Boru Bükümü ve Boru Dirseği: Pigging Boru Hatları için 3D, 5D ve 10D Bükme Yarıçapı Seçenekleri

Domuzlarla temizlenen veya denetlenen boru hatları tasarlıyor, inşa ediyor veya işletiyorsanız, karşılaştığınız ilk yönlendirme kararlarından biri, standart boru dirsekleri mi yoksa uzun yarıçaplı boru dirsekleri mi kullanacağınız ve hangi bükme yarıçapını belirleyeceğinizdir. Bu makale boru bükümlerini ve boru dirseklerini üretim yöntemi, standartlar, geometri, duvar kalınlığı, akış ve en önemlisi pigleme uyumluluğu açısından karşılaştırıyor ve 3D, 5D ve 10D bükme yarıçaplarının ne zaman seçileceğini açıklıyor.

Baştan sona üç terim kullanılıyor. Pig, ya temizlemek (bir temizleme pig'i) ya da sensörlerle (akıllı bir pig ya da hat içi inceleme, ILI aracı) denetlemek için ürün akışı tarafından bir boru hattından itilen silindirik bir araçtır. D, nominal boru çapıdır (milimetre veya inç cinsinden nominal dış çap). Bir dirseğin veya dirseğin merkez çizgisi yarıçapı R, borunun merkez çizgisi boyunca ölçülen eğrinin yarıçapıdır; "3D", R'nin boru çapının üç katına eşit olduğu anlamına gelir. İki geometri terimi de tekrarlanıyor: ekstrados eğrinin dışıdır (duvarın bükülme sırasında incelme eğiliminde olduğu yer) ve intrados eğrinin içidir (duvarın kalınlaşma eğiliminde olduğu yer); Ovallik, dairesel kesitin elips yönünde ne kadar deforme olduğudur.

Tablo 1 - Bir bakışta boru dirseği ve boru bükümü

Boru Dirseği ile Boru Dirseği Arasındaki Fark Nedir?

A boru dirseğiASME B16.9 ve ASME B16.28'e göre boyutlandırılmış, uzun yarıçaplı (LR) dirsekler için sabit kısa merkez çizgisi yarıçapına - 1.5D ve kısa yarıçaplı (SR) dirsekler için 1,0D'ye sahip standartlaştırılmış, fabrikada üretilmiş bir bağlantı elemanıdır. Boru bükümü, genellikle sıcak indüksiyonla bükme yoluyla tek bir sürekli parça olarak oluşturulan ve ASME B16.49 veya ISO 15590-1'e göre yapılmış, belirli bir daha büyük yarıçapa (tipik olarak 3D, 5D veya 10D) kavisli bir boru uzunluğudur. Piglenecek herhangi bir boru hattı için boru dirseği doğru bileşendir; standart bir dirsek değildir.

Yarıçap, belirleyici farktır. Bir dirseğin her zaman bir veya bir buçuk boru çapında dar bir yarıçapı vardır, bağlantı standardı ile sabitlenir ve değiştirilmesi imkansızdır. Yaklaşık 2D'den yukarıya doğru - 3D, 5D, 6D, 8D, 10D ve ötesindeki hemen hemen her yarıçapta bir büküm üretilebilir - ve gerekli yarıçap satın alma spesifikasyonunda yazılı olduğundan katalog tarafından sabitlenmez, tasarımcı tarafından seçilir.

Üretim de farklıdır. Dirsekler, her biri iki alın kaynaklı uca sahip ayrı bağlantı parçaları olarak preslenir, dövülür veya çekilir. Bükümler, düz uzunluktaki bir borunun (dikişsiz veya kaynaklı) bir endüksiyonlu ısıtma makinesiyle bükülmesiyle yapılır, böylece kavisli bölüm borunun kendisi ile devam eder ve büküm içinde hiçbir bağlantı içermez.

Pigging'in sonucu doğrudandır: bükümler daha büyük, daha pürüzsüz yarıçaplara sahip olduğundan, pigler ve denetim araçları bunları güvenilir bir şekilde aşarken, sıkı dirsekler aynı araçları kısıtlar veya bloke eder. Takip eden bölümlerde bunu ayrıntılı olarak geliştiriyoruz.

Pigging Boru Hatlarında Bükülme Yarıçapı Neden Önemlidir?

Bükülme yarıçapı, bir domuzun geçip geçemeyeceğine ve ne kadar güvenli bir şekilde temizleyeceğine veya denetleyeceğine karar verir. Endüstri rehberliği, çoğu pigleme operasyonu için pratik minimum değeri 3D olarak belirler. Daha sıkı bükümler (1,5D veya 1,0D dirsekler), sert gövdeli domuzcukları ve denetim araçlarını keskin bir şekilde bükülmeye zorlayarak sürtünme ve kap aşınmasını artırır, domuzun sıkışması veya hasar görmesi riskini artırır ve denetim verilerinin kalitesini düşürür. Pigleme için tasarlanmış bir hat bu nedenle her yön değişiminde 3 boyutlu veya daha büyük kıvrımlar kullanmalıdır.

Bir domuz virajı nasıl aşıyor? Domuz, boru duvarına bardaklar veya diskler ile kapatılmış sert veya yarı sert bir gövdedir. Bir virajda gövde kavisi takip etmelidir: viraj ne kadar sıkı olursa, gövde o kadar esner, contalar bir tarafta o kadar fazla sıkışır ve diğer tarafta kalkar ve akışın onu itmesi o kadar zorlaşır. Belirli bir yarıçapın altında gövde kilitlenir veya contalar ürünün ve domuz duraklarının üzerinden sızar.

Sıkışmış bir domuzun maliyeti yüksektir: Hattın basıncının düşürülmesi ve açılması gerekir; bu da üretim kaybı ve tehlikeli bir kurtarma operasyonu anlamına gelir. Denetim kalitesi bundan önce bile olumsuz etkileniyor - ILI sensörlerinin duvardan sabit bir uzaklığa ihtiyacı var ve sıkı bir virajda takım eğimleri ve sapmaları, manyetik akı kaçağı (MFL) veya ultrasonik verilerde boşluklar ve bozulmalar bırakıyor.

Sektör rehberliği tutarlıdır. COBALCH, 4 inç ve daha küçük çizgiler için minimum 1,5D, 6-12 inç çizgiler için 3D ve 12 inçten büyük çizgiler için 5D minimum yarıçapı önerir; FEEC, esnek kullanım domuzları için minimum 3D'yi ve daha uzun, daha sert akıllı domuzlar için minimum 5D'yi belirtir; EPCM, kolay akıllı pigleme için 3D ve üzerini önerir; ve çoğu ILI sağlayıcısı, 1.5D kapasitesine sahip bazı özel araçlarla birlikte, 3D veya daha üstü için araçlar tasarlar.

Tablo 2 - Domuz türüne göre tipik minimum bükülme yarıçapı (sektör kılavuzu; her zaman alet satıcısıyla onaylayın)

3D, 5D ve 10D Bükümler Ne Demektir ve Hangisine İhtiyacınız Var?

D'den önceki sayı, büküm merkez çizgisi yarıçapının borunun nominal çapına oranıdır: 3B bükümün yarıçapı üç boru çapına, 5D bükümün beş ve 10D bükümün on boru çapına sahiptir. Uygulamada 3D, temizleme ve ölçüm domuzlarını taşıyan piggable hatlar için kompakt minimumdur; 5D, akıllı (ILI) pigleme için önerilen varsayılandır; ve 10D, çok daha büyük bir kaplama alanı ve daha uzun teğet uzunlukları pahasına, çok uzun veya sert muayene aletleri, en düşük basınç düşüşü ve en sıkı geometri için ayrılmıştır.

Yarıçap formülü basittir: R=k × D, burada k, 3, 5 veya 10'dur. Tablo 3, üç ortak çizgi boyutu için bunun milimetre cinsinden ne anlama geldiğini göstermektedir. Örneğin, 12 inçlik bir çizgi üzerindeki 10D'lik bir virajın merkez çizgisi yarıçapı yaklaşık 3,2 metredir; bu da yönlendirme ve geçiş hakkının neden seçime yön verdiğini gösterir.

Her yarıçap size ne kazandırır?. 3D bükümler en dar alanlara sığar ve çoğu temizlik domuzunu kabul eder, ancak duvar inceltme, ovallik ve basınç düşüşü üçü arasında en yüksek olanıdır ve yalnızca bazı akıllı domuzlar 3D'de iyi performans gösterir. 5D bükümler domuzlu taşıma hatları için endüstri varsayılanıdır: hemen hemen tüm ILI araçları iyi veri kalitesiyle 5D'de çalışır, ayak izi yönetilebilir kalır. 10D bükümler neredeyse düz boru gibi davranır - minimum incelme ve ovallik, minimum basınç kaybı ve erozyon - ve en uzun sert takım gövdelerini bile kabul eder, ancak malzeme ve yer açısından daha pahalıdırlar.

Temel kural: rotanın ve bütçenin izin verdiği en büyük yarıçapı seçin. Pig veya ILI satıcısı aracın bunu kabul edebileceğini onaylamadığı sürece asla pigli hat üzerinde 3D'nin altına inmeyin.

Tablo 3 - Milimetre cinsinden örnek merkez hattı yarıçapları (R=k × nominal dış çap)

Tablo 4 - 3D, 5D ve 10D bükümlerin karşılaştırılması (niteliksel sıralama; kesin değerler duvar planına, malzemeye ve üretim standardına bağlıdır)

Piggable Boru Hattında Standart Dirsekleri (1D veya 1.5D) Kullanabilir misiniz?

Hayır - ciddi domuzluk için değil. Kısa yarıçaplı (1D) dirsekler, sert gövdeli temizleme domuzları ve akıllı aletler için etkili bir şekilde domuz edilemez ve uzun yarıçaplı (1,5D) dirsekler bile çoğu temizleme domuzunu ve birçok ILI aletini kısıtlar. Bir çizgi piklenecekse, onu en baştan 3 boyutlu veya daha fazla bükümle tasarlayın; Bir yönlendirmeyi daha sonra yenilemek pahalıdır ve yeniden yönlendirme olmadan genellikle imkansızdır.

Dirsekler domuzları neden engeller? Sıkı bir 1D veya 1,5D dirsekte bağlantı parçasının iç duvarı deliğe keskin bir şekilde keser, bu nedenle domuz çanakları ve diskleri hızla aşınır, döner veya üründen sızar ve sert alet gövdeleri sıkışır. Dirseğin ani geometrisi aynı zamanda domuzların eski hatlarda en sık oyalandığı yerdir.

İstisnalar var ama bunlar varsayılan değil. Bazı özel esnek veya mafsallı ILI araçları 1,5D ve hatta birkaçı 1D bükümleri geçebilir, ancak bunlar daha pahalıdır, daha az denetim olanağını kapsar ve satıcıyla her durum için onaylanması gerekir.

Mevcut bir hatta dirsekleriniz varsa, tedarikçiyle domuzun bükülme kapasitesini doğrulayın ve daha kısa, mafsallı domuzlar kullanın. Gelecek için akıllı pigleme planlanıyorsa, yönlendirmenin ilk günden itibaren piggable olması gerekirdi.

Tablo 5 - Çizgi boyutuna göre minimum bükülme yarıçapı kılavuzu (COBALCH domuz tasarımı tavsiyesi)

3D, 5D ve 10D Bükümler Duvar Kalınlığı, Ovallik ve Akış Açısından Nasıl Karşılaştırılır?

Daha büyük yarıçaplı bükümler geometrik olarak boruya daha uygundur: dış duvarı daha az inceltirler (ekstralar), daha yuvarlak kalırlar (daha az ovallik) ve akışı dirseklere göre çok daha az rahatsız ederler; böylece 5D ve 10D bükümler daha düşük basınç düşüşü, daha az erozyon ve daha az gerilim konsantrasyonu sağlar. Bu, en çok, duvar kaybının ve ovalliğin tasarım marjlarını doğrudan azalttığı kalın duvarlı, yüksek basınçlı ve aşındırıcı paslanmaz çelik veya nikel alaşımlı hatlarda önemlidir.

Duvar kalınlığı. Herhangi bir boru büküldüğünde, eğrinin dış kısmı uzar (ekstra inceltilir), iç kısmı ise sıkıştırılır (iç kalınlaşır). Kontrollü ısıtma ve itme hızı ile sıcak indüksiyonlu bükme, bu değişimi en aza indirir ve üretim standardı (örneğin ASME B16.49) tasarım koduyla birlikte incelmeyi sınırlar: inceltilmiş ekstralar yine de tasarımın minimum duvar kalınlığını karşılamalıdır. Yarıçap ne kadar büyük olursa birim uzunluk başına esneme o kadar küçük olur; bu nedenle 5D ve 10D bükümler duvarı daha düzgün tutar.

Ovallik. Bükme, kesiti bir elips şeklinde düzleştirme eğilimindedir; standartlar ve tasarım kodları yuvarlaklığın dışına çıkıyor. Daha büyük yarıçaplar kesiti daha az deforme ederek domuz contalarını tam temas halinde tutar ve ekstralarda stres yoğunlaşmasını önler.

Akış ve erozyon. Sıkı dirsekler, özellikle kum veya katı madde taşıyan hatlarda türbülansa, lokal yüksek hıza, basınç kaybına ve dış duvarda erozyona neden olan ani bir yön değişikliğine neden olur. 10D büküm neredeyse düz boru gibi davranır ve 3D büküm iyi bir uzlaşmadır; 1,5D dirsek akış için en kötü seçimdir. Korozyon hizmetinde inceltme artı türbülans, daha hızlı yerel saldırı anlamına gelir; bu nedenle paslanmaz veya nikel alaşımında 5D veya 10D'nin belirtilmesi korozyon toleransını korur.

Pigging Boru Hatlarında Dirsek ve Dirseklere Hangi Malzemeler ve Standartlar Uygulanır?

Standardı formla eşleştirin: ASTM A403 (östenitik paslanmaz), A815 (dubleks) veya B366 (nikel alaşımları) uyarınca malzeme ile ASME B16.9'a uygun dirsekler; ASME B16.49 veya ISO 15590-1'e göre bükülür. Hattı ASME B31.4 (sıvılar) veya ASME B31.8 (gaz) ve tesis boruları için ASME B31.3'e göre tasarlayın ve API Std 1163 kapsamında tüm akıllı denetim sistemlerini nitelendirin. Aşındırıcı, ekşi veya yüksek sıcaklıktaki hizmetler için Alaşım 400, Alaşım 625, Alaşım 825 ve Alaşım C-276 gibi dubleks paslanmaz çelikler ve nikel alaşımları karbonun sağladığı korozyon direncini sağlar çelik yapamaz.

Neden nikel alaşımları ve dubleks paslanmaz. Bu malzemeler klorürlere, ekşi (H2S) hizmete, yüksek sıcaklıklara ve erozyona karşı dayanıklıdır: Alaşım 625 (Inconel) deniz suyuna ve yüksek sıcaklıkta hizmete uygundur, Alaşım C-276 (Hastelloy) en agresif kimyasal ortamlara uygundur, Alloy 400 (Monel) denizcilik hizmetine ve dubleks kaliteleri 2205 ve 2507, yüksek mukavemeti ekşi hizmet direnciyle birleştirir.

Bir üretim notu. Nikel alaşımları agresif bir şekilde sertleşir, bu nedenle bu malzemelerdeki 3D-10D bükümler, sıkı sıcaklık kontrolü ile indüksiyonla bükme ve gerektiğinde bükme sonrası ısıl işlem gerektirir; aksi takdirde bükme çatlama veya korozyon direncini kaybetme riskiyle karşı karşıya kalır. Tedarikçinin PWHT (kaynak sonrası ısıl işlem), PMI (pozitif malzeme tanımlama) ve sertlik testi kapasitesini doğrulayın.

Tablo 6 - Bükülmeler, dirsekler ve pikleme için temel standartlar

Piggable Bükümü Nasıl Belirlersiniz?

Eksiksiz bir piggable bükme spesifikasyonu yarıçapı (3D'ye eşit veya daha büyük, ideal olarak 5D), bükme açısını, teğet uzunluklarını, malzeme kalitesini ve duvar programını, üretim standardını ve toleransları belirtir ve yönlendirme dondurulmadan önce pig'in gerçek pig veya ILI satıcısıyla uyumluluğunu doğrular.

Teğetler ve aralık. Kaynak, pig başlatıcı hizalaması ve uç ovalliğinin temiz kalması için bükümün her iki ucunda düz giriş ve çıkış uzunluklarını (teğetler) belirtin. Sektörün "3D-5D kuralı" olan ardışık bükümler arasında en az 3D-5D düz boru bulundurun, böylece domuzun hızlı bir şekilde art arda iki kez bükülmesine gerek kalmaz.

Örnek spesifikasyon: "90 derece indüksiyon dirseği, R=5D, NPS 10, Çizelge 80, ASTM A312 TP316L, ASME B16.49'a göre üretilmiş ve test edilmiştir, her uçta teğet 1 m, standart tolerans dahilinde ovallik ve ekstra duvarlar, PMI ve sertlik testi yapılmıştır, malzeme sertifikaları ve MTC sağlanmıştır." Malzemeyi, programı ve toleransları hattın tasarım koduna göre ayarlayın.

Kalite kontrol: Gerektiğinde PMI'yı, sertliği, NDT'yi (UT/RT) ve tasarım koduna göre hidrostatik testi belirtin; izlenebilirlik için tam malzeme sertifikası talep edin.

Tablo 7 - Piggable büküm spesifikasyonu kontrol listesi

Hangi Bükme Yarıçapını Seçmelisiniz?

Rota gerçekten karşılayamadığı sürece varsayılan olarak 5D'yi kullanın. Alanın dar olduğu ve yalnızca temizleme veya ölçüm domuzlarının çalışacağı durumlarda 3B'yi kullanın; standart akıllı pigleme için 5D'yi kullanın; En uzun sert takımlar, yüksek hızlı akış veya minimum basınç kaybı hatları için 10D'yi kullanın. Takım satıcısının yazılı onayı olmadan asla 3D'nin altına inmeyin.

Maliyet mantığı basittir. Daha büyük bir yarıçapın boru, malzeme ve geçiş hakkı açısından maliyeti daha yüksektir, ancak tek bir sıkışmış pig kurtarma işlemi genellikle çok daha fazla maliyete neden olur ve 5D hat, bütünlük kararları için gerçekten güvenebileceğiniz denetim verilerini döndürür. En ucuz olanı değil, çalıştıracağınız en kötü aletin yarıçapını seçin.

Tablo 8 - Bükülme yarıçapının seçilmesi

Sıkça Sorulan Sorular

"3D", büküm merkez hattı yarıçapının boru nominal çapının (R=3 × D) üç katına eşit olduğu anlamına gelir. Örneğin NPS 6 boruda (dış çapı 168,3 mm), bir 3D bükümün merkez çizgisi yarıçapı yaklaşık 505 mm'dir.

3 boyutlu bir viraj piggable midir?

Evet, çoğu temizlik domuzu ve birçok akıllı araç için - 3D, domuzcuklama için kabul edilen minimum değerdir. Takım dinamikleri ve veri kalitesi 5D'de iyileşir, bu nedenle akıllı pigleme için önerilen varsayılan 5D'dir.

Bir domuz 1,5D uzun yarıçaplı dirseği geçebilir mi?

Köpük çubuklar ve bazı kısa, esnek domuzlar; sert gövde temizleme domuzları ve çoğu ILI aracı hasarla ve veri boşluklarıyla geçemez veya geçemez. Piglenecek bir hat için 3 boyutlu veya daha fazla büküm kullanın.

Akıllı pigleme için hangisi daha iyidir: 3D veya 5D bükümler?

5D. Çoğu ILI aracı minimum 3D olacak şekilde tasarlanmıştır, ancak 5D daha kararlı bir sensör ayrımı, daha iyi veri kalitesi ve daha az aşınma sağlar ve bu, pigli taşıma hatları için endüstrinin varsayılanıdır.

Boru kıvrımları dirseklerden daha fazla basınç düşüşüne neden olur mu?

Tam tersi. Pürüzsüz, geniş yarıçaplı virajlar (5D, 10D), sıkı dirseklere göre daha az basınç düşüşüne ve türbülansa neden olur; 10D'lik bir dirsek neredeyse düz boru gibi davranır.

Pigging için endüstrinin minimum bükülme yarıçapı nedir?

Yaygın kılavuzluk, çoğu pigli hat için minimum 3D'dir (yalnızca 4 inç ve daha küçük hatlarda ve yalnızca yumuşak pigler için 1,5D) ve akıllı pigleme için minimum 5D'dir. Daima domuz veya ILI satıcısıyla teyit edin.