Ketebalan Dinding Pipa Stainless Steel: Tekanan & Suhu

Ketebalan dinding pipa stainless steel harus dipilih sesuai dengan tekanan desain, suhu desain, grade material, toleransi manufaktur, dan kondisi layanan. Jadwal pipa mengidentifikasi seri dimensi; itu tidak menetapkan peringkat tekanan universal.

Misalnya, pipa stainless steel Schedule 40S memiliki ketebalan dinding yang berbeda pada ukuran nominal yang berbeda. Tekanan yang diizinkannya juga bergantung pada sifat material pada suhu desain, spesifikasi manufaktur, dan kode perpipaan yang berlaku.

Bagi para insinyur, fabrikator, dan tim pengadaan, tugas praktisnya adalah menentukan ketebalan minimum yang diperlukan, memperhitungkan tunjangan dan toleransi, lalu memilih ketebalan nominal yang tersedia yang memenuhi desain lengkap.

Ketebalan dinding pipa adalah jarak antara permukaan luar dan dalam pipa.

Untuk pipa melingkar yang ideal dengan ketebalan dinding seragam:

Diameter dalam = Diameter luar − 2 × Ketebalan dinding

Tiga istilah ketebalan harus dibedakan:

Ketebalan dinding nominal tidak selalu merupakan ketebalan minimum di setiap lokasi. Toleransi manufaktur harus dipertimbangkan sebelum membandingkan pipa yang dipesan dengan persyaratan desain.

Untuk perpipaan yang ada, korosi, erosi, dan fabrikasi sebelumnya juga dapat memengaruhi sisa dinding.

Jadwal pipa stainless steel umum meliputi 5S, 10S, 40S, dan 80S. Nomor jadwal harus selalu dipertimbangkan bersama dengan ukuran pipa nominal.

Pada NPS tertentu, diameter luar tetap sama di seluruh jadwal ini, sementara peningkatan ketebalan dinding mengurangi diameter dalam.

Bagan ukuran pipa stainless steel berikut memberikan referensi dimensi yang dipilih.

Diameter luar dibulatkan ke satu desimal. Ketebalan dinding adalah dimensi nominal, bukan peringkat tekanan. Kombinasi jadwal ini didokumentasikan dalam tabel dimensi produsen.

NPS adalah sebutan nominal. Pipa NPS 2 tidak memiliki diameter luar 2 inci.

Tidak. Beberapa dimensi bertepatan, terutama pada ukuran yang lebih kecil, tetapi jadwal tidak boleh diperlakukan sebagai dapat dipertukarkan secara universal.

Sebutan “S” membedakan seri dimensi pipa stainless yang terkait dengan ASME B36.19. ASME mengidentifikasi perbedaan antara dimensi dinding B36.19 dan B36.10 tertentu, termasuk NPS 12 Schedule 40S dan NPS 10 dan 12 Schedule 80S. Konfirmasikan standar dimensi dan ukuran yang berlaku sebelum menyetujui substitusi.

Tekanan internal menciptakan tegangan di dinding pipa. Dengan input desain lain tidak berubah, tekanan yang lebih tinggi umumnya membutuhkan dinding yang lebih tebal. Diameter yang lebih besar juga umumnya membutuhkan lebih banyak ketebalan dinding untuk menahan tekanan internal yang sama.

Namun, pemilihan tekanan tidak dapat direduksi menjadi “Jadwal 10S untuk tekanan rendah” dan “Jadwal 80S untuk tekanan tinggi.” Deskripsi tersebut menghilangkan diameter, suhu, sifat material, dan basis desain.

Untuk pipa lurus di bawah tekanan internal, satu ekspresi ASME B31.3 yang umum digunakan, dalam batas penerapan yang dinyatakan, adalah:

t = P × D ÷ [2 × (S × E × W + P × Y)]

Hubungan ini menggambarkan mengapa kapasitas tekanan bergantung pada lebih dari sekadar jadwal. Penggunaannya ditunjukkan dalam dokumentasi teknik produsen yang menerapkan B31.3. Pilih koefisien, nilai tegangan material, dan batas penerapan dari edisi kode yang diadopsi proyek.

Tunjangan korosi dan mekanis, toleransi manufaktur, dan pemeriksaan lain yang diperlukan kemudian harus ditangani. Ekspresi tekanan internal pipa lurus ini tidak melengkapi desain tikungan, cabang, atau perpipaan yang terkena tekanan eksternal.

Suhu memengaruhi kekuatan material dan perilaku sistem perpipaan yang dirakit.

Tegangan yang diizinkan untuk desain tekanan harus sesuai dengan material, bentuk produk, dan suhu desain yang ditentukan.

Seiring kenaikan suhu, tegangan yang diizinkan dapat menurun, mengurangi tekanan yang dapat didukung oleh dinding pipa tertentu. Oleh karena itu, peringkat tekanan suhu ruangan tidak boleh dibawa ke layanan suhu tinggi tanpa memeriksa dasarnya.

Tabel tekanan produsen yang diterbitkan umumnya menggunakan penyesuaian suhu spesifik material. Faktor-faktor tersebut berlaku untuk produk dan asumsi yang dinyatakan dalam tabel tersebut; mereka tidak boleh ditransfer secara otomatis ke spesifikasi pipa yang tidak terkait.

Laporan uji material yang menunjukkan kekuatan tarik suhu ruangan tidak menggantikan tegangan yang diizinkan yang disyaratkan oleh kode desain.

Pada suhu yang cukup tinggi dan waktu paparan yang lama, perilaku mulur dan pecah akibat tegangan dapat menjadi penting.

Grade rendah karbon seperti 304L dan 316L tidak boleh diperlakukan sebagai pengganti grade H yang sesuai untuk kondisi ini. ASTM A312 secara khusus mengidentifikasi beberapa grade H untuk aplikasi di mana sifat mulur dan pecah akibat tegangan penting.

Demikian pula, ketahanan oksidasi suhu datasheet material tidak secara otomatis menjadi suhu operasi yang diizinkan untuk perpipaan bertekanan.

Pipa mengembang dan menyusut saat suhunya berubah. Penahan, jangkar, dan peralatan yang terhubung dapat menghasilkan gaya dan momen tambahan ketika gerakan tersebut dibatasi.

Peningkatan ketebalan dinding tidak menyelesaikan setiap masalah ekspansi termal. Tata letak perpipaan, penyangga, fleksibilitas, dan beban koneksi peralatan juga harus dievaluasi.

Kondisi desain harus memperhitungkan kasus operasi, start-up, shutdown, dan gangguan yang relevan. Kasus yang mengatur mungkin melibatkan kombinasi tekanan dan suhu tertentu daripada tekanan maksimum yang dipertimbangkan saja.

Suhu yang lebih rendah tidak boleh secara otomatis diartikan sebagai izin untuk meningkatkan peringkat tekanan.

Kesesuaian material, persyaratan ketangguhan, kondisi las, dan ketentuan kode yang berlaku masih perlu diperiksa pada suhu minimum desain.

Ketebalan dinding dan ketahanan korosi menjawab pertanyaan yang berbeda.

Ketebalan dinding berkontribusi pada kapasitas mekanis dan menyediakan tunjangan yang ditentukan untuk kehilangan material. Pemilihan material menentukan bagaimana pipa merespons lingkungan proses.

Tidak. Membandingkan 304 vs. 316 stainless steel memerlukan pemisahan kinerja korosi dari sifat desain tekanan.

Penambahan molibdenum pada 316 meningkatkan ketahanan terhadap lingkungan korosif tertentu dibandingkan dengan 304. Itu tidak, dengan sendirinya, menetapkan tekanan yang diizinkan lebih tinggi untuk setiap ukuran pipa dan suhu. Perhitungan tekanan harus menggunakan tegangan yang diizinkan yang ditetapkan untuk grade dan kondisi yang ditentukan secara tepat.

Ketebalan tambahan dapat memberikan tunjangan untuk kehilangan logam umum yang dapat diprediksi. Ini bukan pengganti yang andal untuk ketahanan terhadap pitting, korosi celah, atau retak akibat tegangan korosi.

Misalnya, grade austenitik standar seperti 304L dan 316L dapat rentan terhadap retak akibat tegangan korosi klorida pada suhu tinggi. Peningkatan ketebalan tidak menghilangkan kombinasi mendasar dari lingkungan, material yang rentan, dan tegangan tarik.

Pemilihan material harus mempertimbangkan komposisi fluida, konsentrasi, suhu, kontaminan, bahan pembersih, dan kondisi operasi.

Tunjangan korosi nol dapat dibenarkan untuk material yang sesuai dalam layanan yang dipahami dengan baik. Itu harus menjadi keputusan desain yang terdokumentasi.

Fakta bahwa pipa adalah stainless steel tidak secara otomatis membenarkan tunjangan nol. Sebaliknya, menambahkan tunjangan besar tanpa mengevaluasi mekanisme korosi dapat menciptakan biaya yang tidak perlu sambil membiarkan risiko kegagalan utama tidak terselesaikan.

Setelah ketebalan desain tekanan ditetapkan, pemilihan harus memperhitungkan tunjangan yang berlaku dan toleransi manufaktur.

Di mana toleransi manufaktur negatif dinyatakan sebagai pecahan dari ketebalan nominal, hubungan pemilihan yang disederhanakan adalah:

Ketebalan dinding nominal yang diperlukan ≥ (Ketebalan desain tekanan + Tunjangan yang berlaku) ÷ (1 − Toleransi negatif)

Hubungan ini mengasumsikan bahwa tunjangan dan toleransi telah didefinisikan secara konsisten dengan spesifikasi yang mengatur. Persyaratan tambahan, seperti penipisan selama pembentukan, mungkin memerlukan perlakuan terpisah.

Asumsikan perhitungan proyek telah menetapkan:

• Ketebalan desain tekanan: 2,40 mm

• Tunjangan korosi dan mekanis gabungan: 0,50 mm

• Toleransi manufaktur negatif yang diizinkan: 12,5%

• Ukuran pipa: NPS 2

Ini adalah asumsi ilustratif, bukan peringkat tekanan atau tunjangan korosi yang direkomendasikan.

Pertama, hitung ketebalan minimum yang diperlukan termasuk tunjangan:

2,40 + 0,50 = 2,90 mm

Kemudian perhitungkan toleransi negatif yang diasumsikan:

Ketebalan dinding nominal yang diperlukan = 2,90 ÷ 0,875 = 3,314 mm

Bandingkan ketebalan dinding nominal yang tersedia:

Dalam asumsi ini, Schedule 40S adalah yang paling ringan dari tiga opsi yang tercantum yang memenuhi pemeriksaan ketebalan dinding ini.

Hasil itu tidak melengkapi desain sistem. Tekanan eksternal, beban mekanis, persyaratan fabrikasi, koneksi, dan pemeriksaan lain yang berlaku dapat mengatur.

Pengurangan 12,5% adalah nilai yang umum ditemui dalam spesifikasi pipa yang relevan dan tabel produsen, tetapi tidak boleh diasumsikan untuk setiap produk stainless atau kondisi pembelian.

Dinding yang lebih tebal dapat meningkatkan beberapa aspek kapasitas mekanis, tetapi juga mengubah bobot, ukuran lubang, fabrikasi, dan biaya.

Menggunakan diameter luar NPS 2 yang dibulatkan sebesar 60,3 mm:

• Schedule 40S dengan dinding 3,91 mm memiliki ID yang dihitung sebesar 52,48 mm.

• Schedule 80S dengan dinding 5,54 mm memiliki ID yang dihitung sebesar 49,22 mm.

Berdasarkan geometri melingkar yang ideal, pipa Schedule 80S memiliki area aliran internal sekitar 12% lebih kecil.

Pada laju aliran volumetrik yang sama, lubang yang lebih kecil meningkatkan kecepatan fluida rata-rata. Penurunan tekanan yang dihasilkan memerlukan perhitungan hidrolik terpisah.

Dinding yang lebih berat juga dapat meningkatkan waktu pengelasan, bobot pipa, dan beban penyangga. Pemilihan harus memenuhi persyaratan teknik sambil mempertimbangkan sistem terpasang yang lengkap.

Pipa yang terkena vakum, tekanan fluida eksternal, atau jaket bertekanan memerlukan evaluasi tekanan eksternal.

Pipa yang lulus pemeriksaan tekanan internal masih bisa rentan terhadap keruntuhan. Rasio diameter-ke-ketebalan, panjang tanpa penyangga, ovalitas, dan sifat material dapat memengaruhi penilaian ini.

Saat membandingkan pipa stainless steel seamless vs. welded, konfirmasikan spesifikasi produk, rute manufaktur, persyaratan pemeriksaan, dan faktor kode yang berlaku.

“Seamless” tidak secara otomatis berarti cocok untuk setiap tekanan, dan “welded” tidak secara otomatis berarti tidak cocok. Spesifikasi lengkap dan kondisi desain menentukan kelayakan.

Periksa kesesuaian tekanan-suhu fitting, flensa, katup, gasket, dan sambungan mekanis.

Perhitungan pipa lurus yang memuaskan tidak menetapkan peringkat seluruh rakitan. Koneksi atau komponen lain dapat memaksakan batas yang lebih rendah.

Getaran, siklus tekanan, siklus termal, beban mati, dan gaya eksternal mungkin memerlukan penilaian tambahan.

ASME B31.3 mencakup berbagai persyaratan desain, fabrikasi, pemeriksaan, dan pengujian yang lebih luas daripada perhitungan ketebalan dinding saja.

Permintaan yang jelas harus membedakan spesifikasi pipa dari informasi operasi yang digunakan untuk mengevaluasinya.

Sebuah rencana inspeksi pipa stainless steel harus mendefinisikan bagaimana kesesuaian dimensi dan identitas material akan diverifikasi.

Uji hidrostatik adalah uji penerimaan yang dilakukan dalam kondisi tertentu. Tekanan uji tidak boleh diartikan sebagai tekanan operasi berkelanjutan yang diizinkan dari sistem yang terpasang.

Tidak ada satu ketebalan dinding standar. Ketebalan nominal tergantung pada ukuran pipa dan jadwal. Misalnya, NPS 2 Schedule 40S memiliki dinding nominal 3,91 mm, sedangkan NPS 4 Schedule 40S memiliki dinding nominal 6,02 mm.

Tidak ada peringkat tekanan universal untuk Schedule 40S. Perhitungan tergantung pada diameter, grade material, suhu desain, faktor kode yang berlaku, tunjangan, dan toleransi manufaktur.

Ya, di mana desain lengkap dan spesifikasi komponen mengizinkannya. Schedule 10S adalah penunjukan dimensi daripada batasan untuk layanan non-tekanan.

Mungkin. Jika tegangan yang diizinkan menurun pada suhu desain, dinding yang lebih tebal mungkin diperlukan untuk tekanan dan diameter yang sama. Kesesuaian material, perilaku mulur, dan ekspansi termal juga harus ditinjau.

Nomor grade yang lebih tinggi atau ketahanan korosi yang lebih baik tidak menetapkan kapasitas tekanan yang lebih besar. Gunakan tegangan yang diizinkan kode untuk material dan suhu desain yang tepat.

Hanya setelah memeriksa persyaratan proyek. Dinding yang lebih tebal mengubah lubang, bobot, persiapan las, dan berpotensi kinerja hidrolik. Koneksi yang ada dan antarmuka peralatan harus tetap kompatibel.

Pilih ketebalan dinding pipa stainless steel melalui urutan yang ditentukan: tetapkan kondisi desain, pilih material yang sesuai, tentukan dinding yang diperlukan, sertakan tunjangan dan toleransi, dan verifikasi sistem perpipaan yang lengkap.

Untuk penawaran, berikan grade, standar, ukuran, persyaratan dinding, kuantitas, dan spesifikasi proyek. Di mana dukungan pemilihan diperlukan, sertakan tekanan, suhu, dan lingkungan layanan.

Spesifikasi lengkap memungkinkan pemasok untuk mengutip berdasarkan dasar teknis yang sama dan memberikan persyaratan penerimaan yang jelas kepada tim inspeksi.