This paper presents an analytical method, application of expansion, mechanical design, and integrated expansion design of subsea insulated pipe-in-pipe (PIP) systems. PIP system consists of a flowline and a casing pipe for the transport of high temperature and high pressure product from the subsea wells. To prevent heat lass from the fiowline, insulation material is applied between the pipes. The fiawline pipe and the casing pipe have mechanical connections through steel ring plate (water stops) and bulkheads. Pipeline expansion is defined by temperature, internal pressure, soil resistance, and interaction force between the flowline and the casing pipe. The results of the expansion analysis, the mechanical design of connection system of the two pipes and tie-in spool design are integrated for the whole PIP system.
A camprehensive review of the expansion behavior of marine pipelines due to thermal and pressure change is presented based on research work over the last 10 years. The review is organized into five main sections, namely free expansion with uniform temperature, free expansion with temperature gradient, expansion with end restraints, expansion of pipe-in-pipe system, and lateral deviation (snaking). Based on the accumulated knowledge of the interactions between the soil and pipeline behavior, a whole pipeline system can be modeled by an accurate finite element method (FEM). This methodology requires a comprehensive understanding and engineering verification of the expansion behavior of marine pipelines.
This paper presents a two- phase search scheme for optimal pipe expansion of expansion of existing water distribution systems. In pipe network problems, link flows affect the total cost of the system because the link flows are not uniquely determined for various pipe diameters. The two-phase search scheme based on stochastic optimization scheme is suggested to determine the optimal link flows which make the optimal design of existing pipe network. A sample pipe network is employed to test the proposed method. Once the best tree network is obtained, the link flows are perturbed to find a near global optimum over the whole feasible region. It should be noted that in the perturbation stage the loop flows obtained form the sample existing network are employed as the initial loop flows of the proposed method. It has been also found that the relationship of cost-hydraulic gradient for pipe expansion of existing network affects the total cost of the sample network. The results show that the proposed method can yield a lower cost design than the conventional design method and that the proposed method can be efficiently used to design the pipe expansion of existing water distribution systems.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.5
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pp.98-104
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2020
Pipe expansion involves various methods to enlarge the diameter of the pipes with the use of a mandrel or punch placed inside the pipe. In this study, the upper bound method was used to analyze the pipe expanding process as well as design a die. A kinematically admissible velocity field was derived for the upper bound analysis with the occurrence of pipe thinning during the expansion factored in. The analysis confirms that a semi-cone angle of the punch between 15ween pip is most advantageous for pipe expansion. The results of the upper bound analysis, which were also consistent with those of the FEM, can be useful for the design of a pipe expansion die.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.39
no.12
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pp.733-740
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2017
'The facilities standards of water supply' issued by the Ministry of Environment in 2004 indicates that expansion joints cannot be used in welding water supply steel pipes. However, their reason is not clear and it is difficult to confirm the stability of the steel pipe for a water supply pipeline. The purpose of this study is to determine whether or not an expansion joint is necessary to improve the stability of water supply in steel pipe through a displacement analysis of the pipework. The test results are as follows. Firstly, it was found that expansion and contraction of the water supply steel pipe (D 2,400 mm) occur repeatedly in 4 cycles per year, and the maximum expansion and contraction amount of the pipe is 13.03 mm in 1.24 km pipelines. Secondly, the thermal stress caused by expansion and contraction of the steel pipe is $13.7{\sim}36.1kgf/cm^2$ according to the burial depth (0~4 m). The main comparison factors to determine the stability of the steel pipe (STWW 400) were the allowable tensile strength and the fatigue limit, which were computed to be $4,100kgf/cm^2$ and $1,840kgf/cm^2$, respectively. Finally, the thermal stress of the steel pipe is very small compared to the allowable tensile stress and fatigue stress. Therefore, thermal stress does not affect the stability of the steel pipe, although the expansion and contraction of the steel pipe occurs by temperature changes. In conclusion, the study demonstrated that expansion joints are not required in water supply steel pipelines.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.5
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pp.827-833
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2022
In this study, the prediction of the bending angle for the 350 A bellows-type expansion joints and the structural stability according to the load were determined. The stability of the 2km piping system was predicted by applying the allowable bending angle of the expansion pipe joint obtained from the analysis. The maximum bending angle was calculated through bending analysis of the bellows-type expansion joints, and the maximum bending angle by numerical calculation was about 1.8°, and the maximum bending angle of the bellows obtained by comparing the allowable strength of the material was about 0. 22°. This angle was very stable compared to the allowable bending angle (3°) of the expansion pipe joint regulation. By applying the maximum bending angle, the allowable maximum deflection of the 2 km pipe was about 3.8 m. When the seismic load was considered using regression analysis, the maximum deflection of the 2km pipe was about 142.3mm, and it was confirmed that the bellows-type expansion joints and the deflection were stable compared to the allowable maximum deflection of the pipe system. These research results are expected to present design and analysis guidelines for the construction of piping and the development of bellows systems, and to be used as basic data for systematic research.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.12
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pp.3335-3344
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1994
The initial flow characteristics of the turbulent circular jet discharging into the sudden expansion pipes have been investigated by the hot wire anemometry. Evolutions of similarity, centerline behavior, jet boundary and typical turbulent quantities were looked into for the expansion ratios. The results show that the spreading rates of discharging jet seem not to be dependent of the expansion ratio and that the velocity profiles in the radial directions exhibit the similarity in the regions, 2-5d, 2-6d and 3-8d for the corresponding expansion rations of 2, 3 and 5, respectively. With the increase of expansion ratio the centerline velocity decays rather slowly. The anisotropic behaviors of the discharging jets into the sudden expansion pipe look stronger than those of the free jet.
The purpose of this research is to study the charateristics and manufacture of a composite heat pipe system with rotational and static pipe. A composite heat pipe system were tested to obtain the relationship between the expansion injector and auxiliary expansion for the motion of the working fluid by the experimental results. In addition the heat transport characteristics were found based on wall temperature of rotor, expansion injector, storage tank and vapor temperature. Water is used as working fluid of heat pipes. As the results of experiments, the composite heat pipe was operated for long times, 10 hour above with various rotational speed in performance. There were a few unexpected data by the capillary pumped loop at small working fluid, but as a whole the testing was successful.
Kim, Uiseok;Kim, Junghoon;Kim, Jiyoon;Min, Byungchan;Choi, Hangseok
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.22
no.12
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pp.5-13
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2021
Expandable steel pipe piles have been developed to ensure stability and reduce construction costs during underground floor remodeling and extension work. Expandable steel pipe piles are more economical and stable than micropiles. Extensible steel pipe pile is a method of improving the performance of steel pipes by expanding steel pipes underground. In this paper, the changes in buckling strength according to the shape of steel pipes in an extended steel pipe pile were identified, a numerical analysis model was developed to determine the expended part effect of bumps due to steel pipe expansion, and the optimal steel pipe expansion was calculated through material tests. The larger the expansion diameter of the steel pipe and the greater the number of expanded part, the greater the buckling strength. Numerical results showed that the number of expanded part has a greater effect on buckling strength than the expansion rate. When the expansion rate is more than 1.2 times, it can be seen that as the number of expanded part increases, the effect of increasing buckling strength increases significantly. It was also noted that the expanded part effect of the bumps occur significantly when the extension angle is less than 45° and the expansion rate is 1.3 times higher. When the steel pipe is failure, the expanded rate is 20 to 32%, averaging 25.4%. Through the material test, it was analyzed that it is desirable to limit the maximum expansion rate for performing steel pipes to 16%.
In this study, the effect of flow disturbance such as contraction, expansion pipe and velocity deviation from low velocity of $0.1\;^m/s$ to $2.5\;^m/s$ on the error characteristics of the flowmeter was studied. Flow experiments using flowmeter calibration facility of K-water were undertaken for the cases of ultrasonic flowmeter based on transit-time method and electromagnetic flowmeter. Experimental results are presented that measurement error of expansion pipe are larger than contraction pipe. It is shown that the minimum straight length were required to remain of ${\pm}0.5%$ error for electromagnetic flowmeter and ${\pm}2.0%$ error for ultrasonic flowmeter.
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