Kas ir cauruļvada spiediena nominālā vērtība un kāpēc tā ir svarīga?

Cauruļvada spiediena nominālā vērtība, formāli pazīstama kā maksimālais pieļaujamais darba spiediens (MAWP), ir maksimālais iekšējais spiediens, ko caurule var droši saturēt noteiktā temperatūrā. Tas būtiski atšķiras no pārrāvuma spiediena, kas ir spiediens, pie kura caurule plīstu. MAWP ietver ievērojamu drošības koeficientu (parasti 3,5 reizes no galīgās stiepes izturības saskaņā ar ASME B31.3), nodrošinot, ka caurule darbojas droši tās konstrukcijas robežās visā tās projektētajā kalpošanas laikā. Nepietiekamas spiediena nominālās vērtības caurules izvēle ir viens no visbiežāk sastopamajiem rūpniecisko cauruļvadu atteices pamatcēloņiem, izraisot noplūdes, katastrofālus pārrāvumus un drošības incidentus.

Nepareizas spiediena nominālās vērtības izvēles sekas var būt smagas. Caurule, kas darbojas virs tās MAWP, var pieredzēt tecēšanu (pastāvīgu deformāciju), šļūdi paaugstinātā temperatūrā vai pēkšņu trauslu lūzumu. Naftas ķīmijas iekārtās cauruļvadu atteices ir izraisījušas ugunsgrēkus, sprādzienus un toksisku vielu noplūdes. ASME B31 kodeksu sērija nosaka minimālās prasības cauruļvadu spiediena projektēšanai dažādiem lietojumiem: B31.1 elektrostaciju cauruļvadiem, B31.3 procesu cauruļvadiem, B31.4 cauruļvadu transportēšanai un B31.8 gāzes pārvadei. Izpratne par šīm kodeksu prasībām ir būtiska drošai un atbilstošai cauruļvadu sistēmas projektēšanai.

Barlova formula - teorētiskā pārrāvuma spiediena aprēķināšana

Barlova formula ir pamata vienādojums caurules teorētiskā pārrāvuma 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 daļa D projektēšanas temperatūrā, un sienas biezums t ir nominālais biezums mīnus ražošanas pielaide mīnus korozijas pielaide. Formula pieņem plānsienu apstākļus (D/t > 10), kas attiecas uz lielāko daļu standarta cauruļu dimensiju.

Aprēķina piemērs (Barlova formula - teorētiskais MAWP): 4 collu SCH 40 A106 Gr.B caurulei istabas temperatūrā:
OD = 114,3 mm, siena = 6,02 mm, S = 137,9 MPa (A106 Gr.B pie 38°C)
P = 2 x 137,9 x 6,02 / 114,3 = 14,5 MPa (~2100 psi)

Ņemiet vērā, ka ASME B31.3 kodeksa formula (t = PD / 2(SE + PY)) dod zemāku MAWP aptuveni 10,9 MPa tai pašai caurulei, jo tiek iekļauts šuvju efektivitātes koeficients E un temperatūras koeficients Y. Zemāk esošajā tabulā tiek izmantota ASME B31.3 formula un tiek parādīts kodeksam atbilstošais darba spiediens. Salīdzinājumam, pārrāvuma spiediens (izmantojot minimālo stiepes izturību S = 415 MPa A106 Gr.B) būtu aptuveni 43,7 MPa, dodot drošības koeficientu aptuveni 3,0 pret pārrāvumu. Tas ilustrē MAWP aprēķinu konservatīvo raksturu. Faktiskais darba spiediens vienmēr jābūt zemākam par MAWP, un lielākā daļa projektēšanas kodeksu pieprasa papildu rezervi virs normālā darba spiediena.

Pieļaujamie spriegumi pēc materiāla

Pieļaujamās sprieguma vērtības ir spiediena nominālo vērtību aprēķinu pamats. Šīs vērtības ir tabulētas ASME II daļa D tūkstošiem materiālu-marku-temperatūru kombinācijām. Pieļaujamais spriegums tiek iegūts no minimālās vērtības: viena trešdaļa no minimālās stiepes izturības istabas temperatūrā, divas trešdaļas no minimālās tecēšanas robežas istabas temperatūrā vai vidējā šļūdes pārrāvuma izturība 100 000 stundām, dalīta ar 1,5 paaugstinātā temperatūrā.

Ņemiet vērā, ka pieļaujamais spriegums ievērojami samazinās paaugstinātā temperatūrā. Šis temperatūras samazinājuma efekts ir visizteiktākais oglekļa tēraudam, kas piedzīvo 40% samazinājumu starp istabas temperatūru un 400°C. Leģētie tēraudi, piemēram, P91, saglabā lielāku daļu no savas istabas temperatūras izturības paaugstinātā temperatūrā, padarot tos par vēlamo izvēli augstas temperatūras lietojumiem. Nerūsējošie tēraudi, lai gan tiem ir zemāki pieļaujamie spriegumi istabas temperatūrā, saglabā savu izturību labāk ļoti augstās temperatūrās virs 600°C.

Spiediena nominālo vērtību tabula pēc dimensijas

Zemāk esošā tabula parāda aptuvenos darba spiedienus A106 Gr.B oglekļa tērauda caurulei istabas temperatūrā. Šīs vērtības ir balstītas uz nominālo sienas biezumu un neietver korozijas pielaidi. Faktiskie darba spiedieni mainīsies atkarībā no konkrētajiem darba apstākļiem un piemērojamajām kodeksu prasībām.

Temperatūras samazinājums

Temperatūras samazinājums ir pieļaujamā sprieguma samazinājums, palielinoties darba temperatūrai. Šī parādība notiek tāpēc, ka metāli zaudē izturību paaugstinātā temperatūrā. Oglekļa tēraudam pieļaujamais spriegums paliek salīdzinoši nemainīgs līdz aptuveni 200°C, tad sāk samazināties lineāri. Pie 400°C A106 Gr.B pieļaujamais spriegums ir aptuveni 60% no tā istabas temperatūras vērtības. Pie 500°C tas samazinās līdz aptuveni 40%.

Nerūsējošajam tēraudam ir priekšrocība ļoti augstās temperatūrās, pateicoties tā izcilajai oksidācijas izturībai un šļūdes izturībai. Lai gan 304 nerūsējošajam tēraudam ir zemāks pieļaujamais spriegums istabas temperatūrā nekā oglekļa tēraudam (117,2 MPa pret 137,9 MPa), tā pieļaujamais spriegums pie 600°C ir aptuveni 48 MPa, salīdzinot ar nulli oglekļa tēraudam (kas nav atļauts virs 538°C saskaņā ar ASME kodeksu). Ļoti augstas temperatūras lietojumiem virs 600°C tiek izmantoti niķeļa bāzes sakausējumi, piemēram, Alloy 617 (UNS N06617), ar pieļaujamajiem spriegumiem 20-30 MPa pie 900°C.

ASME B31 spiediena prasības

Katra ASME B31 kodeksa sadaļa nosaka specifiskas prasības spiediena nominālās vērtības noteikšanai. ASME B31.1 (Enerģētikas cauruļvadi) regulē cauruļvadus elektroenerģijas ražošanas stacijās un rūpnieciskajās iekārtās. Tas pieprasa spiediena projektēšanu saskaņā ar ASME I sadaļas noteikumiem katlu ārējiem cauruļvadiem un sniedz specifiskus vienādojumus taisnām caurulēm, līkumiem un atzarojumu savienojumiem. ASME B31.3 (Procesu cauruļvadi) ir visplašāk izmantotais kodekss ķīmiskajās un naftas ķīmijas rūpnīcās. Tas izmanto Barlova formulas pieeju, un spiediena projektēšanas biezumu nosaka: t = (P x D) / (2(SE + PY)), kur E ir gareniskās šuves kvalitātes koeficients un Y ir no temperatūras atkarīgs koeficients.

ASME B31.4 (Cauruļvadu transportēšana) attiecas uz šķidro ogļūdeņražu un citu šķidrumu cauruļvadu sistēmām. Tas izmanto projektēšanas koeficienta pieeju, kur riņķa spriegums pie projektētā spiediena nedrīkst pārsniegt noteiktu procentu no materiāla noteiktās minimālās tecēšanas robežas (SMYS). Piemēram, tipisks projektēšanas koeficients 0,72 nozīmē, ka riņķa spriegums ir ierobežots līdz 72% no SMYS. ASME B31.8 (Gāzes pārvade) izmanto līdzīgu projektēšanas koeficienta pieeju, bet ar atrašanās vietai specifiskiem koeficientiem, kas balstīti uz iedzīvotāju blīvumu netālu no cauruļvada, sākot no 0,72 (lauku apvidos) līdz 0,40 (blīvi apdzīvotās pilsētu teritorijās).

Spiediena testa pārbaude

Hidrostatiskā pārbaude ir standarta metode, lai pārbaudītu izgatavotu cauruļvadu sistēmu spiediena integritāti. Testa spiediens parasti ir 1,5 reizes lielāks par projektēto spiedienu projektētajā temperatūrā, bet ne mazāks par 1,5 reizes MAWP testa temperatūrā. Testa spiediens jāuztur minimālo ilgumu (parasti 10 minūtes mazām sistēmām, ilgāk lielām sistēmām), kamēr visi savienojumi un pieslēgumi tiek pārbaudīti attiecībā uz noplūdēm. Pneimatiskā pārbaude tiek izmantota, ja hidrostatiskā pārbaude nav iespējama (piemēram, sistēmām, kas nevar paciest ūdeni, piemēram, skābekļa vai kriogēnajiem lietojumiem). Tomēr pneimatiskā pārbaude rada lielākus drošības riskus saspiestas gāzes uzkrātās enerģijas dēļ un prasa papildu piesardzības pasākumus. Skatiet mūsu Hidrostatiskā un pneimatiskā testa ceļvedi(54) detalizētām procedūrām.

Nozares spiediena prasības

Ķīmijas rūpniecība parasti darbojas ar spiediena klasēm no 150# līdz 600#, un lielākā daļa vispārējo procesu cauruļvadu ir 150# vai 300#. Augstāka spiediena procesi, piemēram, hidrokrekinga un amonjaka sintēze, darbojas ar 900# līdz 2500#. Enerģētikas nozare izmanto augstākās spiediena nominālās vērtības, un ultra-superkritiskie tvaika cikli darbojas ar 2500# līdz 4000# un temperatūru līdz 620°C. Šie ekstremālie apstākļi prasa augsti leģētus materiālus, piemēram, P92 un niķeļa bāzes supersakausējumus. Naftas un gāzes cauruļvadu spiedieni parasti ir ANSI 300 līdz 900 klases diapazonā, lai gan galvenās pārvades līnijas var darboties ar spiedienu, kas pārsniedz 2000 psi.

Kā pasūtīt pēc spiediena nominālās vērtības

Pasūtot caurules konkrētam spiediena lietojumam, sniedziet šādus parametrus, lai nodrošinātu pareizu izvēli: projektētais spiediens un temperatūra, šķidruma vide (ieskaitot korozivitāti), piemērojamais kodekss (ASME B31.3, B31.1 utt.), nepieciešamā korozijas pielaide un īpašas prasības (skābā vide, NACE atbilstība utt.). ManufacturerPipe inženieru komanda var palīdzēt izvēlēties optimālo materiālu, dimensiju un ražošanas procesu jūsu īpašajām spiediena prasībām. Mēs piedāvājam arī nestandarta sienas biezuma pielāgošanu lietojumiem, kur standarta dimensijas ir vai nu nepietiekamas, vai pārmērīgi noteiktas.

Nepieciešama palīdzība ar cauruļvada spiediena nominālo vērtību?

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

Produktu kategorijas

• Nerūsējošā tērauda caurules
• Oglekļa tērauda caurules
• Leģētā tērauda caurules
• Cinkotās caurules