INGINERIA MECANICA A SISTEMELOR DE CONDUCTE |
|
CUPRINS: Capitolul 1 SISTEMELE DE CONDUCTE (SC) - O PROFESIUNE MECANICĂ ÎN SINE 1.1. Scurtă introducere 3 1.2. Sisteme de conducte 4 1.2.1. Inginerul de conducte - băiatul bun la toate 6 1.2.2. Legăturile cu alte specialităţi 7 1.3. Utilitatea manualului 7 1.4. Ingineria mecanică a unui SC 9 Bibliografie 9 Capitolul 2 CLASE DE CONDUCTE - DEFINIRE ŞI CONŢINUT 2.1. Definirea şi conţinutul unei clase de conducte 13 2.1.1. Unele cerinţe de proiectare care trebuie avute în vedere la întocmirea unei CC 13 2.1.2. Modul de întocmire al unei clase de conducte 15 2.1.3. Note generale privind elementele unei clase de conducte 19 2.1.4. Note specifice privind conţinutul unei clase de conducte 19 2.2. Principalele date pentru clasele de conducte 21 2.2.1. Stabilirea parametrilor de operare şi de calcul şi a materialelor de execuţie 21 2.2.1.1. Presiunea de calcul (de proiectare) cf. ASME B31.3 21 2.2.1.2. Temperatura de clacul (de proiectare) 21 2.2.2. Domeniul (ratingul) de presiune temperaturi pentru materiale şi elemente de conducte 24 2.3. Principalele elemente de conducte 25 2.3.1. Ţevi, tuburi 25 2.3.2. Coturi, curbe, coturi din segmenţi 25 2.3.2.1. Coturi 25 2.3.2.2. Curbe 26 2.3.2.3. Coturi din segmenţi 26 2.3.3. Ramificaţii 27 2.3.3.1. Tipuri de ramificaţii 27 2.3.3.2. Ramificaţii cu sau fără inel de întărire (compensare sau consolidare) 27 2.3.3.3. Ramificaţiile de tipul o-let 29 2.3.3.4. Ramificaţii cu consolidare integrală 30 2.3.3.5. Ramificaţii conform ASME B31.4 31 2.3.4. Flanşe clasice (convenţionale) 31 2.3.5. Alte tipuri de flanşe şi îmbinări demontabile 33 2.3.5.1. Flanşe SPO COMPACT 33 2.3.5.2. Îmbinările mecanice de tipul GROOVED PIPE JOINT (GPJ) 35 2.3.5.3. Îmbinare mecanică de tip PRESSFIT 37 2.3.5.4. Îmbinările mecanice de tipul PIPE CLAMP CONNECTION (PCC) 38 2.3.5.5. Garnituri 40 2.3.5.6. Presiunea maximă admisibilă de lucru (MAWP) 40 2.3.5.7. Aplicarea conceptului FITNESS FOR SERVICE conductelor magistrale (pipelines) 41 Bibliografie 41 Capitolul 3 CLASE DE CONDUCTE - CALCULE ELEMENTE CONDUCTE 3.1. Calcule de dimensionare şi de alegere a componentelor SC 45 3.1.1. Calculul grosimii peretelui ţevii (power piping) 46 3.1.2. Calculul grosimii peretelui ţevii (process piping) 48 3.1.3. Calculul grosimii peretelui ţevii (pipelines) 48 3.1.4. Calculul grosimii peretelui altor elemente de conducte 49 3.1.5. Calculul şi alegerea tipului ramificaţiei 52 3.1.6. Metoda de calcul a lungimii necesare a prezoanelor unei flanşe 55 3.2. Alegerea tipului de izolaţie termică şi calculul grosimii ei optime 57 3.2.1. Alegerea tipului de izolaţie termică 57 3.2.2. Calculul grosimii izolaţiei 59 3.3. Încălzirea/însoţirea cu abur sau electrică a sistemelor de conducte 60 3.3.1. Sistem tipic de încălzire cu abur 60 3.3.2. Sistem tipic autoregulator electric de însoţire de încălzire 62 3.3.3. Principiul de funcţionare al cablului electric de însoţire 64 3.3.4. Soluţii pentru optimizarea sistemului de încălzire electrică 66 3.3.5. Etapele care se parcurg pentru întocmirea proiectului de încălzire electrică 66 3.4. Alegerea armăturilor 66 3.4.1. Recomandări privind armăturile 66 3.4.2. Stabilirea tipului de armătură potrivită cerinţelor procesului 67 3.5. Supape de siguranţă şi discuri de rupere 73 Bibliografie 73 Capitolul 4 AMPLASAREA GENERALĂ ŞI DE DETALIU A INSTALAŢIEI 4.1. Amplasare echipamente şi SC 77 4.2. Teme pentru echipamente 79 4.2.1. Temă pentru amenajări exterioare pe coloane, platforme şi suporturi pentru conducte 79 4.2.1.1. Platforme pe coloane 79 4.2.1.2. Macara pivotantă şi lift pe coloane 80 4.2.2. Temă pentru montarea unui schimbător de căldură pe trei suporturi 83 4.3. Teme pentru compartimentul construcţii: fundaţii, estacade, susţineri conducte, platforme acces, amenajări antivibraţii şi antiseismice 83 4.3.1. Temă pentru o estacadă 86 4.3.2. Teme pentru diverse platforme 88 4.3.3. Teme speciale 88 4.3.4. Temă pentru fundaţii pompe 90 4.3.5. Teme pentru compresoare, turbine şi alte echipamente dinamice 91 4.3.6. Teme pentru cuve, bazine, buncăre etc. 92 4.4. Teme pentru compartimentul electrice 93 Bibliografie 93 Capitolul 5 REGIMUL TERMIC AL SISTEMELOR DE CONDUCTE - COMPENSAREA DILATĂRILOR TERMICE 5.1. Dilatarea termică, privită ca o sursă de introducere a unor tensiuni suplimentare în SC 97 5.2. Compensarea dilatărilor termice 100 5.2.1. Autocompensarea sc cu lupe de dilatare (U, Z, L, Z rot) 100 5.2.2. Utilizarea unor dispozitive speciale de compensare: compensatoare de dilatare lenticulare de diferite tipuri, compensatoare telescopice, burdufuri din cauciuc etc. 102 5.3. Lire de dilatare de tipul Z rotit 103 5.3.1. Lira de dilatare Z rotit şi caracteristicile ei 104 5.3.2. Capacitatea de compensare a unei lire de tip Z rotit 104 5.3.3. Sisteme asimetrice 106 5.3.4. Momente 107 5.3.5. Suporturi 107 Bibliografie 108 Capitolul 6 AMPLASAREA, CALCULUL ŞI CONSTRUCŢIA SUPORTURILOR SISTEMELOR DE CONDUCTE 6.1. Generalităţi 111 6.2. Deschiderea între suporturile unui SC 112 6.2.1. Stabilirea distanţei maxime între suporturi pe baza tensiunii maxime de încovoiere 112 6.2.2. Stabilirea distanţei maxime între suporturi pe baza săgeţii admisibile 113 6.2.3. Stabilirea distanţei maxime între suporturi pe baza altor criterii 114 6.2.3.1. Deschiderea maxim admisibilă între două suporturi 114 6.2.3.2. Alte formule pentru calculul deschiderii maxime între două suporturi 114 6.3. Stabilirea tipurilor suporturilor 115 6.4. Un exemplu concret de amplasare a suporturilor unui SC 118 6.5. Stabilirea încărcărilor pe suporturi la rece (la montaj) şi în operare (la cald) pe baza repartiţiei sarcinilor în SC 120 6.6. Vibraţiile şi suporturile 120 6.7. Temperatura de proiectare pentru componentele suporturilor 121 6.8. Suporturi pentru sisteme de conducte nucleare 123 Bibliografie 124 Capitolul 7 SUPORTURI ELASTICE VARIABILE ŞI CONSTANTE ŞI ALTE TIPURI SPECIALE 7.1. Suporturi elastice cu sarcină constantă (SEC) 132 7.1.1. Principiul de funcţionare 132 7.1.2. Elemente constructive 133 7.1.3. Tipizare, cursă/sarcină 134 7.1.4. Recomandări privind montarea SEC 135 7.2. Suporturi elastice cu sarcină variabilă (SEV) - caracteristici principale 136 7.3. Proceduri de reglare a SEV şi SEC care prezintă situaţii necorespunzătoare punerii în funcţiune. Scopul procedurilor 138 7.3.1. Procedura V1 - reglarea SEV de tip atârnat la care încărcarea la rece este preluată cu arcul suprasolicitat 139 7.3.2. Procedura V2 - reglarea SEV de tip aşezat la care încărcarea la rece este preluată cu arcul suprasolicitat 139 7.3.3. Procedura V3 - reglarea SEV de tip atârnat la care încărcarea la rece este preluată cu arcul relaxat 140 7.3.4. Procedura V4 - reglarea SEV de tip aşezat la care încărcarea la rece este preluată cu arcul relaxat 140 7.3.5. Procedura C1 - reglarea SEC - varianta de execuţie cu întinzător dreapta-dreapta 140 7.3.6. Procedura C2 - reglarea SEC - varianta de execuţie cu întinzător stânga-dreapta 141 7.4. Suporturi speciale 141 Bibliografie 140 Capitolul 8 ANALIZA DE TENSIUNI 8.1. Raportul analizei de tensiuni 143 8.1.1. Obiectivele RAT 144 8.1.2. Unele consideraţii privind analiza de tensiuni a unui SC 144 8.1.3. Cazuri de încărcări analizate 145 8.2. Definirea categoriilor de conducte tensionate critice 146 8.2.1. Trasee non-critice 146 8.2.2. Lista liniilor critice 146 8.2.3. Criteriile pentru liniile critice 146 8.3. Criterii de selecţie a SC pentru care se face RAT 147 8.4. Pretensionarea SC 149 8.5. Reacţiunile în punctele de capăt (terminale) ale SC 151 8.6. Încărcări admisibile în racordurile echipamentelor din sistemele de conducte ataşate 151 8.6.1. Metode şi mijloace de a reduce încărcările exterioare în racordurile echipamentelor 153 8.6.2. Detalii privind unele încărcări de calcul 154 8.7. Domeniul de portanţă - un nou concept în studiul portanţei racordurilor recipientelor cilindrice supuse la solicitări locale 156 Bibliografie 160 Capitolul 9 FABRICAREA, ASAMBLAREA, MONTAREA, INSPECŢIA, EXAMINAREA ŞI TESTAREA SISTEMELOR DE CONDUCTE 9.1. Recomandări privind măsuri preliminare execuţiei sistemelor de conducte 163 9.2. Fabricarea SC şi a elementelor componente 163 9.2.1. Îndoirea 163 9.2.2. Elemente prefabricate 164 9.2.3. Documentaţia generală de execuţie 165 9.2.4. Documentaţia necesară realizării prefabricatelor 166 9.3. Asamblarea şi montarea sistemelor de conducte 167 9.3.1. Generalităţi 167 9.3.2. Toleranţe de nepotrivire la aliniere 167 9.3.3. Asamblarea unor echipamente şi SC sub formă de SKID-uri 168 9.4. Asamblarea îmbinărilor cu flanşe 171 9.4.1. Preasamblarea 171 9.4.2. Strângerea controlată a şuruburilor unei îmbinări cu flanşe 172 9.4.2.1. Tensionarea şurubului 172 9.4.2.2. Calculul cuplului de tensionare a şurubului 175 9.4.2.3. Calculul de alungire pentru tensionare 176 9.4.2.4. Strângerea şuruburilor îmbinării 177 9.4.2.5. Efectul coeficienţilor de garnitură m şi y 178 9.5. Inspecţia şi examinarea sistemelor de conducte 180 9.5.1. Introducere 180 9.5.2. Inspecţia şi examinarea - contradicţie sau consens 180 9.6. Proba de etanşeitate şi de presiune pentru sistemele de conducte 181 9.6.1. Sisteme de probă 182 9.6.2. Proba pneumatică de etanşeitate 182 9.6.2.1. Cerinţe generale 182 9.6.2.2. Pregătirea pentru testare 183 9.6.2.3. Fluidul de testare pneumatică 183 9.6.2.4. Presiunea de testare 184 9.6.2.5. Examinarea pentru depistarea scurgerilor 184 9.6.3. Proba hidraulică de presiune 184 9.6.3.1. Cerinţe generale 184 9.6.3.2. Fluidul de probă 185 9.6.3.3. Proba de presiune 185 9.7. Proceduri de lansare şi primire dispozitive PIG 186 9.7.1. Procedura tip de lansare 186 9.7.2. Procedura tip de primire 187 9.8. Evaluarea stării tehnice a sistemelor de conducte în scopul prelungirii duratei lor de viaţă 188 9.8.1. Mentenanţa 189 9.8.2. Programul de examinări, încercări şi investigaţii 189 9.8.3. Programul de inspecţie 190 9.8.3.1. Inspecţia vizuală 191 9.8.3.2. Măsurători 192 9.8.3.3. Controale nedistructive 192 9.8.3.4. Controale metalografice 192 9.8.3.5. Încercări distructive 192 9.8.3.6. Verificarea suporturilor 193 9.9. Expertizarea instalaţiilor de sisteme de conducte şi echipamente 193 9.9.1. Scopul şi modul de desfăşurare 193 9.9.2. Unele aspecte privind expertizarea echipamentelor 194 Bibliografie 195 Capitolul 10 COROZIUNEA SISTEMELOR DE CONDUCTE, ESTIMAREA REZISTENŢEI (DURATEI DE VIAŢĂ) RĂMASE 10.1. Coroziunea - forme de manifestare, tipuri de coroziuni 199 10.2. Efectele dezastruoase ale coroziunii neidentificate şi nemonitorizate 200 10.2.1. Redistribuirea încărcărilor pe suporturile SC (în special elastice) 201 10.2.2. Pierderea în greutate la conductele din oţel carbon corodate 202 10.3. Metoda B31.G de identificare şi apreciere a efectelor periculoase ale coroziunii 203 10.4. Metode de apreciere a duratei de viaţă (rezistenţei) rămase a unui sistem de conducte corodat 206 10.5. Situaţiile în care coroziunea afectează sistemele de conducte 207 10.5.1. Rezistenţa unei conducte (durata de viaţă) 207 10.5.2. Suportarea unui SC corodat 208 10.6. Concluzii 209 Bibliografie 210 Capitolul 11 SISTEME DE CONDUCTE EXECUTATE DIN MATERIALE NEMETALICE: MATERIALE TERMOPLASTICE ŞI MATERIALE TERMORIGIDE 11.1. Materiale plastice. Introducere 213 11.1.1. Clasificare 213 11.1.2. Proprietăţi ale materialele termoplastice 213 11.1.2.1. Densitatea 213 11.1.2.2. Rezistenţa chimică 214 11.1.2.3. Vâscoelasticitatea 214 11.1.2.4. Compatibilitatea chimică 214 11.1.2.5. Conductibilitatea termică 214 11.1.2.6. Pierderi prin frecare 215 11.1.2.7. Performanţe pe termen lung 215 11.1.2.8. Greutate 215 11.1.2.9. Varietatea metodelor de îmbinare 215 11.1.2.10. Netoxicitatea 215 11.2. Studiul unei conducte din material termoplastic pentru transportul unor fluide extrem de corozive 216 11.2.1. Prezentarea temei 216 11.2.2. Soluţionarea tehnică a realizării montajului SC din PEHD 216 11.2.3. Alegerea materialului 217 11.2.4. Execuţia şi montarea conductelor. Generalităţi 218 11.2.5. Asamblarea sistemelor de conducte din PEHD 218 11.2.6. Descrierea suporturilor 219 11.2.7. Calculul reacţiunilor din suporturi. „Modulul 5500“ 221 11.2.8. Calculul unei lire de dilatare de forma U 224 11.2.9. Elemente de calcul pentru conducte din PEHD 225 11.2.10. Cămin de vane 229 Bibliografie 230 Capitolul 12 STABILIREA ELEMENTELOR DE PREZENTARE A PROIECTELOR DE SISTEME DE CONDUCTE 12.1. Conţinutul proiectului de montaj echipamente şi conducte) 233 12.2. Stagiile de întocmire şi prezentare ale proiectului 234 12.3. Alcătuirea unei scheme P&I 236 12.4. Modelarea în spaţiul 3D 236 Bibliografie 238 ANEXE Anexa 1 - Aplicaţii numerice la unele probleme teoretice Aplicaţia 1.1. Determinarea domeniului de tensiuni admisibile într-un caz concret 241 Aplicaţia 1.2. Determinarea grosimii peretelui unei ţevi (piping) 243 Aplicaţia 1.3. Calculul forţelor rezultante din curgerea fluidului într-un cot de conductă 243 Aplicaţia 1.4. Cum se determină diametrul unui distribuitor cu mai multe ramificaţii 244 Anexa 2 - Aplicaţii numerice pentru diverse probleme de montaj SC Aplicaţia 2.1. Controlul zgomotului produs de supapele de siguranţă 246 Aplicaţia 2.2. Determinarea distanţei optime între suporturile unei conducte magistrale (pipeline) pentru apă geotermală 250 Anexa 3 - Aplicaţii numerice la capitolul 10 Aplicaţia 3.1. Calculul presiunii sigure de funcţionare în cazul unei ţevi cu un singur defect, izolat, sub presiune 251 Aplicaţia 3.2. Calculul presiunii sigure de funcţionare în cazul unei ţevi cu un singur defect, izolat, sub presiune şi o încărcare de compresie longitudinală 251 Aplicaţia 3.3. Calculul presiunii sigure de funcţionare în cazul unei ţevi cu două defecte care interacţionează 253 Anexa 4 - Programe pentru diverse calcule rapide şi eficiente Aplicaţia 4.1. Programul MESTEEL Pipe Corrosion Rate Calculator 255 Aplicaţia 4.2. Programul MESTEEL Pipe Corrosion Allowance Calculator 256 Aplicaţia 4.3. Programul MESTEEL Sour Service Calculator 256 Aplicaţiile 4.4. - 4.7. Programul Pipe Data - PRO 257 Aplicaţia 4.8. COADE Units Conversion 259 Aplicaţiile 4.9. - 4.12. Programul Pipe Mill 260 Aplicaţia 4.13. Programul PIPE TABLE WIZARD 264 Anexa 5 - Detalii de montaj şi alte diverse situaţii apărute în practica curentă de proiectare Aplicaţia 5.1. Toleranţe de nepotrivire la alinierea SC 265 Aplicaţia 5.2. Montajul unei supape de siguranţă cu eşapare în sistem deschis (în atmosferă) 266 Aplicaţia 5.3. Detalii de montaj componente pe aspiraţia unor pompe pereche (funcţionare - rezervă) 266 Aplicaţia 5.4. Consideraţii practice privind sistemele de conducte de aspiraţii de pompe 269 Aplicaţia 5.5. Flexibilitatea unui SC 270 Aplicaţia 5.6. Montarea unui Debitmetru 272 Anexa 6 - Aplicaţii diverse Aplicaţia 6.1. Alegerea unei lire de compensare Z rotit pe baza diagramelor Capacităţii de Compensare 273 Aplicația 6.2. Verificarea strângerii controlate a prezoanelor unei îmbinări cu flanșe 274 Aplicația 6.3. Comparație între 3 tipuri de lire de compensare a dilatărilor 275 Anexa 7 - Tabele generale Aplicația 7.1. Principalele proprietăţi ale ţevilor de uz general ale SC (în sistem metric) 277 Aplicația 7.2. Tabel cu rezistenţa chimică a materialelor termoplastice 289 Aplicația 7.3. Tabel de conversii utile 296 Anexa 8 - Detalii de asamblarea a SC din materiale termoplastice Aplicaţia 8. Metode de sudare a materialelor termoplastice 298 Lista Codurilor, Standardelor şi Specificaţiilor recomandate şi valabile la data întocmirii lucrării 305 Lista simbolurilor și a abrevierilor utilizate în lucrare 307 Glosar de termeni 313 Conţinutul CD-ului ataşat 1. ASME B31.G Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines, Supplement to ASME B31 Code for Pressure Piping, 2009 2. Prescripție Tehnică ISCIR PTC1-2010 - Cazane de abur, cazane de apă fierbinte, supraîncălzitoare și economizoare independente 3. Prescripție Tehnică ISCIR PTC4-2010 - Recipiente metalice stabile sub presiune 4. Prescripție Tehnică ISCIR PTC6-2010 - Conducte metalice sub presiune pentru fluide 5. Prescripție Tehnică ISCIR PTC9-2010 - Cazane de apă caldă și cazane de abur de joasă presiune 6. Prescripție Tehnică ISCIR PTC10-2010 - Conducte de abur și conducte de apă fierbinte sub presiune 7. API 579-1/ ASME FFS-1 2007 - Fitness for Service 8. API 579-2/ ASME FFS-2 2009 - Fitness for Service Exemple Problem Manual 9. Handbook of Comparative World Steel Standards (Ed. Bringas, J.E. - ASTM DS67B/ 2004) - CHEIA OȚELURILOR 10. Recommended Practice DNV-RP-F101 Corroded Pipelines - 2010 11. Piping Basics (videoclip) 12. ASME B31.1 Power Piping 2010 13. ASME B31.3 Process Piping 2012 14. ASME PCC1 - Guidelines for Pressure Boundary Bolted Flanges Joints Assembly 2010 15. ASME B31.4 Pipelines Transportation Systems for Liquid of Hydrocarbons and Other Liquids 2009 |
|
PREZENTARE: |
|
PREFATA: Uzinele chimice, petrochimice şi de rafinării, reţelele de transport gaze şi hidrocarburi sunt ansambluri complexe de echipamente, sisteme de conducte, instrumentaţie de automatizare, sisteme electrice, computere şi sisteme de control. Proiectarea, ingineria şi construcţia acestor uzine de proces presupun efortul unei echipe multidisciplinare. Amplasarea şi proiectarea sistemelor de conducte constituie o parte majoră a acestui ansamblu. Scopul acestui manual este să completeze cunoştinţele de bază ale inginerului mecanic proiectant de sisteme de conducte cu elemente speciale, de detaliu - dar de importanţă majoră, rezultate din experienţa de peste 45 de ani a autorului în acest domeniu. Manualul acoperă principiile fundamentale şi conceptele proiectării sistemelor de conducte. Inginerul proiectant de sisteme de conducte joacă un rol important, de la stadiul conceperii unui proiect, până la comisionare şi punere în funcţiune, în toate sectoarele de proces, energie, chimie, petrochimie şi nuclear. Conceptul actual de „fitness for service“ (utilitatea pentru funcţionare) este fenomenul unitar de evaluare a stării unei instalaţii, de găsire a problemelor apărute şi de rezolvare din punctul de vedere al ingineriei mecanice, care este tocmai scopul acestui manual. Având în vedere că actualii ingineri şi proiectanţi de sisteme de conducte (aşa-zisul montaj conducte) nu au o pregătire specifică de studii superioare, având la bază pregătirea de studiu al echipamentelor (utilajişti), energeticieni, fizicieni, calculatorişti sau matematicieni, apare ca fiind foarte necesară o asemenea carte de explicare a unor aspecte strict specifice proiectării sistemelor de conducte. De asemenea, cartea poate fi utilă specialiştilor din instalaţii, care pot găsi aici explicaţii pentru unele probleme pe care proiectarea poate nu le-a rezolvat complet. Dacă nu au putut fi tratate toate aceste aspecte, cel puţin au fost scoase în evidenţă şi făcute trimiteri la materiale documentare din Bibliografia fiecărui capitol, care le explică în detaliu. Lucrarea cuprinde referiri la cele mai noi (recente) ediţii ale Standardelor şi Codurilor aplicabile care nu trebuie să lipsească din biblioteca niciunui specialist din domeniu. Sigur că în prezent există numeroase programe (softuri) pentru desenare şi calcul elemente de conducte sau analize de tensiuni, dar cele mai multe scot în evidenţă punctele nevralgice ale unui sistem, dar nu indică soluţii pentru îndepărtarea lor. Tot inginerului specialist în sisteme de conducte îi revine obligaţia de a găsi soluţii „fitness for service“ pentru rezolvarea acestor puncte nevralgice. Şi, pentru situaţii similare, succes şi dumneavoastră! Doresc să adresez mulţumirile mele celor care m-au învăţat această meserie (printre alţii: ing. CIUCĂ P., ing. NEMODA B.), celor care m-au sprijinit într-un fel sau altul la scrierea acestei cărţi (printre alţii: ing. BILEGAN C., prof. dr. ing. TEODORESCU N., prof. dr. ing. IORDACHE Gh.), tuturor celor care s-au arătat interesaţi de apariţia ei, în special colectivului de profesionişti din Editura AGIR (director dr. ing. Ioan GANEA) şi, nu în ultimul rând, soţiei mele, Valentina, care a avut răbdarea să mă suporte în această perioadă. |
|
CUVINTE CHEIE: |