Việc lựa chọn giữa ống thép không gỉ thành mỏng và thành dày ảnh hưởng đến khả năng chịu áp suất, diện tích dòng chảy, truyền nhiệt, chế tạo, kiểm tra và tổng chi phí lắp đặt.
Ống thành mỏng cung cấp trọng lượng nhẹ hơn và đường kính trong lớn hơn ở cùng một đường kính ngoài. Ống thành dày cung cấp nhiều kim loại hơn để chống lại áp suất và tải trọng cơ học, nhưng làm tăng trọng lượng và giảm lưu lượng có sẵn.
Lựa chọn đúng bắt đầu bằng độ dày thành tối thiểu cần thiết trong các điều kiện vận hành dự kiến. Mác vật liệu, dung sai sản xuất, phơi nhiễm ăn mòn, các hoạt động tạo hình và yêu cầu kết nối sau đó sẽ xác định thông số kỹ thuật ống nào phù hợp.
Độ dày thành nên được xem xét cùng với đường kính ngoài. Một thành có thể tương đối dày đối với ống đo lường nhỏ có thể tương đối mỏng đối với ống lớn hơn nhiều.
Một so sánh hữu ích là tỷ lệ đường kính trên thành:
Tỷ lệ đường kính trên thành = Đường kính ngoài ÷ Độ dày thành
Tỷ lệ cao hơn cho thấy thành mỏng hơn so với đường kính ống.
Trong hướng dẫn uốn ống, tỷ lệ này thường được gọi là hệ số thành. Ví dụ, Euro Inox sử dụng hệ số thành lớn hơn 30 để xác định ống thành mỏng trong thảo luận về hành vi uốn. Đó là một hướng dẫn tạo hình, thay vì một phân loại phổ quát cho thiết kế áp suất hoặc mua sắm.
Các tiêu chuẩn sản phẩm, nhà sản xuất và lĩnh vực ứng dụng có thể sử dụng các định nghĩa khác nhau. Do đó, đơn đặt hàng nên chỉ định đường kính ngoài thực tế, độ dày thành, dung sai và cơ sở thành.
Đối với ống thép không gỉ tròn, một mô tả kích thước hữu ích là:
Đường kính ngoài × Độ dày thành × Chiều dài hoàn thiện
Các thuật ngữ như "thành mỏng", "thành dày" hoặc chỉ số đo đơn lẻ không cung cấp đủ thông tin cho việc sản xuất hoặc kiểm tra chấp nhận.
So sánh sau đây giả định cùng đường kính ngoài, mác thép không gỉ và tình trạng vật liệu.
| Yếu tố lựa chọn | Ống thành mỏng | Ống thành dày |
|---|---|---|
| Trọng lượng trên đơn vị chiều dài | Thấp hơn | Cao hơn |
| Đường kính trong | Lớn hơn | Nhỏ hơn |
| Diện tích dòng chảy | Lớn hơn | Nhỏ hơn |
| Khả năng chịu áp suất bên trong | Yêu cầu xác minh cẩn thận độ dày thành tối thiểu có sẵn | Nói chung cung cấp khả năng chịu áp suất lớn hơn, tùy thuộc vào giới hạn thiết kế và kết nối |
| Khả năng chống biến dạng cục bộ | Nhạy cảm hơn với vết lõm, kẹp và hư hỏng do xử lý | Nói chung chống biến dạng cục bộ tốt hơn |
| Uốn | Có thể yêu cầu hỗ trợ nhiều hơn để kiểm soát sự bẹp và nhăn | Thường yêu cầu lực tạo hình lớn hơn |
| Dẫn nhiệt qua thành | Kháng thành thấp hơn cho vật liệu và hình học tương đương | Kháng thành cao hơn |
| Cho phép chế tạo | Ít vật liệu có sẵn để làm mỏng hoặc loại bỏ | Nhiều vật liệu có sẵn hơn, tùy thuộc vào yêu cầu thành tối thiểu hoàn thiện |
| Ưu tiên kiểm tra | Làm mỏng cục bộ, độ oval, hư hỏng bề mặt và khả năng đo lường | Thành tối thiểu, độ lệch tâm, các điểm không liên tục bên trong và phạm vi kiểm tra |
Những khác biệt này xác định sự đánh đổi. Chúng không thiết lập xếp hạng áp suất hoặc xác nhận sự phù hợp cho một dịch vụ cụ thể.
Xem xét hai ống thép không gỉ có cùngđường kính ngoài 25,4 mm, tương đương 1.000 inch.
Các giá trị sau đây được tính từ hình học danh nghĩa sử dụng mật độ giả định là8.000 kg/m³.
| Thông số | Ví dụ thành mỏng hơn | Ví dụ thành dày hơn |
|---|---|---|
| Đường kính ngoài | 25,4 mm | 25,4 mm |
| Độ dày thành | 0,80 mm | 2,50 mm |
| Tỷ lệ đường kính trên thành | 31,75 | 10,16 |
| Đường kính trong tính toán | 23,80 mm | 20,40 mm |
| Diện tích dòng chảy bên trong tính toán | 444,9 mm² | 326,9 mm² |
| Khối lượng tính toán | 0,495 kg/m | 1,439 kg/m |
Ví dụ thành dày hơn chứa khoảng2,91 lần kim loại trên mỗi mét, trong khi cung cấp khoảng26,5% diện tích dòng chảy bên trong ít hơn.
Ở cùng tốc độ dòng thể tích, lỗ nhỏ hơn tạo ra vận tốc chất lỏng trung bình cao hơn. Do đó, phải tính toán lại tổn thất áp suất bằng cách sử dụng lỗ khoan thực tế, đặc tính chất lỏng, chiều dài ống và cấu hình hệ thống.
Đây là những so sánh hình học. Dung sai sản xuất và mật độ theo mác sẽ ảnh hưởng đến kích thước và trọng lượng thực tế.
Hai báo giá hiển thị cùng độ dày thành có thể mô tả các sản phẩm khác nhau nếu một báo giá sử dụng thành danh nghĩa và báo giá kia sử dụng thành tối thiểu.
Thành danh nghĩa là độ dày tham chiếu được chỉ định. Tiêu chuẩn áp dụng và đơn đặt hàng thiết lập sự biến đổi được phép.
Khi dung sai âm được cho phép, thành giao có thể mỏng hơn giá trị danh nghĩa đã nêu.
Thành tối thiểu chỉ định giới hạn độ dày thấp hơn theo các quy tắc chấp nhận áp dụng. Mục tiêu sản xuất phải đáp ứng yêu cầu đó.
Một số thông số kỹ thuật cho phép cơ sở đặt hàng thành trung bình với dung sai được xác định. Chỉ định thành trung bình không nên được hiểu là sự đảm bảo rằng mọi vị trí đều bằng hoặc vượt quá độ dày đã nêu.
Các thông số kỹ thuật ống phổ biến minh họa lý do tại sao sự khác biệt này lại quan trọng:
| Tiêu chuẩn | Phạm vi sản phẩm điển hình | Cơ sở thành cần kiểm tra |
|---|---|---|
| ASTM A269/A269M | Ống thép không gỉ liền mạch và hàn cho dịch vụ chung | Độ dày thành danh nghĩa |
| ASTM A213/A213M | Ống nồi hơi, bộ quá nhiệt và bộ trao đổi nhiệt liền mạch, bao gồm các mác thép không gỉ được chỉ định | Thành tối thiểu, hoặc thành trung bình khi được chỉ định trong đơn đặt hàng |
| ASTM A249/A249M | Ống thép không gỉ austenit hàn và hàn lạnh được gia công nặng cho nồi hơi, bộ quá nhiệt, bộ trao đổi nhiệt và bộ ngưng tụ | Độ dày thành danh nghĩa |
Các mô tả thành này đến từ phạm vi của các thông số kỹ thuật tương ứng; phiên bản đặt hàng và các quy định kích thước chi tiết cũng phải được kiểm tra.
ASTM A1016/A1016M cung cấp các yêu cầu chung cho nhiều thông số kỹ thuật ống, bao gồm ba thông số trên. Các yêu cầu cụ thể cho sản phẩm và các quy định của đơn đặt hàng áp dụng phải được đọc cùng với các yêu cầu chung đó.
Để minh họa, nếu một đơn đặt hàng cho phép dung sai thành âm 10%, một thành danh nghĩa 0,80 mm có thể có giới hạn dưới được chấp nhận là 0,72 mm. Điều đó sẽ không đáp ứng yêu cầu về thành tối thiểu 0,80 mm.
Con số 10% ở đây là một ví dụ, không phải là dung sai phổ quát cho ống thép không gỉ.
Việc lựa chọn áp suất đòi hỏi nhiều hơn là đo độ dày thành. Các yếu tố đầu vào liên quan bao gồm:
Đường kính ngoài và độ dày thành tối thiểu có sẵn.
Mác vật liệu và điều kiện giao hàng.
Ứng suất cho phép ở nhiệt độ thiết kế.
Quy trình sản xuất và các hệ số hàn áp dụng.
Cho phép ăn mòn, xói mòn và chế tạo.
Chu kỳ áp suất, tải trọng cơ học và xếp hạng kết nối.
Sử dụng mã thiết kế chi phối cho ứng dụng. ASME B31.3 xử lý đường ống quy trình, trong khi ASME BPVC Phần VIII xử lý các bình áp lực trong phạm vi của nó. Một thông số kỹ thuật sản phẩm ống thiết lập các yêu cầu cung cấp; mã xây dựng áp dụng xác định cách sản phẩm đó được sử dụng trong hệ thống.
Khi nhiệt độ làm giảm ứng suất vật liệu cho phép, giá trị áp suất ở nhiệt độ phòng cần được điều chỉnh. Sử dụng dữ liệu thiết kế theo mác hoặc phương pháp xếp hạng áp dụng của nhà sản xuất hệ thống đã chọn.
Một ống có thể chịu áp suất bên ngoài khi áp suất xung quanh vượt quá áp suất bên trong nó. Điều này có thể xảy ra trong dịch vụ chân không hoặc trong bộ trao đổi nhiệt có áp suất cao hơn ở phía vỏ.
Đánh giá áp suất bên ngoài phải xem xét độ ổn định và khả năng sụp đổ có thể xảy ra. Đường kính, độ dày thành, chiều dài không được hỗ trợ, đặc tính vật liệu, độ oval và điều kiện hỗ trợ đều ảnh hưởng đến kết quả.
Tính toán áp suất bên trong không thiết lập xếp hạng áp suất bên ngoài. Xác định các điều kiện vận hành, tắt máy và bất thường có liên quan trước khi chọn thành.
Đối với ống bộ trao đổi nhiệt bằng thép không gỉ, việc giảm độ dày thành có thể làm giảm điện trở nhiệt của thành kim loại.
Truyền nhiệt tổng thể cũng phụ thuộc vào đối lưu phía chất lỏng, sự bám bẩn, độ dẫn nhiệt của vật liệu và diện tích truyền nhiệt. Do đó, việc giảm độ dày kim loại không tạo ra mức tăng hiệu suất bộ trao đổi tổng thể tương đương theo tỷ lệ phần trăm.
Đánh giá độ dày thành cùng với:
Tốc độ dòng chảy và tổn thất áp suất phía ống.
Chênh lệch áp suất phía vỏ và phía ống.
Khoảng cách hỗ trợ ống và rung động.
Yêu cầu mối nối ống với ống tấm.
Phương pháp làm sạch và tổn thất vật liệu dự kiến.
Thành được chọn phải đáp ứng đồng thời nhiệm vụ nhiệt và thiết kế cơ khí.
Độ dày thành bổ sung có thể cung cấp một khoản dự phòng cho tổn thất vật liệu có thể dự đoán được khi thiết kế cho phép.
Ăn mòn cục bộ đòi hỏi một cách tiếp cận khác. Ăn mòn rỗ, ăn mòn kẽ hở và nứt ăn mòn do ứng suất phụ thuộc vào mác hợp kim, môi trường, tình trạng bề mặt và trạng thái ứng suất. Hành vi của chúng không thể được giải quyết một cách đáng tin cậy bằng cách thêm một khoản dự phòng độ dày tùy ý.
Lựa chọn vật liệu nên tính đến môi trường quy trình, nồng độ, nhiệt độ, clorua, hóa chất tẩy rửa và những thay đổi trong vận hành.
Khi ăn mòn là mối quan tâm kiểm soát, hãy so sánh các mác thép không gỉ phù hợp trước khi quyết định mua thêm bao nhiêu thành.
Độ dày thành yêu cầu phải còn lại sau khi chế tạo.
Trong quá trình uốn, mặt ngoài của chỗ uốn bị kéo căng và có thể trở nên mỏng hơn. Các chỗ uốn chặt cũng có thể gây bẹp, nhăn hoặc các thay đổi kích thước khác. Đường kính ống, độ dày thành, đặc tính vật liệu, bán kính uốn và dụng cụ đều ảnh hưởng đến kết quả.
Đối với các bộ phận được uốn, hãy chỉ định các yêu cầu chấp nhận cho chỗ uốn hoàn thiện, bao gồm độ dày thành tối thiểu và độ oval cho phép.
Đối với các bộ phận được gia công, hãy tính đến vật liệu bị loại bỏ do doa, tiện, tiện ren hoặc hoàn thiện bề mặt.
Đối với các khớp nối nén, hãy xác minh phạm vi độ dày thành, độ cứng và yêu cầu bề mặt cho phép của nhà sản xuất. Ví dụ, Swagelok công bố phạm vi thành tối thiểu và tối đa cho hệ thống khớp nối của mình và khuyên không nên sử dụng độ dày thành nằm ngoài các phạm vi đó. Tăng độ dày thành vượt quá phạm vi đã phê duyệt có thể gây ra vấn đề tương thích.
Kiểm tra nên xác minh các yêu cầu sản phẩm được chỉ định và giải quyết các điểm không liên tục có liên quan đến ứng dụng.
Một kế hoạch kiểm tra hữu ích xác định phương pháp kiểm tra, tiêu chí chấp nhận, phạm vi lấy mẫu hoặc kiểm tra, yêu cầu báo cáo và khả năng truy xuất nguồn gốc. "Kiểm tra đầy đủ" là quá rộng để xác định yêu cầu chấp nhận.
Kiểm tra các kích thước ảnh hưởng đến cả thiết kế và lắp ráp:
Đường kính ngoài và độ oval.
Độ dày thành tại các vị trí yêu cầu.
Biến thiên thành xung quanh chu vi.
Đường kính trong nơi nó được kiểm soát chức năng.
Độ thẳng và chiều dài hoàn thiện.
Độ vuông góc đầu ống, ba via và biến dạng cục bộ.
Vết xước bề mặt, vết lõm và các khuyết tật khác.
Ống thành mỏng yêu cầu phương pháp đo lường tránh làm biến dạng mặt cắt do lực tiếp xúc quá mức.
Ống thành dày cũng yêu cầu chú ý đến độ dày thành tối thiểu cục bộ. Đường kính ngoài và độ dày trung bình thỏa mãn có thể tồn tại cùng với lỗ khoan lệch tâm hoặc vị trí mỏng không thể chấp nhận được.
Khi sử dụng đo độ dày bằng siêu âm, hãy chứng minh rằng thiết bị và quy trình có thể phân giải phạm vi thành thực tế và độ cong.
Kiểm tra thủy tĩnh đánh giá ống dưới áp suất chất lỏng bên trong được chỉ định và quy trình chấp nhận.
Thông số kỹ thuật sản phẩm áp dụng và đơn đặt hàng xác định liệu kiểm tra thủy tĩnh có được yêu cầu hay không hoặc liệu có áp dụng phương pháp thay thế đã được phê duyệt hay không. Ví dụ, ASTM A269 yêu cầu mỗi ống phải trải qua một bài kiểm tra điện không phá hủy hoặc kiểm tra thủy tĩnh; chỉ định A269 không có nghĩa là cả hai đều được thực hiện.
Tài liệu kiểm tra nên xác định bài kiểm tra đã thực hiện và cơ sở chấp nhận áp dụng. Khi được yêu cầu, hồ sơ nên bao gồm áp suất, thời gian giữ và khả năng truy xuất nguồn gốc đến vật liệu đã kiểm tra.
Kiểm tra thủy tĩnh tại nhà máy thành công xác minh hiệu suất dưới các điều kiện kiểm tra. Áp suất dịch vụ, tuổi thọ mệt mỏi và tính toàn vẹn của các mối nối được lắp ráp sau đó đòi hỏi thiết kế và xác minh riêng của chúng.
Kiểm tra dòng điện xoáy phát hiện những thay đổi về phản ứng điện từ liên quan đến các điểm không liên tục và các biến thể vật liệu hoặc hình học khác.
ASTM E426 xử lý kiểm tra dòng điện xoáy các sản phẩm ống được chỉ định, bao gồm cả thép không gỉ austenit. Phạm vi của nó phân biệt các vật liệu này với thép không gỉ ferit và mactenxit có từ tính.
Để mua sắm, hãy thiết lập quy trình áp dụng, tiêu chuẩn tham chiếu, độ nhạy và tiêu chí chấp nhận.
Độ dày thành, độ dẫn điện, độ từ thẩm, cách bố trí đầu dò và tần số kiểm tra ảnh hưởng đến phản ứng. Một chỉ báo đòi hỏi phải đánh giá; nó không tự động xác định một lỗi có thể bị từ chối.
Kiểm tra dòng điện xoáy cũng không nên được coi là bằng chứng trực tiếp về khả năng chịu áp suất hoặc khả năng chống rò rỉ của mối nối đã lắp ráp.
Kiểm tra siêu âm có thể kiểm tra ống về các điểm không liên tục bằng cách sử dụng chùm âm thanh được cấu hình phù hợp. Các kỹ thuật siêu âm riêng biệt có thể đo độ dày thành.
ASTM E213 bao gồm kiểm tra siêu âm ống và ống kim loại và xử lý hình học kiểm tra cho cả thành dày tương đối và ống đường kính nhỏ, thành mỏng. Cần có các góc chùm và hình dạng chùm phù hợp để đạt được phạm vi mong muốn và tránh các phản ứng gây hiểu lầm.
Yêu cầu kiểm tra siêu âm nên xác định:
Các loại và hướng của điểm không liên tục cần phát hiện.
Bộ phản xạ tham chiếu và tiêu chí chấp nhận.
Phạm vi kiểm tra và bất kỳ vùng đầu nào chưa được kiểm tra.
Kích thước ống áp dụng và tình trạng vật liệu.
Yêu cầu báo cáo và hiệu chuẩn.
Khi cả hai đều cần thiết, nên chỉ định riêng đo độ dày và phát hiện lỗi. Khảo sát độ dày không tự động cung cấp một cuộc kiểm tra lỗi hoàn chỉnh.
Thành phần hóa học và tính chất cơ học xác nhận các yêu cầu mà phép đo thành không thể thiết lập.
Tùy thuộc vào thông số kỹ thuật sản phẩm và ứng dụng, việc xác minh có thể bao gồm tính chất kéo, độ cứng, làm phẳng, làm loe hoặc các bài kiểm tra được quy định khác. Phương pháp kiểm tra và lấy mẫu phải phù hợp với kích thước ống và tiêu chuẩn áp dụng.
Nhận dạng vật liệu dương tính có thể bổ sung cho chứng chỉ vật liệu có thể truy xuất nguồn gốc, nhưng kỹ thuật phải đo các nguyên tố cần thiết cho quyết định.
XRF cầm tay có thể xác định nhiều nguyên tố hợp kim, nhưng nó không thể đo carbon. Do đó, XRF đơn lẻ không thể xác minh sự khác biệt carbon thấp giữa các mác như 316 và 316L. Việc xác minh carbon đòi hỏi một phương pháp phân tích có khả năng đo carbon phù hợp.
Kiểm tra bổ sung có thể phù hợp cho các dịch vụ cụ thể, bao gồm kiểm tra ăn mòn, kiểm tra vi cấu trúc, đo độ nhám bề mặt hoặc xác minh độ sạch.
Xác định phương pháp và yêu cầu chấp nhận trước khi đặt hàng. Các bài kiểm tra này trả lời các câu hỏi khác nhau và nên được lựa chọn theo mác, quy trình sản xuất và dịch vụ dự kiến.
Cũng xác định xem có cần kiểm tra thêm sau khi uốn, hàn, nong hoặc gia công hay không. Việc chấp nhận ống đầu vào không xác minh các thay đổi được giới thiệu trong quá trình chế tạo.
Một RFQ hoàn chỉnh cho phép nhà cung cấp báo giá cùng một yêu cầu kỹ thuật và giảm thiểu tranh chấp trong quá trình kiểm tra.
| Mục RFQ | Thông tin cần chỉ định |
|---|---|
| Vật liệu | Mác, ký hiệu và điều kiện giao hàng yêu cầu |
| Thông số kỹ thuật sản phẩm | Tiêu chuẩn áp dụng, phiên bản và các yêu cầu bổ sung |
| Quy trình sản xuất | Liền mạch, hàn hoặc quy trình được phép khác |
| Kích thước | Đường kính ngoài, độ dày thành và chiều dài hoàn thiện |
| Cơ sở thành | Thành danh nghĩa, tối thiểu hoặc trung bình, với dung sai áp dụng |
| Kiểm soát kích thước | Độ oval, độ thẳng, yêu cầu lỗ khoan và chuẩn bị đầu ống |
| Yêu cầu chế tạo | Hình học uốn, cho phép gia công và thành tối thiểu hoàn thiện |
| Yêu cầu bề mặt | Hoàn thiện, độ nhám khi có liên quan, độ sạch và bảo vệ |
| Kiểm tra | Các phương pháp yêu cầu, tiêu chí chấp nhận, phạm vi và lấy mẫu |
| Tài liệu | Chứng chỉ vật liệu, báo cáo kiểm tra và yêu cầu truy xuất nguồn gốc |
| Số lượng và đóng gói | Số lượng hoặc tổng chiều dài, nhận dạng và bao bì bảo vệ |
Khi nhà cung cấp được yêu cầu hỗ trợ lựa chọn, cũng cung cấp chi tiết áp suất thiết kế, nhiệt độ, môi trường và kết nối.
So sánh báo giá trên cùng một cơ sở kích thước và kiểm tra. Giá trên mỗi kilogam đơn lẻ không phản ánh ảnh hưởng của chiều dài sử dụng được, độ chính xác, năng suất chế tạo hoặc yêu cầu kiểm tra.
Có thể, miễn là mác, kích thước, thành tối thiểu, nhiệt độ và kết nối đáp ứng các yêu cầu thiết kế áp dụng. Mô tả "thành mỏng" không xác định xếp hạng áp suất.
Tuổi thọ phụ thuộc vào cơ chế lỗi kiểm soát. Thành bổ sung có thể giúp đáp ứng tổn thất vật liệu cho phép hoặc tải trọng cơ học, trong khi ăn mòn, rung động, mệt mỏi và hiệu suất kết nối vẫn cần được đánh giá riêng.
Có, khi thiết bị và quy trình được chọn phù hợp với đường kính ống, độ dày thành và vật liệu. Kích thước nhỏ đòi hỏi sự chú ý đặc biệt đến việc giải thích tín hiệu và phạm vi kiểm tra đã được chứng minh.
Việc lựa chọn phụ thuộc vào tiêu chuẩn sản phẩm, điều kiện dịch vụ, chất lượng sản xuất, yêu cầu kích thước và quy trình xây dựng được phép. Độ dày thành và sự hiện diện của mối hàn dọc nên được đánh giá như những quyết định thông số kỹ thuật riêng biệt.
Yêu cầu sự kết hợp cần thiết bởi thông số kỹ thuật sản phẩm, mã xây dựng và ứng dụng. Nếu cả hai đều cần thiết, hãy nêu rõ cả hai và xác định yêu cầu chấp nhận của chúng.
Chọn độ dày thành ống thép không gỉ xung quanh độ dày thành tối thiểu cần thiết trong bộ phận hoàn thiện, sau đó tính đến sự biến đổi sản xuất, chế tạo và điều kiện dịch vụ.
Một thông số kỹ thuật mua hàng hữu ích kết nối yêu cầu đó với mác vật liệu được xác định, tiêu chuẩn sản phẩm, cơ sở kích thước và kế hoạch kiểm tra. Cung cấp các chi tiết này với RFQ làm cho các tùy chọn thành mỏng và thành dày có thể so sánh một cách có ý nghĩa.
