Caurules spiediena novērtējuma rokasgrāmata: aprēķini, diagrammas un izvēle

Kas ir cauruļu spiediena reitings un kāpēc tas ir svarīgi?

Caurules spiediena reitings, kas formāli pazīstams kā maksimālais pieļaujamais darba spiediens (MAWP), ir maksimālais iekšējais spiediens, ko caurule var droši saturēt noteiktā temperatūrā. Tas būtiski atšķiras no pārraušanas spiediena, kas ir spiediens, pie kura caurule plīstu. MAWP ir iekļauts nozīmīgs drošības koeficients (parasti 3,5 reizes attiecībā uz maksimālo stiepes izturību atbilstoši ASME B31.3), nodrošinot, ka caurule darbojas labi tās konstrukcijas robežās visā tās projektēšanas laikā. Caurules ar neatbilstošu spiediena reitingu izvēle ir viens no biežākajiem rūpniecisko cauruļvadu atteices cēloņiem, kas izraisa noplūdes, katastrofālus plīsumus un drošības incidentus.

Nepareizas spiediena reitinga izvēles sekas var būt smagas. Caurule, kas darbojas virs tās MAWP, var piedzīvot piekāpšanos (pastāvīgu deformāciju), šļūdei paaugstinātā temperatūrā vai pēkšņu trauslumu. Naftas ķīmijas rūpnīcās cauruļu bojājumi ir izraisījuši ugunsgrēkus, sprādzienus un toksisku vielu izplūdi. ASME B31 kodu sērija nosaka minimālās prasības cauruļvadu spiediena projektēšanai dažādiem lietojumiem: B31.1 attiecībā uz barošanas cauruļvadiem, B31.3 attiecībā uz procesa cauruļvadiem, B31.4 attiecībā uz cauruļvadu transportēšanu un B31.8 attiecībā uz gāzes pārvadi. Šo koda prasību izpratne ir būtiska drošai un atbilstošai cauruļvadu sistēmas projektēšanai.

Bārlova formula - Teorētiskā pārraušanas spiediena aprēķināšana

Bārlova formula ir pamatvienādojums caurules teorētiskā pārraušanas spiediena aprēķināšanai:P=2St/D, kur P ir iekšējais spiediens (MPa), S ir pieļaujamais spriegums (MPa), t ir nominālais sienas biezums (mm), un D ir ārējais diametrs (mm). MAWP aprēķināšanai pieļaujamais spriegums S tiek ņemts no ASME II sadaļas D daļas projektētajā temperatūrā, un sienas biezums t ir nominālais biezums mīnus ražošanas pielaide mīnus korozijas pielaide. Formulā tiek pieņemti tievas sienas apstākļi (D/t > 10), kas attiecas uz lielāko daļu standarta cauruļu grafiku.

Aprēķina piemērs (Bārlova formula - teorētiskā MAWP):4 collu SCH 40 A106 Gr.B caurulei apkārtējās vides temperatūrā:
OD=114.3 mm, siena=6.02 mm, S=137.9 MPa (A106 Gr.B pie 38 grādiem)
P=2 x 137,9 x 6,02 / 114.3=14.5 MPa (~ 2100 psi)

Ņemiet vērā, ka ASME B31.3 koda formula (t=PD / 2(SE + PY)) nodrošina zemāku MAWP — aptuveni 10,9 MPa tai pašai caurulei, jo ir iekļauts savienojuma efektivitātes koeficients E un temperatūras koeficients Y. Tālāk esošajā tabulā ir izmantota ASME B31.3 formula, un tajā ir norādīts kodam -atbilstošs darba spiediens. Salīdzinājumam, pārraušanas spiediens (izmantojot minimālo stiepes izturību S=415 MPa A106 Gr.B) būtu aptuveni 43,7 MPa, nodrošinot drošības koeficientu aptuveni 3,0 pret pārraušanu. Tas ilustrē MAWP aprēķinu konservatīvo raksturu. Faktiskajam darba spiedienam vienmēr jābūt zemākam par MAWP, un lielākajai daļai dizaina kodu ir nepieciešama papildu rezerve virs parastā darba spiediena.

Pieļaujamās stresa vērtības atkarībā no materiāla

Pieļaujamās sprieguma vērtības ir spiediena reitinga aprēķinu pamatā. Šīs vērtības ir tabulas ASME II sadaļas D daļā tūkstošiem materiālu -pakāpes-temperatūras kombināciju. Pieļaujamais spriegums tiek iegūts no minimālās vērtības: viena-no minimālās stiepes izturības istabas temperatūrā, divas-no minimālās tecēšanas robežas istabas temperatūrā vai vidējā šļūdes pārrāvuma izturība 100 000 stundām, dalīta ar 1,5 paaugstinātā temperatūrā.

Ņemiet vērā, ka paaugstinātā temperatūrā pieļaujamais spriegums ievērojami samazinās. Šis temperatūras pazemināšanas efekts ir visizteiktākais oglekļa tēraudam, kas piedzīvo 40% samazinājumu starp apkārtējās vides temperatūru un 400 grādiem. Leģētie tēraudi, piemēram, P91, saglabā lielāku daļu no apkārtējās vides temperatūras izturības paaugstinātā temperatūrā, padarot tos par vēlamo izvēli augstas temperatūras{6}}izturībai. Nerūsējošais tērauds, kam ir zemāki pieļaujamie spriegumi apkārtējās -temperatūras temperatūrā, labāk saglabā savu izturību ļoti augstā temperatūrā virs 600 grādiem.

Spiediena reitinga diagramma pēc grafika

Zemāk esošajā tabulā parādīti aptuvenais darba spiediens A106 Gr.B oglekļa tērauda caurulei apkārtējās vides temperatūrā. Šīs vērtības ir balstītas uz nominālo sienu biezumu un neietver korozijas pielaidi. Faktiskais darba spiediens mainīsies atkarībā no īpašiem darbības apstākļiem un piemērojamām koda prasībām.

Temperatūras pazemināšana

Temperatūras samazināšana ir pieļaujamā sprieguma samazināšanās, palielinoties darba temperatūrai. Šī parādība rodas tāpēc, ka metāli zaudē spēku paaugstinātā temperatūrā. Oglekļa tēraudam pieļaujamais spriegums saglabājas relatīvi nemainīgs līdz aptuveni 200 grādiem, pēc tam sāk lineāri samazināties. Pie 400 grādiem A106 Gr.B pieļaujamais spriegums ir aptuveni 60% no tā apkārtējās -temperatūras vērtības. Pie 500 grādiem tas samazinās līdz aptuveni 40%.

Nerūsējošajam tēraudam ir priekšrocības ļoti augstās temperatūrās, pateicoties tā izcilajai oksidācijas izturībai un šļūdes izturībai. Lai gan 304 nerūsējošajam tēraudam ir zemāks apkārtējās temperatūras pieļaujamais spriegums nekā oglekļa tēraudam (117,2 MPa pret 137,9 MPa), tā pieļaujamais spriegums 600 grādos ir aptuveni 48 MPa salīdzinājumā ar nulli oglekļa tēraudam (kas nav atļauts virs 538 grādiem saskaņā ar ASME kodu). Īpaši augstā temperatūrā virs 600 grādiem tiek izmantoti sakausējumi uz niķeļa bāzes, piemēram, Alloy 617 (UNS N06617), ar pieļaujamo spriegumu 20–30 MPa pie 900 grādiem.

ASME B31 spiediena prasības

Katrai ASME B31 koda sadaļai ir īpašas prasības spiediena reitinga noteikšanai. ASME B31.1 (Power Piping) regulē cauruļvadus elektroenerģijas ražošanas stacijās un rūpniecības uzņēmumos. Tam nepieciešama spiediena projektēšana saskaņā ar ASME I sadaļas noteikumiem katla ārējiem cauruļvadiem, un tie nodrošina īpašus vienādojumus taisnām caurulēm, līkumiem un atzaru savienojumiem. ASME B31.3 (Process Piping) ir visplašāk izmantotais kods ķīmiskajām un naftas ķīmijas rūpnīcām. Tajā tiek izmantota uz Bārlova formulu balstīta pieeja{7}} ar spiediena projektēto biezumu, ko nosaka: t=(P x D) / (2(SE + PY)), kur E ir garenvirziena savienojuma kvalitātes faktors un Y ir temperatūras{11}}atkarīgs koeficients.

ASME B31.4 (cauruļvadu transportēšana) attiecas uz šķidro ogļūdeņražu un citu šķidrumu cauruļvadu sistēmām. Tajā tiek izmantota projektēšanas faktora pieeja, kur loka spriegums pie projektētā spiediena nedrīkst pārsniegt noteiktu procentuālo daļu no materiāla noteiktās minimālās tecēšanas robežas (SMYS). Piemēram, tipisks konstrukcijas koeficients 0,72 nozīmē, ka loka spriegums ir ierobežots līdz 72% no SMYS. ASME B31.8 (gāzes pārvade) izmanto līdzīgu dizaina faktoru pieeju, bet ar atrašanās vietai specifiskiem faktoriem, pamatojoties uz iedzīvotāju blīvumu cauruļvada tuvumā, sākot no 0,72 (laukos) līdz 0,40 (liela blīvuma pilsētu teritorijās).

Spiediena testa pārbaude

Hidrostatiskā pārbaude ir standarta metode izgatavoto cauruļvadu sistēmu spiediena integritātes pārbaudei. Testa spiediens parasti ir 1,5 reizes lielāks par projektēto spiedienu projektētajā temperatūrā, bet ne mazāk kā 1,5 reizes lielāks par MAWP testa temperatūrā. Testa spiediens jāuztur minimālu laiku (parasti 10 minūtes mazām sistēmām, ilgāk lielām sistēmām), kamēr tiek pārbaudīti visi savienojumi un savienojumi, vai nav noplūdes. Pneimatiskā pārbaude tiek izmantota, ja hidrostatiskā pārbaude ir nepraktiska (piemēram, sistēmas, kas neiztur ūdeni, piemēram, skābekli vai kriogēno pakalpojumu). Tomēr pneimatiskā pārbaude rada lielākus drošības riskus saspiestā gāzē uzkrātās enerģijas dēļ un prasa papildu piesardzības pasākumus. Skatiet mūsuHidrostatiskā un pneimatiskā testa rokasgrāmata(54) detalizētām procedūrām.

Nozares spiediena prasības

Ķīmiskā rūpniecība parasti darbojas spiediena klasēs no 150 # līdz 600 #, un lielākā daļa vispārējo procesu cauruļvadu ir 150 # vai 300 #. Augstāka spiediena procesi, piemēram, hidrokrekinga un amonjaka sintēze, darbojas no 900 # līdz 2500 #. Enerģētikas nozarē tiek izmantoti visaugstākie spiediena rādītāji ar īpaši-superkritiskiem tvaika cikliem, kas darbojas no 2500# līdz 4000#, un temperatūrā līdz 620 grādiem. Šajos ekstremālos apstākļos ir nepieciešami augsti{13}}sakausējuma materiāli, piemēram, P92 un niķeļa{15}}supersakausējumi. Naftas un gāzes cauruļvadu spiediens parasti ir diapazonā no ANSI 300 līdz 900 klasei, lai gan galvenās pārvades līnijas var darboties ar spiedienu, kas pārsniedz 2000 psi.

Kā pasūtīt pēc spiediena novērtējuma

Pasūtot cauruli konkrētam spiediena pielietojumam, norādiet šādus parametrus, lai nodrošinātu pareizu izvēli: projektētais spiediens un temperatūra, šķidrā vide (ieskaitot koroziju), piemērojamais kods (ASME B31.3, B31.1 utt.), nepieciešamā korozijas pielaide un visas īpašās prasības (skābs pakalpojums, NACE atbilstība utt.). ManufacturerPipe inženieru komanda var palīdzēt izvēlēties optimālo materiālu, grafiku un ražošanas procesu jūsu īpašajām spiediena prasībām. Mēs piedāvājam arī ne-standarta sienu biezuma pielāgošanu lietojumiem, kur standarta grafiki ir nepietiekami vai pārāk{7}}norādīti.

Vai nepieciešama cauruļu spiediena novērtēšanas palīdzība?

Sazinieties ar mūsu inženieru komandu, lai saņemtu ekspertu norādījumus un konkurētspējīgas cenas caurulēm atbilstoši jūsu īpašajām spiediena prasībām.

Produktu kategorijas

• Nerūsējošā tērauda caurule
• Oglekļa tērauda caurule
• Leģētā tērauda caurule
• Cinkota caurule