Ghid de evaluare a presiunii țevii - Formula și diagrame Barlow

Presiunea nominală a țevii, cunoscută oficial ca Presiune de lucru maximă admisibilă (MAWP), este presiunea internă maximă pe care o poate conține în siguranță o țeavă la o temperatură specificată. Aceasta este fundamental diferită de presiunea de spargere, care este presiunea la care s-ar rupe conducta. MAWP încorporează un factor de siguranță semnificativ (de obicei 3,5x la rezistența maximă la tracțiune conform ASME B31.3), asigurând că conducta funcționează bine în limitele sale structurale pe toată durata de viață. Alegerea unei țevi cu o presiune nominală inadecvată este una dintre cele mai comune cauze fundamentale ale defecțiunilor țevilor industriale, care duc la scurgeri, rupturi catastrofale și incidente de siguranță.

Consecințele selectării incorecte ale presiunii pot fi grave. O țeavă care funcționează deasupra MAWP poate prezenta cedare (deformare permanentă), fluaj la temperaturi ridicate sau rupere bruscă fragilă. În instalațiile petrochimice, defecțiunile conductelor au provocat incendii, explozii și degajări toxice. Seria de coduri ASME B31 stabilește cerințele minime pentru proiectarea presiunii conductelor în diferite aplicații: B31.1 pentru conductele de alimentare, B31.3 pentru conductele de proces, B31.4 pentru transportul prin conducte și B31.8 pentru transportul gazului. Înțelegerea acestor cerințe de cod este esențială pentru proiectarea sigură și conformă a sistemului de conducte.

Formula Barlow este ecuația fundamentală pentru calcularea presiunii teoretice de spargere a unei țevi:P=2St/D, unde P este presiunea internă (MPa), S este efortul admisibil (MPa), t este grosimea nominală a peretelui (mm) și D este diametrul exterior (mm). Pentru calculul MAWP, efortul admisibil S este preluat din ASME Secțiunea II Partea D la temperatura de proiectare, iar grosimea peretelui t este grosimea nominală minus toleranța de fabricație minus toleranța la coroziune. Formula presupune condiții-perete subțiri (D/t > 10), care se aplică majorității mari a programelor standard de conducte.

Exemplu de calcul (Formula Barlow - MAWP teoretică):Pentru o conductă SCH 40 A106 Gr.B de 4 inchi la temperatura ambiantă:
OD=114.3 mm, perete=6.02 mm, S=137.9 MPa (A106 Gr.B la 38 de grade)
P=2 x 137,9 x 6,02 / 114.3=14.5 MPa (~2100 psi)

Rețineți că formula codului ASME B31.3 (t=PD / 2(SE + PY)) produce un MAWP mai mic de aproximativ 10,9 MPa pentru aceeași țeavă datorită includerii factorului de eficiență a îmbinării E și a coeficientului de temperatură Y. Tabelul de mai jos utilizează formula ASME B31.3 și reprezintă presiunea de lucru conformă cu codul{7}. Pentru comparație, presiunea de spargere (folosind rezistența minimă la tracțiune S=415 MPa pentru A106 Gr.B) ar fi de aproximativ 43,7 MPa, dând un factor de siguranță de aproximativ 3,0 împotriva spargerii. Aceasta ilustrează natura conservatoare a calculelor MAWP. Presiunea reală de lucru trebuie să fie întotdeauna sub MAWP, iar majoritatea codurilor de proiectare necesită o marjă suplimentară peste presiunea normală de funcționare.

Valorile admisibile ale tensiunii stau la baza calculelor de presiune. Aceste valori sunt tabulate în ASME Secțiunea II Partea D pentru mii de combinații de temperatură de material-grade-. Tensiunea admisibilă este derivată din minimul de: o-treime din rezistența minimă la tracțiune la temperatura camerei, două-trimi din limita de curgere minimă la temperatura camerei sau rezistența medie la rupere la fluaj pentru 100.000 de ore împărțită la 1,5 la temperaturi ridicate.

Material	Nota	Stres admisibil la 38 de grade (MPa)	Stres admisibil la 400 de grade (MPa)	Temperatura maximă (grade)
A106	Gr.B	137.9	82.7	538
A335 P11	1,25Cr-0,5Mo	137.9	96.5	593
A335 P22	2,25Cr-1Mo	137.9	96.5	593
A335 P91	9Cr-1Mo-V	172.4	103.4	649
TP304 SS	304	117.2	79.3	816
TP316 SS	316	117.2	82.7	816

Rețineți că stresul admisibil scade semnificativ la temperaturi ridicate. Acest efect de reducere a temperaturii este cel mai pronunțat pentru oțelul carbon, care înregistrează o reducere de 40% între temperatura ambiantă și 400 de grade. Oțelurile aliate, cum ar fi P91, își mențin o proporție mai mare din rezistența la temperatură ambientală-la temperaturi ridicate, ceea ce le face alegerea preferată pentru serviciul la temperatură-înaltă. Oțelurile inoxidabile, deși au tensiuni mai mici permise la temperatura ambiantă-, își mențin rezistența mai bine la temperaturi foarte ridicate peste 600 de grade .

Tabelul de mai jos prezintă presiunile de lucru aproximative pentru țeava din oțel carbon A106 Gr.B la temperatura ambiantă. Aceste valori se bazează pe grosimea nominală a peretelui și nu includ toleranța de coroziune. Presiunile reale de lucru vor varia în funcție de condițiile de operare specifice și de cerințele codului aplicabil.

NB (inch)	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

Reducerea temperaturii este reducerea tensiunii admisibile pe măsură ce temperatura de funcționare crește. Acest fenomen are loc deoarece metalele își pierd rezistența la temperaturi ridicate. Pentru oțelul carbon, tensiunea admisă rămâne relativ constantă până la aproximativ 200 de grade, apoi începe să scadă liniar. La 400 de grade , tensiunea admisă a A106 Gr.B este de aproximativ 60% din valoarea temperaturii ambientale-. La 500 de grade, scade la aproximativ 40%.

Oțelul inoxidabil are un avantaj la temperaturi foarte ridicate datorită rezistenței sale superioare la oxidare și rezistenței la fluaj. În timp ce oțelul inoxidabil 304 are o temperatură ambientală mai mică decât oțelul carbon (117,2 MPa vs 137,9 MPa), tensiunea permisă la 600 de grade este de aproximativ 48 MPa, comparativ cu zero pentru oțelul carbon (care nu este permis peste 538 de grade conform codului ASME). Pentru aplicații cu temperaturi ultra-înalte-de peste 600 de grade , se folosesc aliaje pe bază de-nichel, cum ar fi aliajul 617 (UNS N06617), cu tensiuni admisibile de 20-30 MPa la 900 de grade .

Fiecare secțiune de cod ASME B31 are cerințe specifice pentru determinarea presiunii nominale. ASME B31.1 (Power Piping) reglementează conductele în stațiile de generare a energiei electrice și instalațiile industriale. Necesită proiectarea sub presiune în conformitate cu regulile ASME Secțiunea I pentru conductele externe ale cazanului și furnizează ecuații specifice pentru conducte drepte, coturi și conexiuni de ramificație. ASME B31.3 (Process Piping) este codul cel mai utilizat pentru fabricile chimice și petrochimice. Utilizează abordarea bazată pe formula Barlow-cu grosimea proiectării presiunii determinată de: t=(P x D) / (2(SE + PY)), unde E este factorul de calitate a îmbinării longitudinale și Y este un coeficient dependent de temperatură-.

ASME B31.4 (Transportul prin conducte) se aplică hidrocarburilor lichide și altor sisteme de conducte lichide. Utilizează o abordare a factorului de proiectare în care tensiunea inelului la presiunea de proiectare nu trebuie să depășească un procent specificat din limita de curgere minimă specificată a materialului (SMYS). De exemplu, un factor de proiectare tipic de 0,72 înseamnă că solicitarea cercului este limitată la 72% din SMYS. ASME B31.8 (Transmisie de gaze) folosește o abordare similară a factorilor de proiectare, dar cu factori specifici de locație-pe baza densității populației în apropierea conductei, variind de la 0,72 (rural) la 0,40 (zone urbane cu-densitate mare).

Testarea hidrostatică este metoda standard pentru verificarea integrității presiunii a sistemelor de conducte fabricate. Presiunea de testare este de obicei de 1,5 ori presiunea de proiectare la temperatura de proiectare, dar nu mai puțin de 1,5 ori MAWP la temperatura de testare. Presiunea de testare trebuie menținută pentru o durată minimă (de obicei 10 minute pentru sistemele mici, mai mult pentru sistemele mari), în timp ce toate îmbinările și conexiunile sunt inspectate pentru scurgeri. Testarea pneumatică este utilizată atunci când testarea hidrostatică nu este practică (de exemplu, sisteme care nu pot tolera apa, cum ar fi oxigenul sau serviciul criogenic). Cu toate acestea, testarea pneumatică prezintă riscuri de siguranță mai mari datorită energiei stocate în gazul comprimat și necesită măsuri de precauție suplimentare. Vezi noastreGhid de testare hidrostatică și pneumatică(54) pentru proceduri detaliate.

Industria chimică operează în mod obișnuit la clase de presiune de la 150# la 600#, cu majoritatea conductelor de proces generale la 150# sau 300#. Procesele cu presiune mai mare, cum ar fi hidrocracarea și sinteza amoniacului funcționează la 900# până la 2500#. Industria energetică folosește cele mai înalte cote de presiune, cu cicluri de abur ultra-supercritice care funcționează la 2500# până la 4000# și temperaturi de până la 620 de grade . Aceste condiții extreme necesită materiale de-aliaje ridicat, cum ar fi P92 și superaliaje-pe bază de nichel. Presiunile conductelor de petrol și gaze sunt de obicei în intervalul de clasa ANSI 300 până la 900, deși liniile principale de transport pot funcționa la presiuni care depășesc 2000 psi.

Atunci când comandați o țeavă pentru o anumită aplicație de presiune, furnizați următorii parametri pentru a asigura o selecție corectă: presiunea de proiectare și temperatura, fluidul (inclusiv corozivitatea), codul aplicabil (ASME B31.3, B31.1, etc.), permisiunea de coroziune necesară și orice cerințe speciale (serviciu acrișor, conformitatea NACE etc.). Echipa de ingineri ManufacturerPipe poate ajuta la selectarea materialului, programului și procesului de fabricație optim pentru cerințele dumneavoastră specifice de presiune. Oferim, de asemenea, personalizare non-standard a grosimii peretelui pentru aplicațiile în care programele standard sunt fie insuficiente, fie supra-specificate.

Contactați echipa noastră de ingineri pentru îndrumări de specialitate și prețuri competitive pentru conducte pentru cerințele dvs. specifice de presiune.

Obțineți o cotație