Vodič za ocjenu tlaka u cijevima: izračuni, dijagrami i odabir

Što je nazivni tlak u cijevima i zašto je bitan?

Nazivni tlak u cijevima, službeno poznat kao maksimalni dopušteni radni tlak (MAWP), maksimalni je unutarnji tlak koji cijev može sigurno izdržati na određenoj temperaturi. Ovo se bitno razlikuje od tlaka pucanja, što je tlak pri kojem bi cijev pukla. MAWP uključuje značajan faktor sigurnosti (obično 3,5x na krajnju vlačnu čvrstoću prema ASME B31.3), osiguravajući da cijev dobro radi unutar svojih strukturnih ograničenja tijekom svog projektiranog životnog vijeka. Odabir cijevi s neodgovarajućim tlakom jedan je od najčešćih uzroka kvarova industrijskih cjevovoda, što dovodi do curenja, katastrofalnih puknuća i sigurnosnih incidenata.

Posljedice pogrešnog odabira nazivnog tlaka mogu biti ozbiljne. Cijev koja radi iznad MAWP može doživjeti popuštanje (trajna deformacija), puzanje na povišenim temperaturama ili iznenadni krti lom. U petrokemijskim postrojenjima kvarovi na cijevima uzrokovali su požare, eksplozije i ispuštanje toksičnih tvari. Serija kodova ASME B31 utvrđuje minimalne zahtjeve za projektiranje tlaka cijevi u različitim primjenama: B31.1 za energetske cjevovode, B31.3 za procesne cjevovode, B31.4 za transport cjevovoda i B31.8 za prijenos plina. Razumijevanje ovih zahtjeva kodeksa bitno je za siguran i usklađen dizajn cjevovodnog sustava.

Barlowova formula - Izračun teorijskog tlaka pucanja

Barlowova formula temeljna je jednadžba za izračun teorijskog tlaka pucanja cijevi:P=2St/D, gdje je P unutarnji tlak (MPa), S dopušteno naprezanje (MPa), t nazivna debljina stijenke (mm), a D vanjski promjer (mm). Za izračun MAWP-a, dopušteno naprezanje S preuzeto je iz ASME odjeljka II dijela D na projektiranoj temperaturi, a debljina stijenke t je nominalna debljina minus proizvodna tolerancija minus dopuštenje za koroziju. Formula pretpostavlja uvjete tankog-stjenka (D/t > 10), što se odnosi na veliku većinu standardnih rasporeda cijevi.

Primjer izračuna (Barlow formula - teoretski MAWP):Za cijev od 4 inča SCH 40 A106 Gr.B na temperaturi okoline:
OD=114.3 mm, zid=6.02 mm, S=137.9 MPa (A106 Gr.B na 38 stupnjeva)
P=2 x 137,9 x 6,02 / 114.3=14.5 MPa (~2100 psi)

Imajte na umu da formula koda ASME B31.3 (t=PD / 2(SE + PY)) daje niži MAWP od približno 10,9 MPa za istu cijev zbog uključivanja faktora učinkovitosti spoja E i temperaturnog koeficijenta Y. Tablica u nastavku koristi formulu ASME B31.3 i predstavlja radni tlak-sukladan kodu. Za usporedbu, tlak pucanja (koristeći minimalnu vlačnu čvrstoću S=415 MPa za A106 Gr.B) bio bi približno 43,7 MPa, dajući sigurnosni faktor od približno 3,0 protiv pucanja. Ovo ilustrira konzervativnu prirodu MAWP izračuna. Stvarni radni tlak uvijek mora biti ispod MAWP, a većina projektnih kodova zahtijeva dodatnu marginu iznad normalnog radnog tlaka.

Dopuštene vrijednosti naprezanja po materijalu

Dopuštene vrijednosti naprezanja temelj su proračuna nazivnog tlaka. Ove su vrijednosti prikazane u tablici u ASME Odjeljku II Dijelu D za tisuće kombinacija-razreda-temperatura materijala. Dopušteno naprezanje izvedeno je iz najmanje: jedne-trećine minimalne vlačne čvrstoće na sobnoj temperaturi, dvije-trećine minimalne granice tečenja na sobnoj temperaturi ili prosječne otpornosti na pucanje puzanjem za 100 000 sati podijeljeno s 1,5 na povišenim temperaturama.

Imajte na umu da se dopušteno naprezanje značajno smanjuje pri povišenim temperaturama. Ovaj učinak smanjenja temperature najizraženiji je za ugljični čelik, koji doživljava smanjenje od 40% između temperature okoline i 400 stupnjeva. Legirani čelici poput P91 održavaju veći udio svoje -temperaturne čvrstoće okoline na povišenim temperaturama, što ih čini preferiranim izborom za rad na visokim-temperaturama. Nehrđajući čelici, iako imaju niže dopuštene naprezanja-temperature okoline, bolje održavaju svoju čvrstoću na vrlo visokim temperaturama iznad 600 stupnjeva.

Tablica s ocjenom tlaka prema rasporedu

Donja tablica prikazuje približne radne tlakove za cijevi od ugljičnog čelika A106 Gr.B na temperaturi okoline. Ove vrijednosti temelje se na nominalnoj debljini stijenke i ne uključuju dopuštenu koroziju. Stvarni radni tlakovi varirat će ovisno o specifičnim radnim uvjetima i primjenjivim zahtjevima koda.

Smanjenje temperature

Smanjenje temperature je smanjenje dopuštenog naprezanja kako se radna temperatura povećava. Do ovog fenomena dolazi jer metali gube čvrstoću na povišenim temperaturama. Za ugljični čelik, dopušteno naprezanje ostaje relativno konstantno do oko 200 stupnjeva, a zatim se počinje linearno smanjivati. Na 400 stupnjeva, dopušteno naprezanje A106 Gr.B je približno 60% njegove -vrijednosti temperature okoline. Na 500 stupnjeva pada na otprilike 40%.

Nehrđajući čelik ima prednost pri vrlo visokim temperaturama zbog svoje vrhunske otpornosti na oksidaciju i otpornosti na puzanje. Dok nehrđajući čelik 304 ima niže dopušteno naprezanje na -temperaturi okoline od ugljičnog čelika (117,2 MPa naspram 137,9 MPa), njegovo dopušteno naprezanje na 600 stupnjeva je približno 48 MPa u usporedbi s nulom za ugljični čelik (što nije dopušteno iznad 538 stupnjeva prema ASME kodu). Za ultra{9}}visoke{10}}temperaturne primjene iznad 600 stupnjeva koriste se legure na bazi nikla-kao što je legura 617 (UNS N06617), s dopuštenim naprezanjem od 20-30 MPa na 900 stupnjeva.

ASME B31 Zahtjevi za tlak

Svaki odjeljak koda ASME B31 ima posebne zahtjeve za određivanje nazivnog tlaka. ASME B31.1 (Power Piping) regulira cjevovode u stanicama za proizvodnju električne energije i industrijskim postrojenjima. Zahtijeva projektiranje tlaka u skladu s pravilima ASME odjeljka I za vanjske cjevovode kotla i daje specifične jednadžbe za ravne cijevi, zavoje i spojeve grana. ASME B31.3 (Procesni cjevovodi) najčešće je korišten kod za kemijska i petrokemijska postrojenja. Koristi pristup-temeljen na Barlowovoj formuli s proračunskom debljinom tlaka određenom prema: t=(P x D) / (2(SE + PY)), gdje je E faktor kvalitete uzdužnog spoja, a Y koeficijent-ovisan o temperaturi.

ASME B31.4 (Cjevovodni transport) primjenjuje se na tekuće ugljikovodike i druge tekuće sustave cjevovoda. Koristi se pristupom projektnog faktora pri čemu obručno naprezanje pri projektiranom tlaku ne smije premašiti određeni postotak specificirane minimalne granice popuštanja materijala (SMYS). Na primjer, tipični faktor dizajna od 0,72 znači da je obručno naprezanje ograničeno na 72% SMYS. ASME B31.8 (prijenos plina) koristi sličan pristup faktora dizajna, ali s faktorima-specifičnim za lokaciju temeljenim na gustoći naseljenosti u blizini plinovoda, u rasponu od 0,72 (ruralno) do 0,40 (-urbana područja visoke gustoće).

Verifikacija ispitivanja tlaka

Hidrostatsko ispitivanje standardna je metoda za provjeru tlačnog integriteta izrađenih cjevovodnih sustava. Ispitni tlak je tipično 1,5 puta veći od projektnog tlaka na projektnoj temperaturi, ali ne manji od 1,5 puta veći od MAWP na ispitnoj temperaturi. Ispitni tlak mora se održavati minimalno (obično 10 minuta za male sustave, dulje za velike sustave), dok se svi spojevi i spojevi provjeravaju zbog propuštanja. Pneumatsko ispitivanje se koristi kada je hidrostatsko ispitivanje nepraktično (npr. sustavi koji ne podnose vodu, kao što je kisik ili kriogena služba). Međutim, pneumatsko ispitivanje nosi veće sigurnosne rizike zbog pohranjene energije u komprimiranom plinu i zahtijeva dodatne mjere opreza. Pogledajte našeVodič za hidrostatsko i pneumatsko ispitivanje(54) za detaljne postupke.

Zahtjevi za pritiskom industrije

Kemijska industrija obično radi u klasama tlaka od 150# do 600#, s većinom općenitih procesnih cjevovoda na 150# ili 300#. Procesi višeg tlaka kao što su hidrokrekiranje i sinteza amonijaka rade na 900# do 2500#. Energetska industrija koristi najviše ocjene tlaka, s ultra-superkritičnim parnim ciklusima koji rade na 2500# do 4000# i temperaturama do 620 stupnjeva. Ovi ekstremni uvjeti zahtijevaju visokolegirane-materijale kao što su P92 i superlegure-na bazi nikla. Tlakovi u naftovodima i plinovodima obično su u rasponu od ANSI 300 do 900 klase, iako glavni prijenosni vodovi mogu raditi na pritiscima većim od 2000 psi.

Kako naručiti prema stupnju tlaka

Kada naručujete cijev za određenu primjenu pod tlakom, navedite sljedeće parametre kako biste osigurali točan odabir: projektirani tlak i temperatura, fluidni medij (uključujući korozivnost), primjenjivi kod (ASME B31.3, B31.1, itd.), potrebno dopuštenje za koroziju i sve posebne zahtjeve (kisela služba, usklađenost s NACE, itd.). Inženjerski tim ManufacturerPipe može vam pomoći u odabiru optimalnog materijala, rasporeda i procesa proizvodnje za vaše specifične zahtjeve za tlakom. Također nudimo ne-standardnu ​​prilagodbu debljine stijenke za primjene gdje su standardni rasporedi nedostatni ili pre-određeni.

Trebate pomoć za procjenu tlaka u cijevima?

Obratite se našem inženjerskom timu za stručno vodstvo i konkurentne cijene cijevi za vaše specifične zahtjeve tlaka.

Kategorije proizvoda

• Cijev od nehrđajućeg čelika
• Cijev od ugljičnog čelika
• Cijev od legiranog čelika
• Pocinčana cijev