Данная статья будет интересна, в первую очередь тем, кто по воле случая сталкивается и работает с иностранными нормативными документами по расчету на прочность трубопроводных систем -
она будет касаться сравнительного анализа двух наиболее востребованных и похожих американских нормативных документов: ASME B31.1 и ASME B31.3.
Что это за нормативы и в чем их основное отличие?
Где граница использования одного, и с какого места она начинается у другого?
Как некорректное использование указанных норм влияет на результаты расчета?
Вот те основные вопросы, ответы на которые вы сможете найти сегодня.
Что такое ASME B31.3 или Норматив для технологических трубопроводов?
ASME B31.3 или Норматив для технологических трубопроводов, содержит правила проектирования трубопроводов для нефтеперерабатывающих заводов; береговых и морских объектов добычи нефти и природного газа; химических, фармацевтических, текстильных, бумажных, горнообогатительных, полупроводниковых и криогенных заводов; предприятий по переработке пищевых продуктов и напитков; а также связанных с ними перерабатывающих заводов и терминалов. Этот норматив известен как Первоисточник для профессионалов, занимающихся технологическими трубопроводами. Таким образом, этот норматив диктует конструктивные советы для технологических установок.
Исключением являются:
- трубопроводные системы, предназначенные для внутреннего избыточного давления больше нуля, но меньшего чем 105 кПа, при условии, что обрабатываемая среда является неогнеопасной, нетоксичной и не наносит время человеческим тканям, а ее расчетная температура находится в пределах от –29°С до 186°С;
- энергетические котлы в соответствии со сборником правил для водогрейных котлов и сосудов под давлением и внешний трубопровод бойлеров, который должен удовлетворять требованиям В31.1;
- трубки, трубчатые коллекторы, П-образные колена и манифольды огневых нагревателей, которые находятся внутри корпуса нагревателя;
- сосуды под давлением, теплообменники, насосы, компрессоры и другое оборудование по обработке или переработке среды, включая внутренние трубопроводы и присоединения для внешнего трубопровода.
Что такое ASME B31.1 или Норматив для энергетических трубопроводов?
ASME B31.1 или Норматив для энергетических трубопроводов, содержит правила для трубопроводов, обычно используемых на электростанциях, промышленных и ведомственных установках, геотермальных системах отопления, а также в системах центрального и централизованного отопления и охлаждения. Этот норматив очень важен для специалистов по энергетическим трубопроводам, поскольку он регулирует правила проектирования энергетических станций.
Этот норматив охватывает внешний трубопровод водогрейных котлов, для энергетических котлов и водогрейных котлов высокой температуры и высокого давления, в которых: пар генерируется под давлением более 100 кПа избыточного давления; и вода высокой температуры генерируется при давлениях, превышающих 1103 кПа избыточного давления и/или температуре, превышающей 120°C.
Разница между ASME В31.3 и ASME В31.1.
Из сказанного выше понятно, что нормативы ASME B31.3 и ASME B31.1 различны и применяются в разных отраслях и для разных условий эксплуатации. Оба они связаны с аспектами проектирования трубопроводов, но различаются по конструктивным соображениям. Для более простого понимания, ниже, представлена таблица основных различий, которые прописаны в этих нормативах.
|
№ |
Параметр |
ASME B 31.3 |
ASME B 31.1 |
|
1 |
Область применения |
Содержит правила для технологических или химических предприятий |
Содержит правила для энергостанций |
|
2 |
Основное допускаемое напряжение материала |
Основное допускаемое значение напряжения материала выше (например, допустимое значение напряжения для материала A 106 B при 250 ° C составляет 132 МПа по нормативу) |
Основное допускаемое значение напряжения материала ниже (например, допустимое значение напряжения для материала A 106 B при 250 ° C составляет 118 МПа по нормативу) |
|
3 |
Допускаемый прогиб (В устойчивом состоянии) |
B31.3 конкретно не говорит ни о каком пределе допустимого прогиба. Считается, что допускаемый прогиб до 15 мм приемлем. |
B31.1 четко говорит о величине допускаемого прогиба в 2.5 мм. |
|
4 |
Запас прочности |
B31.3 использует запас прочности 3; что ниже, чем в B31.1. |
B31.1 использует запас прочности 4, для обеспечения более высокой надежности |
|
5 |
Максимальные значения Sc и Sh** |
Максимальное значение Sc и Sh ограничено 138 МПа. |
Максимальное значение Sc и Sh составляет 138 МПа только в том случае, если минимальная прочность материала на растяжение составляет 480 |
|
6 |
Допускаемое напряжение при кратковременных напряжениях |
Допускаемый коэффициент кратковременных напряжений 1.33 раза от Sh |
Допускаемый коэффициент кратковременных напряжений составляет от 1,15 до 1,20 раза от Sh |
|
7 |
Определение Sh |
Определяется как минимальное из: |
Определяется как минимальное из: |
|
8 |
Уравнение для расчета толщины стенки трубы |
Уравнение справедливо при t<D/6 |
Такого ограничения при расчете толщины стенок не существует. Однако, добавляется ограничение на максимальное расчетное давление. |
|
9 |
Расчет постоянных напряжений |
Усилен осевой силой, используется изгибающий момент в плане и из плана. |
Используется результирующий момент. |
|
10 |
Расчет продольных напряжений |
Усилен крутящим моментом от действия продольной нагрузки. |
Используется результирующий момент от продольных напрузок. |
|
11 |
Методика расчета SIF |
B31.3 использует комплексных подход для учета SIF: в плане и из плана. |
B31.1 использует упрощенный подход для учета SIF, один. |
|
12 |
SIF* на переходах |
ASME B 31.3 не использует SIF (SIF=1.0) для расчета напряжений в переходе |
B31.1 использует мах SIF = 2.0 при расчете переходов. |
|
13 |
SIF для стыковых сварных соединений |
Использует SIF = 1.0 |
Использует SIF до 1.9 мах, при расчете напряжений. |
|
14 |
Сопротивление сечения трубы, Z, для постоянных и кратковременных напряжений |
При расчете постоянных и кратковременных напряжений, уменьшается толщина стенки за счет коррозии и остальных припуском. |
B31.1 вычисляет сопротивление с использованием номинальной толщины стенки. Толщина не уменьшается за счет коррозии и других припусков. |
|
15 |
Правила использования материалов ниже минус 29 град С |
Имеет правила использования материалов ниже -29 град C |
Не имеет правил использования материалов ниже -29 град C. |
|
16 |
Мах значение коэффициента диапазона циклических напряжений |
Мах значение коэффициента f равно 1.2 |
Мах значение коэффициента f равно 1.0 |
|
17 |
Срок службы |
Технологические трубопроводы обычно рассчитываются на срок службы от 20 до 30 лет. |
Энергетические трубопроводы обычно рассчитываются срок службы 40 и более лет. |
Обратите внимание, что оба норматива также ссылаются на консервативные значения SA***, f(1.25Sc + 0.2Sh), которые могут быть использованы вместо более современных допустимых f(1.25Sc + 1.25Sh- S1). Изменения в формулах связаны с прогрессом компьютерных технологий.
*SIF - коэффициент интенсивности напряжений
**Sc и Sh - допускаемое напряжение материала в холодном состоянии и при рабочей температуре (в горячем состоянии)
***SA – допустимое продольное напряжение
В таблице ниже, показана приблизительная оценка различных значений напряжений одной и той же системы с изменением норматива в программном комплексе Hexagon CAESAR II.
Таблица 1. Сравнение результатов расчета.
Напряжения |
ASME B31.3 |
ASME B31.1 |
|
Постоянные |
|
|
|
Продольные |
|
|
|
Кратковременные |
|
|
Результаты сравнительного анализа показали отличие в подходе к вычислению напряжений и то, что норматив ASME B31.1 является более жестким по своим требованиям, чем ASME B31.3. Однако это совсем не означает, что его нужно применять в тех сферах прокладки трубопровода, для которых он не предназначен.
Расчет по указанным нормативным документам корректно проводить в верифицированных программных комплексах, к которым относятся Hexagon CAESAR II и Bentley AutoPIPE.
Используйте правильный нормативный документ. Работайте с удовольствием!