Lo spessore della parete del tubo in acciaio inossidabile deve essere selezionato in base a pressione di progetto, temperatura di progetto, grado del materiale, tolleranze di fabbricazione e condizioni di servizio. Una schedulazione del tubo identifica una serie dimensionale; non stabilisce una classificazione di pressione universale.
Ad esempio, il tubo in acciaio inossidabile Schedule 40S ha spessori di parete diversi a diverse dimensioni nominali. La sua pressione ammissibile dipende anche dalle proprietà del materiale alla temperatura di progetto, dalla specifica di fabbricazione e dal codice di tubazioni applicabile.
Per ingegneri, fabbricanti e team di approvvigionamento, il compito pratico è determinare lo spessore minimo richiesto, tenere conto di indennizzi e tolleranze, e quindi selezionare uno spessore nominale disponibile che soddisfi il progetto completo.
Lo spessore della parete del tubo è la distanza tra le superfici esterne e interne del tubo.
Per un tubo circolare ideale con spessore di parete uniforme:
Diametro interno = Diametro esterno − 2 × Spessore della parete
Si devono distinguere tre termini di spessore:
| Termine | Significato | Significato pratico |
|---|---|---|
| Spessore nominale della parete | Lo spessore specificato associato a una schedulazione o a una dimensione di acquisto | Utilizzato per descrivere e ordinare il tubo |
| Spessore minimo della parete richiesto | Lo spessore minimo stabilito dai controlli di progetto applicabili, inclusi gli indennizzi pertinenti | Utilizzato per determinare se un tubo proposto è adeguato |
| Spessore effettivo della parete | Lo spessore misurato sul tubo fabbricato o in servizio | Utilizzato per l'ispezione di accettazione e la valutazione delle condizioni |
Lo spessore nominale della parete non è necessariamente lo spessore minimo in ogni posizione. Le tolleranze di fabbricazione devono essere considerate prima di confrontare un tubo ordinato con il requisito di progetto.
Per le tubazioni esistenti, la corrosione, l'erosione e la fabbricazione precedente possono anche influenzare lo spessore rimanente della parete.
Le schedulazioni comuni dei tubi in acciaio inossidabile includono 5S, 10S, 40S e 80S. Il numero di schedulazione deve essere sempre considerato insieme alla dimensione nominale del tubo.
A una data NPS, il diametro esterno rimane lo stesso tra queste schedulazioni, mentre un aumento dello spessore della parete riduce il diametro interno.
La seguente tabella delle dimensioni dei tubi in acciaio inossidabile fornisce riferimenti dimensionali selezionati.
| Dimensione nominale del tubo | Diametro esterno, mm | Spessore parete 10S, mm | Spessore parete 40S, mm | Spessore parete 80S, mm |
|---|---|---|---|---|
| NPS 1/2 | 21,3 | 2,11 | 2,77 | 3,73 |
| NPS 1 | 33,4 | 2,77 | 3,38 | 4,55 |
| NPS 2 | 60,3 | 2,77 | 3,91 | 5,54 |
| NPS 3 | 88,9 | 3,05 | 5,49 | 7,62 |
| NPS 4 | 114,3 | 3,05 | 6,02 | 8,56 |
| NPS 6 | 168,3 | 3,40 | 7,11 | 10,97 |
I diametri esterni sono arrotondati a una cifra decimale. Gli spessori delle pareti sono dimensioni nominali, non classificazioni di pressione. Queste combinazioni di schedulazione sono documentate nelle tabelle dimensionali del produttore.
NPS è una designazione nominale. Un tubo NPS 2 non ha un diametro esterno di 2 pollici.
No. Diverse dimensioni coincidono, in particolare a dimensioni più piccole, ma le schedulazioni non devono essere trattate come universalmente intercambiabili.
La designazione “S” distingue la serie dimensionale dei tubi in acciaio inossidabile associata ad ASME B36.19. ASME identifica differenze tra le dimensioni delle pareti di B36.19 e B36.10, inclusi NPS 12 Schedule 40S e NPS 10 e 12 Schedule 80S. Confermare lo standard dimensionale applicabile e la dimensione prima di approvare una sostituzione.
La pressione interna crea sollecitazioni nella parete del tubo. Con altri input di progetto invariati, una pressione maggiore richiede generalmente una parete più spessa. Un diametro maggiore richiede anche generalmente uno spessore di parete maggiore per resistere alla stessa pressione interna.
Tuttavia, la selezione della pressione non può essere ridotta a “Schedule 10S per bassa pressione” e “Schedule 80S per alta pressione.” Queste descrizioni omettono diametro, temperatura, proprietà del materiale e base di progetto.
Per tubi dritti sotto pressione interna, un'espressione comunemente utilizzata di ASME B31.3, entro i suoi limiti di applicabilità dichiarati, è:
t = P × D ÷ [2 × (S × E × W + P × Y)]
| Simbolo | Significato |
|---|---|
| t | Spessore della parete di progetto per pressione, prima degli indennizzi aggiuntivi |
| P | Pressione interna di progetto |
| D | Diametro esterno |
| S | Tensione ammissibile alla temperatura di progetto |
| E | Fattore di qualità applicabile |
| W | Fattore di riduzione della resistenza del giunto saldato |
| Y | Coefficiente del codice dipendente dalle condizioni applicabili |
Questa relazione illustra perché la capacità di pressione dipende da più della schedulazione. Il suo utilizzo è dimostrato nella documentazione di ingegneria del produttore che applica B31.3. Selezionare i coefficienti, i valori di tensione del materiale e i limiti di applicabilità dall'edizione del codice adottata dal progetto.
Indennizzi per corrosione e meccanici, tolleranze di fabbricazione e altri controlli richiesti devono quindi essere affrontati. Questa espressione per tubi dritti sotto pressione interna non completa la progettazione di curve, rami o tubazioni esposte a pressione esterna.
La temperatura influisce sia sulla resistenza del materiale che sul comportamento del sistema di tubazioni assemblato.
La tensione ammissibile utilizzata per la progettazione della pressione deve corrispondere al materiale specificato, alla forma del prodotto e alla temperatura di progetto.
All'aumentare della temperatura, la tensione ammissibile può diminuire, riducendo la pressione che una data parete del tubo può sopportare. Una classificazione di pressione a temperatura ambiente non dovrebbe quindi essere trasferita a servizi a temperatura elevata senza verificarne la base.
Le tabelle di pressione pubblicate dai produttori utilizzano comunemente aggiustamenti di temperatura specifici per il materiale. Tali fattori si applicano ai prodotti e alle ipotesi dichiarate in tali tabelle; non dovrebbero essere trasferiti automaticamente a specifiche di tubazioni non correlate.
Un rapporto di prova del materiale che mostra la resistenza alla trazione a temperatura ambiente non sostituisce la tensione ammissibile richiesta dal codice di progettazione.
A temperature sufficientemente elevate e lunghi tempi di esposizione, il comportamento di creep e di rottura per sollecitazione può diventare importante.
I gradi a basso tenore di carbonio come 304L e 316L non devono essere trattati come intercambiabili con i loro corrispondenti gradi H per queste condizioni. ASTM A312 identifica specificamente diversi gradi H per applicazioni in cui le proprietà di creep e di rottura per sollecitazione sono importanti.
Allo stesso modo, la temperatura di resistenza all'ossidazione di una scheda tecnica del materiale non è automaticamente una temperatura operativa ammissibile per tubazioni pressurizzate.
Un tubo si espande e si contrae al variare della sua temperatura. Vincoli, ancoraggi e attrezzature collegate possono generare forze e momenti aggiuntivi quando tale movimento è limitato.
Aumentare lo spessore della parete non risolve ogni problema di espansione termica. Devono essere valutati anche il layout delle tubazioni, i supporti, la flessibilità e i carichi di connessione delle attrezzature.
Le condizioni di progetto devono tenere conto dei casi operativi, di avvio, di arresto e di guasto pertinenti. Il caso dominante può comportare una particolare combinazione di pressione e temperatura piuttosto che la pressione massima considerata da sola.
La temperatura più bassa non dovrebbe essere automaticamente interpretata come un permesso per aumentare la classificazione di pressione.
L'idoneità del materiale, i requisiti di tenacità, le condizioni di saldatura e le disposizioni del codice applicabile devono ancora essere verificati alla temperatura minima di progetto.
Lo spessore della parete e la resistenza alla corrosione rispondono a domande diverse.
Lo spessore della parete contribuisce alla capacità meccanica e fornisce qualsiasi indennizzo specificato per la perdita di materiale. La selezione del materiale determina come il tubo risponde all'ambiente di processo.
No. Il confronto tra acciaio inossidabile 304 vs 316 richiede la separazione delle prestazioni di corrosione dalle proprietà di progettazione della pressione.
L'aggiunta di molibdeno nel 316 migliora la resistenza a determinati ambienti corrosivi rispetto al 304. Non stabilisce, di per sé, una pressione ammissibile più elevata per ogni dimensione e temperatura del tubo. I calcoli di pressione devono utilizzare la tensione ammissibile assegnata al grado e alla condizione specificati esatti.
Uno spessore aggiuntivo può fornire un indennizzo per la perdita generale di metallo prevedibile. Non è un sostituto affidabile per la resistenza alla vaiolatura, alla corrosione interstiziale o alla criccazione per tensocorrosione.
Ad esempio, i gradi austenitici standard come 304L e 316L possono essere suscettibili alla criccazione per tensocorrosione da cloruri a temperature elevate. Aumentare lo spessore non elimina la combinazione sottostante di ambiente, materiale suscettibile e sollecitazione di trazione.
La selezione del materiale dovrebbe considerare la composizione del fluido, la concentrazione, la temperatura, i contaminanti, i prodotti chimici per la pulizia e le condizioni operative.
Un indennizzo per corrosione pari a zero può essere giustificato per un materiale adatto in un servizio ben compreso. Dovrebbe essere una decisione di progettazione documentata.
Il fatto che un tubo sia in acciaio inossidabile non giustifica automaticamente un indennizzo pari a zero. Al contrario, l'aggiunta di un ampio indennizzo senza valutare il meccanismo di corrosione può creare costi inutili lasciando irrisolto il principale rischio di guasto.
Una volta stabilito lo spessore di progetto per la pressione, la selezione deve tenere conto degli indennizzi applicabili e delle tolleranze di fabbricazione.
Dove la tolleranza di fabbricazione negativa è espressa come frazione dello spessore nominale, una relazione di selezione semplificata è:
Spessore nominale della parete richiesto ≥ (Spessore di progetto per pressione + Indennizzi applicabili) ÷ (1 − Tolleranza negativa)
Questa relazione presuppone che gli indennizzi e la tolleranza siano stati definiti in modo coerente con la specifica di riferimento. Potrebbero essere necessari trattamenti separati per requisiti aggiuntivi, come l'assottigliamento durante la formatura.
Supponiamo che un calcolo di progetto abbia già stabilito:
Spessore di progetto per pressione: 2,40 mm
Indennizzo combinato per corrosione e meccanico: 0,50 mm
Tolleranza di fabbricazione negativa permessa: 12,5%
Dimensione del tubo: NPS 2
Queste sono ipotesi illustrative, non una classificazione di pressione o un indennizzo per corrosione raccomandato.
Innanzitutto, calcolare lo spessore minimo della parete richiesto inclusi gli indennizzi:
2,40 + 0,50 = 2,90 mm
Quindi tenere conto della tolleranza negativa ipotizzata:
Spessore nominale della parete richiesto = 2,90 ÷ 0,875 = 3,314 mm
Confrontare gli spessori nominali della parete disponibili:
| Schedulazione | Spessore nominale della parete, mm | Spessore parete dopo ipotetica tolleranza negativa del 12,5%, mm | Soddisfa il requisito di 2,90 mm? |
|---|---|---|---|
| 10S | 2,77 | 2,424 | No |
| 40S | 3,91 | 3,421 | Sì |
| 80S | 5,54 | 4,848 | Sì |
In queste ipotesi, Schedule 40S è l'opzione più leggera tra le tre elencate che soddisfa questo controllo dello spessore della parete.
Questo risultato non completa la progettazione del sistema. Pressione esterna, carichi meccanici, requisiti di fabbricazione, connessioni e altri controlli applicabili possono prevalere.
La deduzione del 12,5% è un valore comunemente riscontrato nelle specifiche dei tubi pertinenti e nelle tabelle dei produttori, ma non dovrebbe essere presunta per ogni prodotto o condizione di acquisto in acciaio inossidabile.
Una parete più spessa può migliorare alcuni aspetti della capacità meccanica, ma modifica anche peso, diametro interno, fabbricazione e costo.
Utilizzando il diametro esterno arrotondato di 60,3 mm per NPS 2:
Schedule 40S con una parete di 3,91 mm ha un ID calcolato di 52,48 mm.
Schedule 80S con una parete di 5,54 mm ha un ID calcolato di 49,22 mm.
Basato su una geometria circolare ideale, il tubo Schedule 80S ha circa il 12% in meno di area di flusso interna.
A parità di flusso volumetrico, il diametro interno più piccolo aumenta la velocità media del fluido. La caduta di pressione risultante richiede un calcolo idraulico separato.
Una parete più pesante può anche aumentare i tempi di saldatura, il peso del tubo e i carichi di supporto. La selezione dovrebbe soddisfare i requisiti ingegneristici considerando il sistema installato completo.
I tubi esposti a vuoto, pressione di fluido esterna o una camicia pressurizzata richiedono una valutazione della pressione esterna.
Un tubo che supera un controllo di pressione interna può ancora essere vulnerabile al collasso. Il rapporto diametro-spessore, la lunghezza non supportata, l'ovalità e le proprietà del materiale possono influenzare questa valutazione.
Nel confrontare tubi in acciaio inossidabile senza saldatura vs saldati, confermare la specifica del prodotto, il percorso di fabbricazione, i requisiti di esame e i fattori del codice applicabile.
“Senza saldatura” non significa automaticamente adatto a ogni pressione, e “saldato” non significa automaticamente inadatto. La specifica completa e le condizioni di progetto determinano l'accettabilità.
Verificare l'idoneità a pressione-temperatura di raccordi, flange, valvole, guarnizioni e giunti meccanici.
Un calcolo soddisfacente per tubi dritti non stabilisce la classificazione dell'intero assemblaggio. Una connessione o un altro componente può imporre un limite inferiore.
Vibrazioni, cicli di pressione, cicli termici, peso proprio e forze esterne possono richiedere una valutazione aggiuntiva.
ASME B31.3 copre una gamma più ampia di requisiti di progettazione, fabbricazione, esame e collaudo rispetto al solo calcolo dello spessore della parete.
Una richiesta chiara dovrebbe distinguere la specifica del tubo dalle informazioni operative utilizzate per valutarla.
| Articolo RFQ | Informazioni da fornire |
|---|---|
| Materiale | Grado esatto e standard del prodotto |
| Dimensioni | NPS o OD effettivo, standard dimensionale, schedulazione o spessore nominale della parete |
| Base dello spessore della parete | Requisito di spessore nominale o minimo, con tolleranze applicabili |
| Percorso di fabbricazione | Senza saldatura, saldato o altra costruzione specificata |
| Condizioni di progetto | Casi di pressione e temperatura quando è richiesto il supporto di selezione tecnica |
| Ambiente di servizio | Composizione del fluido e condizioni di corrosione pertinenti |
| Dettagli di fornitura | Quantità, lunghezze, preparazione delle estremità e condizione della superficie |
| Requisiti di qualità | Rapporti sui materiali, tracciabilità, esami e test aggiuntivi |
| Documenti di progetto | Specifiche delle tubazioni approvate, disegni ed edizioni standard richieste |
Un piano di ispezione dei tubi in acciaio inossidabile dovrebbe definire come verrà verificata la conformità dimensionale e l'identità del materiale.
Un collaudo idrostatico è un collaudo di accettazione eseguito in condizioni specificate. La sua pressione di prova non dovrebbe essere interpretata come la pressione operativa continua ammissibile del sistema installato.
Non esiste un unico spessore standard della parete. Lo spessore nominale dipende dalla dimensione del tubo e dalla schedulazione. Ad esempio, NPS 2 Schedule 40S ha uno spessore nominale di 3,91 mm, mentre NPS 4 Schedule 40S ha uno spessore nominale di 6,02 mm.
Non esiste una classificazione di pressione universale per Schedule 40S. Il calcolo dipende da diametro, grado del materiale, temperatura di progetto, fattori del codice applicabili, indennizzi e tolleranze di fabbricazione.
Sì, dove le specifiche complete di progetto e dei componenti lo consentono. Schedule 10S è una designazione dimensionale piuttosto che una restrizione a servizi non pressurizzati.
Può darsi. Se la tensione ammissibile diminuisce alla temperatura di progetto, potrebbe essere necessaria una parete più spessa per la stessa pressione e diametro. Devono essere esaminati anche l'idoneità del materiale, il comportamento di creep e l'espansione termica.
Un numero di grado più alto o una migliore resistenza alla corrosione non stabiliscono una maggiore capacità di pressione. Utilizzare la tensione ammissibile del codice per il materiale esatto e la temperatura di progetto.
Solo dopo aver verificato i requisiti del progetto. Una parete più spessa modifica il diametro interno, il peso, la preparazione della saldatura e potenzialmente le prestazioni idrauliche. Le connessioni esistenti e le interfacce delle attrezzature devono rimanere compatibili.
Selezionare lo spessore della parete del tubo in acciaio inossidabile attraverso una sequenza definita: stabilire le condizioni di progetto, selezionare un materiale adatto, determinare lo spessore della parete richiesto, includere indennizzi e tolleranze e verificare il sistema di tubazioni completo.
Per un preventivo, fornire grado, standard, dimensione, requisito di spessore della parete, quantità e specifica del progetto. Dove è necessario il supporto alla selezione, includere pressione, temperatura e ambiente di servizio.
Una specifica completa consente ai fornitori di quotare sulla stessa base tecnica e fornisce al team di ispezione chiari requisiti di accettazione.
