Wybór między cienkościennymi a grubościennymi rurami ze stali nierdzewnej wpływa na zdolność do wytrzymywania ciśnienia, obszar przepływu, wymianę ciepła, wykonanie, inspekcję i całkowity koszt instalacji.
Rury cienkościenne oferują mniejszą wagę i większą średnicę wewnętrzną przy danej średnicy zewnętrznej. Rury grubościenne zapewniają więcej materiału do wytrzymywania ciśnienia i obciążeń mechanicznych, ale zwiększają wagę i zmniejszają dostępny przekrój przepływu.
Prawidłowy wybór zaczyna się od wymaganego minimalnego grubości ścianki w zamierzonych warunkach pracy. Gatunek materiału, tolerancje produkcyjne, narażenie na korozję, operacje formowania i wymagania dotyczące połączeń określają, która specyfikacja rury jest odpowiednia.
Grubość ścianki należy rozpatrywać razem ze średnicą zewnętrzną. Ścianka, która jest stosunkowo gruba dla małej rury instrumentacyjnej, może być stosunkowo cienka dla znacznie większej rury.
Jednym z użytecznych porównań jest stosunek średnicy do grubości ścianki:
Stosunek średnicy do grubości ścianki = Średnica zewnętrzna ÷ Grubość ścianki
Wyższy stosunek wskazuje na cieńszą ściankę w stosunku do średnicy rury.
W wytycznych dotyczących gięcia rur stosunek ten jest często nazywany współczynnikiem ścianki. Euro Inox, na przykład, używa współczynnika ścianki większego niż 30 do identyfikacji rur cienkościennych w swojej dyskusji na temat zachowania podczas gięcia. Jest to wytyczna dotycząca formowania, a nie uniwersalna klasyfikacja do projektowania ciśnieniowego lub zakupu.
Normy produktowe, producenci i sektory zastosowań mogą używać różnych definicji. Zamówienia zakupu powinny zatem określać rzeczywistą średnicę zewnętrzną, grubość ścianki, tolerancję i podstawę grubości ścianki.
Dla okrągłych rur ze stali nierdzewnej użyteczny opis wymiarowy to:
Średnica zewnętrzna × Grubość ścianki × Długość końcowa
Terminy takie jak „cienka ścianka”, „gruba ścianka” lub sam numer grubości nie dostarczają wystarczających informacji do produkcji lub kontroli odbiorczej.
Poniższe porównanie zakłada tę samą średnicę zewnętrzną, gatunek stali nierdzewnej i stan materiału.
| Czynnik doboru | Rury cienkościenne | Rury grubościenne |
|---|---|---|
| Waga na jednostkę długości | Niższa | Wyższa |
| Średnica wewnętrzna | Większy | Mniejszy |
| Obszar przepływu | Większy | Mniejszy |
| Zdolność do wytrzymywania ciśnienia wewnętrznego | Wymaga starannego sprawdzenia minimalnej dostępnej grubości ścianki | Ogólnie oferuje większą zdolność do wytrzymywania ciśnienia, z zastrzeżeniem ograniczeń projektowych i połączeń |
| Odporność na lokalne odkształcenia | Bardziej wrażliwe na wgniecenia, zaciskanie i uszkodzenia podczas obsługi | Ogólnie bardziej odporne na lokalne odkształcenia |
| Gięcie | Może wymagać większego wsparcia w celu kontrolowania spłaszczania i marszczenia | Zazwyczaj wymaga większej siły formowania |
| Przewodnictwo cieplne przez ściankę | Niższy opór ścianki dla równoważnego materiału i geometrii | Wyższy opór ścianki |
| Zapas do obróbki | Mniej materiału dostępnego do ścieńczenia lub usunięcia | Więcej materiału dostępnego, z zastrzeżeniem wymogu końcowej minimalnej grubości ścianki |
| Priorytety inspekcji | Lokalne ścieńczenie, owalność, uszkodzenia powierzchni i możliwość pomiaru | Minimalna grubość ścianki, ekscentryczność, nieciągłości wewnętrzne i zakres badania |
Różnice te identyfikują kompromisy. Nie ustalają one ciśnienia znamionowego ani nie potwierdzają przydatności do konkretnego zastosowania.
Rozważmy dwie rury ze stali nierdzewnej o tej samejśrednicy zewnętrznej 25,4 mm, co odpowiada 1,000 cala.
Poniższe wartości są obliczone na podstawie nominalnej geometrii przy założonej gęstości8000 kg/m³.
| Parametr | Przykład cieńszej ścianki | Przykład grubszej ścianki |
|---|---|---|
| Średnica zewnętrzna | 25,4 mm | 25,4 mm |
| Grubość ścianki | 0,80 mm | 2,50 mm |
| Stosunek średnicy do grubości ścianki | 31,75 | 10,16 |
| Obliczona średnica wewnętrzna | 23,80 mm | 20,40 mm |
| Obliczony wewnętrzny obszar przepływu | 444,9 mm² | 326,9 mm² |
| Obliczona masa | 0,495 kg/m | 1,439 kg/m |
Przykład z grubszą ścianką zawiera około2,91 razy więcej metalu na metr, zapewniając jednocześnie około26,5% mniej wewnętrznego obszaru przepływu.
Przy tym samym natężeniu przepływu objętościowego mniejsza średnica powoduje wyższą średnią prędkość płynu. Spadek ciśnienia należy zatem przeliczyć, używając rzeczywistej średnicy, właściwości płynu, długości rury i konfiguracji systemu.
Są to porównania geometryczne. Tolerancje produkcyjne i gęstość specyficzna dla gatunku wpłyną na rzeczywiste wymiary i wagę.
Dwie oferty pokazujące tę samą grubość ścianki mogą opisywać różne produkty, jeśli jedna używa grubości nominalnej, a druga grubości minimalnej.
Grubość nominalna to określona grubość odniesienia. Obowiązująca norma i zamówienie określają dopuszczalne odchylenie.
Gdzie dopuszczalna jest tolerancja ujemna, dostarczona grubość ścianki może być cieńsza niż podana wartość nominalna.
Minimalna grubość ścianki określa dolny limit grubości zgodnie z obowiązującymi zasadami odbioru. Cele produkcyjne muszą uwzględniać ten wymóg.
Niektóre specyfikacje dopuszczają podstawę zamówienia opartą na średniej grubości ścianki z określonymi tolerancjami. Oznaczenie średniej grubości ścianki nie powinno być interpretowane jako gwarancja, że każda lokalizacja równa się lub przekracza podaną grubość.
Typowe specyfikacje rur ilustrują, dlaczego to rozróżnienie ma znaczenie:
| Norma | Typowy zakres produktu | Podstawa grubości ścianki do sprawdzenia |
|---|---|---|
| ASTM A269/A269M | Rury spawane i bezszwowe ze stali nierdzewnej austenitycznej do zastosowań ogólnych | Nominalna grubość ścianki |
| ASTM A213/A213M | Rury kotłowe, przegrzewaczy i wymienników ciepła bezszwowe, w tym określone gatunki stali nierdzewnej | Minimalna grubość ścianki lub średnia grubość ścianki, gdy jest określona w zamówieniu |
| ASTM A249/A249M | Rury spawane i mocno zimno obrabiane spawane austenityczne do kotłów, przegrzewaczy, wymienników ciepła i skraplaczy | Nominalna grubość ścianki |
Te opisy grubości ścianki pochodzą z odpowiednich zakresów specyfikacji; należy również sprawdzić zamówioną edycję i szczegółowe postanowienia wymiarowe.
ASTM A1016/A1016M dostarcza ogólnych wymagań dla wielu specyfikacji rur, w tym trzech powyższych. Wymagania specyficzne dla produktu i obowiązujące postanowienia zamówienia zakupu muszą być czytane razem z tymi ogólnymi wymaganiami.
Dla ilustracji, jeśli zamówienie dopuszcza 10% tolerancję ujemną grubości ścianki, nominalna grubość ścianki 0,80 mm może mieć akceptowalny dolny limit 0,72 mm. Nie spełniłoby to wymogu minimalnej grubości ścianki 0,80 mm.
Liczba 10% jest tutaj przykładem, a nie uniwersalną tolerancją dla rur ze stali nierdzewnej.
Wybór ciśnienia wymaga więcej niż pomiaru grubości ścianki. Istotne dane wejściowe obejmują:
Średnica zewnętrzna i minimalna dostępna grubość ścianki.
Gatunek materiału i stan dostawy.
Dopuszczalne naprężenie w temperaturze projektowej.
Trasa produkcji i obowiązujące współczynniki spawania.
Zapas na korozję, erozję i obróbkę.
Cykle ciśnieniowe, obciążenia mechaniczne i parametry połączeń.
Użyj obowiązującego kodu projektowego dla danego zastosowania. ASME B31.3 dotyczy rurociągów procesowych, podczas gdy ASME BPVC Sekcja VIII dotyczy naczyń ciśnieniowych w swoim zakresie. Specyfikacja produktu rury określa wymagania dotyczące dostawy; obowiązujący kod konstrukcyjny określa, jak ten produkt jest używany w systemie.
Gdzie temperatura zmniejsza dopuszczalne naprężenie materiału, wartość ciśnienia w temperaturze pokojowej wymaga korekty. Użyj danych projektowych specyficznych dla gatunku lub obowiązującej metody oceny producenta systemu.
Rura może być poddana działaniu ciśnienia zewnętrznego, gdy ciśnienie otoczenia przekracza ciśnienie wewnętrzne. Może się to zdarzyć w przypadku pracy w próżni lub w wymienniku ciepła o wyższym ciśnieniu po stronie płaszcza.
Ocena ciśnienia zewnętrznego musi uwzględniać stabilność i możliwe zapadanie się. Średnica, grubość ścianki, długość bez podparcia, właściwości materiału, owalność i warunki podparcia wpływają na wynik.
Obliczenie ciśnienia wewnętrznego nie ustala ciśnienia zewnętrznego znamionowego. Zidentyfikuj obowiązujące warunki pracy, wyłączenia i warunki zakłóceniowe przed wyborem grubości ścianki.
W przypadku rur wymienników ciepła ze stali nierdzewnej zmniejszenie grubości ścianki może obniżyć opór cieplny ścianki metalowej.
Całkowita wymiana ciepła zależy również od konwekcji po stronie płynu, osadzania się zanieczyszczeń, przewodności materiału i powierzchni wymiany ciepła. Zmniejszenie grubości metalu nie powoduje zatem równoważnego procentowego wzrostu całkowitej wydajności wymiennika.
Oceń grubość ścianki razem z:
Prędkość przepływu po stronie rury i spadek ciśnienia.
Różnice ciśnień po stronie płaszcza i po stronie rury.
Rozstaw podpór rur i wibracje.
Wymagania dotyczące połączenia rury z płytą płaszczyznową.
Metody czyszczenia i oczekiwana utrata materiału.
Wybrana grubość ścianki musi jednocześnie spełniać wymagania termiczne i mechaniczne.
Dodatkowa grubość ścianki może zapewnić zapas na przewidywalną utratę materiału, gdzie projekt na to pozwala.
Korozja lokalna wymaga innego podejścia. Korozja wżerowa, szczelinowa i naprężeniowa pękanie zależą od stopu, środowiska, stanu powierzchni i stanu naprężenia. Ich zachowania nie można wiarygodnie rozwiązać, dodając arbitralny zapas grubości.
Wybór materiału powinien uwzględniać medium procesowe, stężenie, temperaturę, chlorki, chemikalia czyszczące i zmiany operacyjne.
Gdy korozja jest głównym problemem, porównaj odpowiednie gatunki stali nierdzewnej przed podjęciem decyzji o dodatkowej grubości ścianki do zakupu.
Wymagana grubość ścianki musi pozostać dostępna po wykonaniu obróbki.
Podczas gięcia zewnętrzna strona zgięcia rozciąga się i może stać się cieńsza. Ciasne zgięcia mogą również powodować spłaszczanie, marszczenie lub inne zmiany wymiarowe. Średnica rury, grubość ścianki, właściwości materiału, promień gięcia i narzędzia wpływają na wynik.
Dla elementów giętych określ wymagania odbiorcze dla gotowego zgięcia, w tym minimalną grubość ścianki i dopuszczalną owalność.
Dla elementów obrabianych uwzględnij materiał usunięty przez wytaczanie, toczenie, gwintowanie lub wykańczanie powierzchni.
W przypadku złączek zaciskowych sprawdź dopuszczalny zakres grubości ścianki, twardość i wymagania dotyczące powierzchni producenta. Swagelok, na przykład, publikuje minimalne i maksymalne zakresy grubości ścianki dla swoich systemów złączek i odradza stosowanie grubości ścianki poza tymi zakresami. Zwiększenie grubości ścianki poza zatwierdzony zakres może spowodować problem z kompatybilnością.
Testowanie powinno weryfikować określone wymagania produktu i dotyczyć nieciągłości istotnych dla zastosowania.
Przydatny plan inspekcji identyfikuje metodę testowania, kryteria odbioru, próbkowanie lub zakres badania, wymagania dotyczące raportowania i identyfikowalność. „W pełni przetestowane” jest zbyt szerokie, aby zdefiniować wymóg odbioru.
Sprawdź wymiary, które wpływają zarówno na projekt, jak i montaż:
Średnica zewnętrzna i owalność.
Grubość ścianki w wymaganych lokalizacjach.
Zmiana grubości ścianki wokół obwodu.
Średnica wewnętrzna, gdzie jest kontrolowana funkcjonalnie.
Prostoliniowość i długość końcowa.
Kwadratowość czoła, zadziory i lokalne zniekształcenia.
Zarysowania powierzchni, wgniecenia i inne niedoskonałości.
Rury cienkościenne wymagają metod pomiarowych, które unikają zniekształcania przekroju przez nadmierną siłę styku.
Rury grubościenne również wymagają uwagi do lokalnej minimalnej grubości ścianki. Zadowalająca średnica zewnętrzna i średnia grubość mogą współistnieć z ekscentrycznym otworem lub nieakceptowalnie cienką lokalizacją.
Gdzie stosuje się ultradźwiękowe pomiary grubości, należy wykazać, że sprzęt i procedura mogą rozróżnić rzeczywisty zakres grubości ścianki i krzywiznę.
Testowanie hydrostatyczne ocenia rurę pod określonym ciśnieniem cieczy wewnętrznej i procedurą odbioru.
Obowiązująca specyfikacja produktu i zamówienie zakupu określają, czy testowanie hydrostatyczne jest wymagane, czy też obowiązuje zatwierdzona alternatywa. ASTM A269, na przykład, wymaga, aby każda rura przeszła nieniszczące badanie elektryczne lub test hydrostatyczny; określenie samego A269 nie oznacza, że oba zostały wykonane.
Dokumentacja inspekcji powinna określać wykonany test i obowiązującą podstawę odbioru. Tam, gdzie jest to wymagane, zapisy powinny zawierać ciśnienie, czas trzymania i identyfikowalność do przetestowanego materiału.
Pomyślny test hydrostatyczny w młynie weryfikuje wydajność w warunkach testowych. Ciśnienie robocze, żywotność zmęczeniowa i integralność późniejszych zmontowanych połączeń wymagają własnego projektu i weryfikacji.
Testowanie prądami wirowymi wykrywa zmiany w odpowiedzi elektromagnetycznej związane z nieciągłościami i innymi wariacjami materiałowymi lub geometrycznymi.
ASTM E426 dotyczy badania prądami wirowymi określonych produktów rurowych, w tym stali nierdzewnej austenitycznej. Jego zakres odróżnia te materiały od magnetycznych stali nierdzewnych ferrytycznych i martenzytycznych.
Do celów zakupu należy określić obowiązującą procedurę, normę odniesienia, czułość i kryteria odbioru.
Grubość ścianki, przewodność, przenikalność magnetyczna, układ sondy i częstotliwość testu wpływają na odpowiedź. Wskazanie wymaga oceny; nie identyfikuje automatycznie wady odrzucalnej.
Badanie prądami wirowymi nie powinno być również traktowane jako bezpośrednie potwierdzenie szczelności ciśnieniowej lub szczelności zmontowanych połączeń.
Testowanie ultradźwiękowe może badać rury pod kątem nieciągłości za pomocą odpowiednio skonfigurowanych wiązek dźwiękowych. Oddzielne techniki ultradźwiękowe mogą mierzyć grubość ścianki.
ASTM E213 obejmuje badanie ultradźwiękowe rur i rur metalowych oraz dotyczy geometrii badania zarówno stosunkowo grubych ścianek, jak i rur o małej średnicy i cienkich ściankach. Odpowiednie kąty wiązki i kształty wiązki są niezbędne do uzyskania zamierzonego pokrycia i uniknięcia mylących odpowiedzi.
Wymóg inspekcji ultradźwiękowej powinien określać:
Rodzaje i orientacje nieciągłości do wykrycia.
Reflektory odniesienia i kryteria odbioru.
Zakres badania i wszelkie niebadane strefy końcowe.
Obowiązujące wymiary rury i stan materiału.
Wymagania dotyczące raportowania i kalibracji.
Pomiar grubości i wykrywanie wad należy określać oddzielnie, gdy oba są potrzebne. Przegląd grubości nie zapewnia automatycznie kompletnego badania wad.
Skład chemiczny i właściwości mechaniczne potwierdzają wymagania, których nie można ustalić za pomocą pomiarów grubości ścianki.
W zależności od specyfikacji produktu i zastosowania, weryfikacja może obejmować właściwości rozciągania, twardość, spłaszczanie, rozszerzanie lub inne określone testy. Metody testowania i próbkowanie muszą być dostosowane do wymiarów rury i obowiązującej normy.
Identyfikacja materiału pozytywnego może uzupełniać certyfikaty materiałowe z możliwością śledzenia, ale technika musi mierzyć elementy potrzebne do podjęcia decyzji.
Ręczny XRF może identyfikować wiele pierwiastków stopowych, ale nie może mierzyć węgla. W związku z tym sam XRF nie może zweryfikować niskowęglowego rozróżnienia między gatunkami takimi jak 316 i 316L. Weryfikacja węgla wymaga odpowiedniej metody analitycznej zdolnej do analizy węgla.
Dodatkowe testowanie może być odpowiednie dla konkretnych zastosowań, w tym testowanie korozyjne, badanie mikrostruktury, pomiar chropowatości powierzchni lub weryfikacja czystości.
Określ metodę i wymóg odbioru przed złożeniem zamówienia. Testy te odpowiadają na różne pytania i powinny być wybierane zgodnie z gatunkiem, trasą produkcji i zamierzonym zastosowaniem.
Należy również ustalić, czy dalsza inspekcja jest wymagana po gięciu, spawaniu, rozszerzaniu lub obróbce. Akceptacja rury przychodzącej nie weryfikuje zmian wprowadzonych podczas produkcji.
Kompletne zapytanie ofertowe pozwala dostawcom wycenić to samo wymaganie techniczne i zmniejsza spory podczas inspekcji.
| Pozycja zapytania ofertowego | Informacje do określenia |
|---|---|
| Materiał | Gatunek, oznaczenie i wymagany stan dostawy |
| Specyfikacja produktu | Obowiązująca norma, edycja i wymagania dodatkowe |
| Trasa produkcji | Bezszwowa, spawana lub inna dopuszczalna trasa |
| Wymiary | Średnica zewnętrzna, grubość ścianki i długość końcowa |
| Podstawa grubości ścianki | Grubość nominalna, minimalna lub średnia, z obowiązującymi tolerancjami |
| Kontrole wymiarowe | Owalność, prostoliniowość, wymagania dotyczące otworu i przygotowanie końcówki |
| Wymagania dotyczące obróbki | Geometria gięcia, zapas na obróbkę i końcowa minimalna grubość ścianki |
| Wymagania dotyczące powierzchni | Wykończenie, chropowatość, jeśli dotyczy, czystość i ochrona |
| Testowanie | Wymagane metody, kryteria odbioru, zakres i próbkowanie |
| Dokumentacja | Certyfikaty materiałowe, raporty z testów i wymagania dotyczące identyfikowalności |
| Ilość i opakowanie | Liczba sztuk lub całkowita długość, identyfikacja i opakowanie ochronne |
Gdzie dostawcy są proszeni o pomoc w doborze, należy również podać szczegóły dotyczące ciśnienia projektowego, temperatury, medium i połączeń.
Porównuj oferty na tej samej podstawie wymiarowej i testowej. Cena za kilogram sama w sobie nie odzwierciedla wpływu długości użytkowej, precyzji, wydajności produkcji ani wymagań inspekcyjnych.
Mogą być, pod warunkiem, że gatunek, wymiary, minimalna grubość ścianki, temperatura i połączenia spełniają obowiązujące wymagania projektowe. Określenie „cienka ścianka” nie określa ciśnienia znamionowego.
Żywotność zależy od dominującego mechanizmu awarii. Dodatkowa grubość ścianki może pomóc uwzględnić dopuszczalną utratę materiału lub obciążenie mechaniczne, podczas gdy korozja, wibracje, zmęczenie i wydajność połączeń nadal wymagają oddzielnej oceny.
Tak, gdy wybrany sprzęt i procedura są odpowiednie dla średnicy rury, grubości ścianki i materiału. Małe wymiary wymagają szczególnej uwagi przy interpretacji sygnału i wykazanym zakresie badania.
Wybór zależy od normy produktu, warunków pracy, jakości produkcji, wymagań wymiarowych i dopuszczalnej trasy konstrukcyjnej. Grubość ścianki i obecność spoiny wzdłużnej należy oceniać jako oddzielne decyzje dotyczące specyfikacji.
Należy żądać kombinacji wymaganej przez specyfikację produktu, kod konstrukcyjny i zastosowanie. Jeśli oba są potrzebne, należy je oba wyraźnie określić i zdefiniować ich wymagania odbiorcze.
Wybierz grubość ścianki rury ze stali nierdzewnej wokół minimalnej grubości potrzebnej w gotowym elemencie, a następnie uwzględnij wariacje produkcyjne, obróbkę i warunki pracy.
Przydatna specyfikacja zakupu łączy to wymaganie z określoną klasą materiału, normą produktu, podstawą wymiarową i planem inspekcji. Dostarczenie tych szczegółów w zapytaniu ofertowym sprawia, że opcje cienkościenne i grubościenne są sensownie porównywalne.
