Độ dày thành ống thép không gỉ nên được chọn theo áp suất thiết kế, nhiệt độ thiết kế, cấp vật liệu, dung sai sản xuất và điều kiện sử dụng. Lịch trình ống xác định một loạt kích thước; nó không thiết lập xếp hạng áp suất phổ quát.
Ví dụ, ống thép không gỉ Lịch trình 40S có độ dày thành khác nhau ở các kích thước danh nghĩa khác nhau. Áp suất cho phép của nó cũng phụ thuộc vào các đặc tính vật liệu ở nhiệt độ thiết kế, đặc điểm kỹ thuật sản xuất và mã đường ống áp dụng.
Đối với các kỹ sư, nhà chế tạo và đội ngũ mua sắm, nhiệm vụ thực tế là xác định độ dày tối thiểu cần thiết, tính đến các khoản dự phòng và dung sai, sau đó chọn một độ dày danh nghĩa có sẵn đáp ứng đầy đủ thiết kế.
Độ dày thành ống là khoảng cách giữa bề mặt ngoài và bề mặt trong của ống.
Đối với ống tròn lý tưởng có độ dày thành đồng nhất:
Đường kính trong = Đường kính ngoài − 2 × Độ dày thành
Ba thuật ngữ về độ dày cần được phân biệt:
| Thuật ngữ | Ý nghĩa | Tầm quan trọng thực tế |
|---|---|---|
| Độ dày thành danh nghĩa | Độ dày được chỉ định liên quan đến lịch trình hoặc kích thước mua hàng | Được sử dụng để mô tả và đặt hàng ống |
| Độ dày thành tối thiểu yêu cầu | Độ dày tối thiểu được thiết lập bởi các kiểm tra thiết kế áp dụng, bao gồm các khoản dự phòng liên quan | Được sử dụng để xác định xem ống được đề xuất có đủ điều kiện hay không |
| Độ dày thành thực tế | Độ dày được đo trên ống đã sản xuất hoặc đang sử dụng | Được sử dụng để kiểm tra chấp nhận và đánh giá tình trạng |
Độ dày thành danh nghĩa không nhất thiết là độ dày tối thiểu ở mọi vị trí. Cần xem xét dung sai sản xuất trước khi so sánh ống đã đặt hàng với yêu cầu thiết kế.
Đối với đường ống hiện có, sự ăn mòn, mài mòn và quá trình chế tạo trước đó cũng có thể ảnh hưởng đến độ dày thành còn lại.
Các lịch trình ống thép không gỉ phổ biến bao gồm 5S, 10S, 40S và 80S. Số lịch trình phải luôn được xem xét cùng với kích thước ống danh nghĩa.
Ở một NPS nhất định, đường kính ngoài không đổi trên các lịch trình này, trong khi độ dày thành tăng lên làm giảm đường kính trong.
Biểu đồ kích thước ống thép không gỉ sau đây cung cấp các tham chiếu kích thước đã chọn.
| Kích thước ống danh nghĩa | Đường kính ngoài, mm | Độ dày thành Lịch trình 10S, mm | Độ dày thành Lịch trình 40S, mm | Độ dày thành Lịch trình 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 |
Đường kính ngoài được làm tròn đến một chữ số thập phân. Độ dày thành là kích thước danh nghĩa, không phải xếp hạng áp suất. Các kết hợp lịch trình này được ghi lại trong bảng kích thước của nhà sản xuất.
NPS là một chỉ định danh nghĩa. Ống NPS 2 không có đường kính ngoài 2 inch.
Không. Một số kích thước trùng nhau, đặc biệt là ở các kích thước nhỏ hơn, nhưng các lịch trình không nên được coi là có thể thay thế lẫn nhau phổ quát.
Chỉ định "S" phân biệt loạt kích thước ống thép không gỉ liên quan đến ASME B36.19. ASME xác định sự khác biệt giữa một số kích thước thành của B36.19 và B36.10, bao gồm NPS 12 Lịch trình 40S và NPS 10 và 12 Lịch trình 80S. Xác nhận tiêu chuẩn kích thước và kích thước áp dụng trước khi phê duyệt thay thế.
Áp suất bên trong tạo ra ứng suất trong thành ống. Với các đầu vào thiết kế khác không đổi, áp suất cao hơn thường yêu cầu thành dày hơn. Đường kính lớn hơn cũng thường yêu cầu độ dày thành lớn hơn để chịu được cùng một áp suất bên trong.
Tuy nhiên, việc lựa chọn áp suất không thể quy về "Lịch trình 10S cho áp suất thấp" và "Lịch trình 80S cho áp suất cao". Các mô tả đó bỏ qua đường kính, nhiệt độ, đặc tính vật liệu và cơ sở thiết kế.
Đối với ống thẳng dưới áp suất bên trong, một biểu thức ASME B31.3 được sử dụng phổ biến, trong giới hạn áp dụng đã nêu, là:
t = P × D ÷ [2 × (S × E × W + P × Y)]
| Ký hiệu | Ý nghĩa |
|---|---|
| t | Độ dày thành thiết kế áp suất, trước các khoản dự phòng bổ sung |
| P | Áp suất thiết kế bên trong |
| D | Đường kính ngoài |
| S | Ứng suất cho phép ở nhiệt độ thiết kế |
| E | Hệ số chất lượng áp dụng |
| W | Hệ số giảm cường độ mối hàn |
| Y | Hệ số mã phụ thuộc vào các điều kiện áp dụng |
Mối quan hệ này minh họa lý do tại sao khả năng chịu áp suất phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn là lịch trình. Việc sử dụng nó được chứng minh trong tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất áp dụng B31.3. Chọn các hệ số, giá trị ứng suất vật liệu và giới hạn áp dụng từ phiên bản mã được dự án áp dụng.
Các khoản dự phòng ăn mòn và cơ khí, dung sai sản xuất và các kiểm tra cần thiết khác sau đó phải được giải quyết. Biểu thức áp suất bên trong ống thẳng này không hoàn thành việc thiết kế các đoạn uốn, nhánh hoặc đường ống tiếp xúc với áp suất bên ngoài.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến cả độ bền vật liệu và hành vi của hệ thống đường ống đã lắp ráp.
Ứng suất cho phép được sử dụng để thiết kế áp suất phải tương ứng với vật liệu, dạng sản phẩm và nhiệt độ thiết kế được chỉ định.
Khi nhiệt độ tăng, ứng suất cho phép có thể giảm, làm giảm áp suất mà một thành ống nhất định có thể chịu được. Do đó, xếp hạng áp suất ở nhiệt độ phòng không nên được chuyển sang sử dụng ở nhiệt độ cao mà không kiểm tra cơ sở của nó.
Các bảng áp suất của nhà sản xuất được xuất bản thường sử dụng các điều chỉnh nhiệt độ theo vật liệu cụ thể. Các yếu tố như vậy áp dụng cho các sản phẩm và giả định được nêu trong các bảng đó; chúng không nên được chuyển tự động sang các thông số kỹ thuật ống không liên quan.
Báo cáo kiểm tra vật liệu cho thấy độ bền kéo ở nhiệt độ phòng không thay thế cho ứng suất cho phép được yêu cầu bởi mã thiết kế.
Ở nhiệt độ đủ cao và thời gian tiếp xúc dài, hành vi rão và đứt gãy do ứng suất có thể trở nên quan trọng.
Các cấp carbon thấp như 304L và 316L không nên được coi là có thể thay thế cho các cấp H tương ứng của chúng trong các điều kiện này. ASTM A312 đặc biệt xác định một số cấp H cho các ứng dụng mà tính chất rão và đứt gãy do ứng suất quan trọng.
Tương tự, nhiệt độ chống oxy hóa của bảng dữ liệu vật liệu không tự động là nhiệt độ vận hành cho phép đối với đường ống có áp suất.
Ống giãn nở và co lại khi nhiệt độ thay đổi. Các bộ phận giữ, neo và thiết bị kết nối có thể tạo ra lực và mômen bổ sung khi chuyển động đó bị hạn chế.
Tăng độ dày thành không giải quyết được mọi vấn đề giãn nở nhiệt. Bố cục đường ống, giá đỡ, độ linh hoạt và tải trọng kết nối thiết bị cũng phải được đánh giá.
Các điều kiện thiết kế phải tính đến các trường hợp vận hành, khởi động, dừng và sự cố có liên quan. Trường hợp chi phối có thể liên quan đến một sự kết hợp cụ thể của áp suất và nhiệt độ thay vì áp suất tối đa được xem xét một mình.
Nhiệt độ thấp hơn không nên tự động được hiểu là cho phép tăng xếp hạng áp suất.
Tính phù hợp của vật liệu, yêu cầu về độ dẻo dai, tình trạng mối hàn và các quy định mã áp dụng vẫn cần được kiểm tra ở nhiệt độ tối thiểu thiết kế.
Độ dày thành và khả năng chống ăn mòn trả lời các câu hỏi khác nhau.
Độ dày thành góp phần vào khả năng cơ học và cung cấp bất kỳ khoản dự phòng nào được chỉ định cho việc mất vật liệu. Lựa chọn vật liệu xác định cách ống phản ứng với môi trường quy trình.
Không. So sánh thép không gỉ 304 so với 316 đòi hỏi phải tách hiệu suất chống ăn mòn khỏi các đặc tính thiết kế áp suất.
Phần phụ gia molypden trong 316 cải thiện khả năng chống ăn mòn trong một số môi trường nhất định so với 304. Bản thân nó không thiết lập áp suất cho phép cao hơn cho mọi kích thước ống và nhiệt độ. Tính toán áp suất phải sử dụng ứng suất cho phép được gán cho cấp và điều kiện được chỉ định chính xác.
Độ dày bổ sung có thể cung cấp khoản dự phòng cho việc mất kim loại tổng quát có thể dự đoán được. Nó không phải là sự thay thế đáng tin cậy cho khả năng chống ăn mòn rỗ, ăn mòn kẽ hở hoặc nứt do ăn mòn ứng suất.
Ví dụ, các cấp austenit tiêu chuẩn như 304L và 316L có thể nhạy cảm với nứt do ăn mòn ứng suất clorua ở nhiệt độ cao. Tăng độ dày không loại bỏ sự kết hợp cơ bản của môi trường, vật liệu nhạy cảm và ứng suất kéo.
Lựa chọn vật liệu nên xem xét thành phần chất lỏng, nồng độ, nhiệt độ, chất gây ô nhiễm, hóa chất tẩy rửa và điều kiện vận hành.
Khoản dự phòng ăn mòn bằng không có thể được biện minh cho vật liệu phù hợp trong điều kiện sử dụng đã được hiểu rõ. Nó nên là một quyết định thiết kế được ghi lại.
Việc một ống là thép không gỉ không tự động biện minh cho khoản dự phòng bằng không. Ngược lại, việc thêm một khoản dự phòng lớn mà không đánh giá cơ chế ăn mòn có thể tạo ra chi phí không cần thiết trong khi vẫn để nguyên rủi ro hỏng hóc chính chưa được giải quyết.
Sau khi độ dày thiết kế áp suất đã được thiết lập, việc lựa chọn phải tính đến các khoản dự phòng áp dụng và dung sai sản xuất.
Khi dung sai sản xuất âm được biểu thị dưới dạng phần trăm của độ dày danh nghĩa, một mối quan hệ lựa chọn đơn giản hóa là:
Độ dày thành danh nghĩa yêu cầu ≥ (Độ dày thiết kế áp suất + Các khoản dự phòng áp dụng) ÷ (1 − Dung sai âm)
Mối quan hệ này giả định rằng các khoản dự phòng và dung sai đã được xác định nhất quán với thông số kỹ thuật chi phối. Các yêu cầu bổ sung, chẳng hạn như làm mỏng trong quá trình tạo hình, có thể cần được xử lý riêng.
Giả sử một phép tính dự án đã thiết lập:
Độ dày thiết kế áp suất: 2,40 mm
Khoản dự phòng ăn mòn và cơ khí kết hợp: 0,50 mm
Dung sai sản xuất âm cho phép: 12,5%
Kích thước ống: NPS 2
Đây là các giả định minh họa, không phải là xếp hạng áp suất hoặc khoản dự phòng ăn mòn được khuyến nghị.
Đầu tiên, tính toán độ dày thành tối thiểu yêu cầu bao gồm các khoản dự phòng:
2,40 + 0,50 = 2,90 mm
Sau đó, tính đến dung sai âm giả định:
Độ dày thành danh nghĩa yêu cầu = 2,90 ÷ 0,875 = 3,314 mm
So sánh các độ dày thành danh nghĩa có sẵn:
| Lịch trình | Độ dày thành danh nghĩa, mm | Độ dày thành sau khi giả định dung sai âm 12,5%, mm | Đáp ứng yêu cầu 2,90 mm? |
|---|---|---|---|
| 10S | 2,77 | 2,424 | Không |
| 40S | 3,91 | 3,421 | Có |
| 80S | 5,54 | 4,848 | Có |
Theo các giả định này, Lịch trình 40S là lựa chọn nhẹ nhất trong ba tùy chọn được liệt kê đáp ứng kiểm tra độ dày thành này.
Kết quả đó không hoàn thành việc thiết kế hệ thống. Áp suất bên ngoài, tải trọng cơ khí, yêu cầu chế tạo, kết nối và các kiểm tra áp dụng khác có thể chi phối.
Việc trừ 12,5% là một giá trị thường gặp trong các thông số kỹ thuật ống và bảng của nhà sản xuất có liên quan, nhưng nó không nên được giả định cho mọi sản phẩm thép không gỉ hoặc điều kiện mua hàng.
Thành ống dày hơn có thể cải thiện một số khía cạnh của khả năng cơ học, nhưng nó cũng làm thay đổi trọng lượng, kích thước lỗ khoan, chế tạo và chi phí.
Sử dụng đường kính ngoài NPS 2 đã làm tròn là 60,3 mm:
Lịch trình 40S với thành 3,91 mm có ID tính toán là 52,48 mm.
Lịch trình 80S với thành 5,54 mm có ID tính toán là 49,22 mm.
Dựa trên hình học tròn lý tưởng, ống Lịch trình 80S có diện tích dòng chảy bên trong ít hơn khoảng 12%.
Ở cùng lưu lượng thể tích, lỗ khoan nhỏ hơn làm tăng vận tốc chất lỏng trung bình. Áp suất giảm kết quả đòi hỏi một phép tính thủy lực riêng biệt.
Thành dày hơn cũng có thể làm tăng thời gian hàn, trọng lượng ống và tải trọng đỡ. Lựa chọn phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong khi xem xét toàn bộ hệ thống đã lắp đặt.
Ống tiếp xúc với chân không, áp suất chất lỏng bên ngoài hoặc áo khoác có áp suất yêu cầu đánh giá áp suất bên ngoài.
Một ống vượt qua kiểm tra áp suất bên trong vẫn có thể dễ bị sập. Tỷ lệ đường kính trên độ dày, chiều dài không được hỗ trợ, độ oval và đặc tính vật liệu có thể ảnh hưởng đến việc đánh giá này.
Khi so sánh ống thép không gỉ liền mạch so với ống hàn, xác nhận thông số kỹ thuật sản phẩm, quy trình sản xuất, yêu cầu kiểm tra và các hệ số mã áp dụng.
"Liền mạch" không tự động có nghĩa là phù hợp với mọi áp suất, và "hàn" không tự động có nghĩa là không phù hợp. Thông số kỹ thuật hoàn chỉnh và điều kiện thiết kế xác định khả năng chấp nhận.
Kiểm tra tính phù hợp về áp suất-nhiệt độ của các phụ kiện, mặt bích, van, gioăng và khớp nối cơ khí.
Một phép tính ống thẳng thỏa mãn không thiết lập xếp hạng của toàn bộ cụm. Một kết nối hoặc một bộ phận khác có thể áp đặt một giới hạn thấp hơn.
Rung động, chu kỳ áp suất, chu kỳ nhiệt, trọng lượng bản thân và các lực bên ngoài có thể yêu cầu đánh giá bổ sung.
ASME B31.3 bao gồm một phạm vi rộng hơn các yêu cầu thiết kế, chế tạo, kiểm tra và thử nghiệm so với tính toán độ dày thành đơn thuần.
Một yêu cầu rõ ràng nên phân biệt thông số kỹ thuật ống với thông tin vận hành được sử dụng để đánh giá nó.
| Mục RFQ | Thông tin cần cung cấp |
|---|---|
| Vật liệu | Cấp chính xác và tiêu chuẩn sản phẩm |
| Kích thước | NPS hoặc OD thực tế, tiêu chuẩn kích thước, lịch trình hoặc độ dày thành số |
| Cơ sở độ dày thành | Yêu cầu danh nghĩa hoặc tối thiểu, với dung sai áp dụng |
| Quy trình sản xuất | Liền mạch, hàn hoặc cấu tạo được chỉ định khác |
| Điều kiện thiết kế | Các trường hợp áp suất và nhiệt độ khi cần hỗ trợ lựa chọn kỹ thuật |
| Môi trường sử dụng | Thành phần chất lỏng và các điều kiện ăn mòn liên quan |
| Chi tiết cung cấp | Số lượng, chiều dài, chuẩn bị đầu ống và tình trạng bề mặt |
| Yêu cầu chất lượng | Báo cáo vật liệu, khả năng truy xuất nguồn gốc, kiểm tra và thử nghiệm bổ sung |
| Tài liệu dự án | Thông số kỹ thuật đường ống đã phê duyệt, bản vẽ và các phiên bản tiêu chuẩn yêu cầu |
Một kế hoạch kiểm tra ống thép không gỉ nên xác định cách xác minh sự phù hợp về kích thước và nhận dạng vật liệu.
Thử nghiệm thủy tĩnh là một thử nghiệm chấp nhận được thực hiện trong các điều kiện được chỉ định. Áp suất thử nghiệm của nó không nên được hiểu là áp suất vận hành liên tục cho phép của hệ thống đã lắp đặt.
Không có độ dày thành tiêu chuẩn duy nhất. Độ dày danh nghĩa phụ thuộc vào kích thước ống và lịch trình. Ví dụ, NPS 2 Lịch trình 40S có độ dày thành danh nghĩa là 3,91 mm, trong khi NPS 4 Lịch trình 40S có độ dày thành danh nghĩa là 6,02 mm.
Không có xếp hạng áp suất phổ quát cho Lịch trình 40S. Phép tính phụ thuộc vào đường kính, cấp vật liệu, nhiệt độ thiết kế, các hệ số mã áp dụng, các khoản dự phòng và dung sai sản xuất.
Có, khi thông số kỹ thuật thiết kế và bộ phận hoàn chỉnh cho phép. Lịch trình 10S là một chỉ định kích thước chứ không phải là hạn chế đối với dịch vụ không áp suất.
Có thể. Nếu ứng suất cho phép giảm ở nhiệt độ thiết kế, có thể cần thành dày hơn cho cùng áp suất và đường kính. Tính phù hợp của vật liệu, hành vi rão và sự giãn nở nhiệt cũng phải được xem xét.
Số cấp cao hơn hoặc khả năng chống ăn mòn tốt hơn không thiết lập khả năng chịu áp suất lớn hơn. Sử dụng ứng suất cho phép của mã cho vật liệu và nhiệt độ thiết kế chính xác.
Chỉ sau khi kiểm tra các yêu cầu của dự án. Thành dày hơn làm thay đổi lỗ khoan, trọng lượng, chuẩn bị mối hàn và có khả năng hiệu suất thủy lực. Các kết nối hiện có và giao diện thiết bị phải tương thích.
Chọn độ dày thành ống thép không gỉ thông qua một trình tự xác định: thiết lập điều kiện thiết kế, chọn vật liệu phù hợp, xác định độ dày thành yêu cầu, bao gồm các khoản dự phòng và dung sai, và xác minh toàn bộ hệ thống đường ống.
Để báo giá, hãy cung cấp cấp vật liệu, tiêu chuẩn, kích thước, yêu cầu độ dày thành, số lượng và thông số kỹ thuật dự án. Khi cần hỗ trợ lựa chọn, hãy bao gồm áp suất, nhiệt độ và môi trường sử dụng.
Một thông số kỹ thuật hoàn chỉnh cho phép nhà cung cấp báo giá trên cùng một cơ sở kỹ thuật và cung cấp cho đội ngũ kiểm tra các yêu cầu chấp nhận rõ ràng.
