سمك جدار الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ: الضغط ودرجة الحرارة

يجب اختيار سمك جدار أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ وفقاضغط التصميم، درجة حرارة التصميم، درجة المواد، تحمّلات التصنيع وظروف الخدمةيحدد جدول الأنابيب سلسلة من الأبعاد؛ فإنه لا يضع تصنيف ضغط عالمي.

على سبيل المثال ، أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ من الجدول 40S لها سمك جدار مختلف في أحجام أسمية مختلفة. يعتمد ضغطها المسموح به أيضًا على خصائص المواد في درجة حرارة التصميم ،مواصفات التصنيع و رمز الأنابيب المعمول به.

بالنسبة للمهندسين والمصنعين وفرق المشتريات، فإن المهمة العملية هي تحديد الحد الأدنى المطلوب للجدار، والحساب للخصومات والتسامحات،ثم حدد سمك اسمي متاح يرضي التصميم الكامل.

سمك جدار الأنابيب هو المسافة بين السطحين الخارجي والداخلي للأنابيب.

للأنابيب الدائرية المثالية ذات سمك جدار موحد:

القطر الداخلي = القطر الخارجي − 2 × سمك الجدار

يجب التمييز بين ثلاثة مصطلحات سمك:

سمك الجدار الاسمي ليس بالضرورة الحد الأدنى للسمك في كل مكان. يجب النظر في تخفيفات التصنيع قبل مقارنة الأنابيب المطلوبة مع متطلبات التصميم.

بالنسبة للأنابيب القائمة ، قد يؤثر التآكل والتآكل والتصنيع السابق أيضًا على الجدار المتبقي.

المخططات الشائعة للأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ تشمل5S و 10S و 40S و 80Sيجب دائماً أن ينظر إلى رقم المخطط جنباً إلى جنب مع حجم الأنابيب الاسمي.

في NPS معين ، يبقى القطر الخارجي نفسه عبر هذه الجداول ، في حين أن زيادة سمك الجدار يقلل من القطر الداخلي.

يقدم الرسم البياني التالي لأحجام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ مرجعية للأبعاد المختارة.

يتم تقريب الأقطار الخارجية إلى نقطة عشرية واحدة. سمك الجدران هو الأبعاد الاسمية ، وليس درجات الضغط. يتم توثيق مجموعات الجدول الزمني هذه في جداول الأبعاد المصنعة.

NPS هو تسمية اسمية. أنبوب NPS 2 لا يحتوي على قطر خارجي 2 بوصة.

لا، العديد من الأبعاد تتطابق، وخاصة في الأحجام الأصغر، ولكن لا ينبغي التعامل مع الجداول على أنها قابلة للتبادل عالميا.

يُميز تسمية S ‬ سلسلة أبعاد الأنابيب المقاومة للصدأ المرتبطة بـ ASME B36.19تحدد ASME الاختلافات بين بعض أبعاد الحائط B36.19 و B36.10 ، بما في ذلك NPS 12 الجدول 40S و NPS 10 و 12 الجدول 80S.تأكيد معيار الأبعاد والحجم المطبق قبل الموافقة على الاستبدال.

الضغط الداخلي يخلق ضغوطًا في جدار الأنابيب. مع عدم تغيير مدخلات التصميم الأخرى ، يتطلب الضغط الأعلى عمومًا جدارًا أكثر سمكًا.أيضا قطر أكبر يتطلب عموما سمك الجدار أكثر لمقاومة نفس الضغط الداخلي.

ومع ذلك، لا يمكن خيار الضغط أن يقتصر على جدول 10S للضغط المنخفض و جدول 80S للضغط العالي.خصائص المواد وأساس التصميم.

بالنسبة للأنابيب المستقيمة تحت الضغط الداخلي ، فإن تعبيرًا واحدًا شائع الاستخدام في ASME B31.3 ، ضمن حدود التطبيق المعلنة ، هو:

t = P × D ÷ [2 × (S × E × W + P × Y) ]

هذه العلاقة توضح لماذا تعتمد قدرة الضغط على أكثر من الجدول الزمني. يتم إظهار استخدامه في وثائق الهندسة المصنعة التي تطبق B31.3. اختر المعاملات وقيم الإجهاد المادية وحدود التطبيق من نسخة الشفرة التي اعتمدتها المشروع.

يجب بعد ذلك معالجة المعايير التآكلية والميكانيكية ، وتسامح التصنيع وغيرها من الاختبارات المطلوبة. هذا التعبير عن الضغط الداخلي في الأنابيب المستقيمة لا يكمل تصميم المنحنيات ،فروع أو أنابيب تعرض للضغط الخارجي.

تؤثر درجة الحرارة على قوة المواد وسلوك نظام الأنابيب المجمعة.

يجب أن يتوافق التوتر المسموح به المستخدم لتصميم الضغط مع المادة المحددة وشكل المنتج ودرجة حرارة التصميم.

مع زيادة درجة الحرارة، يمكن أن ينخفض التوتر المسموح به، مما يقلل من الضغط الذي يمكن أن يدعمه جدار أنبوب معين.لذلك لا ينبغي نقل درجة ضغط درجة حرارة الغرفة إلى خدمة درجة حرارة مرتفعة دون التحقق من أساسها.

تستخدم جداول ضغط الشركة المصنعة المنشورة عادةً تعديلات درجة الحرارة الخاصة بالمادة. وتطبق هذه العوامل على المنتجات والافتراضات الواردة في هذه الجداول.يجب ألا يتم نقلها تلقائيًا إلى مواصفات الأنابيب غير ذات الصلة.

لا يحل تقرير اختبار المواد الذي يوضح قوة الشد في درجة حرارة الغرفة محل الإجهاد المسموح به المطلوب في قانون التصميم.

عند ارتفاع درجات الحرارة بما فيه الكفاية ووقت التعرض الطويل ، يمكن أن يصبح سلوك الزحف والانهيار الإجهادي مهمًا.

لا ينبغي التعامل مع الدرجات منخفضة الكربون مثل 304L و 316L على أنها قابلة للتبادل مع درجات H المقابلة لها في هذه الظروف.تحدد ASTM A312 على وجه التحديد عدة درجات H للتطبيقات التي تهم فيها خصائص الزحف وتكسير الإجهاد.

وبالمثل، فإن درجة حرارة مقاومة الأكسدة في ورقة بيانات المواد ليست تلقائيًا درجة حرارة تشغيل مسموح بها للأنابيب المضغوطة.

يتم توسيع الأنابيب وتقلصها مع تغير درجة حرارتها. يمكن أن تولد القيود والمرسومات والمعدات المرتبطة بها قوى إضافية ولحظات عندما يتم تقييد هذه الحركة.

زيادة سمك الجدار لا تحل كل مشكلة التوسع الحراري. يجب أيضا تقييم تخطيط الأنابيب والدعامات والمرونة وحملات اتصال المعدات.

يجب أن تأخذ ظروف التصميم بعين الاعتبار حالات التشغيل والبدء والإيقاف والاضطرابات ذات الصلة.الحالة القائمة قد تنطوي على مزيج معين من الضغط والحرارة بدلا من الضغط الأقصى الذي تم النظر فيه وحده.

لا ينبغي تفسير انخفاض درجة الحرارة تلقائيًا على أنه يسمح بزيادة ضغط التصنيف.

لا يزال من الضروري التحقق من ملاءمة المواد ومتطلبات الصلابة وحالة اللحام وأحكام القانون المعمول بها في الحد الأدنى لدرجة الحرارة المصممة.

سمك الجدار ومقاومة التآكل يجيبون على أسئلة مختلفة.

يساهم سمك الجدار في القدرة الميكانيكية ويوفر أي منح محدد لفقدان المواد. يحدد اختيار المواد كيف يستجيب الأنابيب لبيئة العملية.

لا، مقارنة304 مقابل 316 الفولاذ المقاوم للصدأيتطلب فصل أداء التآكل عن خصائص التصميم تحت الضغط.

إضافة الموليبدينوم في 316 تحسن مقاومة بعض البيئات التآكل مقارنة مع 304.تحديد ضغط أعلى مسموح به لكل حجم وأنبوب ودرجة حرارةيجب أن تستخدم حسابات الضغط الإجهاد المسموح به المخصص للدرجة والحالة المحددة بالضبط.

قد يوفر السماكة الإضافية إعفاءً من فقدان المعدن العام المتوقع. إنها ليست بديلاً موثوقاً لمقاومة التآكل أو تآكل الشقوق أو تشقق التآكل.

على سبيل المثال ، يمكن أن تكون الصفات الأوستينيتية القياسية مثل 304L و 316L عرضة للكلوريد التآكل الإجهادي عند درجات الحرارة المرتفعة.زيادة الجدار لا يزيل المزيج الأساسي من البيئةالمواد المعرضة للضغط والإجهاد

يجب أن ينظر في اختيار المواد إلى تكوين السائل وتركيزه ودرجة حرارته وملوثاته ومواد التنظيف والظروف التشغيلية.

يمكن تبرير الحد الصفر للتآكل لمادة مناسبة في خدمة مفهومة جيداً. يجب أن يكون قرار التصميم موثق.

حقيقة أن الأنابيب مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ لا تبرر تلقائياً الحد المسموح به صفر.إضافة مخصص كبير دون تقييم آلية التآكل يمكن أن يخلق تكلفة غير ضرورية في حين ترك خطر الفشل الرئيسي دون حل.

بمجرد تحديد سمك الضغط المصمم، يجب أن يأخذ الاختيار بعين الاعتبار الحصص المطبقة وتسامحات التصنيع.

عندما يتم التعبير عن تساهل تصنيع التسامح كجزء من السماكة الاسمية، فإن علاقة الاختيار المبسطة هي:

الحائط الاسمي المطلوب ≥ (سمك التصميم للضغط + المسموحات المطبقة) ÷ (1 − التسامح السلبي)

هذه العلاقة تفترض أن المعايير والتسامحات قد تم تعريفها بما يتماشى مع المواصفات الحاكمة.قد تحتاج إلى علاج منفصل.

لنفترض أن حساب المشروع قد حدد بالفعل:

• سمك التصميم للضغط:2.40 ملم

• التآكل المشترك والمساعدة الميكانيكية:0.50 ملم

• التسامح السلبي المسموح به في التصنيع:12.5٪

• حجم الأنابيب:NPS 2

هذه هي الافتراضات التوضيحية، وليس تصنيف الضغط أو الإعفاء التآكل الموصى بها.

أولاً، احسب الحائط الأدنى المطلوب بما في ذلك المخصصات:

2.40 + 0.50 = 2.90 ملم

ثم حساب التسامح السلبي المفترض:

الحائط الاسمي المطلوب = 2.90 ÷ 0.875 = 3.314 مم

مقارنة الجدران الاسمية المتاحة:

تحت هذه الافتراضاتالجدول 40S هو أخف من الخيارات الثلاثة المدرجة التي تلبي هذا التحقق من سمك الجدار.

هذه النتيجة لا تكمل تصميم النظام. الضغط الخارجي والحمل الميكانيكي ومتطلبات التصنيع والاتصالات وغيرها من الفحوصات المعمول بها قد تحكم.

خصم 12.5٪ هو قيمة شائعة في مواصفات الأنابيب ذات الصلة وجداول الشركة المصنعة ، ولكن لا ينبغي افتراضها لكل منتج أو شرط شراء من المقاوم للصدأ.

الجدار الأكثر سمكًا يمكن أن يحسن بعض جوانب القدرة الميكانيكية ، لكنه يغير أيضًا الوزن وحجم الحفر والتصنيع والتكلفة.

باستخدام NPS 2 المستديرة ذات القطر الخارجي 60.3 ملم:

• الجدول 40S مع جدار 3.91 مليمتر لديه معرف محسوب52.48 ملم.

• الجدول 80S مع جدار 5.54 مليمتر لديه معرف محسوب من49.22 ملم.

استنادا إلى الهندسة الدائرية المثالية، والجدول 80S الأنابيب لديها ما يقرب منمساحة تدفق داخلي أقل بنسبة 12%.

عند نفس التدفق الحجمي ، يزيد الحفرة الأصغر من متوسط سرعة السائل. يتطلب انخفاض الضغط الناتج حسابًا هيدروليكيًا منفصلًا.

الجدار الأثقل يمكن أن يزيد أيضا من وقت اللحام، ووزن الأنابيب والحملات الداعمة. يجب أن يستوفي الاختيار متطلبات الهندسة مع مراعاة النظام المثبت بالكامل.

الأنبوب المعرض للفراغ أو ضغط السائل الخارجي أو سترة الضغط يتطلب تقييم الضغط الخارجي.

يمكن أن يكون الأنابيب التي تجتاز فحص الضغط الداخلي عرضة للانهيار. يمكن أن تؤثر نسبة القطر إلى السماكة، والطول غير المدعوم، والبيض والخصائص المادية على هذا التقييم.

عند المقارنةأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ بدون خيوط مقابل أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المطاوعة، تأكيد مواصفات المنتج وطريقة التصنيع ومتطلبات الفحص وعوامل الرموز المعمول بها.

لا تعني "بدون خيط" تلقائيًا أنها مناسبة لكل ضغط ، و"الملحومة" لا تعني تلقائيًا أنها غير مناسبة. تحدد المواصفات الكاملة وظروف التصميم المقبولية.

تحقق من مدى ملاءمة الضغط والحرارة للمكونات، والشرائح، والصمامات، والغلافات والمفاصل الميكانيكية

الحساب المرضي للأنابيب المستقيمة لا يحدد تصنيف الجمعية بأكملها. يمكن أن يفرض اتصال أو مكون آخر حدًا أدنى.

الاهتزاز، الدورة الدورية للضغط، الدورة الدورية للحرارة، الوزن الميت والقوى الخارجية قد تتطلب تقييما إضافيا.

يغطي معيار ASME B31.3 مجموعة أوسع من متطلبات التصميم والتصنيع والفحص والاختبار من حساب سمك الجدار وحده.

يجب أن يتم التمييز بين مواصفات الأنابيب والمعلومات التشغيلية المستخدمة لتقييمها.

أتفتيش أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأيجب أن تحدد الخطة كيف سيتم التحقق من الامتثال الأبعاد والهوية المادية.

الاختبار الهيدروستاتيكي هو اختبار قبول يتم إجراؤه في ظل ظروف محددة. لا ينبغي تفسير ضغط الاختبار على أنه ضغط التشغيل المستمر المسموح به للنظام المثبت.

لا يوجد سمك جدار معياري واحد. يعتمد السماح بالسمك الاسمي على حجم الأنابيب والجدول. على سبيل المثال ، NPS 2 الجدول 40S لديه سمك جدار اسمي يبلغ 3.91 مم ،بينما NPS 4 جدول 40S لديه جدار اسمي من 6.02 ملم

لا يوجد تصنيف للضغط العالمي للجدول 40S. يعتمد الحساب على القطر ، ودرجة المواد ، ودرجة حرارة التصميم ، وعوامل الرموز المعمول بها ، والخصومات والتسامح في التصنيع.

نعم، عندما يسمح التصميم الكامل ومواصفات المكون بذلك. الجدول 10S هو تعيين الأبعاد بدلا من تقييد الخدمة غير الضغط.

قد يكون كذلك. إذا انخفض التوتر المسموح به عند درجة حرارة التصميم، قد تكون هناك حاجة إلى جدار أكثر سمكا لنفس الضغط والقطر.يجب أيضا مراجعة سلوك الزحف والتوسع الحراري.

لا يحدد عدد درجة أعلى أو مقاومة أفضل للتآكل قدرة ضغط أكبر. استخدم رمز الإجهاد المسموح به للمواد الدقيقة ودرجة حرارة التصميم.

فقط بعد التحقق من متطلبات المشروع. الجدار الأكثر سماكة يغير الحفرة، الوزن، تحضير لحام وربما الأداء الهيدروليكي.يجب أن تبقى الاتصالات الحالية وواجهات المعدات متوافقة.

اختيار سمك جدار أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ من خلال تسلسل محدد: تحديد ظروف التصميم، واختيار المواد المناسبة، وتحديد الجدار المطلوب، وتشمل المسموحات والتسامحات،وتحقق من نظام الأنابيب الكامل.

للحصول على اقتباس، قدم الدرجة والمعيار والحجم ومتطلبات الجدار والكمية ومواصفات المشروع. إذا كان هناك حاجة إلى دعم في الاختيار، فقل الضغط ودرجة الحرارة وبيئة الخدمة.

المواصفات الكاملة تسمح للموردين بالاقتراح على نفس الأساس التقني وتمنح فريق التفتيش متطلبات قبول واضحة.