ضخامت دیوار لوله فولاد ضد زنگ باید بر اساس انتخاب شودفشار طراحی، دمای طراحی، درجه مواد، تلرانس‌های ساخت و شرایط سرویس. یک برنامه لوله، سری ابعادی را مشخص می‌کند؛ این یک رتبه‌بندی فشار جهانی را تعیین نمی‌کند.
به عنوان مثال، لوله فولاد ضد زنگ با برنامه 40S در اندازه‌های اسمی مختلف ضخامت‌های دیواری متفاوتی دارد. فشار مجاز آن همچنین به خواص مواد در دمای طراحی، مشخصات ساخت و کد لوله‌کشی قابل اجرا بستگی دارد.
برای مهندسان، سازندگان و تیم‌های تدارکات، وظیفه عملی تعیین حداقل ضخامت مورد نیاز، در نظر گرفتن کمک‌ها و تلرانس‌ها و سپس انتخاب ضخامت اسمی موجود است که الزامات کامل طراحی را برآورده کند.
ضخامت دیوار لوله فاصله بین سطوح خارجی و داخلی لوله است.
برای یک لوله دایره‌ای ایده‌آل با ضخامت دیوار یکنواخت:
قطر داخلی = قطر خارجی - 2 × ضخامت دیوار
سه اصطلاح ضخامت باید متمایز شوند:
| اصطلاح | معنی | اهمیت عملی |
|---|---|---|
| ضخامت دیوار اسمی | ضخامت مشخص شده مرتبط با یک برنامه یا ابعاد خرید | برای توصیف و سفارش لوله استفاده می‌شود |
| حداقل ضخامت دیوار مورد نیاز | حداقل ضخامتی که توسط بررسی‌های طراحی قابل اجرا، از جمله کمک‌های مربوطه تعیین شده است | برای تعیین اینکه آیا یک لوله پیشنهادی کافی است استفاده می‌شود |
| ضخامت دیوار واقعی | ضخامتی که روی لوله ساخته شده یا در حال سرویس اندازه‌گیری می‌شود | برای بازرسی پذیرش و ارزیابی وضعیت استفاده می‌شود |
ضخامت دیوار اسمی لزوماً حداقل ضخامت در هر مکان نیست. تلرانس‌های ساخت باید قبل از مقایسه یک لوله سفارش داده شده با الزامات طراحی در نظر گرفته شوند.
برای لوله‌کشی موجود، خوردگی، فرسایش و ساخت قبلی ممکن است بر ضخامت باقی‌مانده تأثیر بگذارد.
برنامه‌های رایج لوله فولاد ضد زنگ شامل5S، 10S، 40S و 80Sاست. شماره برنامه باید همیشه همراه با اندازه لوله اسمی در نظر گرفته شود.
در یک NPS معین، قطر خارجی در سراسر این برنامه‌ها یکسان باقی می‌ماند، در حالی که افزایش ضخامت دیوار قطر داخلی را کاهش می‌دهد.
جدول اندازه لوله فولاد ضد زنگ زیر، مراجع ابعادی منتخب را ارائه می‌دهد.
| اندازه لوله اسمی | قطر خارجی، میلی‌متر | ضخامت دیوار برنامه 10S، میلی‌متر | ضخامت دیوار برنامه 40S، میلی‌متر | ضخامت دیوار برنامه 80S، میلی‌متر |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
قطرهای خارجی به یک رقم اعشار گرد می‌شوند. ضخامت‌های دیوار ابعاد اسمی هستند، نه رتبه‌بندی فشار. این ترکیبات برنامه در جداول ابعادی سازنده مستند شده‌اند.
NPS یک نام اسمی است. لوله NPS 2 قطر خارجی 2 اینچی ندارد.
خیر. چندین ابعاد همزمان هستند، به خصوص در اندازه‌های کوچکتر، اما برنامه‌ها نباید به عنوان قابل تعویض جهانی در نظر گرفته شوند.
نشانگر "S" سری ابعادی لوله فولاد ضد زنگ مرتبط با ASME B36.19 را متمایز می‌کند. ASME تفاوت‌هایی بین ابعاد دیوار B36.19 و B36.10 را شناسایی می‌کند، از جمله NPS 12 برنامه 40S و NPS 10 و 12 برنامه 80S. استاندارد ابعادی قابل اجرا و اندازه را قبل از تأیید جایگزینی تأیید کنید.
فشار داخلی باعث ایجاد تنش در دیوار لوله می‌شود. با ثابت بودن سایر ورودی‌های طراحی، فشار بالاتر معمولاً به دیوار ضخیم‌تری نیاز دارد. قطر بزرگتر نیز معمولاً برای مقاومت در برابر همان فشار داخلی به ضخامت دیوار بیشتری نیاز دارد.
با این حال، انتخاب فشار را نمی‌توان به "برنامه 10S برای فشار کم" و "برنامه 80S برای فشار بالا" تقلیل داد. این توضیحات قطر، دما، خواص مواد و مبنای طراحی را حذف می‌کنند.
برای لوله مستقیم تحت فشار داخلی، یک عبارت رایج ASME B31.3، در محدوده کاربرد خود، این است:
t = P × D ÷ [2 × (S × E × W + P × Y)]
| نماد | معنی |
|---|---|
| t | ضخامت دیوار طراحی فشار، قبل از کمک‌های اضافی |
| P | فشار طراحی داخلی |
| D | قطر خارجی |
| S | تنش مجاز در دمای طراحی |
| E | ضریب کیفیت قابل اجرا |
| W | ضریب کاهش استحکام درز جوش |
| Y | ضریب کد وابسته به شرایط قابل اجرا |
این رابطه نشان می‌دهد که چرا ظرفیت فشار به بیش از برنامه بستگی دارد. استفاده از آن در مستندات مهندسی سازنده که B31.3 را اعمال می‌کند، نشان داده شده است. ضرایب، مقادیر تنش مواد و محدوده‌های کاربرد را از نسخه کد تصویب شده پروژه انتخاب کنید.
کمک‌های خوردگی و مکانیکی، تلرانس ساخت و سایر بررسی‌های لازم باید سپس مورد رسیدگی قرار گیرند. این عبارت فشار داخلی لوله مستقیم، طراحی خم‌ها، انشعاب‌ها یا لوله‌کشی در معرض فشار خارجی را کامل نمی‌کند.
دما هم بر استحکام مواد و هم بر رفتار سیستم لوله‌کشی مونتاژ شده تأثیر می‌گذارد.
تنش مجاز مورد استفاده برای طراحی فشار باید با ماده مشخص شده، فرم محصول و دمای طراحی مطابقت داشته باشد.
با افزایش دما، تنش مجاز می‌تواند کاهش یابد و فشار قابل تحمل توسط دیوار لوله را کاهش دهد. بنابراین، رتبه‌بندی فشار در دمای اتاق نباید بدون بررسی مبنای آن به سرویس در دمای بالا منتقل شود.
جداول فشار سازنده منتشر شده معمولاً از تنظیمات دمایی خاص مواد استفاده می‌کنند. چنین عواملی برای محصولات و مفروضات ذکر شده در آن جداول اعمال می‌شوند؛ آنها نباید به طور خودکار به مشخصات لوله نامرتبط منتقل شوند.
گزارش آزمایش مواد که استحکام کششی در دمای اتاق را نشان می‌دهد، جایگزین تنش مجاز مورد نیاز کد طراحی نمی‌شود.
در دماهای به طور قابل توجهی بالا و زمان‌های طولانی قرار گرفتن در معرض، رفتار خزشی و گسیختگی تنشی می‌تواند مهم شود.
درجات کم کربن مانند 304L و 316L نباید برای این شرایط با درجات H مربوطه قابل تعویض در نظر گرفته شوند. ASTM A312 به طور خاص چندین درجه H را برای کاربردهایی که خواص خزشی و گسیختگی تنشی اهمیت دارند، شناسایی می‌کند.
به همین ترتیب، دمای مقاومت در برابر اکسیداسیون در برگه اطلاعات مواد، به طور خودکار دمای عملیاتی مجاز برای لوله‌کشی تحت فشار نیست.
لوله با تغییر دما منبسط و منقبض می‌شود. مهارها، لنگرها و تجهیزات متصل می‌توانند نیروها و گشتاورهای اضافی را هنگام محدود شدن آن حرکت ایجاد کنند.
افزایش ضخامت دیوار هر مشکل انبساط حرارتی را حل نمی‌کند. چیدمان لوله‌کشی، پشتیبانی‌ها، انعطاف‌پذیری و بارهای اتصال تجهیزات نیز باید ارزیابی شوند.
شرایط طراحی باید موارد عملیاتی، راه‌اندازی، خاموش کردن و موارد غیرعادی مربوطه را در نظر بگیرد. مورد حاکم ممکن است ترکیبی خاص از فشار و دما باشد تا حداکثر فشار به تنهایی در نظر گرفته شود.
دمای پایین‌تر نباید به طور خودکار به عنوان مجوزی برای افزایش رتبه‌بندی فشار تفسیر شود.
مناسب بودن مواد، الزامات چقرمگی، وضعیت جوش و مقررات کد قابل اجرا همچنان باید در حداقل دمای طراحی بررسی شوند.
ضخامت دیوار و مقاومت در برابر خوردگی به سوالات متفاوتی پاسخ می‌دهند.
ضخامت دیوار به ظرفیت مکانیکی کمک می‌کند و هرگونه کمک مشخص شده برای از دست دادن مواد را فراهم می‌کند. انتخاب مواد تعیین می‌کند که لوله چگونه به محیط فرآیند پاسخ می‌دهد.
خیر. مقایسهفولاد ضد زنگ 304 در مقابل 316نیاز به جداسازی عملکرد خوردگی از خواص طراحی فشار دارد.
افزودن مولیبدن در 316 مقاومت در برابر محیط‌های خورنده خاص را در مقایسه با 304 بهبود می‌بخشد. این به تنهایی، فشار مجاز بالاتری را برای هر اندازه لوله و دما تعیین نمی‌کند. محاسبات فشار باید از تنش مجاز اختصاص داده شده به درجه و وضعیت دقیق مشخص شده استفاده کند.
ضخامت اضافی ممکن است کمک هزینه برای از دست دادن عمومی قابل پیش‌بینی فلز را فراهم کند. این جایگزین قابل اعتمادی برای مقاومت در برابر حفره‌زایی، خوردگی شکافی یا ترک‌خوردگی تنشی-خوردگی نیست.
به عنوان مثال، درجات آستنی استاندارد مانند 304L و 316L می‌توانند در دماهای بالا مستعد ترک‌خوردگی تنشی-خوردگی کلریدی باشند. افزایش ضخامت، ترکیب اساسی محیط، مواد مستعد و تنش کششی را از بین نمی‌برد.
انتخاب مواد باید ترکیب سیال، غلظت، دما، آلاینده‌ها، مواد شیمیایی تمیز کننده و شرایط عملیاتی را در نظر بگیرد.
کمک خوردگی صفر ممکن است برای یک ماده مناسب در یک سرویس که به خوبی درک شده است، توجیه شود. این باید یک تصمیم طراحی مستند باشد.
این واقعیت که یک لوله فولاد ضد زنگ است، به طور خودکار کمک صفر را توجیه نمی‌کند. برعکس، افزودن کمک زیاد بدون ارزیابی مکانیسم خوردگی می‌تواند هزینه غیرضروری ایجاد کند و در عین حال خطر اصلی شکست را بدون حل باقی بگذارد.
پس از تعیین ضخامت طراحی فشار، انتخاب باید کمک‌های قابل اجرا و تلرانس ساخت را در نظر بگیرد.
جایی که تلرانس ساخت منفی به صورت کسری از ضخامت اسمی بیان می‌شود، یک رابطه انتخاب ساده شده این است:
ضخامت اسمی مورد نیاز ≥ (ضخامت طراحی فشار + کمک‌های قابل اجرا) ÷ (1 - تلرانس منفی)
این رابطه فرض می‌کند که کمک‌ها و تلرانس‌ها مطابق با مشخصات حاکم تعریف شده‌اند. الزامات اضافی، مانند نازک شدن در حین شکل‌دهی، ممکن است نیاز به رسیدگی جداگانه داشته باشند.
فرض کنید یک محاسبه پروژه قبلاً تعیین کرده است:
ضخامت طراحی فشار: 2.40 میلی‌متر
کمک خوردگی و مکانیکی ترکیبی: 0.50 میلی‌متر
تلرانس ساخت منفی مجاز: 12.5%
اندازه لوله: NPS 2
اینها مفروضات توضیحی هستند، نه رتبه‌بندی فشار یا کمک خوردگی توصیه شده.
ابتدا، حداقل ضخامت مورد نیاز شامل کمک‌ها را محاسبه کنید:
2.40 + 0.50 = 2.90 میلی‌متر
سپس تلرانس منفی فرض شده را در نظر بگیرید:
ضخامت اسمی مورد نیاز = 2.90 ÷ 0.875 = 3.314 میلی‌متر
ضخامت‌های اسمی موجود را مقایسه کنید:
| برنامه | ضخامت اسمی، میلی‌متر | ضخامت پس از فرض تلرانس منفی 12.5%، میلی‌متر | آیا نیاز 2.90 میلی‌متری را برآورده می‌کند؟ |
|---|---|---|---|
| 10S | 2.77 | 2.424 | خیر |
| 40S | 3.91 | 3.421 | بله |
| 80S | 5.54 | 4.848 | بله |
تحت این مفروضات، برنامه 40S سبک‌ترین از سه گزینه ذکر شده است که این بررسی ضخامت دیوار را برآورده می‌کنددارد.
این نتیجه طراحی سیستم را کامل نمی‌کند. فشار خارجی، بارهای مکانیکی، الزامات ساخت، اتصالات و سایر بررسی‌های قابل اجرا ممکن است حاکم باشند.
کسر 12.5% یک مقدار رایج در مشخصات لوله و جداول سازنده مربوطه است، اما نباید برای هر محصول فولاد ضد زنگ یا شرایط خرید فرض شود.
دیوار ضخیم‌تر می‌تواند برخی جنبه‌های ظرفیت مکانیکی را بهبود بخشد، اما وزن، اندازه سوراخ، ساخت و هزینه را نیز تغییر می‌دهد.
با استفاده از قطر خارجی گرد شده NPS 2 برابر با 60.3 میلی‌متر:
برنامه 40S با ضخامت دیوار 3.91 میلی‌متر دارای شناسه محاسبه شده 52.48 میلی‌متردارد.
برنامه 80S با ضخامت دیوار 5.54 میلی‌متر دارای شناسه محاسبه شده 49.22 میلی‌متردارد.
بر اساس هندسه ایده‌آل دایره‌ای، لوله برنامه 80S تقریباً 12% مساحت جریان داخلی کمتریدارد.
با همان جریان حجمی، سوراخ کوچکتر باعث افزایش سرعت متوسط سیال می‌شود. افت فشار حاصل نیاز به محاسبه هیدرولیکی جداگانه دارد.
دیوار سنگین‌تر همچنین می‌تواند زمان جوشکاری، وزن لوله و بارهای پشتیبانی را افزایش دهد. انتخاب باید الزامات مهندسی را برآورده کند و در عین حال سیستم نصب شده کامل را در نظر بگیرد.
لوله‌هایی که در معرض خلاء، فشار سیال خارجی یا ژاکت تحت فشار قرار دارند، نیاز به ارزیابی فشار خارجی دارند.
لوله‌ای که بررسی فشار داخلی را پشت سر می‌گذارد، همچنان می‌تواند در برابر فروپاشی آسیب‌پذیر باشد. نسبت قطر به ضخامت، طول بدون پشتیبانی، بیضی بودن و خواص مواد می‌توانند بر این ارزیابی تأثیر بگذارند.
هنگام مقایسهلوله فولاد ضد زنگ بدون درز در مقابل جوشی، مشخصات محصول، مسیر ساخت، الزامات بازرسی و ضرایب کد قابل اجرا را تأیید کنید.
"بدون درز" به طور خودکار به معنای مناسب برای هر فشاری نیست، و "جوشی" به طور خودکار به معنای نامناسب نیست. مشخصات کامل و شرایط طراحی، پذیرش را تعیین می‌کند.
مناسب بودن فشار-دما اتصالات، فلنج‌ها، شیرها، واشرها و اتصالات مکانیکی را بررسی کنید.
یک محاسبه لوله مستقیم رضایت‌بخش، رتبه‌بندی کل مجموعه را تعیین نمی‌کند. یک اتصال یا جزء دیگر می‌تواند حد پایین‌تری را تحمیل کند.
لرزش، چرخه فشار، چرخه حرارتی، وزن مرده و نیروهای خارجی ممکن است نیاز به ارزیابی اضافی داشته باشند.
ASME B31.3 طیف وسیع‌تری از الزامات طراحی، ساخت، بازرسی و آزمایش را نسبت به محاسبه ضخامت دیوار پوشش می‌دهد.
یک درخواست واضح باید مشخصات لوله را از اطلاعات عملیاتی مورد استفاده برای ارزیابی آن متمایز کند.
| مورد استعلام قیمت | اطلاعاتی که باید ارائه شود |
|---|---|
| مواد | درجه دقیق و استاندارد محصول |
| ابعاد | NPS یا OD واقعی، استاندارد ابعادی، برنامه یا ضخامت دیوار عددی |
| مبنای دیوار | الزامات اسمی یا حداقل دیوار، با تلرانس‌های قابل اجرا |
| مسیر ساخت | بدون درز، جوشی یا ساخت مشخص شده دیگر |
| شرایط طراحی | موارد فشار و دما که در آن پشتیبانی انتخاب فنی مورد نیاز است |
| محیط سرویس | ترکیب سیال و شرایط خوردگی مربوطه |
| جزئیات عرضه | مقدار، طول، آماده‌سازی انتها و وضعیت سطح |
| الزامات کیفیت | گزارش‌های مواد، قابلیت ردیابی، بازرسی‌ها و آزمایش‌های اضافی |
| اسناد پروژه | مشخصات لوله‌کشی تأیید شده، نقشه‌ها و نسخه‌های استاندارد مورد نیاز |
یکبرنامه بازرسی لوله فولاد ضد زنگباید نحوه تأیید انطباق ابعادی و هویت مواد را مشخص کند.
آزمایش هیدرواستاتیک یک آزمایش پذیرش است که تحت شرایط مشخص انجام می‌شود. فشار آزمایش آن نباید به عنوان فشار عملیاتی مداوم مجاز سیستم نصب شده تفسیر شود.
هیچ ضخامت دیوار استانداردی وجود ندارد. ضخامت اسمی به اندازه لوله و برنامه بستگی دارد. به عنوان مثال، NPS 2 برنامه 40S دارای دیوار اسمی 3.91 میلی‌متر است، در حالی که NPS 4 برنامه 40S دارای دیوار اسمی 6.02 میلی‌متر است.
هیچ رتبه‌بندی فشار جهانی برای برنامه 40S وجود ندارد. محاسبه به قطر، درجه مواد، دمای طراحی، ضرایب کد قابل اجرا، کمک‌ها و تلرانس ساخت بستگی دارد.
بله، در جایی که طراحی کامل و مشخصات اجزا اجازه دهد. برنامه 10S یک نام ابعادی است تا محدودیتی برای سرویس غیرفشار.
ممکن است. اگر تنش مجاز در دمای طراحی کاهش یابد، ممکن است برای همان فشار و قطر به دیوار ضخیم‌تری نیاز باشد. مناسب بودن مواد، رفتار خزشی و انبساط حرارتی نیز باید بررسی شوند.
شماره درجه بالاتر یا مقاومت بهتر در برابر خوردگی، ظرفیت فشار بیشتری را تعیین نمی‌کند. از تنش مجاز کد برای ماده دقیق و دمای طراحی استفاده کنید.
فقط پس از بررسی الزامات پروژه. دیوار ضخیم‌تر سوراخ، وزن، آماده‌سازی جوش و به طور بالقوه عملکرد هیدرولیکی را تغییر می‌دهد. اتصالات موجود و رابط‌های تجهیزات باید سازگار باقی بمانند.
ضخامت دیوار لوله فولاد ضد زنگ را از طریق یک توالی تعریف شده انتخاب کنید: شرایط طراحی را تعیین کنید، یک ماده مناسب انتخاب کنید، ضخامت مورد نیاز را تعیین کنید، کمک‌ها و تلرانس‌ها را شامل کنید و سیستم لوله‌کشی کامل را تأیید کنید.
برای استعلام قیمت، درجه، استاندارد، اندازه، الزامات دیوار، مقدار و مشخصات پروژه را ارائه دهید. در جایی که به پشتیبانی انتخاب نیاز است، فشار، دما و محیط سرویس را شامل کنید.
یک مشخصات کامل به تامین‌کنندگان اجازه می‌دهد تا بر اساس فنی یکسان قیمت‌گذاری کنند و به تیم بازرسی الزامات پذیرش روشنی می‌دهد.
