Ontwerp
In dit onderdeel wordt ingegaan op de eisen waaraan een goed piping design moet voldoen. Omdat het onmogelijk is om hierin alles op te nemen, worden de belangrijkste zaken er hier uitgelicht.
Piping design aan vaten.
Piping design aan pompen.
Piping design aan warmtewisselaars.
Piping design en materialen.
Flexibiteit
Pipesupports
De plaatsing van vaten
Opstelling.
Wanneer een vat volgens een bepaald proces met andere apparaten moet samenwerken plaatst men het vat zodanig, dat er een economisch en geordend leidingwerk ontstaat tussen de apparaten onderling.
Vaten worden over het algemeen opgesteld langs een pijpenbrug. Horizontale vaten worden vanwege de ruimte met hun lengteas loodrecht op de pijpenbrug opgesteld.
De hoogte waarop het vat moet worden geplaatst, is afhankelijk van de proceseisen. Denk hierbij oa aan afschot (gravity flow) en de benodigde zuighoogte van de pomp “Net Positieve Suction Head”. (NPSH)
De keuze van het vaste (fixed) of glijdend (sliding) ondersteuningspunt bij een horizontale vat verdient wel enige aandacht. Uiteraard wordt de keuze grotendeels beïnvloed door de leidingloop, temperatuur, etc. Maar als richtlijn kan men stellen, dat het vaste punt van het vat het ondersteuningspunt is, welke het dichtst bij de vloeistofuitlaat is geplaatst.
De plaatsing van pompen
Opstelling
Wanneer een pomp volgens een bepaald proces met andere apparaten moet samenwerken plaatst men de pomp zodanig, dat er een economisch en geordend leidingwerk ontstaat tussen de apparaten onderling.
Pompen worden over het algemeen opgesteld langs/onder een pijpenbrug en zo dicht mogelijk bij de “bron” om de zuigleiding zo kort mogelijk te houden. In het geval er brandbare stoffen verpompt worden, mogen pompen niet onder een constructie geplaatst worden.
De pomp wordt in het algemeen aangedreven door een elektromotor. In enkele gevallen zien we een verbrandingsmotor, een turbine of een hydromotor. Pompen worden altijd opgesteld met de motor naar de vrije ruimte.
Wanneer de pomp voor onderhoud vanonder de pijpenbrug benaderd wordt, stelt men de pomp met de motor richting de pijpenbrug op.
Pompen die uit opslagtanks zuigen worden buiten de “tankfarm” opgesteld, met de motor naar de vrije ruimte.
De motor met de koppeling moeten altijd vrij van obstakels te bereiken zijn. In geval van een vertikale pomp opstelling moet één kant altijd vrij blijven tbv onderhoud.
De plaatsing van warmtewisselaars
Algemeen
Wanneer een warmtewisselaar volgens een bepaald proces met andere apparaten moet samenwerken plaatst men de warmtewisselaar zodanig, dat er een economisch en geordend leidingwerk ontstaat tussen de apparaten onderling.
Opstelling van shell & tube warmtewisselaars
S&T Warmtewisselaars worden over het algemeen opgesteld langs een pijpenbrug. Ze worden vanwege de ruimte met hun lengteas loodrecht op de pijpenbrug opgesteld, zodat de tubes naar de open ruimte kunnen worden uitgetrokken.
De locatie van het “fixed point” is afhankelijk van bepaalde factoren:
In geval van koelwaterleidingen die zijn aangesloten op hoofdleidingen die ondergronds lopen, wordt het aanbevolen om het “vaste ondersteuningspunt “ van de warmtewisselaar zo dicht mogelijk te kiezen bij het punt waar de aftakkingen boven de grond komen.
In het geval dat alle leidingen van een pijpenbrug komen wordt het ” fixed point” in verband met expansie zo dicht mogelijk bij de pijpenbrug geplaatst.
Pijp specificatie
De pijp specificatie, in het dagelijks gebruik afgekort tot de pipe spec, is het basisdocument in piping design.
Hierin wordt per project alle te gebruiken piping componenten zoals bochten, flenzen en afsluiters beschreven.
De pipe spec is ontwikkeld n.a.v. gegevens die aangegeven worden door de Process Engineer.
De Material Engineer, die verantwoordelijk is voor het controleren van de specificatie in samenwerking met de Process Engineer, haalt de informatie van de ANSI of DIN-standaards. De ontwikkeling van dit document is onder hoofdstuk Proces Techniek van de cursus besproken.
In dit hoofdstuk beperken we ons tot het gebruik en lezen van de onderdelen van de pipe spec.
Temperatuurspanningen
Verhoging of verlaging van de temperatuur in een leiding door de omgeving of door de inhoud van de leiding veroorzaakt veranderingen van de lengte van de leiding.
Deze vormverandering veroorzaakt niet alleen extra spanning in de leiding, maar ook de nodige extra krachten op de supports en aangesloten apparatuur.
Hoe hoog die spanning in een rechte, aan weerszijden opgesloten leiding kan oplopen is met de volgende formule te berekenen:
De spanning is dus afhankelijk van de uitzettingscoëfficient , en de elasticiteitsmodules van het materiaal.
De lengte en diameter van de leiding spelen dus geen rol!
Leidingflexibiliteit
Vaak is het mogelijk die krachten en spanningen op te vangen door het inbouwen van flexibele verbindings-
stukken.
Waar dat niet mogelijk of te kostbaar is (grote diameters en/of hoge druk) moeten we die extra benodigde flexibiliteit zoeken in de vormgeving.
De flexibiliteit van een leiding neemt toe als:
• de totale leidinglengte toeneemt
• het zwaartepunt van de leiding verder naar buiten ligt.
Vergeet bij het ontwerpen niet de economische aspecten:
• zijn extra (kostbare) bochtstukken en supports nodig?
• moeten extra voorzieningen getroffen worden voor de supports?
Op de navolgende schermen zijn voorbeelden gegeven van zowel twee- als driedimensionale oplossingen.
Berekeningen
Of een leiding voldoende flexibel is kan met behulp van een aantal min of meer eenvoudige formules aangetoond wor-
den. Hiervoor bestaan twee systemen:
• berekening volgens de DLT-formules
• berekening volgens KELLOG-formule
Kellog
De flexibiliteit is voldoende als aangetoond kan worden dat:
waarin:
D = leidingdiameter in mm
Y = uitzetting tussen ankers A en B in mm
L = totale leidinglengte in m
U = afstand tussen de ankers A en B in m
= uitzettingscoefficient
Software
Voor eenvoudige leidingconstructies zijn berekeningen met de formules van o.a. Kellog nog wel te doen. Maar voor wat complexere constructies zijn die methoden onvoldoende nauwkeurig en nogal omslachtig.
Gelukkig voor de constructeur is er nu een keur aan software op de markt, waarmee na enige oefening vrij snel en accuraat resultaten kunnen worden bereikt. Als voorbeeld kan het pakket CAEPIPE van SST Systems dienen.
De software is “free” te downloaden via http://www.sstusa.com/.
Er kan ongelimiteerd gebruik worden gemaakt van het pakket. Er is alleen een beperking t.a.v. de grootte van het leidingsysteem.
De software berekent aan de hand van de ingevoerde geometrie van het leidingontwerp, leidingdiameters en lengtes, bochten, afsluiters, supports, materiaaleigenschappen en de belasting (eigen gewicht, temperatuur, wind, enz.) de optredende krachten, materiaalspanningen en vervormingen uit.
Het aardige van dit soort pakketten is dat de uitvoer ook grafisch weergegeven kan worden, zodat in een oogopslag te zien is waar het een en ander fout gaat. Het ontwerp kan dan vrij eenvoudig aangepast worden voor een volgende rekenpartij.
Pipe Supports
De functie van pipe supports (pijp ondersteuningen) is:
• Het opvangen van het gewicht van het leidingsysteem.
• Het beheersen van de materiaalspanning in de leidingen.
• Het reduceren van de vervorming van het leidingsysteem.
• Het opvangen van de reacties op aangesloten equipment.
• Het opvangen van trillingen en schokken (o.a. waterslag) in het leidingsysteem.
De keuze van plaats, type en aantal ondersteuningen bepaalt mede de flexibiliteit van het gehele leidingsysteem.
3D flexibiliteit
Bij grotere installaties hebben we meestal te maken met leidingaansluitingen op meerdere niveaus.
Dat betekent dat de constructeur meer mogelijkheden heeft om eventuele flexibiliteitsproblemen op te lossen. Er moeten dan wel de nodige voorzieningen worden getroffen voor de pipesupports.
