Xếp hạng áp suất ống thép không gỉ SCH 40: Biểu đồ, công thức & hướng dẫn cấp

Lịch trình 40 là một trong những tiêu chuẩn đường ống được quy định rộng rãi nhất trong các hệ thống đường ống công nghiệp và thương mại - nhưng mức áp suất của nó không phải là một con số cố định. Nó thay đổi có ý nghĩa tùy thuộc vào kích thước ống, loại vật liệu, nhiệt độ vận hành và ống liền mạch hay hàn. Đối với các kỹ sư và nhóm mua sắm làm việc trên các ứng dụng quan trọng về áp suất, việc hiểu chính xác cách các biến này tương tác là điều cần thiết để đảm bảo thông số kỹ thuật an toàn và tiết kiệm chi phí.

Hướng dẫn này bao gồm mọi thứ cần thiết để xác định mức áp suất chính xác cho ống thép không gỉ SCH 40: tiêu chuẩn đằng sau lịch trình, các yếu tố chi phối áp suất làm việc, công thức Barlow được sử dụng trong tính toán, biểu đồ áp suất theo cấp độ, hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ và sự khác biệt quan trọng giữa ống liền mạch và ống hàn trong dịch vụ áp suất cao.

Lịch trình 40 có nghĩa là gì đối với ống thép không gỉ

Thuật ngữ "Bảng 40" không đề cập đến độ dày thành cố định. Đây là ký hiệu không thứ nguyên từ hệ thống lịch trình đường ống xác định độ dày thành tương ứng với đường kính ngoài (OD), như được tiêu chuẩn hóa trong ASME B36.19 cho ống thép không gỉ. Bởi vì OD tăng theo kích thước ống danh nghĩa (NPS), độ dày thành ống thực tế tính bằng inch thay đổi ở mỗi kích thước mặc dù số lịch trình vẫn là 40.

Ví dụ: ống thép không gỉ 1/2" NPS SCH 40 có độ dày thành 0,109 inch, trong khi ống 4" NPS SCH 40 có độ dày thành 0,237 inch. OD phát triển nhanh hơn tường, đó là lý do tại sao Ống SCH 40 có đường kính lớn hơn luôn mang mức áp suất thấp hơn ống có đường kính nhỏ hơn có cùng lịch trình và vật liệu - một điểm khiến nhiều người lần đầu tiên xác định ngạc nhiên.

Đối với thép không gỉ, tiêu chuẩn kích thước áp dụng là ASME B36.19 và ống được sản xuất theo tiêu chuẩn này ở các loại 304, 304L, 316 và 316L được chỉ định phổ biến nhất theo tiêu chuẩn ASTM A312, bao gồm cả ống thép không gỉ liền mạch và hàn cho dịch vụ ăn mòn nói chung và nhiệt độ cao.

Các yếu tố chính quyết định mức áp suất

Bốn biến trực tiếp chi phối áp suất làm việc tối đa cho phép (MAWP) của bất kỳ lắp đặt ống thép không gỉ SCH 40 nào. Thay đổi bất kỳ một trong số chúng sẽ thay đổi trần áp suất.

• Kích thước ống danh nghĩa (NPS): Như đã thảo luận, đường kính lớn hơn mang lại mức áp suất thấp hơn trong cùng một lịch trình. Ống 1" SCH 40 được định mức ở khoảng 3.793 psi ở nhiệt độ môi trường xung quanh giảm xuống khoảng 1.000 psi hoặc thấp hơn ở 8" NPS.
• Lớp vật liệu: Lớp 316 và 316L cung cấp các giá trị ứng suất cho phép cao hơn ở nhiệt độ cao so với 304/304L, điều này trực tiếp chuyển thành xếp hạng áp suất cao hơn trong các ứng dụng dịch vụ nóng. Ở nhiệt độ môi trường, sự khác biệt là khiêm tốn; nó trở nên đáng kể trên 300°F.
• Nhiệt độ hoạt động: Ứng suất cho phép giảm khi nhiệt độ tăng. ASME B31.3 cung cấp bảng ứng suất cho phép phụ thuộc vào nhiệt độ cho từng loại. Một đường ống được đánh giá ở mức 3.793 psi ở 100°F chỉ có thể được đánh giá ở mức khoảng 3.139 psi ở 300°F đối với Lớp 304.
• Hệ số chất lượng khớp dọc (E): Yếu tố này phản ánh phương pháp sản xuất. Ống liền mạch mang E = 1,0 (không có đường hàn làm giảm tính nguyên vẹn). Ống hàn điện trở (ERW) hoặc ống hàn nóng chảy mang E = 0,85 hoặc thấp hơn tùy theo mức độ kiểm tra. Hệ số này trực tiếp chia tỷ lệ cho mức áp suất được tính toán.

Cách tính xếp hạng áp suất (Công thức Barlow)

Áp suất làm việc cho ống thép không gỉ được tính bằng công thức Barlow sửa đổi như được xác định trong ASME B31.3:

P = (2 × S × t × E) / (D − 2 × Y × t)

Ở đâu:

• P = Áp suất làm việc tối đa cho phép (psi)
• S = Ứng suất cho phép của vật liệu ở nhiệt độ vận hành (psi)
• t = Độ dày thành ống (inch)
• E = Hệ số chất lượng mối nối dọc (1,0 cho liền mạch)
• D = Đường kính ngoài (inch)
• Y = Hệ số độ dày thành (thường là 0,4 đối với kim loại dẻo ở nhiệt độ lên tới 900°F)

Như một ví dụ hoạt động: ống thép không gỉ liền mạch 1" NPS SCH 40 (Cấp 304) có OD = 1,315", độ dày thành t = 0,133", ứng suất cho phép S = 16.700 psi ở 100°F, E = 1,0 và Y = 0,4. Áp dụng công thức mang lại áp suất làm việc xấp xỉ 3.793 psi - nhất quán với các bảng ngành đã được công bố cho quy mô và cấp độ này.

Công thức này làm rõ lý do tại sao độ dày thành và đường kính ngoài cùng nhau - chứ không phải chỉ số biểu - xác định khả năng chịu áp lực thực tế. Luôn sử dụng các kích thước đo thực tế và giá trị ứng suất vật liệu đã được xác nhận khi thực hiện tính toán thiết kế, thay vì dựa vào các số liệu danh nghĩa.

Biểu đồ đánh giá áp suất ống thép không gỉ SCH 40

Bảng dưới đây trình bày áp suất làm việc cho phép điển hình đối với ống thép không gỉ SCH 40 liền mạch (ASTM A312) ở nhiệt độ môi trường xung quanh (–20°F đến 100°F), đối với hai loại được sử dụng rộng rãi nhất. Các giá trị được tính theo ASME B31.3 với E = 1,0 và hệ số an toàn là 4.

Lưu ý rằng đây là những giá trị tham khảo cho hướng dẫn thiết kế. Xếp hạng áp suất cuối cùng cho bất kỳ lắp đặt cụ thể nào phải được xác nhận bằng cách sử dụng kích thước ống thực tế, báo cáo kiểm tra nhà máy được chứng nhận và mã thiết kế áp dụng cho các điều kiện sử dụng liên quan.

Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến đánh giá áp suất

Thép không gỉ mất ứng suất cho phép ở nhiệt độ cao, trực tiếp làm giảm trần áp suất làm việc của ống SCH 40. ASME B31.3 lập bảng các giá trị ứng suất cho phép đối với từng cấp trong một phạm vi nhiệt độ và những giá trị này phải được áp dụng khi thiết kế bất kỳ hệ thống nào hoạt động trên các điều kiện môi trường xung quanh.

Bảng dưới đây cho thấy hệ số nhân giảm nhiệt độ tương ứng với áp suất làm việc ở nhiệt độ môi trường xung quanh đối với Lớp 304/304L và 316/316L. Lớp 316/316L luôn duy trì được mức áp suất cao hơn ở nhiệt độ cao — một tiêu chí lựa chọn quan trọng đối với đường ống dẫn hơi, bộ trao đổi nhiệt và đường ống xử lý hoạt động ở nhiệt độ trên 500°F.

Để áp dụng các hệ số nhân này: lấy áp suất làm việc ở nhiệt độ môi trường từ biểu đồ áp suất ở trên và nhân với hệ số thích hợp. Ví dụ: ống 2" SCH 40 Lớp 316 được đánh giá ở khoảng 2.498 psi ở nhiệt độ môi trường xung quanh sẽ có áp suất làm việc khoảng 2.131 psi ở 500°F (2.498 × 0,853). Đối với các ứng dụng liên quan đến ống bình áp lực dịch vụ, việc giảm nhiệt độ là bước thiết kế bắt buộc theo ASME Phần VIII.

Liền mạch so với hàn: Tại sao nó quan trọng đối với áp lực

Phương pháp sản xuất ống thép không gỉ SCH 40 có ảnh hưởng trực tiếp và có thể định lượng được đến mức áp suất của nó. Sự khác biệt này được đưa vào tính toán ASME B31.3 thông qua hệ số chất lượng mối nối dọc E.

• Ống liền mạch (E = 1,0): Không có đường hàn. Ống được hình thành từ một phôi rắn và được ép đùn hoặc kéo vào ống thành phẩm. Vì không có mối nối nên toàn bộ độ bền vật liệu có sẵn trên toàn bộ thành ống. Ống liền mạch là lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng chịu áp suất cao, nhiệt độ cao và nhạy cảm với độ mỏi.
• Ống hàn (E = 0,85 hoặc thấp hơn): Được hình thành từ dải hoặc tấm và hàn theo chiều dọc. Ngay cả khi kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ đầy đủ (có thể nâng E lên 1,0 trong các điều kiện mã cụ thể), ống hàn tạo ra vùng chịu ảnh hưởng nhiệt giúp giảm ứng suất hiệu dụng cho phép trong các ứng dụng tiêu chuẩn.

Trong điều kiện thực tế, một ống SCH 40 liền mạch được đánh giá ở mức 3.793 psi ở 1" NPS sẽ bị giảm xuống khoảng 3.224 psi đối với mối hàn tiêu chuẩn tương đương (áp dụng E = 0,85) - giảm gần 15% so với cùng kích thước danh nghĩa. Đối với dịch vụ quan trọng về áp suất, thông số kỹ thuật của kết cấu liền mạch không phải là thông số kỹ thuật quá mức thận trọng — đó là yêu cầu được điều khiển bằng mã.

của chúng tôi ống / ống liền mạch bằng thép không gỉ dòng sản phẩm bao gồm đầy đủ các loại và kích cỡ công nghiệp cần thiết cho dịch vụ áp suất có tính toàn vẹn cao, được sản xuất theo tiêu chuẩn ASTM A312 và được xác minh theo các yêu cầu về kích thước và cơ học của ASME.

Chọn ống thép không gỉ SCH 40 phù hợp

Việc chọn đúng ống thép không gỉ SCH 40 cho ứng dụng áp suất phụ thuộc vào việc kết hợp ba biến số với điều kiện sử dụng: cấp độ, phương pháp sản xuất và kích thước. Khung sau đây bao gồm các điểm quyết định phổ biến nhất.

Chọn theo lớp

• Lớp 304/304L: Sự lựa chọn tiêu chuẩn cho khả năng chống ăn mòn đa năng, hệ thống nước, chế biến thực phẩm và dịch vụ ở nhiệt độ vừa phải. 304L (cacbon thấp) được ưu tiên sử dụng cho các cụm hàn để giảm thiểu độ nhạy cảm.
• Lớp 316/316L: Cần thiết khi có ion clorua, axit hoặc nhiệt độ cao. Việc bổ sung molypden mang lại khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở tốt hơn đáng kể. 316L là tiêu chuẩn cho đường ống hàn dược phẩm, hóa chất và hàng hải.

Chọn theo phạm vi áp suất ứng dụng

• Dưới 500 psi ở nhiệt độ môi trường: Ống hàn SCH 40 ở cấp độ thích hợp thường là đủ và tiết kiệm chi phí.
• 500–3.000 psi ở nhiệt độ môi trường: Ống liền mạch SCH 40 ở cấp 304 hoặc 316 bao gồm phạm vi này với kích thước lên tới khoảng 4" NPS. Xác nhận kích thước chính xác bằng phép tính ASME B31.3.
• Trên 3.000 psi hoặc dịch vụ nhiệt độ cao: Xác nhận rằng độ dày thành SCH 40 phù hợp với điều kiện áp suất và nhiệt độ kết hợp. Lịch trình SCH 80 hoặc nặng hơn có thể được yêu cầu đối với đường kính lớn hơn hoặc hệ thống nhiệt độ cao.

Chọn theo mục đích sử dụng cuối cùng

• Dịch vụ xử lý hóa chất, hóa dầu và dầu khí: Cấp liền mạch 316/316L, ASTM A312, truy xuất nguồn gốc đầy đủ với các báo cáo thử nghiệm của nhà máy.
• Dịch vụ hơi nước và nồi hơi: Lớp 304 hoặc 316 liền mạch, được xác nhận theo ASME B31.1 hoặc B31.3 nếu có.
• Vận chuyển chất lỏng công nghiệp nói chung: hàn hoặc liền mạch Lớp 304, ASTM A312, có kích thước theo biểu đồ áp suất cho NPS được yêu cầu.

của chúng tôi ống thép không gỉ công nghiệp liền mạch phạm vi bao gồm các loại 304, 304L, 316 và 316L trong Bảng 40 và các cấu hình tường khác, được cung cấp đầy đủ chứng nhận ASTM A312 và tuân thủ kích thước theo ASME B36.19. Liên hệ với chúng tôi về các yêu cầu về NPS, cấp độ, áp suất vận hành và nhiệt độ của bạn để nhận được đề xuất và báo giá chi tiết về sản phẩm.