ตลอดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ และอาจต้องการข้อกำหนดสำหรับกำหนดการที่แตกต่างกันสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางที่แตกต่างกัน กำหนดการที่เหมาะสมและค่าความหนาของผนังถูกกำหนดไว้ใน ASME B36.10 ท่อเหล็กหลอมแบบเชื่อมและไร้รอยต่อ
เมื่อระบุวัสดุท่อและดำเนินการคำนวณที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าค่าความเค้นสูงสุดที่อนุญาตที่ใช้ในการคำนวณนั้นตรงกับวัสดุที่ระบุ ตัวอย่างเช่น หากระบุท่อเหล็กกล้าไร้สนิม A312 304L ไม่ถูกต้องแทนที่จะเป็นท่อเหล็กกล้าไร้สนิม A312 304 ความหนาของผนังที่ให้มาอาจไม่เพียงพอเนื่องจากค่าความเค้นสูงสุดที่อนุญาตระหว่างวัสดุทั้งสองแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ในทำนองเดียวกัน จะต้องระบุวิธีการผลิตท่ออย่างเหมาะสม ตัวอย่างเช่น หากค่าความเค้นสูงสุดที่อนุญาตได้แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญระหว่างวัสดุทั้งสอง ค่าความเค้นสำหรับท่อไร้รอยต่อใช้สำหรับการคำนวณ ควรระบุท่อไร้รอยต่อ มิฉะนั้น ผู้ผลิต/ผู้ติดตั้งอาจเสนอท่อเชื่อมตะเข็บ ซึ่งอาจส่งผลให้ความหนาของผนังไม่เพียงพอเนื่องจากค่าความเครียดสูงสุดที่อนุญาตต่ำกว่า
ตัวอย่างเช่น สมมติว่าอุณหภูมิการออกแบบของท่อส่งคือ 300 F และแรงดันในการออกแบบคือ 1,200 psig.2″ และ 3″ จะใช้ลวดเหล็กกล้าคาร์บอน (ไร้รอยต่อ A53 เกรด B) กำหนดแผนท่อที่เหมาะสมเพื่อระบุให้ตรงตามข้อกำหนดของ ASME B31.1 สมการ 9 ประการแรก อธิบายเงื่อนไขการออกแบบ:
ถัดไป กำหนดค่าความเค้นสูงสุดที่อนุญาตสำหรับ A53 เกรด B ที่อุณหภูมิการออกแบบข้างต้นจากตาราง A-1 โปรดทราบว่าใช้ค่าสำหรับท่อไร้รอยต่อเนื่องจากระบุท่อไร้รอยต่อ:
ต้องเพิ่มค่าเผื่อความหนาด้วย สำหรับการใช้งานนี้ จะถือว่ามีค่าเผื่อการกัดกร่อน 1/16 นิ้ว ค่าเผื่อการกัดแยกต่างหากจะถูกเพิ่มในภายหลัง
3 นิ้วท่อจะถูกระบุก่อน สมมติว่าท่อ Schedule 40 และค่าเผื่อการกัด 12.5% ​​ให้คำนวณแรงดันสูงสุด:
ท่อกำหนดการ 40 เป็นที่น่าพอใจสำหรับท่อขนาด 3 นิ้วในเงื่อนไขการออกแบบที่ระบุข้างต้น ถัดไป ตรวจสอบ 2 นิ้ว ท่อส่งใช้สมมติฐานเดียวกัน:
2 นิ้ว ภายใต้เงื่อนไขการออกแบบที่ระบุข้างต้น ท่อจะต้องมีความหนาของผนังที่หนากว่าตารางที่ 40 ลอง 2 นิ้ว ตารางที่ 80 ท่อ:
แม้ว่าความหนาของผนังท่อมักเป็นปัจจัยจำกัดในการออกแบบแรงดัน แต่ก็ยังมีความสำคัญที่จะต้องตรวจสอบว่าอุปกรณ์ ส่วนประกอบ และการเชื่อมต่อที่ใช้นั้นเหมาะสมกับเงื่อนไขการออกแบบที่ระบุ
ตามกฎทั่วไป ตามวรรค 104.2, 104.7.1, 106 และ 107 วาล์ว ข้อต่อ และส่วนประกอบที่มีแรงดันอื่น ๆ ทั้งหมดที่ผลิตขึ้นตามมาตรฐานที่ระบุไว้ในตาราง 126.1 จะถือว่าเหมาะสมสำหรับการใช้งานภายใต้สภาวะการทำงานปกติหรือต่ำกว่าค่าพิกัดอุณหภูมิความดันมาตรฐานที่ระบุใน ผู้ใช้ควรตระหนักว่าหากมาตรฐานหรือผู้ผลิตบางรายอาจกำหนดขีดจำกัดความเบี่ยงเบนจากการทำงานปกติที่เข้มงวดกว่าที่ระบุไว้ใน ASME B3 1.1 ให้ใช้ข้อจำกัดที่เข้มงวดกว่านี้
ที่ทางแยกท่อ ขอแนะนำให้ใช้ทีออฟ ทางขวาง ทางขวาง รอยเชื่อมกิ่ง ฯลฯ ที่ผลิตขึ้นตามมาตรฐานที่ระบุไว้ในตาราง 126.1 ในบางกรณี จุดตัดท่ออาจต้องการการเชื่อมต่อแบบแยกสาขา ย่อหน้า 104.3.1 ให้ข้อกำหนดเพิ่มเติมสำหรับการเชื่อมต่อแบบแยกเพื่อให้แน่ใจว่ามีวัสดุท่อเพียงพอที่จะทนต่อแรงดัน
เพื่อทำให้การออกแบบง่ายขึ้น ผู้ออกแบบอาจเลือกที่จะกำหนดเงื่อนไขการออกแบบให้สูงขึ้นเพื่อให้เป็นไปตามระดับความดันของหน้าแปลน (เช่น ASME ระดับ 150, 300 เป็นต้น) ตามที่กำหนดโดยระดับอุณหภูมิความดันสำหรับวัสดุเฉพาะที่ระบุใน ASME B16 .5 หน้าแปลนท่อและข้อต่อหน้าแปลน หรือมาตรฐานที่คล้ายคลึงกันซึ่งระบุไว้ในตาราง 126.1 ซึ่งเป็นที่ยอมรับได้ตราบเท่าที่ไม่ส่งผลให้ความหนาของผนังหรือการออกแบบส่วนประกอบอื่นเพิ่มขึ้นโดยไม่จำเป็น
ส่วนสำคัญของการออกแบบท่อคือการทำให้มั่นใจว่าความสมบูรณ์ของโครงสร้างของระบบท่อจะคงอยู่เมื่อผลกระทบของแรงดัน อุณหภูมิ และแรงภายนอกถูกนำมาใช้ ความสมบูรณ์ของโครงสร้างระบบมักถูกมองข้ามในกระบวนการออกแบบ และหากทำได้ไม่ดี อาจเป็นหนึ่งในส่วนที่มีราคาแพงกว่าของการออกแบบ ความสมบูรณ์ของโครงสร้างมีการกล่าวถึงในสองส่วนหลัก ย่อหน้าที่ 104.8: การวิเคราะห์ส่วนประกอบของท่อส่ง และย่อหน้าที่ 119: การขยายและความยืดหยุ่น
ย่อหน้า 104.8 แสดงรายการสูตรรหัสพื้นฐานที่ใช้ในการพิจารณาว่าระบบท่อเกินความเค้นที่อนุญาตหรือไม่ สมการรหัสเหล่านี้เรียกกันโดยทั่วไปว่า โหลดต่อเนื่อง โหลดเป็นครั้งคราว และโหลดดิสเพลสเมนต์ โหลดที่ยั่งยืนคือผลกระทบของแรงดันและน้ำหนักต่อระบบท่อ โหลดโดยบังเอิญคือโหลดต่อเนื่องบวกกับแรงลมที่เป็นไปได้ โหลดแผ่นดินไหว บนภาระอื่นๆ โดยไม่ตั้งใจในเวลาเดียวกัน ดังนั้น ภาระที่เกิดขึ้นแต่ละครั้งจะเป็นกรณีภาระที่แยกจากกัน ณ เวลาที่ทำการวิเคราะห์ ภาระการเคลื่อนตัวคือผลกระทบของการเจริญเติบโตทางความร้อน การเคลื่อนตัวของอุปกรณ์ระหว่างการทำงาน หรือภาระการเคลื่อนตัวอื่นๆ
ย่อหน้าที่ 119 กล่าวถึงวิธีจัดการกับการขยายตัวของท่อและความยืดหยุ่นในระบบท่อและวิธีการกำหนดภาระปฏิกิริยา ความยืดหยุ่นของระบบท่อมักมีความสำคัญที่สุดในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ เนื่องจากการเชื่อมต่ออุปกรณ์ส่วนใหญ่สามารถทนต่อแรงและโมเมนต์ขั้นต่ำที่จุดเชื่อมต่อเท่านั้น ในกรณีส่วนใหญ่ การเติบโตทางความร้อนของระบบท่อมีผลมากที่สุดต่อโหลดปฏิกิริยา ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องควบคุมการเติบโตทางความร้อนในระบบให้สอดคล้องกัน
เพื่อรองรับความยืดหยุ่นของระบบท่อและเพื่อให้แน่ใจว่าระบบได้รับการสนับสนุนอย่างเหมาะสม แนวปฏิบัติที่ดีในการรองรับท่อเหล็กตามตาราง 121.5 หากผู้ออกแบบพยายามที่จะปฏิบัติตามระยะห่างระหว่างส่วนรองรับมาตรฐานสำหรับตารางนี้ ผู้ออกแบบจะทำสามสิ่งให้สำเร็จ: ลดการโก่งตัวของน้ำหนักตัวเอง ลดการรับน้ำหนักที่ต่อเนื่อง และเพิ่มความเครียดที่มีอยู่สำหรับภาระการเคลื่อนตัว หากผู้ออกแบบวางส่วนรองรับตามตาราง 121.5 โดยทั่วไปจะทำให้ได้น้ำหนักตัวเองน้อยกว่า 1/8 นิ้ว การเคลื่อนตัวหรือการลดลงระหว่างที่รองรับท่อ การเบี่ยงเบนน้ำหนักตัวเองให้น้อยที่สุดช่วยลดโอกาสการควบแน่นในท่อที่บรรทุกไอน้ำหรือก๊าซ การปฏิบัติตามคำแนะนำระยะห่างในตาราง 121.5 ยังช่วยให้ผู้ออกแบบลดความเค้นต่อเนื่องในท่อลงเหลือประมาณ 50% ของค่าที่อนุญาตอย่างต่อเนื่องของรหัส ตามสมการ 1B ความเค้นที่อนุญาตสำหรับโหลดการเคลื่อนตัวจะสัมพันธ์ผกผันกับโหลดที่ต่อเนื่อง ดังนั้น ด้วยการลดภาระที่ต่อเนื่องให้เหลือน้อยที่สุด ความทนทานต่อความเครียดจากการเคลื่อนที่สามารถขยายได้สูงสุด ระยะห่างที่แนะนำสำหรับส่วนรองรับท่อแสดงในรูปที่ 3
เพื่อช่วยให้มั่นใจว่าโหลดปฏิกิริยาของระบบท่อได้รับการพิจารณาอย่างเหมาะสมและตรงตามความเค้นของรหัส วิธีการทั่วไปคือการวิเคราะห์ความเค้นของท่อโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยของระบบ มีแพ็คเกจซอฟต์แวร์การวิเคราะห์ความเค้นของท่อส่งที่แตกต่างกันหลายชุด เช่น Bentley AutoPIPE, Intergraph Caesar II, Piping Solutions Tri-Flex หรือหนึ่งในแพ็คเกจอื่นๆ ที่มีจำหน่ายทั่วไป ข้อดีของการใช้การวิเคราะห์ความเค้นของท่อโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยคือช่วยให้ผู้ออกแบบสร้างแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ของระบบท่อได้ง่าย การตรวจสอบและความสามารถในการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าที่จำเป็น รูปที่ 4 แสดงตัวอย่างการสร้างแบบจำลองและการวิเคราะห์ส่วนของไปป์ไลน์
เมื่อออกแบบระบบใหม่ โดยทั่วไปแล้วผู้ออกแบบระบบจะระบุว่าท่อและส่วนประกอบทั้งหมดควรได้รับการประดิษฐ์ เชื่อม ประกอบ ฯลฯ ตามที่กำหนดโดยใช้รหัสใดก็ตาม อย่างไรก็ตาม ในการติดตั้งเพิ่มเติมบางอย่างหรือการใช้งานอื่นๆ อาจเป็นประโยชน์สำหรับวิศวกรที่ได้รับมอบหมายในการให้คำแนะนำเกี่ยวกับเทคนิคการผลิตบางอย่าง ตามที่อธิบายไว้ในบทที่ V
ปัญหาทั่วไปที่พบในการติดตั้งเพิ่มเติมคือการอุ่นเครื่องเชื่อม (ย่อหน้าที่ 131) และการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม (ย่อหน้าที่ 132) นอกจากประโยชน์อื่นๆ แล้ว การอบชุบด้วยความร้อนเหล่านี้ยังใช้เพื่อลดความเครียด ป้องกันการแตกร้าว และเพิ่มความแข็งแรงในการเชื่อม รายการที่ส่งผลต่อข้อกำหนดการรักษาความร้อนก่อนเชื่อมและหลังการเชื่อมรวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียง ต่อไปนี้: การจัดกลุ่มหมายเลข P เคมีของวัสดุ และความหนาของวัสดุบริเวณรอยต่อที่จะเชื่อม วัสดุแต่ละชนิดที่ระบุไว้ในภาคผนวก A ที่บังคับ มีหมายเลข P ที่กำหนดไว้ สำหรับการอุ่นล่วงหน้า ย่อหน้าที่ 131 ให้อุณหภูมิต่ำสุดที่โลหะฐานต้องได้รับความร้อนก่อนที่จะเกิดการเชื่อม สำหรับ PWHT ตารางที่ 132 แสดงช่วงอุณหภูมิที่คงไว้และระยะเวลาที่จะรักษาพื้นที่เชื่อม อัตราการให้ความร้อนและความเย็น วิธีการวัดอุณหภูมิ เทคนิคการให้ความร้อน และขั้นตอนอื่นๆ
อีกประเด็นที่น่ากังวลในระบบท่อที่มีแรงดันคือการโค้งงอของท่อ การดัดท่ออาจทำให้ผนังบางลง ส่งผลให้ความหนาของผนังไม่เพียงพอ ตามวรรค 102.4.5 โค้ดนี้อนุญาตให้โค้งงอได้ตราบเท่าที่ความหนาของผนังขั้นต่ำเป็นไปตามสูตรเดียวกับที่ใช้ในการคำนวณความหนาของผนังขั้นต่ำสำหรับท่อตรง โดยปกติ ค่าเผื่อจะเพิ่มไปยังบัญชีสำหรับความหนาของผนัง ตาราง 102.4.5 ระบุค่าเผื่อการลดการโค้งงอที่แนะนำสำหรับรัศมีการโค้งงอต่างๆ ต้องมีการอบชุบด้วยความร้อนก่อนการดัดและ/หรือหลังการดัด ย่อหน้า 129 ให้คำแนะนำเกี่ยวกับการผลิตข้องอ
สำหรับระบบท่อแรงดันจำนวนมาก จำเป็นต้องติดตั้งวาล์วนิรภัยหรือวาล์วระบายเพื่อป้องกันแรงดันเกินในระบบ สำหรับการใช้งานเหล่านี้ ภาคผนวก II: กฎการออกแบบการติดตั้งวาล์วนิรภัยเป็นทางเลือกเป็นทรัพยากรที่มีค่ามากแต่บางครั้งก็ไม่ค่อยมีใครรู้จัก
ตามวรรค II-1.2 วาล์วนิรภัยมีลักษณะการทำงานแบบป็อปอัพที่เปิดเต็มที่สำหรับบริการก๊าซหรือไอน้ำ ในขณะที่วาล์วนิรภัยเปิดเมื่อเทียบกับแรงดันคงที่ต้นทางและใช้สำหรับบริการของเหลวเป็นหลัก
หน่วยวาล์วนิรภัยมีลักษณะเฉพาะโดยไม่ว่าจะเป็นระบบระบายเปิดหรือปิด ในไอเสียแบบเปิด ข้อศอกที่ทางออกของวาล์วนิรภัยมักจะระบายออกสู่ท่อไอเสียสู่บรรยากาศ โดยปกติแล้ว สิ่งนี้จะส่งผลให้แรงดันย้อนกลับน้อยลง หากสร้างแรงดันย้อนกลับเพียงพอในท่อไอเสีย ส่วนหนึ่งของก๊าซไอเสียอาจถูกขับออกหรือไหลย้อนกลับจากปลายทางเข้าของท่อไอเสีย ขนาดของท่อไอเสียควรใหญ่พอที่จะป้องกันการย้อนกลับในการใช้งานช่องระบายอากาศแบบปิด ความดันจะเพิ่มขึ้นที่ทางออกของวาล์วระบายเนื่องจากการอัดอากาศในท่อระบายอากาศ ท่อระบายอากาศ ซึ่งอาจทำให้คลื่นแรงดันแพร่กระจาย ในย่อหน้าที่ II-2.2.2 ขอแนะนำให้แรงดันการออกแบบของท่อระบายแบบปิดสูงกว่าแรงดันใช้งานในสภาวะคงที่อย่างน้อยสองเท่า รูปที่ 5 และ 6 แสดงการติดตั้งวาล์วนิรภัยเปิดและปิดตามลำดับ
การติดตั้งวาล์วนิรภัยอาจอยู่ภายใต้แรงต่างๆ ตามที่สรุปไว้ในวรรค II-2 แรงเหล่านี้รวมถึงผลกระทบจากการขยายตัวทางความร้อน การทำงานร่วมกันของวาล์วระบายหลายตัวที่ระบายออกพร้อมกัน ผลกระทบจากแผ่นดินไหวและ/หรือการสั่นสะเทือน และผลกระทบจากแรงดันในระหว่างเหตุการณ์ระบายแรงดัน แม้ว่าแรงดันในการออกแบบจนถึงทางออกของวาล์วนิรภัยควรตรงกับแรงดันการออกแบบของท่อลง แต่แรงดันในการออกแบบในระบบระบายจะขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของระบบระบายและลักษณะของวาล์วนิรภัย สมการระบุไว้ในวรรค II-2.2 สำหรับการกำหนดแรงดันและความเร็ว ที่ข้อศอกด้านปล่อย ทางเข้าของท่อระบาย และทางออกของท่อระบายสำหรับระบบเปิดและปิด การใช้ข้อมูลนี้ แรงปฏิกิริยาที่จุดต่างๆ ในระบบไอเสียสามารถคำนวณและคำนวณได้
ตัวอย่างปัญหาสำหรับแอปพลิเคชันการระบายแบบเปิดมีอยู่ในย่อหน้าที่ II-7 มีวิธีการอื่นสำหรับการคำนวณลักษณะการไหลในระบบระบายวาล์วระบาย และผู้อ่านควรตรวจสอบว่าวิธีการที่ใช้นั้นค่อนข้างอนุรักษ์นิยมเพียงพอ วิธีหนึ่งดังกล่าวอธิบายโดย GS Liao ใน "การวิเคราะห์กลุ่มไอเสียของวาล์วระบายแรงดันและความปลอดภัยในโรงไฟฟ้า" ที่เผยแพร่โดย ASME ในวารสารวิศวกรรมไฟฟ้า เดือนตุลาคม 1975
ตำแหน่งของวาล์วนิรภัยควรรักษาระยะห่างขั้นต่ำของท่อตรงจากการโค้งงอใดๆ ระยะทางขั้นต่ำนี้ขึ้นอยู่กับการบริการและรูปทรงของระบบตามที่กำหนดในวรรค II-5.2.1 สำหรับการติดตั้งด้วยวาล์วระบายหลายตัว ระยะห่างที่แนะนำสำหรับการเชื่อมต่อสาขาวาล์วขึ้นอยู่กับรัศมีของสาขาและท่อบริการ ดังที่แสดงในหมายเหตุ (10)(c) ของตาราง D-1 ตามวรรค II-5.7.1 อาจจำเป็นต้องเชื่อมต่อส่วนรองรับท่อที่อยู่ที่วาล์วระบายเข้ากับ เดินท่อแทนโครงสร้างที่อยู่ติดกันเพื่อลดผลกระทบของการขยายตัวทางความร้อนและอันตรกิริยาของแผ่นดินไหว บทสรุปของข้อควรพิจารณาในการออกแบบเหล่านี้และอื่นๆ ในการออกแบบชุดประกอบวาล์วนิรภัยมีอยู่ในย่อหน้าที่ II-5
เห็นได้ชัดว่า ไม่สามารถครอบคลุมข้อกำหนดการออกแบบทั้งหมดของ ASME B31 ภายในขอบเขตของบทความนี้ แต่วิศวกรที่ได้รับมอบหมายที่เกี่ยวข้องในการออกแบบระบบท่อแรงดันอย่างน้อยควรคุ้นเคยกับรหัสการออกแบบนี้ หวังว่าข้อมูลข้างต้น ผู้อ่านจะพบว่า ASME B31 เป็นทรัพยากรที่มีค่าและเข้าถึงได้มากขึ้น
Monte K. Engelkemier เป็นหัวหน้าโครงการของ Stanley Consultants Engelkemier เป็นสมาชิกของ Iowa Engineering Society, NSPE และ ASME และทำหน้าที่ใน B31.1 Electrical Piping Code Committee และอนุกรรมการ เขามีประสบการณ์มากกว่า 12 ปีในการจัดวางระบบท่อ การออกแบบ การประเมินการค้ำยัน และการวิเคราะห์ความเครียด Matt Wilkey เป็นวิศวกรเครื่องกลที่ Stanley Consultants เขามีประสบการณ์ระดับมืออาชีพกว่า 6 ปีในการออกแบบระบบท่อสำหรับหลากหลาย ลูกค้าสาธารณูปโภค เทศบาล สถาบัน และอุตสาหกรรม และเป็นสมาชิกของ ASME และสมาคมวิศวกรรมไอโอวา
คุณมีประสบการณ์และความเชี่ยวชาญในหัวข้อที่กล่าวถึงในเนื้อหานี้หรือไม่ คุณควรพิจารณาที่จะมีส่วนร่วมกับทีมบรรณาธิการ CFE Media ของเราและรับการยอมรับที่คุณและบริษัทของคุณสมควรได้รับ คลิกที่นี่เพื่อเริ่มกระบวนการ