Boru Genleşmesi ve Destek

Herhangi bir buhar sistemi tamamen desteklenmeli, çalışma sırasında genleşebilmeli ve bunun sonucunda harekete izin verecek kadar esnek olmalıdır. Bu eğitim, farklı yöntemler ve tam hesaplamalar konusunda tavsiye içermektedir.

Genleşme için tolerans

Tüm borular ortam sıcaklığında kurulur. Su veya buhar gibi sıcak akışkanlar taşıyan borular daha yüksek sıcaklıklarda çalışır. Bunun sonucunda, ortamdan çalışma sıcaklıklarına bir artışla birlikte özellikle uzunlukta genleşirler. Bu, boru bağlantıları gibi dağıtım sistemi içindeki belirli alanlarda gerilim oluşturacaktır ve aşırı durumda kırılabilir. Genleşme miktarı, Denklem 10.4.1 kullanılarak kolayca hesaplanabilir veya Şekil 10.4.1 gibi uygun bir çizelgeden okunabilir.

Örnek 10.4.1

30 m uzunluğunda karbon çelik boru, 4 bar g’de (152°C) buhar taşımak için kullanılacaktır. Boru 10°C’de kurulursa, Denklem 10.4.1 kullanılarak genleşmeyi belirleyin.

Alternatif olarak, Şekil 10.4.1’deki çizelge, çeşitli çelik boru uzunluklarının yaklaşık genleşmesini bulmak için kullanılabilir - kullanım açıklaması için Örnek 10.4.2’ye bakın. Örnek 10.4.2 Şekil 10.4.1’i kullanarak. 265°C’de buhar dağıtmak için kullanılan 100 metre karbon çelik boru tesisatının 15°C’den itibaren yaklaşık genleşmesini bulun. Sıcaklık farkı 265 - 15°C = 250°C’dir. 250°C’lik diyagonal sıcaklık farkı çizgisinin 100 m’deki yatay boru uzunluğu çizgisini kestiği yerden, dikey bir çizgi aşağı düşürün. Bu örnekte yaklaşık 330 mm’lik bir genleşme belirtilmektedir.

Boru tesisatı esnekliği Boru tesisatı sistemi, bileşenler genleşirken hareketlerini karşılayacak kadar esnek olmalıdır. Birçok durumda, boru tesisatı sisteminin esnekliği, borunun uzunluğu ve dirsek sayısı ile destek sayısı nedeniyle, herhangi bir aşırı gerilim uygulanmadığı anlamına gelir. Ancak diğer kurulumlarda, bu gerekli esnekliği elde etmek için bazı araçlar dahil etmek gerekecektir. Tipik bir buhar sisteminde bir örnek, bir buhar ana hattı drenaj kondenstopundan buhar hattı boyunca uzanan kondens dönüş hattına kondens boşaltılmasıdır (Şekil 10.4.2). Burada, iki boru tesisatı sisteminin genleşmeleri arasındaki fark dikkate alınmalıdır. Buhar ana hattı, kondens ana hattından daha yüksek sıcaklıkta çalışacak ve sistem ısınması sırasında iki bağlantı noktası birbirine göre hareket edecektir.

Boru tesisatı ve içindeki herhangi bir cihaz tarafından alınacak hareket miktarı ‘soğuk çekme’ ile azaltılabilir. Toplam genleşme miktarı, sabit ankraj noktaları arasındaki her bölüm için önce hesaplanır. Borular bu miktarın yarısı kadar kısa bırakılır ve flanşlı bir bağlantıda cıvatalar çekilerek soğuk olarak gerilir, böylece ortam sıcaklığında sistem bir yönde gerilim altındadır.

Toplam sıcaklık artışının yarısından geçildiğinde, boru tesisatı gerilimsizdir. Çalışma sıcaklığında ve tamamen genleştiğinde, boru tesisatı ters yönde gerilim altındadır. Etki, 0 F’den +1 F kuvvet birimlerine gerilim altındayken, boru tesisatının -½ F’den +½ F kuvvet birimlerine gerilim altındadır.

Pratik olarak, boru tesisatı soğukta, genleşmenin yarısına eşit uzunlukta bir ara parçası ile iki flanş arasında monte edilir. Boru tesisatı tamamen kurulup her iki uçtan sabitlendiğinde, ara parça çıkarılır ve bağlantı sıkıca çekilir (Şekil 10.4.3’e bakınız).

Kalan genleşme kısmı, boru tesisatının doğal esnekliği tarafından kabul edilmezse, bir genleşme fittingi kullanılmasını gerektirecektir.

Pratikte, boru tesisatı genleşmesi ve desteği Şekil 10.4.4’te gösterildiği gibi üç alana ayrılabilir.

Sabit veya ‘ankraj’ noktaları ‘A’, genleşmenin gerçekleştiği bir referans noktası sağlar.

Kayan destek noktaları ‘B’, boru hattını hizada tutarken boru tesisatının genleşmesi için serbest harekete izin verir. ‘C’ noktasındaki genleşme cihazı, borunun genleşmesini ve büzülmesini karşılamak içindir.

Silindirik destekler (Şekil 10.4.5 ve 10.4.6), boruları desteklemenin ideal yöntemleridir ve aynı zamanda iki yönde hareket etmelerine izin verir. Çelik boru tesisatı için silindirler demir malzemeden üretilmelidir. Bakır boru tesisatı için demir dışı malzemeden üretilmelidir. Silindirler üzerinde desteklenen boru tesisatının, herhangi bir genleşme ve büzülme sırasında boru tesisatını hizada tutmak için 6 metre mesafeden daha uzak olmayacak şekilde destek braketine cıvatalanmış bir boru eyeri ile donatılması iyi bir uygulamadır.

İki borunun birinin altında desteklenmesi gerektiğinde, alt boruyu bir boru kelepçesi kullanarak üst borudan taşımak kötü bir uygulamadır. Bu, yalnızca çalışma basıncının gerilimini alacak şekilde boyutlandırılmış kalınlığa sahip üst boruya ek gerilim ekleyecektir. Tüm boru destekleri, söz konusu borunun dış çapına uyacak şekilde özel olarak tasarlanmalıdır.

Genleşme fittingleri

Genleşme fittingi (‘C’ Şekil 10.4.4), genleşmeyi karşılamanın bir yöntemidir. Bu fittingler bir hat içine yerleştirilir ve hattın toplam uzunluğu değişmeden genleşmeyi karşılayacak şekilde tasarlanmıştır. Genleşme körüğü yapısından dolayı genellikle genleşme körüğü olarak adlandırılırlar. Diğer genleşme fittingleri boru tesisatının kendisinden yapılabilir. Bu, sorunu çözmenin daha ucuz bir yolu olabilir, ancak boruyu barındırmak için daha fazla alana ihtiyaç vardır.

Tam döngü Bu, basitçe borunun bir tam turudur ve buhar boru tesisatında, kondensin üst akış tarafında birikmesini önlemek için tercihen dikey konumda değil yatay konumda takılmalıdır. Alt akış tarafı üst akış tarafının altından geçer ve kondens dipte birikebileceğinden ters yönde takılmamasına büyük özen gösterilmelidir. Tam döngüler dar bir alana takılacaksa, yanlış yönlü döngülerin tedarik edilmeyeceğini belirtmeye özen gösterilmelidir. Tam döngü, bazı diğer tiplerdeki gibi genleşen boru tesisatına karşı bir kuvvet üretmez, ancak döngü içindeki buhar basıncı ile hafif bir açılma eğilimi vardır ve bu flanşlara ek bir gerilim bindirir.

Bu tasarım, boru tesisatının kapladığı alan nedeniyle bugün nadiren kullanılır ve tescilli genleşme körükleri artık daha kolay bulunmaktadır. Ancak elektrik santralleri veya büyük dış dağıtım sistemlerine sahip kuruluşlar gibi büyük buhar kullanıcıları, alan genellikle mevcut olduğundan ve maliyet nispeten düşük olduğundan tam döngü tipi genleşme cihazları kullanmaya devam etme eğilimindedir.

At nalı veya lir döngüsü Yer mevcut olduğunda bu tip bazen kullanılır. Döngü ve ana hat aynı düzlemde olacak şekilde yatay olarak takılması en iyisidir. Basınç, döngünün uçlarını uçurmaya eğilimli değildir, ancak çok hafif bir düzleştirme etkisi vardır. Bu tasarımdan kaynaklanır ancak flanşların hizasızlığına neden olmaz. Bu düzeneklerden herhangi biri döngü dikey olarak borunun üzerine takılırsa, Şekil 10.4.8’de gösterildiği gibi üst akış tarafında bir drenaj noktası sağlanmalıdır.

Genleşme Döngüleri

Genleşme döngüsü, düz boru uzunlukları ve bağlantı noktalarında kaynaklanmış dirseklerden üretilebilir (Şekil 10.4.9). Bu tertiplerin karşılayabileceği boru genleşmesinin bir göstergesi Şekil 10.4.10’da gösterilmiştir.

Şekil 10.4.9’dan görülebileceği gibi, döngünün derinliği genişliğin iki katı olmalıdır ve genişlik, döngünün her iki tarafından beklenen toplam genleşme miktarı bilinerek Şekil 10.4.10’dan belirlenir.

Kayan eklem Bunlar az yer kapladıkları için bazen kullanılır, ancak boru hattının üreticinin talimatlarına sıkı sıkıya uyularak katı bir şekilde sabitlenmesi ve yönlendirilmesi zorunludur; aksi takdirde, ek parçasının kovan kısmının enine kesit alanı üzerinde etki eden buhar basıncı, genleşen boru tesisatının ürettiği kuvvetlere karşı eklemi uçurmaya eğilimlidir (Şekil 10.4.11’e bakınız). Hizasızlık kayan kovanı bükecekken, conta keçesinin düzenli bakımı da gerekebilir.

Genleşme körüğü Bir genleşme körüğü, Şekil 10.4.12, conta gerektirmez (kayan eklem tipi gibi) avantajına sahiptir. Ancak, kayan eklemle aynı dezavantajlara sahiptir; içindeki basınç fittingi uzatmaya eğilimlidir, bu nedenle ankrajlar ve kılavuzlar bu kuvvete dayanabilmelidir.

Körükler, elemanın aşırı sıkıştırmasını ve aşırı uzamasını sınırlayan limit çubukları içerebilir. Bunların normal çalışma koşullarında az işlevi olabilir, çünkü çoğu basit körük tertibatı küçük yanal ve açısal harekete dayanabilir. Ancak, ankraj arızası durumunda, bağlama çubukları gibi davranırlar ve basınç itme kuvvetlerini kontrol altında tutarak, boru, ekipman ve personele daha fazla zarar verme olasılığını azaltırken ünitenin hasar görmesini önlerler (Şekil 10.4.13 (b)).

Daha büyük kuvvetlerin beklendiği durumlarda, menteşeli takviye çubukları gibi cihaza bazı ek mekanik takviye biçimleri dahil edilmelidir (Şekil 10.4.13 (c)). İki yanal olarak yerinden oynatılmış boru arasındaki bağıl hareketi karşılamak için körük ankrajlarının ve kılavuzlarının bağıl konumlarına bağlı olarak her zaman birden fazla yol vardır. Tercih açısından, eksenel yer değiştirme açısal olandan, o da yanal olandan daha iyidir. Açısal ve yanal hareket mümkün olduğunca önlenmelidir. Şekil 10.4.13 (a), (b) ve (c), bu hareketlerin etkileri hakkında kabaca bir gösterge verir, ancak her durumda, genleşme körüklerinin herhangi bir kurulumu konusunda körük üreticisinden uzman tavsiyesi alınması şiddetle tavsiye edilir.

Boru Destek Aralığı

Boru desteklerinin sıklığı, borunun çapına; gerçek boru malzemesine (yani çelik veya bakır); ve borunun yatay veya dikey olmasına bağlı olarak değişecektir.

Dikkate alınmaya değer bazı pratik noktalar şunlardır:

• Boru destekleri, Tablo 10.4.3’te gösterilenden daha büyük olmayan aralıklarla sağlanmalı ve uygun desteklerin monte edilebileceği bina ve yapıların o kısımları boyunca uzanmalıdır.
• İki veya daha fazla boru ortak bir braket üzerinde destekleniyorsa, destekler arasındaki mesafe en küçük boru için olan mesafe olmalıdır.
• Belirgin bir hareket gerçekleştiğinde, yani düz borular 15 metreden uzun olduğunda, destekler daha önce belirtildiği gibi silindirik tip olmalıdır.
• Dikey borular, dikey borunun ve içindeki akışkanın toplam ağırlığına dayanabilmesi için tabanında yeterli şekilde desteklenmelidir. Dikey borulardan gelen dallar, borunun destek aracı olarak kullanılmamalıdır, çünkü bu tee bağlantısına aşırı gerilim bindirecektir.
• Tüm boru destekleri, söz konusu borunun dış çapına uyacak şekilde özel olarak tasarlanmalıdır. Büyük boy boru braketlerinin kullanılması iyi bir uygulama değildir. Tablo 10.4.3, çelik ve bakır boru tesisatı için boru destekleri arasındaki mesafeyi hesaplarken bir rehber olarak kullanılabilir.

Boru destekleri konusu Avrupa standardı EN 13480, Bölüm 3’te kapsamlı bir şekilde ele alınmaktadır.