Номинальное давление бесшовных труб из нержавеющей стали: как его безопасно рассчитать

Проектирование бесшовных труб

Номинальное давление бесшовных труб из нержавеющей стали: не наклейка, а расчет

Номинальное давление бесшовной трубы из нержавеющей стали — это расчетное расчетное значение, а не фиксированное число, напечатанное на трубе. Инженеры и покупатели должны понимать, как он формируется, прежде чем выбирать график, сравнивать предложения или соглашаться на замену материала.

Как только марка материала, наружный диаметр, толщина стенки и рабочая температура определены, номинальное давление становится числом, которое можно проверить, задокументировать и защитить.

Откуда берется номинальное давление бесшовных труб из нержавеющей стали

Формула Барлоу дает первую оценку: P = 2St, разделенное на D. P — внутреннее давление, S — допустимое напряжение материала при расчетной температуре, t — толщина стенки, а D — наружный диаметр.

Для технологических трубопроводов код ASME B31.3 следует той же логике напряжений с двумя дополнительными входными данными: эффективность соединения E и коэффициент Y. Для бесшовных труб E обычно равен 1,0, что является одной из причин, по которой бесшовная конструкция имеет структурное преимущество при проектировании под давлением. Формулу кода лучше всего записать как P = 2SEt, разделенную на D минус 2Yt. Результатом является допустимое рабочее давление, а не номер испытания на разрыв.

Если вы новичок в том, как производятся эти продукты, процесс холоднокатаной бесшовной трубы объясняет, почему отсутствие продольного шва создает более чистый путь напряжения через стену.

Пять факторов, меняющих рейтинг

1. Класс материала. Нержавеющая сталь не имеет ни одного допустимого напряжения. Типы 304, 304L, 316 и 316L имеют разную прочность при разных температурах, поэтому номинальное давление меняется при изменении марки.
2. Толщина стенки. Более тяжелая стена несет большую нагрузку на обруч. Трубы Расписание 40С и Schedule 80-е годы, изготовленные из одной и той же марки нержавеющей стали, не имеют одинакового номинального давления.
3. Внешний диаметр. При одинаковой толщине стенки и материале меньший внешний диаметр дает более высокое номинальное давление, поскольку в знаменателе появляется D.
4. Рабочая температура. Допустимое напряжение снижается с повышением температуры. Рейтинг, рассчитанный при комнатной температуре, может быть значительно ниже при температуре 400°F или выше.
5. Припуск на коррозию, резьба и допуск фрезерования. Потери металла, механическая резьба и производственные допуски уменьшают эффективную стенку, способную противостоять давлению. Использование номинальной толщины стенки вместо минимальной толщины стенки завышает рейтинг.

При сравнении указанных номиналов запрашивайте полную информацию: материал, толщину стенок, наружный диаметр, температуру и допуск на коррозию. Число, указанное без этих данных, не является полной спецификацией.

Если конструкция из нержавеющей стали начинает выглядеть слишком большой, бесшовная труба из легированной стали с более высоким допустимым напряжением иногда может уменьшить требуемую толщину стенки. Формула давления остается прежней; изменяются только материальные затраты.

Бесшовные трубы из легированной стали 20CrMo для работы под высоким давлением Эта труба из легированной стали обеспечивает лучшую жаропрочность и сопротивление ползучести, чем углеродистая сталь, что делает ее идеальным кандидатом, когда необходимо уменьшить толщину стенки без снижения номинального давления. Посмотреть продукт →

Почему график имеет значение: оценки для труб из нержавеющей стали NPS 2

Размеры труб из нержавеющей стали сгруппированы по спецификации согласно ASME B36.19. В таблице ниже сравниваются общие графики для бесшовной нержавеющей стали типа 304/316 NPS 2 при температуре окружающей среды с допустимым напряжением 20 000 фунтов на квадратный дюйм.

За пределами нержавеющей стали: одна и та же математика для всех семейств бесшовных труб

Нержавеющую сталь часто выбирают из-за коррозионной стойкости, чистоты или устойчивости к высоким температурам, но это не единственный материал для бесшовных труб, используемый в системах под давлением. Углеродистая сталь остается практичным выбором для чистой воды, масла и общего механического обслуживания. Легированные стали становятся полезными, когда требуется более высокая прочность или меньшая толщина стенок.

Подход расчета не меняется. Подтвердите сертификат на материал, используйте правильное допустимое напряжение, вычтите любые потери от коррозии и выполните расчет с учетом фактического наружного диаметра и минимальной толщины стенки. Имя оценки имеет значение только потому, что оно определяет значения, вводимые в формулу.

Бесшовные трубы из углеродистой стали 20# с настраиваемыми размерами Универсальная бесшовная труба из углеродистой стали, подходящая для использования в нефтегазовой, химической и строительной отраслях. Его отслеживаемая марка и постоянные размеры делают его надежным выбором при проверке расчетов давления. Посмотреть продукт →

Для покупателя реальный вопрос заключается в том, может ли поставщик предоставить отслеживаемый материал, одинаковые размеры и четкую производственную базу. Указанное номинальное давление заслуживает доверия только в том случае, если труба, стоящая за ним, изготовлена ​​из проверенной марки стали и прошла контролируемый процесс холодной прокатки или чистовой обработки.

Когда граница давления является обработанной деталью

Не каждый диапазон давления представляет собой длинный участок трубы. Корпуса цилиндров, блоки клапанов, гидравлические втулки и механические корпуса часто изготавливаются из бесшовных труб. При проектировании используется то же соотношение диаметра и стенки, но при механической обработке удаляется материал, поэтому для окончательного расчета номинальной мощности необходимо использовать готовую стенку после механической обработки.

В таких случаях однородность и обрабатываемость имеют такое же значение, как и формула кода. Бесшовная труба с однородной холоднокатаной структурой обеспечивает более предсказуемую отправную точку для компонентов, которые будут подвергаться давлению, усталости и многократной сборке.

Бесшовные стальные трубы из сплава 40Cr для компонентов машин Закаленная и отпущенная труба из 40Cr обеспечивает высокую прочность, низкотемпературную вязкость и высокую точность размеров, подходит для механически обработанных деталей, которые должны выдерживать усталость и повторяющуюся сборку. Посмотреть продукт →

Три ошибки, которые создают реальный риск

• Использование номинальной толщины стенки вместо минимальной толщины стенки после допуска фрезерования.
• Применение диаграммы давления при комнатной температуре к высокотемпературной линии.
• Рассматривать гидростатическое испытательное давление как приемлемое рабочее состояние.

Просмотрите сертификат материала, чтобы узнать номер плавки, химический состав, механические свойства и результаты испытаний. Цитата, в которой просто говорится «бесшовные трубы из нержавеющей стали», еще не является надежной технической основой. Самая безопасная привычка при закупках — настаивать на полной расчетной основе каждого номинального давления.

Заключительная мысль: оцените всю спецификацию, а не этикетку

Номинальное давление каждой бесшовной трубы из нержавеющей стали представляет собой снимок одного материала при одной температуре и одной эффективной толщине стенки. Это полезно только тогда, когда входные данные известны, задокументированы и совместимы с условиями эксплуатации.

У инженеров практическая привычка — сначала определить материал и условия эксплуатации, а затем рассчитать максимально допустимое рабочее давление. У покупателей есть привычка запрашивать основу расчета, а не полагаться на название графика. Когда обе привычки соблюдены, труба становится предсказуемой и надежной частью напорной системы.