Vamzdžių slėgio įvertinimo vadovas: skaičiavimai, diagramos ir pasirinkimas

Kas yra vamzdžio slėgio įvertinimas ir kodėl tai svarbu?

Vamzdžio slėgio įvertinimas, oficialiai žinomas kaip didžiausias leistinas darbinis slėgis (MAWP), yra didžiausias vidinis slėgis, kurį vamzdyje gali saugiai išlaikyti esant nurodytai temperatūrai. Tai iš esmės skiriasi nuo sprogimo slėgio, ty slėgio, kuriam esant vamzdis plyštų. MAWP apima reikšmingą saugos koeficientą (paprastai 3,5 karto didesnį atsparumą tempimui pagal ASME B31.3), užtikrinantį, kad vamzdis gerai veiktų neperžengdamas konstrukcinių ribų per visą projektavimo laiką. Netinkamo slėgio vamzdžio pasirinkimas yra viena iš labiausiai paplitusių pramoninių vamzdynų gedimų priežasčių, dėl kurių atsiranda nuotėkių, katastrofiškų plyšimų ir saugos incidentų.

Neteisingai pasirinkus slėgio reitingą, pasekmės gali būti sunkios. Vamzdis, veikiantis virš jo DLDS, gali nutekėti (nuolatinė deformacija), šliaužti aukštesnėje temperatūroje arba staigiai lūžti. Naftos chemijos įmonėse dėl vamzdžių gedimų kilo gaisrai, sprogimai ir nuodingos medžiagos. ASME B31 kodų serija nustato minimalius reikalavimus vamzdžių slėgio projektavimui įvairiose srityse: B31.1 – galios vamzdynams, B31.3 – technologiniams vamzdynams, B31.4 – transportavimui vamzdynais ir B31.8 – dujų perdavimo vamzdynams. Norint sukurti saugią ir reikalavimus atitinkančią vamzdynų sistemą, būtina suprasti šiuos kodekso reikalavimus.

Barlow formulė - Teorinio sprogimo slėgio apskaičiavimas

Barlow formulė yra pagrindinė lygtis apskaičiuojant teorinį vamzdžio trūkimo slėgį:P=2Št/D, kur P – vidinis slėgis (MPa), S – leistinas įtempis (MPa), t – vardinis sienelės storis (mm), o D – išorinis skersmuo (mm). Skaičiuojant MDKP, leistinas įtempis S yra paimtas iš ASME II skyriaus D dalies projektinėje temperatūroje, o sienelės storis t yra vardinis storis, atėmus gamybos toleranciją, atėmus korozijos pašalpą. Formulė daro prielaidą, kad sienos yra plonos (D/t > 10), kurios taikomos daugumai standartinių vamzdžių tvarkaraščių.

Skaičiavimo pavyzdys (Barlow formulė - teorinė MAWP):4 colių SCH 40 A106 Gr.B vamzdžiui esant aplinkos temperatūrai:
OD=114.3 mm, sienelė=6.02 mm, S=137.9 MPa (A106 Gr.B 38 laipsnių kampu)
P=2 x 137,9 x 6,02 / 114.3=14.5 MPa (~ 2100 psi)

Atminkite, kad pagal ASME B31.3 kodo formulę (t=PD / 2(SE + PY)) to paties vamzdžio MAWP yra apytiksliai 10,9 MPa, nes įtrauktas jungties efektyvumo koeficientas E ir temperatūros koeficientas Y. Toliau pateiktoje lentelėje naudojama ASME B31.3 formulė ir nurodomas -kodą atitinkantis darbinis slėgis. Palyginimui, trūkimo slėgis (naudojant mažiausią tempimo stiprumą S=415 MPa A106 Gr.B) būtų maždaug 43,7 MPa, o tai suteiktų maždaug 3,0 saugos koeficientą prieš trūkimą. Tai iliustruoja konservatyvų MDKP skaičiavimų pobūdį. Faktinis darbinis slėgis visada turi būti mažesnis už DSD, o pagal daugumą projektavimo kodų reikalaujama papildomos atsargos, viršijančios normalų darbinį slėgį.

Leidžiamos streso vertės pagal medžiagą

Leistinos įtempių vertės yra slėgio įvertinimo skaičiavimų pagrindas. Šios vertės pateiktos ASME II skyriaus D dalyje, skirtoje tūkstančiams medžiagų -klasės- temperatūros derinių. Leistinas įtempis apskaičiuojamas iš: vieno -mažiausio tempimo stiprio kambario temperatūroje, dviejų-mažiausios takumo stiprio kambario temperatūroje arba vidutinės valkšnumo trūkimo stiprio 100 000 valandų, padalijus iš 1,5 aukštesnėje temperatūroje.

Atkreipkite dėmesį, kad esant aukštesnei temperatūrai leistinas įtempis žymiai sumažėja. Šis temperatūros mažinimo efektas ryškiausias anglinio plieno, kurio temperatūra nuo aplinkos temperatūros iki 400 laipsnių sumažėja 40 %. Legiruotasis plienas, pvz., P91, išlaiko didesnę aplinkos temperatūros stiprumo dalį esant aukštesnei temperatūrai, todėl jie yra tinkamiausias pasirinkimas dirbant aukštoje temperatūroje. Nerūdijantis plienas, nors ir turi mažesnius aplinkos temperatūros leistinus įtempius, geriau išlaiko savo stiprumą esant labai aukštai, aukštesnei nei 600 laipsnių temperatūrai.

Slėgio įvertinimo diagrama pagal tvarkaraštį

Žemiau esančioje lentelėje parodytas apytikslis anglinio plieno vamzdžio A106 Gr.B darbinis slėgis aplinkos temperatūroje. Šios vertės pagrįstos vardiniu sienelės storiu ir neapima korozijos. Faktinis darbinis slėgis skirsis priklausomai nuo konkrečių eksploatavimo sąlygų ir taikomų kodų reikalavimų.

Temperatūros sumažinimas

Temperatūros sumažinimas – tai leistino įtempio sumažėjimas kylant darbinei temperatūrai. Šis reiškinys atsiranda dėl to, kad aukštesnėje temperatūroje metalai praranda stiprumą. Anglinio plieno leistinas įtempis išlieka santykinai pastovus iki maždaug 200 laipsnių, tada pradeda tiesiškai mažėti. Esant 400 laipsnių , leistinas A106 Gr.B įtempis yra maždaug 60 % jo aplinkos temperatūros vertės. 500 laipsnių temperatūroje jis sumažėja iki maždaug 40%.

Nerūdijantis plienas turi pranašumą esant labai aukštai temperatūrai dėl savo aukščiausios atsparumo oksidacijai ir valkšnumo stiprumo. Nors 304 nerūdijančio plieno leistinas įtempis aplinkos temperatūroje yra žemesnis nei anglinio plieno (117,2 MPa palyginti su 137,9 MPa), jo leistinas įtempis 600 laipsnių kampu yra maždaug 48 MPa, palyginti su anglies plieno nuliu (kuris pagal ASME kodą neleidžiamas didesnis nei 538 laipsniai). Itin aukštoje, aukštesnėje nei 600 laipsnių temperatūroje, naudojami nikelio lydiniai, pvz., lydinys 617 (UNS N06617), kurių leistini įtempiai 900 laipsnių kampu yra 20–30 MPa.

ASME B31 slėgio reikalavimai

Kiekviena ASME B31 kodo dalis turi specifinius slėgio normos nustatymo reikalavimus. ASME B31.1 (Power Piping) reguliuoja vamzdynus elektros energijos gamybos stotyse ir pramonės įmonėse. Tam reikalingas slėgio projektavimas pagal ASME I skyriaus taisykles katilo išoriniams vamzdynams ir pateikiamos konkrečios lygtys tiesiems vamzdžiams, posūkiams ir šakų jungtims. ASME B31.3 (Process Piping) yra plačiausiai naudojamas kodas chemijos ir naftos chemijos gamykloms. Jis naudoja Barlow formule{7}}pagrįstą metodą, kai slėgio projektinis storis nustatomas pagal: t=(P x D) / (2(SE + PY)), kur E yra išilginės jungties kokybės koeficientas, o Y yra nuo temperatūros priklausomas koeficientas.

ASME B31.4 (Pipeline Transportation) taikoma skystųjų angliavandenilių ir kitoms skysčių vamzdynų sistemoms. Taikomas projektinio faktoriaus metodas, kai lanko įtempis esant projektiniam slėgiui neturi viršyti nurodytos medžiagos nurodytos minimalios takumo ribos (SMYS) procentinės dalies. Pavyzdžiui, tipinis projektinis koeficientas 0,72 reiškia, kad lanko įtempis yra apribotas iki 72 % SMYS. ASME B31.8 (dujų perdavimas) taiko panašų projektavimo veiksnio metodą, bet su vietiniais -specifiniais veiksniais, pagrįstais gyventojų tankiu šalia dujotiekio, svyruojančiu nuo 0,72 (kaimo) iki 0,40 (didelio tankio miesto vietovėse).

Slėgio bandymo patikra

Hidrostatinis bandymas yra standartinis pagamintų vamzdynų sistemų slėgio vientisumo tikrinimo metodas. Bandymo slėgis paprastai yra 1,5 karto didesnis už projektinį slėgį projektinėje temperatūroje, bet ne mažesnis kaip 1,5 karto didesnis už DLDS bandymo temperatūroje. Bandymo slėgis turi būti palaikomas minimaliai (paprastai 10 minučių mažoms sistemoms, ilgiau – didelėms sistemoms), kol tikrinamos visos jungtys ir jungtys, ar nėra nuotėkio. Pneumatinis bandymas naudojamas, kai hidrostatinis bandymas yra nepraktiškas (pvz., sistemos, kurios netoleruoja vandens, pvz., deguonies arba kriogeninės paslaugos). Tačiau pneumatiniai bandymai kelia didesnį pavojų saugai dėl suslėgtose dujose sukauptos energijos ir reikalauja papildomų atsargumo priemonių. Žiūrėkite mūsųHidrostatinių ir pneumatinių bandymų vadovas(54) dėl išsamių procedūrų.

Pramonės slėgio reikalavimai

Chemijos pramonė paprastai veikia slėgio klasėmis nuo 150 # iki 600 #, o dauguma bendrųjų procesų vamzdynų yra 150 # arba 300 #. Aukštesnio slėgio procesai, tokie kaip hidrokrekingas ir amoniako sintezė, veikia nuo 900 # iki 2500 #. Energetikos pramonė naudoja aukščiausius slėgio rodiklius, ypač -superkritinius garo ciklus, veikiančius nuo 2500# iki 4000#, o temperatūrą iki 620 laipsnių. Esant tokioms ekstremalioms sąlygoms, reikalingos didelio -lydinio medžiagos, pvz., P92 ir nikelio{15}}superlydiniai. Naftos ir dujotiekio slėgis paprastai yra ANSI 300–900 klasės intervale, nors pagrindinės perdavimo linijos gali veikti esant slėgiui, viršijančiam 2000 psi.

Kaip užsisakyti pagal slėgio įvertinimą

Užsakydami vamzdį konkrečiam slėgiui, nurodykite šiuos parametrus, kad užtikrintumėte teisingą pasirinkimą: projektinis slėgis ir temperatūra, skystoji terpė (įskaitant koroziją), taikomas kodas (ASME B31.3, B31.1 ir kt.), reikalingas korozijos pašalpas ir visi specialūs reikalavimai (rūgštus aptarnavimas, NACE atitiktis ir kt.). „ManufacturerPipe“ inžinierių komanda gali padėti parinkti optimalią medžiagą, grafiką ir gamybos procesą, atitinkantį jūsų specifinius slėgio reikalavimus. Taip pat siūlome ne-standartinį sienos storio pritaikymą programoms, kuriose standartiniai tvarkaraščiai yra nepakankami arba per{7}}nurodyta.

Reikia vamzdžių slėgio įvertinimo pagalbos?

Susisiekite su mūsų inžinierių komanda, kad gautumėte ekspertų patarimų ir konkurencingą vamzdžio kainą pagal jūsų specifinius slėgio reikalavimus.

Produktų kategorijos

• Nerūdijančio plieno vamzdis
• Anglies plieno vamzdis
• Legiruotojo plieno vamzdis
• Cinkuotas vamzdis