Ефективне використання стандартів ASME B16.5 для номінального тиску фланця

Інженери покладаються на стандарти та коди ASME/ANSI при проектуванні та будівництві систем трубопроводів, щоб гарантувати, що вони відповідають певним вимогам цілісності тиску.

Ці коди та стандарти забезпечують критерії, необхідні для визначення характеристик цілісності тиску та спрощення принципів проектування.

Розуміння різниці між стандартами та правилами допомагає розробникам проектувати деталі та специфікації компонентів.

Стандарти трубопроводів містять критерії та принципи проектування системи трубопроводів. Загальні критерії та правила включають:

• Допустимі будівельні матеріали

• Допустимі робочі напруги

• Мінімальна товщина стінки

• Поведінка конструкції під впливом внутрішнього тиску, власної ваги, сейсмічних навантажень, накладених навантажень, теплового розширення та інших вимушених внутрішніх або зовнішніх навантажень

Коди трубопроводів НІ надати принципи проектування стандартних вбудованих компонентів, таких як клапани, фланці та стандартні фітинги.

Натомість вони визначають вимоги до конструкції для цих класів компонентів з посиланням на галузеві стандарти.

Стандарти трубопроводів містять детальні критерії проектування та правила для конкретних компонентів або класів компонентів, таких як клапани, фланці та фітинги. Є два загальні типи стандартів:

• Розмірні стандарти: Ці стандарти надають параметри для керування конфігураціями компонентів. Основною метою стандартів розмірів є забезпечення фізичної взаємозамінності подібних частин, вироблених різними постачальниками.

  Відповідність певним стандартам розмірів при виготовленні виробу не означає, що всі вироби з однаковою конфігурацією забезпечуватимуть однакову продуктивність.

• Стандарти цілісності тиску: Ці стандарти забезпечити єдині мінімальні критерії ефективності. Компоненти, розроблені та виготовлені за однаковими стандартами, працюватимуть однаково.

  Однак цілісність тиску не дорівнює цілісності витоку. Під час випробувань та експлуатації цілісність тиску є лише гарантією герметичності і не враховує додаткових напруг або структурної стабільності кордону тиску.

Кілька різних стандартів ASME для компонентів трубопроводів надають номінальні значення тиску та температури в розділах «Довідкові коди та стандарти».

Відповідно до ASME B16.5, 2017 існують:

• 8 груп матеріалів з вуглецевої та низьколегованої сталі

• 10 груп матеріалів високолегованих сталей

• 16 груп кольорових металів.

У кожній із 34 груп матеріалів є підгрупа, що містить специфікації матеріалів ASTM для поковок, відливок і пластин.

Частковий підсумок різних груп і підгруп матеріалів представлено в таблиці A1.1.

Також значення тиску в таблицях U1.1, U2.1 і U2.2 наведені для груп матеріалів 1.1, 2.1 і 2.2.

Повні списки та таблиці можна знайти в ASME B16.5, 2017: «Трубні фланці та фланцеві фітинги: метричний/дюймовий стандарт від NPS 1/2 до NPS 24».

Усі фланці, виготовлені з будь-якого матеріалу в одній групі, які мають однаковий номінальний тиск фланця ASME, мають однаковий номінальний тиск і температуру для будь-якої окремої групи матеріалів.

ASME B16.5 передбачає сім класів тиску для фланців.

Це класи 150, 300, 400, 600, 900, 1500 і 2500.

Номінальні значення тиску та температури для фланців, що представляють усі групи матеріалів, організовано в 44 таблицях, одна з яких міститься в ASME B16.5, 2017, для кожної групи або підгрупи матеріалів.

Таблиця U2.1 адаптована з ASME B16.5 і є типовою для 34 таблиць номінальних значень фланців, що дають номінальні значення тиску та температури для фланців групи матеріалів 2.1.

Таблиця організована з класами тиску, переліченими у верхній частині, і максимальними робочими температурами вздовж лівого краю.

Основна частина таблиці надає значення тиску для фланців кожного класу тиску при заданій температурі.

На практиці застосування стандарту ASME B16.5 для визначення номінального значення фланця досить просте. Рекомендований триетапний процес описано нижче.

1. Визначте максимальний робочий тиск і температуру для необхідного фланця.

2. Виберіть матеріал фланця, а отже, групу матеріалів з однієї з 44 груп матеріалів у списку. Зауважте, що кваліфікаційні примітки щодо максимальних робочих температур для різних матеріалів можуть вплинути на остаточний вибір матеріалу.

3. Зверніться до відповідної таблиці групи матеріалів, починаючи з указаної температури на один градус вище бажаної максимальної робочої температури. Почніть зі стовпця Class 150 і продовжуйте вправо, доки не знайдете номінальний тиск для бажаної температури, який дорівнює або перевищує необхідний робочий тиск.

У відповідній колонці буде вказано необхідний клас тиску та визначено фактичний тиск і температуру фланця.

Наприклад, припустимо, що фланець з нержавіючої сталі ASTM A182-F316 потрібен для номінального тиску 850 psig (5860 кПа, 58,6 бар) при 650°F (343°C).

ASTM A182 є матеріалом із групи матеріалів 2.2.

Використовуючи таблицю U2.2, було встановлено, що при 650°F (343°C) фланець класу 600 має номінальний тиск 890 psig (6136 кПа) при 650°F (343°C).

Таким чином, фланець ASTM A182 класу 600 підходить для зазначених умов.

Таблиця A1.1 Частковий перелік матеріалів, які використовуються для виготовлення фланців ASME B16.5

Таблиця U1.1 Номінальні значення тиску та температури для фланців ASME B16.5, виготовлених із матеріалів групи 1.1 Матеріали

Таблиця U2.1 Номінальні значення тиску та температури для фланців ASME B16.5, виготовлених із матеріалів групи 2.1 Матеріали

Таблиця U2.2 Номінальні значення тиску та температури для фланців ASME B16.5, виготовлених із матеріалів групи 2.2 Матеріали