Introduction to ASME B31 for pipelines

Tham khảo thêm vài viết về tiêu chuẩn ASME cho lò hơi và thiết bị áp lực.

Định nghĩa về piping

Trong công nghiệp, Piping là một hệ thống nhiều thành phần liên kết với nhau, bao gồm đường ống, fitting (elbow, recuder, branch connection…), thiết bị, bu lông, gioăng, van, mặt bích, giá đỡ… dùng để chuyển tải lưu chất từ điểm này tới điểm khác.

Ống Piping được chia thành 3 loại chính (theo Size):

• Ống có đường kính lớn (Large bore pipe): thường bao gồm ống có đường kính lớn hơn 2 inch.
• Ống có đường kính nhỏ (Small bore pipe): thường bao gồm ống có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 2 inch.
• Tubing bao gồm các ống có đường kính lên đến 4 inch nhưng có độ dày thành ống nhỏ hơn hai loại trên và được kết nối với các compression fittings (instruments).

Tiêu chuẩn sử dụng cho các hệ thống đường ống

Trong số các tiêu chuẩn đường ống khác nhau đang được sử dụng trên thế giới, một trong những tiêu chuẩn được sử dụng nhiều nhất cho hệ thống đường ống là ASME B31. Tiêu chuẩn này quy định thiết kế, lựa chọn vật liệu, kiểm tra, thử nghiệm và an toàn của hệ thống đường ống cho nhiều ứng dụng khác nhau. Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về các mã ASME khác nhau sử dụng trong xây dựng hệ thống đường ống.

Thông thường, hệ thống đường ống bao gồm kích thước đường ống, lựa chọn mặt bích và thiết kế, bắt vít, vòng đệm, sử dụng van, thiết bị giảm áp, phụ kiện và các bộ phận chứa áp suất của các thành phần đường ống khác.

Hệ thống đường ống này cũng bao gồm các giá treo và giá đỡ, và các hạng mục thiết bị khác cần thiết để ngăn chặn các bộ phận chứa áp suất quá cao.

Các cấu trúc hỗ trợ như khung của tòa nhà, trụ của tòa nhà hoặc nền móng không được coi là một phần của hệ thống Đường ống.

Các cơ quan ban hành tiêu chuẩn đường ống khác

Tiêu chuẩn ASME (Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ) còn được gọi là ANSI là tiêu chuẩn được sử dụng nhiều nhất trong số các tiêu chuẩn sử dụng cho process piping. Ngoài ra, các tiêu chuẩn khác cũng được sử dụng trong yêu cầu xây dựng hệ thống đường ống.

• ASTM (A252) – Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm Hoa Kỳ
• API (5L) – Viện Dầu khí Hoa Kỳ
• EN (13480) – Mã đường ống công nghiệp kim loại Châu Âu
• GOST – Tiêu chuẩn quốc gia Nga
• AWS – Hiệp hội hàn Mỹ
• AWWA – Hiệp hội công trình nước Hoa Kỳ
• ANSI – Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ
• CWB – Ủy ban hàn của Canada

Việc sử dụng các tiêu chuẩn trên khác nhau tùy theo vị trí địa lý.

Tiêu chuẩn vật liệu sản xuất ống

Hiệp hội kiểm tra vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) xây dựng một bộ tiêu chuẩn đặc tính kỹ thuật vật liệu được sử dụng trong các ngành công nghiệp, bao gồm cả các vật liệu sản xuất ống.

• Specifications bắt đầu bằng chữ “A” được sử dụng cho thép.
• Specifications bắt đầu bằng chữ “B” được sử dụng cho kim loại màu (đồng thau, đồng thiếc,
• hợp kim đồng Niken, hợp kim nhôm.v.v.).
• Specifications bắt đầu bằng chữ “D” được sử dụng cho vật liệu plastic (nhựa PVC).

ASTM specification không chỉ thể hiện các thành phần hóa học cơ bản của vật liệu mà còn thể hiện quá trình hình thành hình dạng cuối cùng của sản phẩm.

Tiêu chuẩn kích thước và chiều dày thành ống

Kích thước ống danh định (Nominal Pipe Size – NPS) là một bộ tiêu chuẩn Bắc Mỹ được sử dụng để chỉ định đường kính và độ dày của ống. Kích thước ống được chỉ định bằng hai số không thứ nguyên: kích thước ống danh nghĩa (NPS) cho đường kính bên trong dựa trên inch và schedule (Sched. or Sch.) cho độ dày của thành ống.

Mặt cắt ống tròn có kích thước được quy định theo kích thước ống danh định xác định bởi đường kính ngoài của (OD) và độ dầy theo hệ inch.

• Đối với các ống có NPS ≤ 12 thì OD ≥ NPS.
• Đối với các ống có NPS ≥ 14 thì OD = NPS.

Độ dầy của Pipe: Được xác định bằng Schedule (SCH) hoặc chỉ chính xác độ dầy thành ống (WT – Wall thickness). Giá trị SCH được kí hiệu bởi dãy chữ số:

5, 5S, 10, 10S, 20, 20S, 30, 40, STD, 40S, 60, 80, XS, 80S, 120,140,160, XXS

STD: standard wall thickness, XS: extra, XXS: double extra

Kí hiệu S sau số SCH (10S, 20S…) chỉ ra rằng ống theo tiêu chuẩn ASME B36.19M cho Stainless steel pipe.

• Đối với các ống có NPS ≤ 10, SCH 40 = STD
• Đối với các ống có NPS ≤ 8, SCH 80 = XS

Dựa vào NPS (DN) và SCH ta tra bảng ra chiều dầy của ống tương ứng.

Tiêu chuẩn ASME B31 cho hệ thống đường ống

Trong ASME B31, chúng ta có các tiêu chuẩn khác nhau được phân chia tùy theo các lĩnh vực ứng dụng như được đề cập bên dưới.

ASME B31.1 – Đường ống dẫn năng lượng

• Lĩnh vực ứng dụng: Các nhà máy công nghiệp và các ứng dụng hàng hải.
• Ứng dụng: trạm phát điện, nhà máy tổ chức công nghiệp, nhà máy sưởi trung tâm và huyện, nồi hơi điện và nồi hơi nước nhiệt độ cao (trên 250 độ F), áp suất cao (hơn 15 PSIG áp suất nước, áp suất hơi 106PSIG).
• Code Prescription: Thiết kế, Lựa chọn vật liệu, lắp dựng, Thử nghiệm và kiểm tra hệ thống đường ống

Đường ống năng lượng dành cho đường ống liên quan đến các nhà máy điện và hệ thống sưởi ấm cũng như hệ thống sưởi địa nhiệt. Mối quan tâm chính của nó là vòng tuần hoàn hơi nước trong các nhà máy sử dụng năng lượng thông thường. Gần đây, tiêu chuẩn đã thêm một chương liên quan tới các yêu cầu kế hoạch bảo trì cho các nhà máy sản xuất điện.

ASME B31.2 – Đường ống dẫn khí đốt

• Lĩnh vực ứng dụng: Hệ thống đường ống truyền tải và phân phối khí
• Ứng dụng: Hệ thống đường ống khí
• Code Prescription: Thiết kế, Chế tạo, Lắp đặt và Thử nghiệm hệ thống đường ống.

Code đường ống khí đốt đã bị bãi bỏ vào năm 1988 và trách nhiệm đối với đường ống đó được đảm nhận bởi ANSI Z223.1. Đây vẫn là một tài liệu thiết kế tốt và mặc dù nó đã bị bãi bỏ nhưng ASME vẫn cung cấp làm tài liệu tham khảo.

ASME B31.3 – Đường ống xử lý

• Lĩnh vực ứng dụng: nhà máy hóa chất, dầu khí
• Ứng dụng: Nhà máy lọc dầu; nhà máy hóa chất, dược phẩm, dệt, giấy, chất bán dẫn và chất đông lạnh; và các nhà máy chế biến và thiết bị đầu cuối liên quan.
• Code Prescription: Lựa chọn vật liệu, Thiết kế, lắp ráp, lắp dựng, Thử nghiệm và kiểm tra hệ thống đường ống.

Đường ống xử lý (trước đây gọi là Code đường ống nhà máy hóa chất và nhà máy lọc dầu) là các tiêu chuẩn bao gồm nhiều loại hệ thống đường ống có các phần dành cho các loại chất lỏng khác nhau.

Về cơ bản, những chất lỏng này được đánh giá là có những rủi ro cố hữu khi sử dụng trong hệ thống đường ống, vì vậy chúng có những yêu cầu hạn chế nhiều hơn đối với những chất lỏng nguy hiểm hơn.

ASME B31.4 – Hệ thống đường ống vận chuyển hydrocacbon lỏng và các chất lỏng khác

• Lĩnh vực Ứng dụng: Nhà máy xử lý khí tự nhiên, nhà máy lọc dầu, nhà ga, nhà máy Amoniac, bến cảng (hàng hải, đường sắt và xe tải).
• Ứng dụng: Đường ống dẫn dầu khí và amoniac khan lỏng phụ trợ chính và phụ trợ tại các đầu cuối đường ống (hàng hải, đường sắt và xe tải), trang trại xe tăng, trạm bơm, trạm giảm áp và trạm đo lường, bao gồm bẫy cạp, bộ lọc và vòng lặp thích hợp; Bể chứa và bể làm việc bao gồm bể chứa kiểu ống được chế tạo từ ống và phụ kiện, và đường ống kết nối với các cơ sở này, Đường ống dẫn xăng dầu và amoniac khan lỏng nằm trong khu đất đã được dành riêng cho các đường ống như vậy trong nhà máy lọc dầu, xăng tự nhiên, chế biến khí, amoniac, và các nhà máy số lượng lớn.
• Code Prescription: Lựa chọn vật liệu, Thiết kế, lắp ráp, lắp dựng, Thử nghiệm và kiểm tra hệ thống đường ống.

Hệ thống vận chuyển chất lỏng Hydrocacbon và các chất lỏng khác về cơ bản là tiêu chuẩn đường ống vận chuyển chôn ngầm cho các sản phẩm lỏng. Đây là một trong ba code chủ đạo trong B31, dành cho hệ thống giao thông. Vì vậy, tiêu chuẩn cũng phải làm việc với nhiều cơ quan quản lý vận tải để đảm bảo rằng nó không mâu thuẫn với những quy định của các cơ quan đó.

ASME B31.5 – Các thành phần đường ống lạnh và truyền nhiệt

• Lĩnh vực ứng dụng: Các thành phần đường ống làm lạnh và truyền nhiệt
• Ứng dụng: Kiểm tra tái chế, các bộ phận truyền nhiệt và đường ống làm mát thứ cấp cho nhiệt độ thấp đến -320 ° F (-196 ° C), cho dù được lắp đặt tại cơ sở hoặc nhà máy lắp ráp
• Code Prescription: Lựa chọn vật liệu, Thiết kế, lắp ráp, lắp dựng, thử nghiệm và kiểm tra hệ thống đường ống.

Miễn trừ code: Bất kỳ hệ thống đơn vị hoặc khép kín nào tuân theo yêu cầu của Phòng thí nghiệm bảo hành hoặc phòng thí nghiệm thử nghiệm được công nhận trên toàn quốc khác: Đường ống dẫn nước và đường ống được thiết kế cho áp suất bên ngoài hoặc bên trong đồng hồ đo áp suất không quá 15 psi (105 kPa) bất kể kích thước; hoặc Bình chịu áp lực, máy nén hoặc máy bơm, nhưng bao gồm tất cả các đường ống nối chất làm lạnh và chất làm mát thứ cấp bắt đầu từ mối nối đầu tiên tiếp giáp với thiết bị đó.

Các bộ phận đường ống làm lạnh và truyền nhiệt khá dễ hiểu. Nó chủ yếu được sử dụng để xây dựng hệ thống làm lạnh hoặc truyền nhiệt lớn.

ASME B31.8 – Hệ thống đường ống phân phối và truyền dẫn khí

• Lĩnh vực ứng dụng: Vận chuyển khí đốt
• Ứng dụng: Các thiết bị đường ống được sử dụng để vận chuyển khí đốt.
• Code Prescription: Thiết kế, Lựa chọn vật liệu, lắp đặt, thử nghiệm và kiểm tra hệ thống đường ống.

Hệ thống đường ống truyền tải và phân phối khí đề cập đến việc vận chuyển khí và nó cũng chủ yếu dành cho đường ống chôn ngầm.

Bộ luật Quy định Liên bang (49CFR) là luật dành cho các loại hệ thống đường ống này. Như vậy, tiêu chuẩn đó phải đưa ra các yêu cầu bổ sung. Ngoài ra, đường ống dẫn khí đốt thường có có chiều dài khá lớn dẫn tới có thể có một số mức độ yêu cầu an toàn khác nhau đối với đường ống khi nó di chuyển qua các vùng có mật độ dân số khác nhau.

Ngoài ra, vì khí đốt tự nhiên có rất nhiều rủi ro cố hữu nên các yêu cầu về an toàn và bảo trì khá chi tiết.

ASME B31.8S – Quản lý tính toàn vẹn của hệ thống của đường ống dẫn khí

• Lĩnh vực ứng dụng: Vận chuyển khí đốt
• Ứng dụng: Các thiết bị đường ống được sử dụng để vận chuyển khí đốt. Điều này có nghĩa là tất cả các bộ phận của cơ sở vật chất mà khí được vận chuyển qua đó, bao gồm đường ống, van, các phụ kiện gắn với đường ống, bộ phận máy nén, trạm đo lường, trạm điều chỉnh, trạm phân phối, giá đỡ và các cụm chế tạo.
• Các nguyên tắc và quy trình có thể áp dụng cho tất cả các hệ thống đường ống. Tiêu chuẩn này được thiết kế đặc biệt để cung cấp cho người vận hành (như định nghĩa trong phần 13) thông tin cần thiết để phát triển và thực hiện một chương trình quản lý tính toàn vẹn hiệu quả sử dụng các quy trình và thực tiễn ngành đã được chứng minh. Các quy trình và phương pháp tiếp cận trong Tiêu chuẩn này có thể áp dụng cho toàn bộ hệ thống đường ống.
• Code Prescription: Thiết kế, lựa chọn vật liệu, lắp đặt, thử nghiệm và kiểm tra hệ thống đường ống.

Quản lý tính toàn vẹn của hệ thống đường ống dẫn khí là một cuốn sách được xuất bản gần đây. Đây là cuốn sách xác định cách thiết lập một kế hoạch để xử lý các vấn đề mà những rủi ro hiện hữu.

ASME B31.9 – Đường ống Dịch vụ Tòa nhà

• Lĩnh vực Ứng dụng: các tòa nhà công nghiệp, thể chế, thương mại và công cộng, và các khu dân cư nhiều đơn vị ở.
• Ứng dụng: Các thiết bị đường ống được sử dụng trong các tòa nhà công nghiệp, thể chế, thương mại và công cộng và nhiều đơn vị
  nhà ở, không yêu cầu nhiều loại kích thước, áp suất và nhiệt độ được đề cập trong ASME B31.1.
• Code Prescription: Thiết kế, Lựa chọn Vật liệu, lắp đặt, thử nghiệm và kiểm tra hệ thống đường ống.

Building Services Piping hay các đường ống trong tòa nhà đề cập đến các hệ thống đường ống áp lực điển hình được thiết kế để phục vụ các tòa nhà thương mại. Bởi vì các hệ thống này thường ít rủi ro hơn về áp suất, độc tính và nhiệt độ nên chúng không có nhiều hạn chế đối với các thông số của hệ thống ở mức độ thấp. Khi vượt quá các giới hạn, người dùng thường tham khảo B31.1.

ASME B31.11 – Hệ thống đường ống vận chuyển bùn

• Lĩnh vực ứng dụng: Các nhà máy và thiết bị đầu cuối, trạm bơm và điều tiết vận chuyển bùn.
• Ứng dụng: Đường ống vận chuyển bùn nước của các vật liệu không độc hại, chẳng hạn như than, quặng khoáng, chất cô đặc và các vật liệu rắn khác.
• Code Prescription: Thiết kế, Lựa chọn Vật liệu, lắp đặt, thử nghiệm và kiểm tra hệ thống đường ống.

Hệ thống đường ống bùn là một tiêu chuẩn đường ống vận chuyển khác chủ yếu áp dụng cho các hệ thống đường ống chôn để vận chuyển bùn và chất lỏng sệt.

Tính hữu dụng ngày càng hạn chế của tiêu chuẩn như một tài liệu độc lập và một ngày nào đó có thể được đưa vào dưới dạng tập hợp con của B31.4. Dự kiến ​​việc sử dụng bùn để vận chuyển những thứ như than nghiền đã không thành hiện thực.

ASME B31G – Hướng dẫn xác định độ bền còn lại của đường ống bị ăn mòn

• Các lĩnh vực ứng dụng: Mã B31G này có thể áp dụng cho tất cả các lĩnh vực là một phần của Mã ASME B31 cho đường ống áp lực.
• Ứng dụng: Mã B31G này có thể áp dụng cho tất cả các đường ống và hệ thống đường ống là một phần của Mã ASME B31 cho đường ống áp lực.
• Code Prescription: Thiết kế, Lựa chọn Vật liệu, lắp đặt, thử nghiệm và kiểm tra hệ thống đường ống.

“Sổ tay xác định độ bền còn lại của đường ống bị ăn mòn” và vẫn được sử dụng rộng rãi trong các công việc liên quan tới đánh giá đường ống.

B31.12: Hệ thống đường ống hydro

Đây là tiêu chuẩn mới đang được phát triển. Khi được ASME phát hành, tiêu chuẩn sẽ có nhiều phần tương tự như B31.3 và B31.8. Tiêu chuẩn bao gồm ba phần chính gồm vận chuyển, đường ống và phân phối.

Cần có một phân chương riêng dành cho hydro vì nó có những đặc tính độc đáo ảnh hưởng đến vật liệu xây dựng và thường được vận chuyển ở áp suất cao hơn nhiều. Nó cũng là một loại khí rất dễ cháy, không mùi và do đó đòi hỏi phải có biện pháp phòng ngừa an toàn đặc biệt.

Các yêu cầu kiểm tra của B31.1 và B31.3

So sánh giữa các yêu cầu kiểm tra NDT của B31.1 và B31.3

ASME B31.1

ASME B31.1 không yêu cầu và đưa ra khái niệm về kiểm tra ngẫu nhiên, qua đó cần kiểm tra 100% hoặc không cần kiểm tra.

Với nhiệt độ lớn hơn 400 độ C ở tất cả các mức áp suất: Kiểm tra MPI và LPI với các ống tới 2″ và 100% Kiểm tra chụp ảnh phóng xạ hoặc siêu âm với các ống lớn hơn 2″.

Với nhiệt độ từ 175 tới 400 độ C và áp suất cao hơn 70 bar: Kiểm tra trực quan cũng như thực hiện kiểm tra RT và UT 100% các ống có chiều dày từ 3/4″ (19mm) và chỉ cần kiểm tra trực quan các ống có chiều dày nhỏ hơn3/4″ (19mm).

Tiêu chuẩn chấp nhận khi kiểm tra PAUT: B31.1 Mandatory Appendix O (thay thế B31 Case 189)

Chương VI của ASME B31.1 bao gồm các yêu cầu trình độ chuyên môn của Nhân viên NDT và các tiêu chí chấp nhận/đánh hỏng đối với các khuyết tật mối hàn bằng các phương pháp kiểm tra sau;

• Kiểm tra trực quan (136.4.2)
• Kiểm tra hạt từ tính (136.4.3)
• Kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (136.4.4)
• Chụp ảnh phóng xạ (136.4.5)
• Kiểm tra siêu âm (136.4.6)

ASME B31.3

ASME B31.3 giới thiệu khái niệm kiểm tra ngẫu nhiên và lũy tiến khi phát hiện khuyết tật.

• Đối với Chất lỏng loại D: Chỉ kiểm tra trực quan.
• Đối với chất lỏng thông thường: Trực quan cộng với 5% Chụp RT hoặc UT.
• Đối với chất lỏng loại M: Trực quan cộng với 20% Chụp RT hoặc UT.
• Đối với chất lỏng nhiệt độ cao: Trực quan cộng với 5% RT hoặc UT, Kiểm tra 100% MPI hoặc LPI các mối hàn.
• Đối với áp suất cao (trên 100 Mpa): Trực quan + 100% RT hoặc UT.

Tiêu chuẩn chấp nhận khi kiểm tra PAUT: B31.3 Mandatory Appendix R (thay thế B31 Case 181)

• Kiểm tra trực quan (344.2.2)
• Kiểm tra hạt từ tính (344.3.2)
• Kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (344.4.2)
• Chụp ảnh phóng xạ (344.5.1)
• Kiểm tra siêu âm (344.6.2)

Tổng kết

B31.3 là một trong những tiêu chuẩn được yêu cầu nhiều nhất của ASME. Nó đóng vai trò là bạn đồng hành với Tiêu chuẩn B31.1 của ASME của đường ống dẫn năng lượng cũng như với các mã khác trong sê-ri B31 của ASME. Bổ sung cho nhau, chúng vẫn là tài liệu tham khảo cần thiết cho bất kỳ ai tham gia vào xây dựng và vận hành hệ thống đường ống công nghiệp.

Để có các giải pháp Kiểm tra NDT tốt nhất và các dịch vụ Kiểm tra Vật liệu khác liên quan tới các hệ thống đường ống, hãy liên hệ với VISCO.