Mam zamiar zrobić słowniczek podstawowych pojęć dotyczących projektowania rurociągów w sektorze nuklearnym. Zobaczymy na ile starczy mi zapału. Jedyną rodziną norm powszechnie używaną na całym świecie są kody ASME BPVC III. Poniższy opis postępowania opiera się na zapisach w nich zawartych, ale jest ograniczony tylko do elementów rurociągowych.
Cztery tryby pracy
Elementy rurociągowe mogą pracować w czterech trybach pracy oznaczonych literą od A do D. Tryb A (normal) jest zwykłym trybem pracy, w którym system ma pracować w pełnym zakresie. Typowym naprężeniem obliczeniowym jest SH. Tryb B (upset) oznacza sytuację odbiegającą od normy, którą rurociąg musi wytrzymać bez konieczności jego naprawy. Obciążeniem w tym trybie oprócz typowego dla trybu A jest bazowe trzęsienie ziemi. Typowym naprężeniem obliczeniowych jest 1,2 SH. W trybie C (emergency) mammy do czynienia z sytuacją awaryjną po wystąpieniu, której rurociąg wymaga inspekcji z powodu widocznych dużych odkształceń. W tym scenariuszu jednak rurociąg pozostaje w całości. Co do kombinacji obciążenia, to w tym przypadku można spodziewać się wyjątkowo silnych trzęsień ziemi. Typowym naprężeniem obliczeniowychm jest 1,8 SH. W ostatnim trybie pracy (faulted) rurociąg jest w stanie całkowitej awarii, choć wymaganym poziomem jest by pozostał mniej lub bardziej w całości. Chodzi o to by zniszczenie rurociągu i jego rozpad nie doprowadził do kaskadowego powiększania się rozmiarów awarii. Możliwą kombinacją obciążenia jest uderzenie rakietowe, akt terroryzmu czy upadek samolotu. Typowym naprężeniem obliczeniowych jest 2,4 SH.
Klasy komponentów
Norma dzieli wszystkie elementy rurociągowe na poniższe klasy: klasa 1 skonstruowane zgodnie z zasadami podrozdziału NB, klasa 2 zgodnie z NC, klasa 3 zgodnie z ND, klasa MC (metalowe zbiorniki bezpieczeństwa) zgodnie z NE, klasa CS (główne konstrukcje wsporcze) zgodnie z NG. Dział NF zawiera zasady konstrukcji podpór i dział NF opisuje zasady dla konstrukcji wewnętrznych.
Należy zadać pytanie, czym są elementy klasy od 1 do 3 i jak się je klasyfikuje? Jest to zadaniem działu bezpieczeństwa. Klasa 1 obejmie wszystkie układy (aparaty i rurociągi), których awaria może doprowadzić do najpoważniejszych skutków. Z reguły są rurociągi pary pierwotnej od reaktora do turbiny i główny system chłodzenia. Klasa 2 obejmuje pozostałe układu głównej technologii. Klasa 3 z reguły dotyczy systemy wspomagające takie jak układy tryskaczowe, sprężonego powietrza, zalania i oczyszczania wody. Wszystkie pozostałem systemu rurociągowe nieobjęte wyżej wymienionymi klasami są bezklasowe i mogą być projektowane na bazie kodów innych niż nuklearne, na przykład z godziny B31. Przykładem mogą być instalacje budynkowe jak wody lodowej do klimatyzacji.
Typowe obciążenia
Projektowanie elementu ciśnieniowego rozpoczyna się od przeglądu możliwych obciążeń występujących w miejscu budowy systemu. Do typowych, które trzeba w pierwszej kolejności wziąć pod uwagę należą:
- Ciśnienie wewnętrzne i zewnętrzne;
- Obciążenia udarowe występujące sporadycznie
- Szybko zmieniające się ciśnienia;
- Ciężar w warunkach pracy lub testów
- Obciążenia wiatrem, obciążenia śniegiem, drgania i obciążenia trzęsieniami ziemi
- Reakcje na podporach
- Wpływ temperatury
Ciśnienie obliczeniowe
Parametr ten jest określony, jako nie mniejszy niż maksymalna różnica ciśnienia między wnętrzem i zewnętrzem rurociągu lub między dowolnymi jego zamkniętymi obszarami, która występuje przy najcięższych obciążeniach w zakresie tryby pracy A (service limit A). Ciśnienie projektowe musi obejmować dodatki na skoki ciśnienia, błędy układu sterowania i efekty konfiguracji systemu, takie jak ciśnienie statyczne. Warto zauważyć, że w takiej definicji ciśnienia obliczeniowego ujęte są skoki jego wartości, które w innych przypadkach były by w zakresie obciążeń sporadycznych (occasional).
Ciśnienie obliczeniowe trzeba używać podczas obliczeń według paragrafów NB-3221, NB-3227.1, NB-3227.2, NB-3227.4, NB-3228.1, NB-3228.2 i NB-3231. Określone ciśnienie robocze w odpowiednim czasie należy używać w obliczeniach wykonanych NB-3222, NB-3228.3 i NB-3232.
Temperatura obliczeniowa
Temperatura projektowa lub obliczeniowa nie może być niższa niż oczekiwana maksymalna średnia temperatura metalu na całej grubości rozważanej części, dla której określono limity serwisowe poziomu A. Jeśli element jest podgrzewany lokalnie na przykład indukcyjnie lub przez wewnętrzne generowanie ciepła, skutek takiego dopływu ciepła należy uwzględnić przy ustalaniu temperatury projektowej. Temperatura projektowa musi uwzględniać błędy układu sterowania i skutki konfiguracji systemu.
Temperaturę obliczeniową należy stosować w obliczeniach łącznie z ciśnieniem obliczeniowym i obciążeniami mechanicznymi. Rzeczywista temperatura metalu w rozpatrywanym punkcie powinna być stosowana we wszystkich obliczeniach, w których wymagane jest użycie określonego ciśnienia roboczego.
