ステンレス鋼管の肉厚: 圧力と温度

ステンレス鋼管の肉厚は、設計圧力、設計温度、材料グレード、製造公差、およびサービス条件に従って選択する必要があります。設計圧力、設計温度、材料グレード、製造公差、およびサービス条件配管スケジュールは寸法シリーズを示しますが、普遍的な圧力定格を確立するものではありません。

たとえば、スケジュール40Sのステンレス鋼管は、公称サイズが異なると肉厚が異なります。その許容圧力は、設計温度での材料特性、製造仕様、および適用される配管コードにも依存します。

エンジニア、製造業者、調達チームにとって、実務上のタスクは、必要な最小肉厚を決定し、許容値と公差を考慮に入れ、完全な設計を満たす利用可能な公称肉厚を選択することです。

管肉厚とは、管の外表面と内表面の間の距離です。

均一な肉厚を持つ理想的な円形管の場合：

内径 = 外径 - 2 × 肉厚

3つの肉厚用語を区別する必要があります：

公称肉厚は、必ずしもすべての場所で最小厚さであるとは限りません。注文された管と設計要件を比較する前に、製造公差を考慮する必要があります。

既存の配管の場合、腐食、浸食、および以前の加工も、残りの肉厚に影響を与える可能性があります。

一般的なステンレス鋼管スケジュールには、5S、10S、40S、80Sが含まれます。スケジュール番号は、常に公称管サイズと合わせて考慮する必要があります。

指定されたNPSでは、これらのスケジュール間で外径は同じですが、肉厚が増加すると内径が減少します。

以下のステンレス鋼管サイズチャートは、選択された寸法参照を提供します。

外径は小数点以下1桁に丸められています。肉厚は公称寸法であり、圧力定格ではありません。これらのスケジュール組み合わせは、製造業者の寸法表に記載されています。

NPSは公称指定です。NPS 2の管の外径は2インチではありません。

いいえ。特に小サイズではいくつかの寸法が一致しますが、スケジュールは普遍的に交換可能として扱われるべきではありません。

「S」指定は、ASME B36.19に関連付けられたステンレス鋼管の寸法シリーズを区別します。ASMEは、NPS 12スケジュール40SおよびNPS 10および12スケジュール80Sを含む、B36.19とB36.10の特定の肉厚寸法の違いを特定しています。置換を承認する前に、適用される寸法規格とサイズを確認してください。

内部圧力は管壁に応力を発生させます。他の設計入力が変更されない場合、高い圧力は一般的に厚い壁を必要とします。より大きな直径も、同じ内部圧力に耐えるためにより多くの肉厚を必要とします。

しかし、圧力選択は「低圧にはスケジュール10S」や「高圧にはスケジュール80S」に還元することはできません。これらの説明は、直径、温度、材料特性、および設計基準を省略しています。

内部圧力下の直線管の場合、適用範囲内の一般的なASME B31.3の式は次のとおりです。

t = P × D ÷ [2 × (S × E × W + P × Y)]

この関係は、圧力容量がスケジュール以上のものに依存する理由を示しています。その使用法は、B31.3を適用する製造業者のエンジニアリングドキュメントで実証されています。プロジェクトで採用されたコード版から係数、材料応力値、および適用限界を選択してください。

腐食および機械的許容値、製造公差、およびその他の必要なチェックをその後処理する必要があります。この直線管内部圧力式は、曲がり、分岐、または外部圧力にさらされる配管の設計を完了するものではありません。

温度は材料強度と組み立てられた配管システムの挙動の両方に影響します。

圧力設計に使用される許容応力は、指定された材料、製品形態、および設計温度に対応する必要があります。

温度が上昇すると、許容応力が低下し、特定の管壁が支持できる圧力が低下する可能性があります。したがって、室温での圧力定格は、その基準を確認せずに高温サービスに引き継ぐべきではありません。

公開されている製造業者の圧力表は、一般的に材料固有の温度調整を使用しています。そのような係数は、それらの表に記載されている製品と仮定に適用されます。それらは、無関係な管仕様に自動的に転送されるべきではありません。

室温引張強度を示す材料試験報告書は、設計コードで要求される許容応力の代わりにはなりません。

十分に高い温度と長時間の暴露では、クリープと応力破断挙動が重要になる可能性があります。

低炭素グレード（304L、316Lなど）は、これらの条件下では対応するHグレードと交換可能として扱われるべきではありません。ASTM A312は、クリープと応力破断特性が重要な用途のために、いくつかのHグレードを具体的に特定しています。

同様に、材料データシートの耐酸化温度は、加圧配管の許容動作温度として自動的に適用されるわけではありません。

管は温度変化に応じて膨張・収縮します。拘束、アンカー、接続された機器は、その動きが制限されると、追加の力とモーメントを発生させる可能性があります。

肉厚を増やすだけでは、すべての熱膨張の問題が解決するわけではありません。配管レイアウト、サポート、柔軟性、および機器接続荷重も評価する必要があります。

設計条件は、関連する運転、起動、シャットダウン、および異常ケースを考慮する必要があります。支配的なケースは、最大圧力を単独で考慮した特定の圧力と温度の組み合わせを含む場合があります。

低い温度は、自動的に圧力定格を増加させる許可として解釈されるべきではありません。

材料の適合性、靭性要件、溶接状態、および適用されるコード規定は、設計最低温度で確認する必要があります。

肉厚と耐食性は異なる質問に答えます。

肉厚は機械的容量に寄与し、材料損失のための指定された許容値を提供します。材料選択は、管がプロセス環境にどのように応答するかを決定します。

いいえ。「304 vs. 316ステンレス鋼」の比較では、耐食性能と圧力設計特性を分離する必要があります。316のモリブデン添加は、304と比較して特定の腐食環境に対する耐性を向上させます。それ自体では、すべての管サイズと温度に対してより高い許容圧力を確立するものではありません。圧力計算では、正確に指定されたグレードと条件に割り当てられた許容応力を使用する必要があります。厚い壁は間違ったグレードを補うことができますか？

追加の厚さは、予測可能な一般的な金属損失の許容値を提供する場合があります。ピッティング、隙間腐食、または応力腐食割れに対する耐性の信頼できる代替手段ではありません。

材料選択は、流体組成、濃度、温度、汚染物質、洗浄剤、および運転条件を考慮する必要があります。

腐食許容値ゼロは許容できますか？

適切な材料が十分に理解されたサービスで使用される場合、ゼロ腐食許容値は正当化される場合があります。それは文書化された設計上の決定であるべきです。

必要最小肉厚から公称肉厚へ

圧力設計肉厚が確立されたら、選択は適用される許容値と製造公差を考慮する必要があります。

必要公称肉厚 ≥ (圧力設計肉厚 + 適用許容値) ÷ (1 - 負の公差)

この関係は、許容値と公差が支配的な仕様と一致して定義されていることを前提としています。成形中の薄化などの追加要件は、別途処理する必要がある場合があります。

作業例：NPS 2管肉厚の選定

プロジェクト計算で既に確立されていると仮定します。

2.40 mm

• 腐食および機械的許容値の合計：0.50 mm

• 許容される負の製造公差：12.5%

• 管サイズ：NPS 2

• これらは例示的な仮定であり、圧力定格または推奨される腐食許容値ではありません。まず、許容値を含む必要最小肉厚を計算します。

2.40 + 0.50 = 2.90 mm

次に、仮定された負の公差を考慮します。

必要公称肉厚 = 2.90 ÷ 0.875 = 3.314 mm

利用可能な公称肉厚と比較します。

スケジュール

公称肉厚、mm

。その結果はシステム設計を完了するものではありません。外部圧力、機械的荷重、製造要件、接続、およびその他の適用可能なチェックが支配的になる場合があります。より重い壁は、溶接時間、管重量、およびサポート荷重を増加させる可能性もあります。選択は、エンジニアリング要件を満たし、完全な設置システムを考慮する必要があります。

なぜ厚い管が常に最良の選択ではないのか

厚い壁は機械的容量のいくつかの側面を改善できますが、重量、内径、製造、およびコストも変更します。

壁厚3.91 mmのスケジュール40Sは、計算された内径

52.48 mm

• です。壁厚5.54 mmのスケジュール80Sは、計算された内径より重い壁は、溶接時間、管重量、およびサポート荷重を増加させる可能性もあります。選択は、エンジニアリング要件を満たし、完全な設置システムを考慮する必要があります。

• です。理想的な円形幾何学に基づくと、スケジュール80S管は約より重い壁は、溶接時間、管重量、およびサポート荷重を増加させる可能性もあります。選択は、エンジニアリング要件を満たし、完全な設置システムを考慮する必要があります。

を持っています。同じ体積流量で、より小さい内径は平均流速を増加させます。結果として生じる圧力損失は、別途流体計算が必要です。より重い壁は、溶接時間、管重量、およびサポート荷重を増加させる可能性もあります。選択は、エンジニアリング要件を満たし、完全な設置システムを考慮する必要があります。

内部圧力以外のチェック

真空と外部圧力

シームレスと溶接構造

「シームレス vs. 溶接ステンレス鋼管」を比較する際は、製品仕様、製造ルート、検査要件、および適用されるコード係数を確認してください。

接続部およびその他のコンポーネント継手、フランジ、バルブ、ガスケット、および機械的ジョイントの圧力-温度適合性を確認してください。直線管の満足のいく計算は、アセンブリ全体の定格を確立するものではありません。接続部または他のコンポーネントがより低い制限を課す可能性があります。

周期的な荷重と機械的荷重

ASME B31.3は、肉厚計算のみよりも広範な設計、製造、検査、および試験要件をカバーしています。

ステンレス鋼管の問い合わせに含めるべきもの

RFQ項目

提供する情報

正確なグレードと製品規格

単一の標準肉厚はありません。公称肉厚は、管サイズとスケジュールに依存します。たとえば、NPS 2スケジュール40Sの公称肉厚は3.91 mmですが、NPS 4スケジュール40Sの公称肉厚は6.02 mmです。スケジュール40Sステンレス鋼管はどのくらいの圧力に耐えられますか？スケジュール40Sに普遍的な圧力定格はありません。計算は、直径、材料グレード、設計温度、適用されるコード係数、許容値、および製造公差に依存します。

スケジュール10Sは加圧システムで使用できますか？

そうかもしれません。設計温度で許容応力が低下する場合、同じ圧力と直径に対してより厚い壁が必要になる場合があります。材料の適合性、クリープ挙動、および熱膨張もレビューする必要があります。

より高いグレード番号またはより良い耐食性は、より大きな圧力容量を確立するものではありません。正確な材料と設計温度のコード許容応力を使用してください。

プロジェクトの要件を確認した後のみ。より厚い壁は、内径、重量、溶接準備、および潜在的な流体性能を変更します。既存の接続部と機器インターフェースは互換性を維持する必要があります。

ステンレス鋼管の肉厚は、定義されたシーケンスで選択します。設計条件を確立し、適切な材料を選択し、必要肉厚を決定し、許容値と公差を含め、完全な配管システムを検証します。

完全な仕様により、サプライヤーは同じ技術的基準で見積もりを行うことができ、検査チームには明確な受け入れ要件が与えられます。