Номинальное давление трубы из нержавеющей стали SCH 40: таблицы, формулы и классы марок

Сchedule 40 — один из наиболее широко используемых стандартов труб в промышленных и коммерческих трубопроводных системах, но его номинальное давление не является единым фиксированным числом. Оно существенно варьируется в зависимости от размера трубы, марки материала, рабочей температуры, а также от того, является ли труба бесшовной или сварной. Для инженеров и специалистов по закупкам, работающих над критически важными приложениями, понимание того, как именно взаимодействуют эти переменные, имеет важное значение для безопасного и экономически эффективного проектирования.

В этом руководстве описано все необходимое для определения правильного номинального давления для труб из нержавеющей стали SCH 40: стандарт, лежащий в основе спецификации, факторы, определяющие рабочее давление, формула Барлоу, используемая в расчетах, диаграммы давления для каждой марки, температурные поправочные коэффициенты, а также критическая разница между бесшовными и сварными трубами при работе под высоким давлением.

Что означает Schedule 40 для труб из нержавеющей стали

Термин «Расписание 40» не относится к фиксированной толщине стенки. Это безразмерное обозначение из системы спецификации труб, которое определяет толщину стенки относительно наружного диаметра (НД) в соответствии со стандартом ASMЭ B36.19 для труб из нержавеющей стали. Поскольку наружный диаметр увеличивается с номинальным размером трубы (NПS), фактическая толщина стенки в дюймах меняется для каждого размера, даже если номер спецификации остается 40.

Например, труба из нержавеющей стали диаметром 1/2 дюйма NPS SCH 40 имеет толщину стенки 0,109 дюйма, а труба диаметром 4 дюйма NPS SCH 40 имеет толщину стенки 0,237 дюйма. ОД растет быстрее стенки, поэтому Труба SCH 40 большего диаметра всегда выдерживает более низкое номинальное давление, чем труба меньшего диаметра того же сортамента и материала. — момент, который удивляет многих новичков.

Для нержавеющей стали применимым стандартом размеров является ASME B36.19, а трубы, изготовленные по этому стандарту марок 304, 304L, 316 и 316L, чаще всего соответствуют стандарту ASTM A312, охватывающему как бесшовные, так и сварные трубы из нержавеющей стали для работы в условиях высоких температур и общей коррозии.

Ключевые факторы, определяющие номинальное давление

Четыре переменных напрямую определяют максимально допустимое рабочее давление (MAWP) любой системы труб из нержавеющей стали SCH 40. Изменение любого из них меняет потолок давления.

• Номинальный размер трубы (NPS): Как уже говорилось, больший диаметр дает более низкие номинальные значения давления при том же графике. Труба SCH 40 диаметром 1 дюйм, рассчитанная на давление примерно 3793 фунтов на квадратный дюйм при температуре окружающей среды, падает примерно до 1000 фунтов на квадратный дюйм или менее при NPS 8 дюймов.
• Материал класса: Марки 316 и 316L обеспечивают более высокие значения допустимых напряжений при повышенных температурах по сравнению с марками 304/304L, что напрямую приводит к более высоким номинальным значениям давления при эксплуатации в горячих условиях. При температуре окружающей среды разница невелика; оно становится значительным при температуре выше 300°Ф.
• Рабочая температура: Допустимое напряжение уменьшается с повышением температуры. ASME B31.3 предоставляет таблицы допустимых напряжений в зависимости от температуры для каждого класса. Труба, рассчитанная на давление 3793 фунтов на квадратный дюйм при температуре 100°F, может быть рассчитана только на давление примерно 3139 фунтов на квадратный дюйм при температуре 300°F для класса 304.
• Коэффициент качества продольного соединения (E): Этот фактор отражает метод производства. Бесшовным трубам соответствует Е = 1,0 (отсутствие сварного шва для снижения целостности). Трубы, сваренные электрическим сопротивлением (ERW) или сваренные плавлением, имеют E = 0,85 или ниже в зависимости от уровня контроля. Этот коэффициент напрямую масштабирует расчетное номинальное давление.

Как рассчитывается номинальное давление (формула Барлоу)

Рабочее давление для труб из нержавеющей стали рассчитывается с использованием модифицированной формулы Барлоу, определенной в ASME B31.3:

P = (2 × S × t × E) / (Д − 2 × Да × t)

Где:

• P = Максимально допустимое рабочее давление (psi)
• S = Допустимое напряжение материала при рабочей температуре (фунты на квадратный дюйм)
• t = Толщина стенки трубы (дюймы)
• E = Коэффициент качества продольного шва (1,0 для бесшовного)
• D = Внешний диаметр (дюймы)
• Y = Коэффициент толщины стенки (обычно 0,4 для пластичных металлов при температуре до 900°F)

В качестве рабочего примера: бесшовная труба из нержавеющей стали NPS SCH 40 диаметром 1 дюйм (марка 304) имеет внешний диаметр = 1,315 дюйма, толщину стенки t = 0,133 дюйма, допустимое напряжение S = 16 700 фунтов на квадратный дюйм при 100 ° F, E = 1,0 и Y = 0,4. Применение формулы дает рабочее давление примерно 3793 фунтов на квадратный дюйм — соответствует опубликованным отраслевым таблицам для данного размера и класса.

Эта формула поясняет, почему толщина стенки и наружный диаметр вместе, а не только номер партии, определяют фактическую допустимое давление. При выполнении проектных расчетов всегда используйте фактические измеренные размеры и подтвержденные значения напряжений материала, а не полагайтесь на номинальные значения.

Таблица номинального давления для труб из нержавеющей стали SCH 40

В таблице ниже представлены типичные допустимые рабочие давления для бесшовных труб из нержавеющей стали SCH 40 (ASTM A312) при температуре окружающей среды (от –20°F до 100°F) для двух наиболее широко используемых марок. Значения рассчитаны в соответствии с ASME B31.3 с E = 1,0 и коэффициентом безопасности 4.

Обратите внимание, что это справочные значения для руководства по проектированию. Окончательные номинальные значения давления для любой конкретной установки должны быть подтверждены с использованием фактических размеров трубы, сертифицированных протоколов заводских испытаний и применимых норм проектирования для соответствующих условий эксплуатации.

Как температура влияет на номинальное давление

Нержавеющая сталь теряет допустимые напряжения при повышенных температурах, что напрямую снижает потолок рабочего давления трубы SCH 40. В ASME B31.3 указаны допустимые значения напряжения для каждого класса в диапазоне температур, и они должны применяться при проектировании любой системы, работающей в условиях, превышающих условия окружающей среды.

В таблице ниже показаны множители температурного снижения номинальных характеристик относительно рабочего давления при температуре окружающей среды для марок 304/304L и 316/316L. Марка 316/316L стабильно сохраняет большую часть своего номинального давления при высоких температурах. — важный критерий выбора паропроводов, теплообменников и технологических трубопроводов, работающих при температуре выше 500°Ф.

Чтобы применить эти множители: возьмите рабочее давление при температуре окружающей среды из приведенной выше диаграммы давления и умножьте на соответствующий коэффициент. Например, 2-дюймовая труба SCH 40 класса 316, рассчитанная на давление примерно 2498 фунтов на квадратный дюйм при температуре окружающей среды, будет иметь рабочее давление примерно 2131 фунтов на квадратный дюйм при 500 ° F (2498 × 0,853). Для приложений, включающих трубка сосуда под давлением эксплуатации снижение номинальных характеристик по температуре является обязательным этапом проектирования в соответствии с разделом VIII ASME.

Бесшовные или сварные: почему это важно для давления

Метод производства трубы из нержавеющей стали SCH 40 оказывает прямое и количественное влияние на ее номинальное давление. Это различие заложено в расчетах ASME B31.3 через коэффициент качества продольного соединения E.

• Бесшовная труба (Е=1,0): Сварного шва нет. Труба формируется из твердой заготовки и экструдируется или вытягивается до готовой трубы. Поскольку соединение отсутствует, полная прочность материала сохраняется по всей стенке трубы. Бесшовные трубы являются предпочтительным выбором для применений, работающих при высоком давлении, высоких температурах и чувствительных к усталости.
• Сварная труба (Е=0,85 или ниже): Изготавливается из полосы или пластины и сваривается продольно. Даже при полном радиографическом контроле (который может повысить E до 1,0 в определенных нормах) у сварной трубы образуется зона термического влияния, которая снижает эффективное допустимое напряжение в стандартных условиях применения.

С практической точки зрения, бесшовная труба SCH 40, рассчитанная на давление 3793 фунтов на квадратный дюйм при номинальном диаметре 1 дюйм, будет снижена примерно до 3224 фунтов на квадратный дюйм для стандартного сварного эквивалента (с применением E = 0,85) — снижение почти на 15 процентов по сравнению с теми же номинальными размерами. Для услуг, критичных к давлению, спецификация бесшовной конструкции не является консервативной завышенной спецификацией — это требование, основанное на нормах.

Наш бесшовная труба/труба из нержавеющей стали Линейка продуктов охватывает полный спектр промышленных марок и размеров, необходимых для высоконадежной работы под давлением, произведенных в соответствии с ASTM A312 и проверенных на соответствие размерным и механическим требованиям ASME.

Выбор подходящей трубы из нержавеющей стали SCH 40

Выбор правильной трубы из нержавеющей стали SCH 40 для работы под давлением сводится к сопоставлению трех переменных с условиями эксплуатации: марки, метода производства и размера. Следующая структура охватывает наиболее распространенные точки принятия решений.

Выбор по классу

• Марка 304/304Л: Стандартный выбор для защиты от коррозии общего назначения, систем водоснабжения, пищевой промышленности и эксплуатации при умеренных температурах. 304L (низкоуглеродистый) предпочтителен для сварных узлов, чтобы минимизировать сенсибилизацию.
• Марка 316/316Л: Требуется там, где присутствуют хлорид-ионы, кислоты или повышенные температуры. Добавление молибдена обеспечивает значительно лучшую стойкость к точечной и щелевой коррозии. 316L является стандартом для сварных трубопроводов фармацевтической, химической и морской промышленности.

Выбор по диапазону давления применения

• Ниже 500 фунтов на квадратный дюйм при температуре окружающей среды: Сварная труба SCH 40 соответствующего класса обычно достаточна и экономически эффективна.
• 500–3000 фунтов на квадратный дюйм при температуре окружающей среды: Бесшовные трубы SCH 40 марок 304 или 316 охватывают этот диапазон для размеров примерно до 4 дюймов NPS. Подтвердите точный размер с помощью расчетов ASME B31.3.
• Работа при давлении выше 3000 фунтов на квадратный дюйм или при повышенной температуре: Убедитесь, что толщина стенок SCH 40 достаточна для комбинированных условий давления и температуры. Для систем большего диаметра или высокотемпературных систем могут потребоваться модели SCH 80 или более тяжелые.

Выбор по конечному использованию

• Химическая обработка, нефтехимия и нефтегазовая отрасль: бесшовная сталь марки 316/316L, ASTM A312, полная прослеживаемость с протоколами заводских испытаний.
• Работа с паром и котлом: бесшовная сталь класса 304 или 316, подтвержденная стандартом ASME B31.1 или B31.3, в зависимости от обстоятельств.
• Транспортировка общепромышленных жидкостей: сварная или бесшовная, класс 304, ASTM A312, размер соответствует диаграмме давления для требуемого номинального давления.

Наш промышленная бесшовная труба из нержавеющей стали Ассортимент включает марки 304, 304L, 316 и 316L по графику 40 и другие конфигурации стенок, поставляется с полной сертификацией ASTM A312 и соответствием размеров ASME B36.19. Свяжитесь с нами, чтобы сообщить свой NPS, марку, рабочее давление и требования к температуре для получения подробных рекомендаций по продукту и ценового предложения.