Genlesme Dongusu Uygulamalari

GENLEŞME DÖNGÜSÜ UYGULAMA
STANDARDI
Yayın Tarihi
: 17.09.2012
Rev. No
:0
Rev. Tarihi
Sayfa No
: 17.09.2012
: 1/11
İÇİNDEKİLER
PARAGRAF NO
KONU
SAYFA NO
1.0
AMAÇ ve KAPSAM
2
2.0
TANIMLAR
2
3.0
GENEL BĠLGĠLER
4
3.1
GenleĢme Döngüsünün Tanımı ve Gerekçeleri
4
3.2
Sorumluluklar
5
3.3
Dokümantasyon
6
4.0
UYGULAMALAR
7
4.1
Malzemeler
7
4.2
Döngü Tasarımında Dikkat Edilecek Hususlar
7
4.3
Döngü Uzunluğunun Hesaplanması
9
5.0
ÇEġĠTLĠ HÜKÜMLER
13
6.0
KAYNAKÇA
13
HAZIRLAYAN
MAKĠNE MÜHENDĠSĠ
BEKĠR KAĞAN YAVUZ
ELEKTRONĠK NÜSHA BASILMIġ HALĠ, KONTROLSUZ KOPYADIR.
GENLEŞME DÖNGÜSÜ UYGULAMA
STANDARDI
Yayın Tarihi
: 17.09.2012
Rev. No
:0
Rev. Tarihi
Sayfa No
: 17.09.2012
: 2/11
1. AMAÇ ve KAPSAM
Bu standart, rafineriler içinde bulunan boru hatlarının mukavemet değerlerini azaltmadan
esnekliklerinin arttırılması için endüstride yaygın olarak kullanılan genleĢme döngüsü
uygulamasının tasarlanması ve montajı hakkındaki gereklilikleri belirtir. Bu standart güvenli
saha uygulamalarını geliĢtirmek amacıyla yayınlanmıĢtır. Genel kapsamı karbon çelik,
yüksek mukavemetli alaĢımlı çelik ve paslanmaz çelik malzemelerde oluĢacak genleĢme
payının sönümlenmesidir.
Genel itibari ile boru sistemlerinin tasarım ve iĢletmesinin ASME B31.3, ASME B31.4 veya
ASME B31.8’e göre yapıldığı kabul edilmektedir.
Diğer bir genel kabul ise genleĢme döngüsü iĢinde kullanılacak boru, dirsek ve bağlantı
elemanlarının kaynaklı olacağıdır.
Bu standart genel itibari ile borulara yapılacak düz genleĢme döngüsü ve üç boyutlu
genleĢme döngüsü iĢlerini kapsar.
2. TANIMLAR
Müteahhit
Tasarım, mühendislik, satın alma, montaj, devreye alma iĢlerinin kısmi
ya da tamamını gerçekleĢtirmekte olan birim
Tedarikçi
Ekipman/servis imalatı yada temini ile TÜPRAġ/müteahhit tarafından
verilen yükümlülükleri yerine getiren birim
İşveren
Projeyi baĢlatan, tasarım ile montaj için ödemeleri yapan iĢin sahibi
birim (TÜPRAġ)
İş sahibi ünite
Ana organizasyon yapısında “genleĢme döngüsü” yapılacak boru
hattından sorumlu olan ünite/birim
İş paketi
Bu standarda uygun genleĢme döngüsü imalatı içeren her bir proje için
gerekli dokümanlardan oluĢan dosya
Saha
Ġmalat ve montajın iĢletme içerisinde gerçekleĢtirildiği bölge
Ana boru
GenleĢme döngüsü yapılacak olan boru.
Sabit Destek
Boru hattının serbestlik derecesini 0’a indiren boru destek tipi (Anchor)
Kayıcı Destek
Boru hattının serbestlik derecesini 1 birim azaltarak, sadece
doğrultusunun korunmasını sağlayan boru destek tipi (Guide Support)
HAZIRLAYAN
MAKĠNE MÜHENDĠSĠ
BEKĠR KAĞAN YAVUZ
ELEKTRONĠK NÜSHA BASILMIġ HALĠ, KONTROLSUZ KOPYADIR.
GENLEŞME DÖNGÜSÜ UYGULAMA
STANDARDI
Yayın Tarihi
: 17.09.2012
Rev. No
:0
Rev. Tarihi
Sayfa No
: 17.09.2012
: 3/11
Genleşme Döngüsü
Hatta oluĢan ısıl gerilimin, hat doğrultusunun dikey ve/veya yatay
yönde geçici olarak değiĢtirilerek sönümlenmesi (Expansion Loop)
Genleşme Bağlantısı
GenleĢme döngüsüne alternatif olarak, hatta oluĢan ısıl gerilimin
sönümlenmesini sağlayan bağlantı elemanları (Expansion Joint)
Düz Döngü
GenleĢme döngüsünün iki boyutta konumlandırılması (Flat Loop)
Yatay Döngü
Döngü kollarının ana boru ile aynı kotta olduğu düz döngü tipi
Dikey Döngü
Döngü kollarının kot olarak ana borudan yukarda kaldığı düz döngü
tipi
3B Döngü
GenleĢme döngüsünü ilk ve son dirseklerinden 3. eksende
yönlendirerek oluĢturulan 3 boyutlu döngü, omega döngü (3D Loop)
Baz Hattı
Boru hattının iki ucunda yer alan sabit destekleri doğrudan birleĢtiren
hat (Thrust Axis)
OD
Boru DıĢ Çapı (mm)
IEB(HAZ)
Isıdan etkilenmiĢ bölge
İşletme Şartları
Sistemdeki boru tesisatının içindeki akıĢkanın cinsi ve sistemin basınç
ve/veya sıcaklık değerleri ĠĢletme Ģartlarıdır.
WPS
Kaynak prosedürü.
PQR
Kaynak Yöntem Prosedür Kalifikasyon Kayıtları
PWHT
Kaynak Sonrası Isıl ĠĢlem
HAZIRLAYAN
MAKĠNE MÜHENDĠSĠ
BEKĠR KAĞAN YAVUZ
ELEKTRONĠK NÜSHA BASILMIġ HALĠ, KONTROLSUZ KOPYADIR.
GENLEŞME DÖNGÜSÜ UYGULAMA
STANDARDI
Yayın Tarihi
: 17.09.2012
Rev. No
:0
Rev. Tarihi
Sayfa No
: 17.09.2012
: 4/11
3. GENEL BİLGİLER
3.1.
Genleşme Döngüsünün Tanımı ve Gerekçeleri
Döngüler, boru hatlarında esnekliğin arttırılmasını sağlayan en önemli yöntemlerden biridir.
Sıcaklık farklılıklarından kaynaklanan ısıl gerilimin hat doğrultusuna dik monte edilen
kollarla sönümlenmesini sağlar. ASME B31.3 319.7’de belirtildiği üzere genleĢme döngüleri
ve genleĢme bağlantıları endüstrilerde en yaygın Ģekilde kullanılan ve tasarımcının
kanaatinde olan iki yöntemdir. GenleĢme döngüleri genleĢme bağlantılarına göre daha çok
hacim kaplasa da, daha güvenilir ve uzun ömürlü olduklarından daha çok tercih edilirler.
GenleĢme döngüleri simetrik (ġekil 3.1) veya asimetrik (ġekil 3.2) olabilirler. Simetrik
döngüler genleĢmeyi iki yönden eĢit miktarda sönümleyebildikleri için asimetrik döngülere
göre daha verimlidirler [1]. Ama sahada mevcut bulunan boru ve döngü yollarından
faydalanabilmek için asimetrik olanları da kullanılır.
ġekil 3.1. Simetrik Döngü
ġekil 3.2. Asimetrik Döngü
GenleĢme döngüsü yapımı kararı alınırken aĢağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır:








Ana borunun durumu
Proses Ģartları
Standart ve prosedürler
Bağlantılardaki gerilim miktarı
Sabit desteklerdeki gerilim miktarı
Teknik emniyet kuralları
Çevre ve kirlilik
Mali analiz
HAZIRLAYAN
MAKĠNE MÜHENDĠSĠ
BEKĠR KAĞAN YAVUZ
ELEKTRONĠK NÜSHA BASILMIġ HALĠ, KONTROLSUZ KOPYADIR.
GENLEŞME DÖNGÜSÜ UYGULAMA
STANDARDI
Yayın Tarihi
: 17.09.2012
Rev. No
:0
Rev. Tarihi
Sayfa No
: 17.09.2012
: 5/11
4. UYGULAMALAR
4.1.
Malzemeler
Bu standart karbon çelik, düĢük alaĢımlı çelik ve paslanmaz çelik malzemelerle yapılacak
genleĢme döngüsü tasarımı ve imalatı ile ilgilidir. Diğer malzemelerle döngü imalatı
yapılacaksa konunun uzmanı malzeme/kaynak mühendislerine danıĢılmalı ve özel
prosedürler geliĢtirilmelidir.
Kullanılacak boru, dirsek ve bağlantı elemanı malzemeleri ana boru malzemesinin sınıf
birimleri ile uyumlu olmalıdır.
GenleĢme döngüsü için gerekli olan alan sahada mevcut değilse genleĢme bağlantısı
malzemeleri kullanılmalı ve ilgili standartlara uyulmalıdır.
4.2.
Döngü Tasarımında Dikkat Edilecek Hususlar
Boru yollarındaki döngüler tüm hatları etkilediği için, tasarım aĢamasında döngü boyutları
hesaplanmalı ya da nomograftan belirlenmelidir (ġekil 4.7).
Boru yollarında (pipe rack) bir çok boru hattı yan yana bulunduğundan, boru döngüleri iç içe
sıralanır (ġekil 4.1). Ġç içe kıvrılan döngüler, optimum boy/en, B/E (Denklem 4.2), oranından
zorunlu olarak vazgeçilmesine sebep olabilir. Böylesi durumlarda dikkat edilecek husus,
sahada montajı gerçekleĢen döngü uzunluğunun hesaplanmıĢ döngü uzunluğundan (LD)
daha fazla olmasını sağlamaktır.
ġekil 4.1. Boru yolundaki paralel hatlar
Boru yolu tasarımında, en fazla genleĢmenin olacağı hat en büyük döngü boyuna ihtiyaç
duyduğundan en dıĢ döngüde ve dolayısıyla en dıĢ tarafta konumlandırılır. Aynı Ģekilde,
daha az genleĢmenin gerçekleĢeceği hat, daha az döngü boyuna ihtiyaç duyacağından iç
kısımda kalabilir.
HAZIRLAYAN
MAKĠNE MÜHENDĠSĠ
BEKĠR KAĞAN YAVUZ
ELEKTRONĠK NÜSHA BASILMIġ HALĠ, KONTROLSUZ KOPYADIR.
GENLEŞME DÖNGÜSÜ UYGULAMA
STANDARDI
Yayın Tarihi
: 17.09.2012
Rev. No
:0
Rev. Tarihi
Sayfa No
: 17.09.2012
: 6/11
3B döngüler (ġekil 4.2) boru yolundaki diğer boruların ve döngülerin rotasını bozmadığı için
sıklıkla tercih edilir. Bu döngüde, yükselmeyi sağlayan kol (Y) genellikle 1 m olarak kabul
edilir [2]. 3B döngülerde yüksekliği sağlayan kollar dirseklerde oluĢan gerilimin azalması
bakımından iĢlevseldir. Ancak boru ağırlık merkezini, sabit destekleri doğrudan birleĢtiren
baz hattına (ġekil 4.3) göre saptıramadıklarından boru esnekliğine katkıda bulunmazlar ve
toplam döngü uzunluğu (LD) hesaplamasında ihmal edilirler.
ġekil 4.2. Üç Boyutlu Döngü
ġekil 4.3. Baz Hattı
ġekil 4.4. Kayıcı Destek ĠĢlevi
Döngünün her iki tarafına da monte edilen, ġekil 4.4’de G1 ve G2 olarak gördüğümüz, kayıcı
destekler döngünün iĢlevselliği adına kritik öneme sahiptir. Boru dirseklerinin yan taraflar
yerine eksenel olarak sapması kayıcı destekler sayesindedir.
Sahada sıklıkla karĢılaĢılan bir problem, borular arasındaki boĢluğun yetersiz
bırakılmasından dolayı, boruların genleĢme sonrası çakıĢmasıdır. Bu sorunu gidermek için,
Δx1 ve Δx2 aynı yöndeki ısıl genleĢme miktarları olacak Ģekilde, BoĢluk > (Δx2 – Δx1)
koĢulu sağlanmalıdır (ġekil 4.5).
HAZIRLAYAN
MAKĠNE MÜHENDĠSĠ
BEKĠR KAĞAN YAVUZ
ELEKTRONĠK NÜSHA BASILMIġ HALĠ, KONTROLSUZ KOPYADIR.
GENLEŞME DÖNGÜSÜ UYGULAMA
STANDARDI
Yayın Tarihi
: 17.09.2012
Rev. No
:0
Rev. Tarihi
Sayfa No
: 17.09.2012
: 7/11
ġekil 4.5. Hatlarda genleĢme sonrası durum
4.3.
Döngü Uzunluğunun Hesaplanması
GenleĢme döngüsü uzunluğu, 1 en, 2 boy ve gerekirse 2 yükseklik (ġekil 4.2)
uzunluklarından oluĢur. Döngü uzunluğunun, LD, kol uzunluklarına bağlı denklemi aĢağıda
verilmiĢtir:
LD = E + 2B
(4.1)
GenleĢme döngülerindeki optimum boy/en (B/E) oranı, literatürde Ģu Ģekildedir [3], [4]:
B = 2E
(4.2)
4.1 ve 4.2 denklemlerinden yararlanılarak:
LD = 5E
(4.3)
Isıl genleĢmenin sönümlenmesi için gereken min. döngü uzunluğunu, LD, hesaplamak için
kullanılabilecek 3 yöntem vardır:
a. Kellogg çizelgesi ile hesaplama (ġekil 4.6)
b. Nomograf kullanarak hesaplama (ġekil 4.7)
c. Tek formül ile hesaplama
Bu hesaplamalarda elde edilecek değerler yeni boru yolları tasarımında doğrudan
kullanılabilir. Ancak proje sahada mevcut bulunan boru yollarından geçmek durumunda ise
ve hesaplanan değerler için gerekli olacak alan/boĢluk bulunmuyor ise 3B döngü
seçeneğine geçilir.
HAZIRLAYAN
MAKĠNE MÜHENDĠSĠ
BEKĠR KAĞAN YAVUZ
ELEKTRONĠK NÜSHA BASILMIġ HALĠ, KONTROLSUZ KOPYADIR.
GENLEŞME DÖNGÜSÜ UYGULAMA
STANDARDI
Yayın Tarihi
: 17.09.2012
Rev. No
:0
Rev. Tarihi
Sayfa No
: 17.09.2012
: 8/11
Hesaplamalar yapılırken gerekli olan bilgiler ise aĢağıda sıralanmıĢtır:








Ġki sabit destek arası uzaklık, LS, ft
Ġki kayıcı detsek arası uzaklık, LK, ft
Elastik modülüs, E, psi
Boru dıĢ çapı, D, in
Isıl genleĢme miktarı, Δ, in
Isıl genleĢme oranı, α, in/100ft
Hatta görülebilecek maksimum sıcaklık farkı, ΔT, °F
Ġzin verilen minimum gerilim, S, psi
(ASME B31.3 Tablo C-6)
(ASME B31.3 Tablo C-1)
(ASME B31.3 Tablo A-1)
Hesaplamalarda kullanılacak birimler yukarda görüldüğü gibi US ölçü birimleridir.
Rafineriler genelinde boru yollarında kullanılan konstrüksiyon yapı, boru hatlarını 6 m
aralıklarla destekleyecek Ģekilde tasarlandığından, genleĢme döngüsünün iki tarafına
monte edilecek kayıcı destek mesafesi, LK, 6 m olarak varsayılır.
GenleĢme payının hesaplanmasında kullanılmak üzere maksimum sıcaklık, tasarım
sıcaklığı olarak kabul edilir. Minimum sıcaklık ise bölgelere göre farklılık göstermektedir.
Örn: Ġzmir minimum sıcaklık değeri -7°C’dir.
4.3.1. Kellogg Çizelgesi ile Hesaplama
Çizelge kullanılırken y- ekseninde okunmak üzere gerekli olan formül aĢağıda verilmiĢtir:
(4.4)
Isıl genleĢme denklemi aĢağıda verilmiĢtir:
(4.5)
Bu çizelgede kullanılan kullanılan K1 ve K2 değerleri, kayıcı destek mesafesinin sırasıyla
döngü enine ve döngü boyuna oranlarını vermektedir.
E = K1.LK
(4.6)
B = K2.LK
(4.7)
HAZIRLAYAN
MAKĠNE MÜHENDĠSĠ
BEKĠR KAĞAN YAVUZ
ELEKTRONĠK NÜSHA BASILMIġ HALĠ, KONTROLSUZ KOPYADIR.
GENLEŞME DÖNGÜSÜ UYGULAMA
STANDARDI
Yayın Tarihi
: 17.09.2012
Rev. No
:0
Rev. Tarihi
Sayfa No
: 17.09.2012
: 9/11
Tasarımcı, K1 ve K2 değerlerinden birini, sahada mevcut bulunan döngü yolunun geometrik
koĢuluna göre kendi seçmelidir. Seçilen değer ve çizelgede okunacak denklem 4.4’ün
sonucu ile birlikte döngü uzunluğu, döngü eni ve döngü boyu mesafeleri bulunmuĢ olur.
ġekil 4.6. M.W.Kellogg Çizelgesi
HAZIRLAYAN
MAKĠNE MÜHENDĠSĠ
BEKĠR KAĞAN YAVUZ
ELEKTRONĠK NÜSHA BASILMIġ HALĠ, KONTROLSUZ KOPYADIR.
GENLEŞME DÖNGÜSÜ UYGULAMA
STANDARDI
Yayın Tarihi
: 17.09.2012
Rev. No
:0
Rev. Tarihi
Sayfa No
: 17.09.2012
: 10/11
4.3.2. Nomograf Kullanarak Hesaplama
Nomografta 3 adet dikey ölçek bulunmaktadır. Solda dıĢ çap ölçüsü (in), ortada
sönümlenmesi gereken genleĢme miktarı (in) ve sağda gerekli olan döngü uzunluğu (LD) ile
ilgili ölçekler görülür.
DıĢ çap ölçüsü ve genleĢme miktarı (denklem 4.5) belirlendikten sonra ölçeklerdeki yerleri
belirlenir ve düz bir çizgi sol ölçekten baĢlayıp orta ölçekten geçerek sağ ölçekteki değer
okunacak Ģekilde uzatılır. Sağ ölçekte okunan değer döngü uzunluğunu vermiĢ olur.
Nomograf ve denklem 4.3 ile birlikte döngü uzunluğu, döngü eni ve döngü boyu belirlenmiĢ
olur.
ġekil 4.7. Döngü uzunluğunun ölçüsünü veren nomograf
HAZIRLAYAN
MAKĠNE MÜHENDĠSĠ
BEKĠR KAĞAN YAVUZ
ELEKTRONĠK NÜSHA BASILMIġ HALĠ, KONTROLSUZ KOPYADIR.
GENLEŞME DÖNGÜSÜ UYGULAMA
STANDARDI
Yayın Tarihi
: 17.09.2012
Rev. No
:0
Rev. Tarihi
Sayfa No
: 17.09.2012
: 11/11
4.3.3. Tek Formül ile Hesaplama
Isıl gerilimin sönümlenmesi için gerekli min. döngü uzunluğu (LD), aĢağıdaki formül
kullanılarak tek adımda da hesaplanabilir:
(4.8)
Döngü uzunluğu ve denklem 4.3 kullanılarak döngü eni ve döngü boyu belirlenmiĢ olur.
Bu yöntem, hesaplama açısından daha kolay olması ve okunmasında her zaman hata payı
barındıran Ģekil veya çizelge kullanımı içermediği için diğer yöntemlere göre daha
avantajlıdır. Diğer yöntemler, sonuçların doğruluğunun karĢılaĢtırılması için kullanılabilir.
5. ÇEŞİTLİ HÜKÜMLER
Tasarım hesaplandıktan sonra risk taĢıyan bölgelerde gerilmelerin durumu kontrol
edilmelidir. CAESAR II 5.20, boru gerilme analiz programı, özellikle boru dirseklerinde
görülebilecek aĢırı gerilmelerin (over stress) kontrolü için uygundur. AĢırı gerilme görüldüğü
takdirde, döngü üç boyutlu hale getirilebilir veya sabit destek noktaları arasında kalmak
koĢulu ile ilave bir döngü montajı yapılabilir.
Tasarım tamamlandıktan sonra döngü kolları için destek montajları tamamlanmalıdır.
Döngü düz ise ġekil 4.1’de Ģematik olarak “d1” olarak gösterilen yerden ve üç boyutlu ise
ġekil 4.2’de Ģematik olarak “dikey destek” olarak gösterilen yerlerden desteklenmelidir.
6. KAYNAKÇA
[1] ASME B31.3, 2002: “ASME Code For Pressure Piping”
[2] Kellogg, M.W., 1956: “Expansion Loops and Expansion Joints”, Chapter 5
[3] Thermacor, 2002: “Expansion Calculations and Loop Sizing”, TDCD 16.103
[4] Sardar, M., 2008: “Design of Steam Piping including Stress Analysis”, Mechanical
Engineering Department, PI of Engineering & Applied Sciences
[5] Hayden, L.E.,“Grooved and Pressfit Piping Systems”, Chapter A9
HAZIRLAYAN
MAKĠNE MÜHENDĠSĠ
BEKĠR KAĞAN YAVUZ
ELEKTRONĠK NÜSHA BASILMIġ HALĠ, KONTROLSUZ KOPYADIR.