Csőnyomás-besorolási útmutató - Barlow-képlet és diagramok

A névleges csőnyomás, amelyet hivatalosan Maximum Allowable Working Pressure (MAWP) néven ismernek, az a maximális belső nyomás, amelyet egy cső egy meghatározott hőmérsékleten biztonságosan képes fenntartani. Ez alapvetően különbözik a felszakítási nyomástól, amely az a nyomás, amelynél a cső elszakadna. A MAWP jelentős biztonsági tényezőt tartalmaz (tipikusan 3,5-szeres a végső szakítószilárdság ASME B31.3 szerint), ami biztosítja, hogy a cső szerkezeti korlátain belül jól működjön a tervezési élettartama során. A nem megfelelő nyomásértékkel rendelkező cső kiválasztása az ipari csővezetékek meghibásodásának egyik leggyakoribb kiváltó oka, amely szivárgáshoz, katasztrofális szakadásokhoz és biztonsági eseményekhez vezet.

A nyomásérték helytelen megválasztásának súlyos következményei lehetnek. A MAWP felett működő cső folyást (tartós deformációt), megemelt hőmérsékleten kúszást vagy hirtelen törékeny törést tapasztalhat. A petrolkémiai létesítményekben a csőhibák tüzet, robbanást és mérgezőanyag-kibocsátást okoztak. Az ASME B31 kódsorozat minimális követelményeket határoz meg a csőnyomás tervezésére a különböző alkalmazásokban: B31.1 az erősáramú csővezetékeknél, B31.3 a folyamatcsöveknél, B31.4 a csővezetékes szállításnál és B31.8 a gázszállításnál. Ezen kódkövetelmények megértése elengedhetetlen a biztonságos és megfelelő csőrendszer-tervezéshez.

A Barlow-képlet az alapvető egyenlet a cső elméleti felszakadási nyomásának kiszámításához:P=2St/D, ahol P a belső nyomás (MPa), S a megengedett feszültség (MPa), t a névleges falvastagság (mm), és D a külső átmérő (mm). A MAWP kiszámításához a megengedett S feszültséget az ASME II. szakasz D részéből vettük a tervezési hőmérsékleten, és a t falvastagság a névleges vastagság mínusz gyártási tűrés mínusz korróziós ráhagyás. A képlet vékony-falat feltételez (D/t > 10), ami a szabványos csőmenetrendek túlnyomó többségére vonatkozik.

Számítási példa (Barlow-képlet - elméleti MAWP):4 hüvelykes SCH 40 A106 Gr.B cső esetén környezeti hőmérsékleten:
Külső átmérő=114.3 mm, fal=6.02 mm, S=137.9 MPa (A106 Gr.B 38 fokban)
P=2 x 137,9 x 6,02 / 114.3=14.5 MPa (~2100 psi)

Ne feledje, hogy az ASME B31.3 kódképlet (t=PD / 2(SE + PY)) alacsonyabb MAWP-t, körülbelül 10,9 MPa-t ad ugyanarra a csőre az E illesztési hatékonysági tényező és az Y hőmérsékleti együttható figyelembevétele miatt. Az alábbi táblázat az ASME B31.3 képletet használja, és a kódnak megfelelő -üzemi nyomást képviseli. Összehasonlításképpen, a felszakítási nyomás (az S=415 MPa minimális szakítószilárdsággal az A106 Gr.B esetében) körülbelül 43,7 MPa lenne, ami körülbelül 3,0-s biztonsági tényezőt adna a felszakítás ellen. Ez szemlélteti a MAWP-számítások konzervatív jellegét. A tényleges üzemi nyomásnak mindig a MAWP alatt kell lennie, és a legtöbb tervezési kód további tartalékot ír elő a normál üzemi nyomás felett.

A megengedett feszültségértékek képezik a nyomásminősítési számítások alapját. Ezek az értékek az ASME II. szakaszának D. részében vannak táblázatba foglalva, több ezer anyag-minőségű-hőmérséklet-kombinációhoz. A megengedett feszültség a következő minimumokból adódik: a minimális szakítószilárdság egy-harmada szobahőmérsékleten, a minimális folyáshatár két-harmada szobahőmérsékleten, vagy a 100 000 órás átlagos kúszási szakítószilárdság osztva 1,5-tel magasabb hőmérsékleten.

Anyag	Fokozat	Megengedett feszültség 38 fokon (MPa)	Megengedett feszültség 400 fokon (MPa)	Max hőmérséklet ( fok)
A106	Gr.B	137.9	82.7	538
A335 P11	1,25 Cr-0,5 Mo	137.9	96.5	593
A335 P22	2,25Cr-1Mo	137.9	96.5	593
A335 P91	9Cr-1hó-V	172.4	103.4	649
TP304 SS	304	117.2	79.3	816
TP316 SS	316	117.2	82.7	816

Vegye figyelembe, hogy a megengedett feszültség jelentősen csökken magasabb hőmérsékleten. Ez a hőmérséklet-csökkentő hatás a szénacél esetében a legkifejezettebb, amely 40%-kal csökken a környezeti hőmérséklet és 400 fok között. Az olyan ötvözött acélok, mint a P91, a környezeti hőmérsékleti szilárdságuk nagyobb hányadát{5}}megőrzik magas hőmérsékleten, így a magas hőmérsékletű{6}}szolgáltatások előnyben részesített acéljai. A rozsdamentes acélok, miközben a környezeti hőmérsékleten{8}}alacsonyabb megengedett feszültségekkel rendelkeznek, jobban megőrzik szilárdságukat nagyon magas, 600 fok feletti hőmérsékleten.

Az alábbi táblázat az A106 Gr.B szénacélcső hozzávetőleges üzemi nyomását mutatja környezeti hőmérsékleten. Ezek az értékek a névleges falvastagságon alapulnak, és nem tartalmazzák a korróziót. A tényleges üzemi nyomás a konkrét működési feltételek és a vonatkozó kódkövetelmények függvényében változhat.

Megjegyzés (hüvelyk)	SCH 40 (MPa)	SCH 80 (MPa)	SCH 160 (MPa)
1/2"	24.8	34.1	44.8
1"	20.9	28.5	40.5
2"	13.5	19.4	31.6
4"	10.9	15.6	25.2
6"	8.8	13.8	18.1
8"	7.8	12.3	14.7

A hőmérséklet-csökkentés a megengedett feszültség csökkenése az üzemi hőmérséklet emelkedésével. Ez a jelenség azért fordul elő, mert a fémek veszítenek szilárdságukból emelt hőmérsékleten. A szénacél esetében a megengedett feszültség körülbelül 200 fokig viszonylag állandó marad, majd lineárisan csökkenni kezd. 400 fokon az A106 Gr.B megengedett feszültsége a környezeti hőmérsékleti értékének körülbelül 60%-a. 500 fokon körülbelül 40%-ra csökken.

A rozsdamentes acél előnye nagyon magas hőmérsékleten a kiváló oxidációs ellenállása és kúszási szilárdsága miatt. Míg a 304-es rozsdamentes acélnak alacsonyabb a környezeti hőmérsékleten megengedett feszültsége, mint a szénacélnak (117,2 MPa vs 137,9 MPa), a megengedett feszültsége 600 fokon körülbelül 48 MPa, szemben a szénacél nullával (ami ASME-kód szerint nem megengedett 538 fok felett). Ultra-magas-hőmérsékletű, 600 fok feletti alkalmazásokhoz nikkel-alapú ötvözetek, például Alloy 617 (UNS N06617) használatosak, 900 fokon 20-30 MPa megengedett feszültséggel.

Minden ASME B31 kódszakasznak sajátos követelményei vannak a nyomásérték meghatározására vonatkozóan. Az ASME B31.1 (Power Piping) a villamosenergia-termelő állomások és ipari üzemek csővezetékeit szabályozza. Nyomástervezést igényel az ASME I. szakaszának szabályai szerint a kazán külső csővezetékeire vonatkozóan, és konkrét egyenleteket ad az egyenes csövekre, ívekre és elágazásokra. Az ASME B31.3 (Process Piping) a vegyi és petrolkémiai üzemek legszélesebb körben használt kódja. A Barlow-képlet-alapú megközelítést használja, a nyomás tervezési vastagságát a következőképpen határozza meg: t=(P x D) / (2(SE + PY)), ahol E a hosszirányú hézag minőségi tényezője, Y pedig egy hőmérséklet{11}}függő együttható.

Az ASME B31.4 (Pipeline Transportation) folyékony szénhidrogén- és egyéb folyékony csővezeték-rendszerekre vonatkozik. Tervezési tényező megközelítést alkalmaz, ahol a tervezési nyomáson a karikafeszültség nem haladhatja meg az anyag meghatározott minimális folyáshatárának (SMYS) meghatározott százalékát. Például egy tipikus 0,72-es tervezési tényező azt jelenti, hogy a karikafeszültség az SMYS 72%-ára korlátozódik. Az ASME B31.8 (Gázátvitel) hasonló tervezési tényező megközelítést alkalmaz, de a csővezeték közelében lévő népsűrűségen alapuló helyspecifikus tényezőkkel, amelyek 0,72 (vidéki) és 0,40 (nagy sűrűségű városi területek) között mozognak.

A hidrosztatikus vizsgálat a szabványos módszer a gyártott csőrendszerek nyomásintegritásának ellenőrzésére. A próbanyomás jellemzően a tervezési nyomás 1,5-szerese a tervezési hőmérsékleten, de nem kevesebb, mint a vizsgálati hőmérsékleten mért MAWP másfélszerese. A próbanyomást minimális ideig fenn kell tartani (jellemzően 10 percig kis rendszerekben, hosszabb ideig nagy rendszerekben), miközben minden csatlakozást és csatlakozást ellenőriznek szivárgás szempontjából. Pneumatikus tesztelést akkor alkalmaznak, ha a hidrosztatikus tesztelés nem praktikus (pl. vizet nem toleráló rendszerek, például oxigén vagy kriogén szolgáltatás). A pneumatikus tesztelés azonban nagyobb biztonsági kockázattal jár a sűrített gázban tárolt energia miatt, és további óvintézkedéseket igényel. Lásd a miHidrosztatikus és pneumatikus vizsgálati útmutató(54) a részletes eljárásokhoz.

A vegyipar jellemzően 150# és 600# közötti nyomásosztályokkal működik, a legtöbb általános technológiai csővezeték pedig 150# vagy 300#. A nagyobb nyomású eljárások, mint például a hidrokrakkolás és az ammóniaszintézis, 900° és 2500 # között működnek. Az energiaipar a legmagasabb nyomásértékeket használja, ultra-szuperkritikus gőzciklusokkal, amelyek 2500# és 4000# között működnek, és 620 fokos hőmérsékleten működnek. Ezek a szélsőséges körülmények magas{13}}ötvözetű anyagokat, például P92-t és nikkel{15}}alapú szuperötvözeteket igényelnek. Az olaj- és gázvezetékek nyomása általában az ANSI 300 és 900 közötti tartományba esik, bár a fő szállítóvezetékek 2000 psi-t meghaladó nyomáson is működhetnek.

Egy adott nyomásalkalmazáshoz cső rendelésekor a megfelelő választás érdekében adja meg a következő paramétereket: tervezési nyomás és hőmérséklet, folyékony közeg (beleértve a korrozivitást is), alkalmazandó kód (ASME B31.3, B31.1 stb.), szükséges korróziós ráhagyás és bármilyen speciális követelmény (savanyú szolgáltatás, NACE megfelelőség stb.). A ManufacturerPipe mérnöki csapata segíthet kiválasztani az optimális anyagot, ütemezést és gyártási folyamatot az Ön speciális nyomásigényeihez. Nem-szabványos falvastagság-testreszabást is kínálunk olyan alkalmazásokhoz, ahol a szabványos ütemezések vagy nem elegendőek, vagy túl vannak{7}}meghatározva.

Lépjen kapcsolatba mérnöki csapatunkkal, ha szakértői útmutatást és versenyképes árakat szeretne kapni az Ön speciális nyomásigényének megfelelő csövekről.

Kérjen árajánlatot