Диапазон напряжения смещения.

(а) В противоположность напряжению внутреннего давления или веса, которые носят длительный характер, напряжение смещения может достигать значительной величины, вызывающей пластическую деформацию на различных участках системы трубопровода. Когда система изначально функционирует в условиях больших напряжений смещения (самые высокие и самые низкие температуры и самые значительные смещения), предусмотренные условиями ее монтажа, любая ее усадка или смещение приводит к уменьшению напряжения. Когда впоследствии система возвращается в свое первоначальное состояние (или в направлении, обратном смещению), происходит перераспределение напряжения или обратное напряжение, которое приравнивают к «пружинному самовзводу» системы, по эффекту это аналогично действию технологии «холодной пружины».

(b) Хотя напряжение, вызванное деформацией смещения, со временем уменьшается, благодаря усадке или смещению, алгебраическая разница между деформацией смещения в условиях ее предельной величины и первоначальной (как было построено и/или при любой другой ситуации, когда эта разница значительна) остается достаточно постоянной в течение любого рабочего цикла. Эта разница при деформации приводит к образованию соответствующей разницы напряжения- диапазон напряжения смещения, который используется в качестве критерия при расчете гибкости трубопровода. См. пункт 302.3.5(d) – допустимый диапазон напряжения SA и пункт 319.4.4(а) – расчетный диапазон напряжения SE.

ASME В31.3 – издание 1999 г. 319.2.3-319.4.1

(с) Среднее осевое напряжение (проходящее через поперечное сечение) из-за продольно направленных сил, вызванных деформацией смещения, при определении диапазона напряжения смещения, обычно во внимание не принимается, так как его значение невелико при типовых схемах расположения трубопровода. Однако в особых случаях, необходимо учитывать среднее осевое напряжение. Сюда относятся находящиеся в земле трубопроводы с горячей флюидной средой, трубопроводы, имеющие стенки, состоящие из двойных труб, и параллельные линии трубопровода с разницей рабочих температур и соединенные между собой, более чем в одной точке.

319.2.4 Холодная пружина. Холодная пружина – это преднамеренное деформирование трубопровода при его сборке для создания желательного изначального напряжения смещения. В этом помогает холодная пружина, она служит для сбалансированности величины напряжения при начальных и экстремальных условиях смещения. Когда холодная пружина исполнена правильно, значительно уменьшается возможность возникновения чрезмерных деформаций на первоначальном этапе эксплуатации; следовательно, ее следует применять особенно при установке трубопровода из материалов с ограниченной пластичностью. Она позволяет уменьшить отклонение от заданных, первоначальных размеров при начале эксплуатации и, таким образом, подвесные серьги и хомуты не будут смещены из первоначальных положений.

Что касается срока эксплуатации системы трубопровода, то на его продолжительность в большей степени оказывает влияние диапазон изменения напряжений, чем величина напряжения в отдельные моменты, но при расчете диапазона напряжений никаких поправок на эффект использования холодной пружины применять не следует. Однако при вычислении осевого давления и расчете ситуаций, когда фактическая реакция противодействия, как и диапазон их изменений значительны, наличие холодной пружины должно учитываться.

319.3 Свойства материалов при анализе гибкости

Нижеследующий пункт посвящен свойствам материалов, применяемых в трубопроводах и их использование при анализе напряжений гибкости трубопровода.

319.3.1 Данные по температурному расширению.

(а) Значения для диапазона напряжения. Величина температурного смещения, используемая для определения общей деформации смещения при вычислении диапазона напряжений, должна определяться с использованием Приложения С, как алгебраическая разница между значениями при максимальной температуре металла и ее минимальной величиной для конкретного анализируемого температурного цикла.

(b) Значения для обратного напряжения Величина температурного смещения, используемая для определения общей деформации смещения при вычислении обратного напряжения на опоры и подсоединяемое оборудование, должна определяться как алгебраическая разница между ее значениями при максимальной (или минимальной) температуре, для конкретного анализируемого температурного цикла, и при температуре, ожидаемой на момент установки.

319.3.2 Модуль эластичности. Справочные данные для модуля эластичности при 210 С (700 F), Еа и для модуля эластичности при максимальной или минимальной температуре, Em, следует брать, как значения приведенные в Приложении С для температур определяемых в соответствии с пунктом 319.3.1(а) или (b). Для материалов, не вошедших в Приложение С, справочные данные следует брать из проверенных источников, таких как публикации Национального Института Стандартов и Технологии.

319.3.3 Коэффициент Пуассона. Коэффициент Пуассона можно принять как 0, 3 для металлов при любой температуре. Можно использовать более точное значение, если оно имеется и получено из достоверных источников.

319.3.4 Допустимые напряжения

(а) Допустимый диапазон напряжений смещения SA и разрешаемые дополнительные напряжения, для систем изначально предусматривающих при монтаже напряжения изгиба или скручивания, должны быть в соответствии с пунктом 302.3.5(d).

(b) Факторы усиливающие напряжение, указанные в Приложении D, получены в результате проведенных испытаний усталости компонентов и сборных частей трубопровода, изготовленных из пластичных материалов на основе железа. Допустимый диапазон напряжения смещения базируется на испытаниях углеродистых и астенических нержавеющих сталях. Следует проявлять осторожность при использовании формул (1а) и (1b) (пункт 302.3.5) для расчета допустимого диапазона напряжения для некоторых цветных металлов (например, некоторые сплавы на основе меди и алюминия) если они используются не в условиях низких циклических нагрузок.

319.3.5 Размеры. При расчетах гибкости следует пользоваться номинальными размерами толщины трубопровода, его внешнего диаметра и используемых фитингов.

319.3.6 Гибкость и факторы интенсификации напряжения. При расчете гибкости, в соответствии с пунктом 319.4,

при отсутствии более точных данных, должны быть использованы значения фактора гибкости к, и значения фактора интенсификации напряжения i, приведенные в Приложении D. Для компонентов трубопровода или приспособлений (такие как клапаны, сдерживающие элементы, якорные кольца или стропы) не вошедших в Таблицу, возможные факторы интенсификации напряжения могут быть предположительно определены сравнением их геометрической конфигурации с конфигурацией изделий приведенных в Приложении.

319. 4 Анализ гибкости.

319. 4.1 Проведение официального анализа не требуется. Проведение официального анализа гибкости системы трубопровода не требуется в следующих случаях:

(а) если система является точной копией или создана взамен старой успешно функционирующей системы, без внесения значительных изменений;

(b) система может быть легко адекватно оценена сравнением со схожей системой, анализ которой производился ранее;

38
ASME B31.3 – издание 1999 г. 319.4.1– 319.4.4

А01 (с) имеет единый размер, имеет не менее двух точек крепления, не имеет промежуточных креплений и падает в пределах эмпирического Еq. (16): ⁹

где

D = внешний диаметр трубы (д)

y = результирующая величина сдвига, мм (д), которую должна компенсировать трубная обвязка

L = осевая длина трубопровода между анкерами, м (фут)

U = дистанция между анкерами, прямая линия между анкерами, м (фут)

K1 = 208 000 S_A/Е_а (мм/м)²

= 30 S_A/Е_а (д/фут)²

где

S_A = допустимый диапазон напряжений на смещение по ур. (1а), МРа (ksi)

E_а = характерный модуль гибкости при 21_оС (70_оF), МРа (ksi)