薄肉ステンレス鋼管と厚肉ステンレス鋼管: 選び方

薄肉管と厚肉ステンレス鋼管のどちらを選択するかは、耐圧能力、流量面積、熱伝達、加工、検査、および総設置コストに影響します。

薄肉管は、外径が同じ場合、重量が軽く、内径が大きくなります。厚肉管は、圧力や機械的荷重に耐えるための金属量が多くなりますが、重量が増加し、利用可能な流路が減少します。

適切な選択は、意図された運転条件下での必要最小肉厚から始まります。材料グレード、製造公差、腐食暴露、成形作業、および接続要件によって、どの管仕様が適切かが決まります。

肉厚は外径と合わせて考慮する必要があります。小型計装管にとっては比較的厚い肉厚でも、はるかに大きな管にとっては比較的薄い肉厚になる可能性があります。

比較するのに役立つのは、直径対肉厚比です。

直径対肉厚比 = 外径 ÷ 肉厚

比率が高いほど、管径に対する肉厚が薄いことを示します。

管曲げのガイダンスでは、この比率はしばしば肉厚係数と呼ばれます。例えば、Euro Inoxは、曲げ挙動に関する議論で薄肉管を特定するために30を超える肉厚係数を使用しています。これは成形ガイドラインであり、圧力設計または調達のための普遍的な分類ではありません。

製品規格、製造業者、および用途分野では、異なる定義を使用する場合があります。したがって、注文書には実際の外径、肉厚、公差、および肉厚基準を指定する必要があります。

円形ステンレス鋼管の場合、有用な寸法記述は次のとおりです。

外径 × 肉厚 × 仕上がり長さ

「薄肉」、「厚肉」、またはゲージ番号などの用語だけでは、製造または受け入れ検査には十分な情報を提供しません。

以下の比較は、同じ外径、ステンレス鋼グレード、および材料状態を想定しています。

これらの違いはトレードオフを示しています。圧力定格を確立したり、特定のサービスへの適合性を確認したりするものではありません。

同じ外径（25.4 mm、1.000インチに相当）を持つ2つのステンレス鋼管を考えます。以下の値は、密度8,000 kg/m³を想定した公称形状から計算されています。パラメータ

薄肉管の例厚肉管の例最小肉厚

同じ肉厚を示していても、一方が公称肉厚を使用し、もう一方が最小肉厚を使用している場合、2つの見積もりは異なる製品を表す可能性があります。公称肉厚公称肉厚は指定された基準厚さです。適用される規格と注文により、許容される変動が確立されます。負の公差が許容される場合、納品された肉厚は記載された公称値よりも薄くなる可能性があります。最小肉厚

最小肉厚は、適用される受け入れ規則の下での下限厚さを指定します。製造目標は、その要件に対応する必要があります。

平均肉厚

一般的な管仕様は、この区別が重要である理由を示しています。

典型的な製品範囲

確認すべき肉厚基準

一般用途向けのシームレスおよび溶接オーステナイト系ステンレス鋼管

ASTM A213/A213M

ボイラー、過熱器、熱交換器チューブ（指定されたステンレス鋼グレードを含む）のシームレス

材料グレードと納品状態。

設計温度での許容応力。

製造ルートと適用される溶接係数。

腐食、浸食、および加工許容範囲。

温度が許容材料応力を低下させる場合、室温での圧力値は調整が必要です。グレード固有の設計データまたは選択されたシステムメーカーの適用可能な定格方法を使用します。

• 2. 外圧と真空条件を確認する

• 管は、周囲圧力が内部圧力よりも高い場合に外圧を受ける可能性があります。これは、真空サービス中や、シェル側でより高い圧力を持つ熱交換器で発生する可能性があります。

• 外圧評価は、安定性と可能な崩壊を考慮する必要があります。直径、肉厚、支持されていない長さ、材料特性、楕円度、および支持条件はすべて結果に影響します。

• 内圧計算は外圧定格を確立しません。壁を選択する前に、関連する運転、シャットダウン、および異常状態を特定してください。

• 3. 熱伝達と油圧性能のバランスをとる

• ステンレス鋼熱交換器管の場合、肉厚を減らすことで金属壁の熱抵抗を低減できます。

全体の熱伝達は、流体側の対流、ファウリング、材料伝導率、および熱伝達面積にも依存します。したがって、金属厚さを減らしても、総交換器性能に同等の割合の増加は生じません。

肉厚を以下と合わせて評価します。

シェル側と管側の圧力差。

管サポートの間隔と振動。

管板と管の接合要件。

選択された肉厚は、熱負荷と機械的設計を同時に満たす必要があります。

4. 腐食環境に合金を適合させる

追加の肉厚は、設計がそれを許可する場合、予測可能な材料損失のための許容範囲を提供できます。

• 局所的な腐食は異なるアプローチを必要とします。ピッティング、隙間腐食、および応力腐食割れは、合金、環境、表面状態、および応力状態に依存します。それらの挙動は、任意の厚さの許容範囲を追加することでは信頼性をもって対処できません。

• 材料選択は、プロセス媒体、濃度、温度、塩化物、洗浄化学物質、および運転変更を考慮する必要があります。

• 腐食が支配的な懸念事項である場合は、追加の肉厚をどれだけ購入するかを決定する前に、適切なステンレス鋼グレードを比較してください。

• 5. 曲げ、機械加工、および接合を考慮する

• 必要な肉厚は、加工後も利用可能でなければなりません。

曲げ中、曲げの外側は伸びて薄くなる可能性があります。タイトな曲げは、平坦化、しわ、またはその他の寸法変化を引き起こす可能性もあります。管の直径、肉厚、材料特性、曲げ半径、および工具はすべて結果に影響します。

機械加工部品の場合、穴あけ、旋削、ねじ切り、または表面仕上げによって除去された材料を考慮してください。

圧縮継手の場合、メーカーが許可する管肉厚範囲、硬度、および表面要件を確認してください。例えば、Swagelokは、その継手システムに対して最小および最大肉厚範囲を公開しており、それらの範囲外の肉厚の使用を推奨していません。承認された範囲を超える肉厚の増加は、互換性の問題を引き起こす可能性があります。

薄肉管と厚肉管のどちらの試験が重要か？

試験は、指定された製品要件を検証し、用途に関連する不連続性に対処する必要があります。

寸法および目視検査

設計と組み立ての両方に影響する寸法を確認します。

外径と楕円度。

必要な場所での肉厚。

円周方向の肉厚変動。

直線度と仕上がり長さ。

端部の直角、バリ、および局所的な歪み。

薄肉管は、過度の接触力によって断面が歪むのを避ける測定方法が必要です。

• 厚肉管も局所的な最小肉厚に注意が必要です。満足のいく外径と平均肉厚でも、偏心したボアや許容できない薄い場所が存在する可能性があります。

• 超音波肉厚測定が使用される場合、装置と手順が実際の肉厚範囲と曲率を解決できることを実証してください。

• 水圧試験

• 水圧試験は、指定された内部液体圧力と受け入れ手順の下で管を評価します。

• 適用される製品仕様と注文書により、水圧試験が必要か、または承認された代替手段が適用されるかが決まります。例えば、ASTM A269は、各管に非破壊電気試験または水圧試験を受けることを要求しています。A269のみを指定しても、両方が実行されたことを意味するわけではありません。

• 検査ドキュメントには、実行された試験と適用される受け入れ基準を明記する必要があります。要求される場合、記録には圧力、保持時間、および試験された材料へのトレーサビリティを含める必要があります。

• ミル水圧試験の成功は、試験条件下での性能を検証します。サービス圧力、疲労寿命、および後続の組み立てられた接合部の完全性には、独自の設計と検証が必要です。

渦電流試験

渦電流試験は、不連続性およびその他の材料または幾何学的変動に関連する電磁応答の変化を検出します。

ASTM E426は、オーステナイト系ステンレス鋼とは異なるこれらの材料を区別する、指定された管製品の渦電流検査を扱っています。

肉厚、導電率、磁気透磁率、プローブ配置、および試験周波数は応答に影響します。表示は評価が必要であり、自動的に拒否可能な欠陥を特定するものではありません。

渦電流検査も、圧力保持または組み立てられた接合部の漏れ密度の直接的な実証として扱われるべきではありません。

超音波試験

超音波試験は、適切に構成された音ビームを使用して、管の不連続性を検査できます。別々の超音波技術で肉厚を測定できます。

超音波検査要件は以下を定義する必要があります。

検出される不連続性の種類と方向。

参照反射体と受け入れ基準。

検査範囲と未検査の端部ゾーン。

適用される管寸法と材料状態。

厚さ測定と欠陥検出は、両方が必要な場合は別々に指定する必要があります。厚さ調査は、完全な欠陥検査を自動的に提供するものではありません。

化学分析、機械試験、および材料状態

化学組成と機械的特性は、肉厚測定では確立できない要件を確認します。

• 製品仕様と用途に応じて、検証には引張特性、硬度、平坦化、フレアリング、またはその他の規定された試験が含まれる場合があります。試験方法とサンプリングは、管の寸法と適用される規格に適合する必要があります。

• ポジティブマテリアル識別は、トレーサブルな材料証明書を補完できますが、技術は決定に必要な要素を測定する必要があります。

• ハンドヘルドXRFは多くの合金元素を識別できますが、炭素を測定することはできません。したがって、XRFだけでは316および316Lなどのグレード間の低炭素の区別を確認することはできません。炭素の検証には、適切な炭素対応分析方法が必要です。

• 用途固有の試験

• 特定のサービスには、腐食試験、微細構造検査、表面粗さ測定、または清浄度検証を含む追加の試験が適切な場合があります。

注文前に方法と受け入れ要件を定義してください。これらの試験は異なる質問に答え、グレード、製造ルート、および意図されたサービスに応じて選択する必要があります。

管RFQに含めるべきもの

完全なRFQは、サプライヤーが同じ技術要件を引用できるようにし、検査中の紛争を減らします。

RFQ項目

指定する情報

グレード、指定、および必要な納品状態

製品仕様

適用される規格、版、および補足要件

シームレス、溶接、またはその他の許可されたルート

はい、選択された装置と手順が管の直径、肉厚、および材料に適している場合です。小さな寸法は、信号解釈と実証された検査範囲に特別な注意が必要です。

シームレス管は常に溶接管よりも好ましいですか？

製品仕様、建設コード、および用途に必要な組み合わせを要求してください。両方が必要な場合は、両方を明示的に記載し、それらの受け入れ要件を定義してください。

完成部品に必要な最小肉厚の周りにステンレス鋼管の肉厚を選択し、製造変動、加工、およびサービス条件を考慮してください。