Útreikningur á veggþykkt pípu samkvæmt ASME B31.3

Veggþykkt er talan sem tengir öryggi pípu, þyngd og kostnað. Of þunnt og pípan getur ekki haldið hönnunarþrýstingnum við hitastig; of þykkt og þú borgar fyrir auka málm, aukaþyngd og auka suðu. ASME B31.3 (Process Piping) gefur skýra jöfnu fyrir þrýstihönnunarþykkt beinna rörs, en að nota það rétt þýðir að velja rétt leyfilegt álag, samskeyti og hlunnindi.

Þessi leiðarvísir fer í gegnum útreikninginn skref fyrir skref með unnnu ryðfríu stáli dæmi, sýnir síðan hvernig hönnunarþrýstingur, hönnunarhiti, suðugerð og efnisheiti breyta svarinu. Í hverjum kafla kemur fyrst fram niðurstaðan, síðan rökstuðningur. Þessi grein er fræðsluyfirlit, ekki í staðinn fyrir núverandi útgáfu kóðans eða fyrir hæfan lagnaverkfræðing.

Helstu veitingar

1. B31.3 þrýstihönnunarþykkt fyrir bein rör undir innri þrýstingi er t=PD / [2(SEW + PY)], gildir þegar t er minna en D/6. Lágmarksþykktin sem krafist er er tm=t + c, þar sem c bætir við tæringu, veðrun og vélrænni heimild.
2. Vegna þess að pípa er framleidd með mylluþol (almennt 12,5% undir nafnvegg fyrir ASTM A312 og A999), deilið tm með 0,875 til að finna nafnvegginn sem þú verður að panta, veldu síðan næsta staðlaða áætlun fyrir ofan það.
3. Unnið dæmi: NPS 4 A312 TP316L óaðfinnanlegur pípa við 500 psig og 400 gráður F þarf nafnvegg sem er um 3,87 mm með 1,6 mm tæringarhlunnindi, þannig að áætlun 40S er valin (áætlun 10S er of þunn).
4. Hitastig skiptir máli: með því að hækka hönnunarhitastig úr 400 gráðum F í 600 gráður F lækkar TP316L leyfilegt álag úr 15,7 í 14,0 ksi og hækkar þrýstihönnunarþykktina um um 12% í dæminu.
5. Soðið rör getur þurft meiri vegg en óaðfinnanlegt rör ef samskeyti gæðastuðull E hennar er undir 1,00, en viðbætt röntgenmyndataka getur fært E aftur í 1,00.
6. Einfalda jafnan nær eingöngu yfir innri þrýsting. Ytri þrýstingur, beygjur, greinar, sveigjanleiki, viðvarandi og einstaka álag og lekaprófun þarfnast sérstakrar skoðunar.

Hvað þarf ASME B31.3 fyrir veggþykkt pípu?

ASME B31.3 krefst þess að pípuveggurinn sé að minnsta kosti lágmarksþykktin sem krafist er tm, sem er jöfn þykkt þrýstihönnunar t plús leyfðar c fyrir tæringu, veðrun og þráða eða rifa, og pípan sem þú pantar verður enn að uppfylla tm eftir að hafa gert ráð fyrir þolmörkum fyrir mölun.

B31.3 er kóði fyrir vinnslulagnir í efnaverksmiðjum, hreinsunarstöðvum og álíka aðstöðu. Það stillir hönnunarskilyrðin sem alvarlegasta samhliða þrýsting og hitastig sem búist er við í notkun, notar síðan leyfilega streitu efnisins við það hitastig til að stærð veggsins. Fyrir bein rör undir innri þrýstingi gefur kóðinn tvær jafngildar jöfnur í lið 304.1.2: jöfnu 3a, byggð á ytra þvermáli, og jöfnu 3b, byggð á innra þvermáli. Flestir verkfræðingar nota 3a vegna þess að pípa er tilgreind með ytri þvermál.

Hvað er B31.3 veggþykktarformúlan og hvað þýðir hvert tákn?

Formúlan er t=PD / [2(SEW + PY)] fyrir utan-þvermál-útreikninga, með tm=t + c sem lágmarksþykkt sem krafist er. P er hönnunarþrýstingur, D er ytra þvermál, S er leyfilegt álag við hönnunarhitastig, E er gæðastuðullinn, W er styrkleikaminnkunarstuðull suðu og Y er-hitaháður stuðull.

t=P × D / [ 2 × ( S × E × W + P × Y ) ] (jafngildi. 3a)

t=P × (d + 2c) / { 2 × [ S × E × W − P × (1 − Y) ] } (eq. 3b, d=innra þvermál)

tm=t + c Nafnveggur Stærri en eða jafn og tm / 0,875 (fyrir 12,5% þolþol)

Jafna 3a gildir fyrirþunnt-veggpípa, þar sem t er minna en D/6 (og álagshlutfallið er ekki of hátt). Þykkari veggir þurfa sérstaka athugun samkvæmt kóðanum. Athugaðu líka að Y bætir litlu orði við nefnarann: við venjulegt hitastig er það 0,4 fyrir ryðfríu stáli, sem dregur lítillega úr reiknuðu þykktinni.

Hvernig reiknarðu út veggþykkt rörs skref fyrir skref?

Fylgdu átta skrefum: skilgreindu hönnunarskilyrði, veldu efnið og finndu S, finndu E, W og Y, reiknaðu t, bættu við heimildum til að fá tm, stilltu fyrir þolmyllur, veldu næstu staðlaða áætlun og staðfestu niðurstöðuna.

Skref 1 – Skilgreindu hönnunarskilyrði: stilltu hönnunarþrýsting P og hönnunarhitastig sem alvarlegustu samhliða aðstæður sem búist er við í notkun.

Skref 2 – Veldu efni og vöruform: til dæmis A312 TP316L óaðfinnanlega eða soðið pípa, og finndu ytri þvermál D úr víddarstaðlinum.

Skref 3 – Finndu leyfilega streitu S við hönnunarhitastigið í töflu A-1, millifærðu ef hitastigið fellur á milli skráðra gilda.

Skref 4 – Finndu E (tafla A-1B), W (tafla 302.3.5) og Y (tafla 304.1.1) fyrir pípugerð, suðugerð og hitastig.

Skref 5 – Reiknaðu þykkt þrýstingshönnunar t=PD / [2(SEW + PY)].

Skref 6 – Bættu við heimildum: tm=t + c, með því að nota tæringu, veðrun og vélrænni heimildir sem settar eru fyrir þjónustuna.

Skref 7 – Taktu tillit til þolmylla: deilið tm með 0,875 ef pípuforskriftin leyfir 12,5% undir-þykkt, veldu síðan næsta staðlaða vegg fyrir ofan það gildi.

Skref 8 – Staðfestu: athugaðu leyfilegan hámarksþrýsting valinna rörsins, skoðaðu síðan annað álag, greinarstyrkingu, sveigjanleika og prófunarkröfur.

Unnið dæmi: Hvaða veggþykkt þarf NPS 4 TP316L við 500 psig og 400 gráður F?

Þrýstihönnunarþykktin er 1,80 mm, lágmarksþykktin sem krafist er með 1,6 mm tæringarheimild er 3,38 mm, nafnveggurinn til pöntunar er að minnsta kosti 3,87 mm, og minnsta staðlaða ryðfríu áætlunin sem uppfyllir hana er áætlun 40S.

Dæmið notar A312 óaðfinnanlega TP316L pípu, þannig að E er 1,00. Leyfilegt álag kemur frá töflu A-1 gildum fyrir TP316L (16,7 ksi upp í 300 gráður F, 15,7 ksi við 400 gráður F). Tæringarheimildin er forsenda, svo skiptu henni út fyrir heimildina sem verkefnið þitt tilgreinir.

Taktu eftir hvað áætlunarskrefið gerir. Útreikningurinn segir að um 3,87 mm sé nóg, en næsti staðalveggur fyrir ofan áætlun 10S (3,05 mm) er áætlun 40S við 6,02 mm, næstum tvöfalt. Það stökk er ástæðan fyrir því að hönnuðir telja stundum ó-staðlaðan vegg, eins og plötu-undirstaða A358 pípa sem er gerð í ákveðinni þykkt, þegar léttari pípa er ásættanleg. Staðfestu framboð og hagkvæmni með birgi þínum.

Hvernig breytir hönnunarhiti nauðsynlegri veggþykkt?

Hærra hönnunarhitastig lækkar leyfilega streitu S, sem eykur nauðsynlegan vegg; í dæminu, að færa úr 400 gráðu F í 600 gráðu F eykur þykkt þrýstingshönnunar um 12%.

Austenitískt ryðfrítt stál heldur nokkuð flatri leyfilegu álagi upp í um það bil 300 gráður F, missir síðan styrk þegar hitastig hækkar. Taflan hér að neðan endurtekur NPS 4 dæmið við fjögur hönnunarhitastig, allt við 500 psig. Álagsgildi eru TP316L gildi eins og birt er í B31.3 töflu A-1 samantektum; staðfestu þær í núverandi kóðaútgáfu.

Í þessu dæmi helst áætlunin við 40S yfir allt bilið, en í öðrum tilfellum getur lítil hækkun á hitastigi þrýst tilskildum vegg framhjá stöðluðu áætlun, svo reiknaðu alltaf við hið sanna hámarkshönnunarhitastig frekar en við notkunarhitastig eingöngu.

Hvernig breytir hönnunarþrýstingur nauðsynlegri veggþykkt?

Nauðsynlegur veggur hækkar næstum í réttu hlutfalli við hönnunarþrýsting, vegna þess að P kemur fyrir í teljaranum og aðeins veikt í nefnara. Notaðu valfylkin hér að neðan sem fljótlegt mat fyrir TP316L óaðfinnanlega rör, staðfestu síðan með fullum útreikningi.

Hver klefi sýnir nauðsynlegan nafnvegg í millímetrum (þar á meðal 1,6 mm tæringarheimild og 12,5% þolmörk) og minnstu staðlaða áætlun sem uppfyllir hana. Forsendur: A312 TP316L óaðfinnanlegur, E=1.00, W=1.0, Y=0.4.

NPS 4 (ytri þvermál 114,3 mm)

NPS 8 (ytri þvermál 219,1 mm)

Að lesa fylkin: nauðsynlegur veggur vex hratt með þrýstingi og stærri rör þarf meiri vegg fyrir sama þrýsting vegna þess að D er stærri. Hólf merkt með stærra-en tákn þýðir að tilskilinn veggur fer yfir þyngstu áætlunina sem skráð er fyrir þá stærð, þannig að þyngri vegg eða aðra hönnun er nauðsynleg. Þessar töflur eru áætlanir um stefnumörkun, ekki hönnunarskjöl.

Hvernig bera óaðfinnanleg og soðin rör saman við nauðsynlega veggþykkt?

Soðið pípa getur þurft þykkari vegg en óaðfinnanlegur pípa vegna þess að gæðastuðullinn E getur verið undir 1,00; við 250 psig og 400 gráður F þarf NPS 4 pípa 2,85 mm nafnvegg þegar E=1.00 en 3,10 mm þegar E=0.80.

Gæðastuðullinn E margfaldar leyfilega streitu. Lægra E þýðir lægra virkt álag og þykkari vegg. Óaðfinnanlegur pípa hefur enga lengdarsuðu, svo E=1.00. Soðið pípa byrjar lægra nema aukaskoðun sé framkvæmd: röntgenmyndataka getur hækkað E upp í 0,90 (blett) eða 1,00 (fullt). Sama rökfræði útskýrir A358 flokkakerfið fyrir raf-samruna-soðið rör. Taflan sýnir hvernig sama pípa við 250 psig breytist með E.

Hagnýt lexía: pípuáætlun sem er bara fullnægjandi fyrir óaðfinnanlega pípu getur fallið undir eins og soðið pípa án þess að auka skoðun. Jaðarniðurstaðan í töflunni sýnir hversu lítið pláss áætlun 10S skilur eftir, svo margir hönnuðir stíga annað hvort upp áætlun eða tilgreina röntgenmyndatöku til að endurheimta E=1.00. Gæðaþættir og prófunarkröfur ættu alltaf að vera staðfestar í núverandi útgáfu af B31.3 og pípuforskriftinni.

Breytir efnisheitið svarinu? TP316L á móti TP316

Já. TP316 ber hærra leyfilegt álag en TP316L við sama hitastig (20,0 á móti 16,7 ksi allt að 300 gráður F), sem dregur úr þrýstihönnunarþykktinni um um 18% við 400 gráður F, en hærri álagsgildin fylgja varúðarreglum í kóðatöflunum.

TP316L hefur lægri tilgreindan lágmarksstyrk en TP316, þannig að skráð leyfilegt álag er lægra. Efni sem er vottað til að uppfylla báðar einkunnir (tví-vottuð 316/316L) gæti verið gjaldgeng fyrir hærri TP316 gildi, svo staðfestu reglurnar í kóðatöflunum og athugasemdum áður en þú treystir á þær. Taflan hér að neðan ber saman þetta tvennt við 500 psig fyrir NPS 4 óaðfinnanlega rör.

Tvær varúðarreglur gilda. Í fyrsta lagi segja töfluskýringar í B31.3 að hærra álagsgildi fyrir austenítískt stál henti ef til vill ekki fyrir flanssamskeyti og aðra staði þar sem lítilsháttar aflögun getur valdið leka, svo athugaðu athugasemdirnar áður en þú treystir á þær. Í öðru lagi eru lág-kolefnis L flokkarnir oft valdir fyrir soðna, ætandi þjónustu vegna þess að þeir standast næmi, þannig að einkunnaákvörðunin ætti að vega bæði tæringu og þykkt.

Hvernig athugar þú leyfilegan hámarksþrýsting á núverandi pípu?

Endurraðaðu jöfnu 3a til að leysa fyrir þrýsting: P=2SEW·t′ / (D − 2Y·t′), þar sem t′ er nothæfur veggurinn, jafnt og nafnveggtímanum 0,875 að frádregnum tæringarheimildum.

P = 2 × S × E × W × t' / ( D − 2 × Y × t' ) t' = T × 0.875 − c

Dæmi: NPS 4 Dagskrá 40S (nafnvirði 0,237 tommur) í TP316L við 400 gráður F hefur t′=0.237 × 0,875 − 0.0625=0.1449 inn, sem gefur hámarksþrýsting nálægt 1038 psig. Stundaskrá 10S gefur um 299 psig, sem staðfestir hvers vegna 10S mistókst í 500 psig dæminu.

Þessi öfugi útreikningur er gagnlegur til að athuga núverandi línur, meta breytingu á þjónustu eða bera saman áætlanir umsækjenda fljótt.

Hvað annað þarf að athuga umfram innri þrýsting?

Jafna 3a stærð aðeins beint rör fyrir innri þrýsting; Fullkomin B31.3 hönnun athugar einnig ytri þrýsting, þykka veggi, beygjur og mítur, greinartengingar, sveigjanleika og stuðning, einstaka álag og lekaprófið.

• Ytri þrýstingur og lofttæmi: B31.3 hefur sérstakar reglur í lið 304.1.3.
• Þykkt-veggpípa: þegar t er ekki minna en D/6 er jafna 3a ekki gild án sérstakrar skoðunar.
• Beygjur, mítur, teigar og greinartengingar: þessar hafa sínar eigin þykktar- og styrkingarreglur.
• Viðvarandi, einstaka álag og tilfærsluálag: þyngd, vindur, jarðskjálftahrina og hitauppstreymi er athugað með álags- og sveigjanleikakröfum kóðans.
• Lekaprófun: prófunarþrýstingurinn er almennt byggður á 1,5 sinnum hönnunarþrýstingi, með aðlögun fyrir hitastig; staðfesta núverandi kröfu í kóðanum.
• Vökvaþjónustuflokkur: venjuleg, alvarleg hringrás, háþrýstingur eða M flokkur þjónusta hefur aukakröfur sem geta takmarkað suðugerðir, samskeyti og efni.

Hver eru algengustu mistökin í útreikningum á veggþykkt?

Algengustu mistökin eru að nota rangt leyfilegt álag eða hitastig, gleyma tæringarheimildum, hunsa frestunarþol, nota E=1.00 fyrir soðið rör án rökstuðnings og beita þunnu-veggjöfnunni á þykka-veggpípu.

Nota streitu við vinnsluhita í stað hönnunarhitastigs, eða lesa töflu A-1 á rangri einkunn eða vöruformi.

• Meðhöndla tm sem pöntunarþykkt: tm verður að deila með 0,875 (eða viðeigandi vikmörk) áður en áætlun er valin.
• Blöndunareiningar: P og S verða að vera í sömu þrýstieiningum og D og t í sömu lengdareiningum.
• Að gleyma því að áætlunarnúmer er ekki þykkt: áætlunarþykktir eru mismunandi á milli B36.19M (ryðfrítt) og B36.10M (kolefnisstál) fyrir sumar stærðir.

Að sleppa ávísuninni á hinum enda sviðsins: lágt-hitastig, vatnspróf og truflanir geta ráðið.

Algengar spurningar

Hver er formúlan fyrir pípuveggþykkt í ASME B31.3?

Fyrir bein rör undir innri þrýstingi, t=PD / [2(SEW + PY)] (jöfnu 3a, málsgrein 304.1.2), og lágmarksþykktin sem krafist er er tm=t + c.

Hver er Y-stuðullinn fyrir ryðfríu stáli?

Fyrir austenítískt stál með t minna en D/6 er Y 0,4 við hitastig allt að 566 gráður (1050 gráður F), 0,5 við 593 gráður (1100 gráður F) og 0,7 við 621 gráður (1150 gráður F) og hærra, samkvæmt töflu 304.1.1.

Hvers vegna deila nauðsynlegri þykkt með 0,875?

Pípuforskriftir eins og ASTM A312 og A999 leyfa venjulega að veggurinn sé allt að 12,5% undir nafnþykkt, þannig að nafnveggurinn verður að vera að minnsta kosti tm deilt með (1 - 0,125) til að tryggja tm í versta falli.

Hvaða gæðastuðull E á við um óaðfinnanlega og soðið rör?

Óaðfinnanlegur pípa er með E=1.00. Soðið pípa byrjar á 0,80 til 0,85 eftir suðugerð og hækkar í 0,90 með blettamyndatöku og 1,00 með fullri röntgenmynd, eins og fram kemur í töflum A-1B og 302.3.4.

Þarf B31.3 tæringarheimildir?

Kóðinn inniheldur leyfið c í lágmarksþykkt sem krafist er, en upphæðin er sett af hönnuði eða eiganda miðað við væntanlega tæringu og endingartíma.

Er sama formúlan notuð fyrir ytri þrýsting?

Nei. Ytri þrýstingur er fjallað sérstaklega um í lið 304.1.3, þannig að innri þrýstingsjafnan á ekki við.

Hvar finn ég leyfileg streitugildi?

Í ASME B31.3 töflu A-1 fyrir hvert efni, einkunn og hitastig. Notaðu alltaf núverandi útgáfu, því gildi eru uppfærð.