Пример расчета толщины стенки трубопровода

Расчет минимальной толщины стенки заданного диаметра трубопровода и выбор фактической толщины является одним из наиболее важных основных конструктивных соображений для любых проектов трубопроводов. Это одно из основных мероприятий, которое выполняется на начальных этапах любого детального проектирования.

В этой статье будет объяснена методика расчета толщины стенки для жидкостного трубопровода диаметром 10 дюймов (API 5L-Gr X52, 10,75 дюйма OD, расчетное давление = 78 бар-g, расчетная температура = 60 град. В) с образцом примера.

Толщина стенки трубы линии CS рассчитывается на основе допустимого напряжения обруча из-за внутреннего давления. В соответствии с ASME B31.4, пункт 403.2.1, номинальная толщина стенки прямых участков стальной трубы должна быть равна или больше tn, определяемой в соответствии со следующим уравнением:

tn ≥ t + A

Здесь:

A — сумма припусков на нарезание резьбы, канавок, коррозию и эрозию и увеличение толщины стенки при использовании в качестве защитной меры;

tn — номинальная толщина стенки, удовлетворяющая требованиям к давлению и припускам;

t — расчетная толщина стенки под давлением в дюймах (миллиметрах).

Толщина стенки трубопровода (t) , выдерживающая внутреннее расчетное давление, рассчитывается следующим образом:

t = P * D / (2 * F *S * E)

Где:

t — Расчетная толщина стенки (мм);

P — Расчетное давление для трубопровода (кПа) = 78 бар-g = 7800 кПа;

D — Наружный диаметр трубы (мм) = 273,05 мм;

F — расчетный коэффициент = 0,72;

S — Указанный минимальный предел текучести (МПа) = 359870 кПа для указанного материала;

E — Коэффициент продольного соединения = 1,0.

Отсюда рассчитывается толщина стенки (т, мм) = (7800*273.05)/ (2*0.72*359870*1) = 4.10

Если сумма припусков на нарезание резьбы, канавок, коррозию и эрозию и увеличение толщины стенки при использовании в качестве защитной меры =0,3 мм

Тогда номинальная толщина стенки, удовлетворяющая требованиям по давлению и припускам = 4,1 + 0,3 = 4,4 мм.

Таким образом, в качестве выбранной толщины можно использовать любую доступную толщину более 4,4 мм.

В настоящее время различные организации имеют свои собственные рекомендации по выбору минимальной толщины с учетом жесткости трубы, поддержки, обработки, изгиба в полевых условиях и других аспектов, связанных со строительством и целостностью трубопровода на месте, и их необходимо проверить. Исходя из этого, необходимо выполнить несколько проверок, прежде чем принимать решение об окончательной толщине стенки. Они перечислены ниже:

Немногие организации ограничивают использование металлических линейных трубопроводов толщиной менее 4,8 мм. Следовательно, 4.8 мм будет выбранной толщиной.

Это толщина стенки, рассчитанная с использованием применимого уравнения, такого как указано в пункте 841.1.1 ASME B31.8 или любого другого применимого кода. Вычисленная номинальная толщина стены может быть использована для того чтобы приказать трубу с или без припуска компенсировать под толщиной.

Припуск — это дополнительная толщина, добавленная к расчетной толщине стенки трубы, чтобы покрыть любое уменьшение толщины стенки, которое может возникнуть в результате производства, обработки или коррозии.

При расчете толщины стенки трубопровода учитывается несколько припусков; они включают в себя производственный припуск, механический припуск и припуск на коррозию.

Производственный допуск в основном принимается равным нулю, поскольку большинство изготовленных труб подвергается строгим проверкам качества, выполняемым на трубах.

Допуск на коррозию зависит от транспортируемой жидкости и ее влияния на материал трубы. Обычно трубы из нержавеющей стали, дуплексной нержавеющей стали имеют допуск на коррозию ноль (0). Допуск на коррозию оценивается путем прогнозирования скорости коррозии в течение всего срока службы трубопровода

Толщина стенки может быть получена из уравнения, указанного в разделе 841.1.1 кодекса. Приведены две формулы, одна использует обычную единицу, а другая — единицу СИ.

Обычная единица измерения:

tmin = P×D / 2×S×E×F×TSI

Unit

tmin = P×D / 2000×S×E×F×T

t≥tmin + CA

Где:

D = Номинальный наружный диаметр трубы, в. (мм);

E = коэффициент продольного соединения, полученный из таблицы 841.1.7-1 [см. Также пункт 817.1.3 (d) ];

F = расчетный коэффициент, полученный из таблицы 841.1.6-1;

P = расчетное давление, фунтов НА квадратный ДЮЙМ (кПа);

S = Заданный минимальный предел текучести, psi (MPa);

CA = допуск на коррозию.

Примечание CA не входит в уравнение, указанное в ASME B31.8, однако CA следует добавить к расчетной минимальной толщине стенки под давлением, рассчитанной для трубопроводов из углеродистых стальных материалов. Также обратите внимание, что номенклатура tmin, t и т. д. , используемая в этой статье, не соответствует заявленным в ASME B31.8, они были использованы для ясности.

Номинальная толщина стенки стальной трубы рассчитывается как:

S ≥ SR + С

Где:

SR - расчетная толщина стенки. Минимальная толщина стенки, необходимая для выдерживания внутреннего давления, определяется стандартами;

С - суммарный припуск на расчетную толщину стенки.

Общий припуск C рассчитывается как:

С = С1 + С2

Где:

С1 - производственный припуск (допуск мельницы), принимаемый как сумма отрицательного отклонения толщины стенки С11 и допуска мельницы С12. Для кода ASME он вводится в процентах (%). Для российских кодов он вводится в миллиметрах;

С11 - припуск для компенсации отрицательного допуска. Определяется отрицательным отклонением толщины стенки, установленным стандартами или спецификациями. Припуск не включает округление расчетной толщины до стандартной толщины листа;

С12 - допуск 12 фрез для компенсации истончения стенок элементов при выполнении технических операций - растягивание, прессование, изгиби др. Определяется процессом изготовления фитинга и устанавливается в соответствии с техническими условиями изготовления;

С2 - миллиметровый допуск для компенсации коррозии и износа (эрозии). Определяется по проектным нормам или отраслевым стандартам с учетом прогнозируемого срока службы. При двустороннем контакте с зоной коррозии (эрозии) С2 следует увеличить.

Обратите внимание, что номинальная толщина стенки S не должна быть ниже значений, указанных в стандартах, и что S округляется до ближайшей толщины стенки в соответствии со стандартами или техническими условиями.

Стеклопластиковые трубопроводы

Толщина армированной стенки рассчитывается как:

ST= S —-SL—SC

Где:

S - номинальная толщина стенки;

SL- толщина внутреннего (неармированного) защитного слоя;

Sc- толщина внешнего (неармированного) защитного слоя.

Основной формулой для определения толщины стенки трубы является общая формула напряжения обруча для тонкостенных цилиндров, которая указывается как:

t = Pd0/ 2(Hs+P)

Где:

HS = напряжение обруча в стенке трубы, в psi [N / мм2];

t = толщина стенки трубы, дюйм [мм];

L = длина трубы, фут [мм];

P = внутреннее давление трубы, фунтов на квадратный дюйм [МПа];

do = наружный диаметр трубы, в [мм];

Стандарт ANSI/ASME B31.3 - очень строгий код с высоким запасом прочности. Формула расчета толщины стенки B31.3 имеет вид:

t=te + tth+ Pd0/ [2(SE+PY)][100/100-Tol]

Где:

t = минимальная расчетная толщина стенки, в;

te= допуск на коррозию, in. [мм];

tth= глубина резьбы или канавки, дюйм [мм];

P = допустимое внутреннее давление в трубе, psi (МПа);

do = наружный диаметр трубы, в. [мм];

S = допустимое напряжение для трубы, psi [N/мм2];

E = продольный коэффициент сварного шва [1,0 бесшовный, 0,95 электрический сварной шов, двойной стыковой, прямой или спиральный шов APL 5L, 0,85 электрический резистивный сварной шов (ERW), 0,60 стыковой сварной шов печи];

Y = понижающий коэффициент (0,4 для черных металлов, работающих при температуре ниже 900 °F);

Tol= допустимый допуск производителей, % (12,5 трубы до 20 дюймов—OD) (10 труб> 20 дюймов. OD, API5L).

Наши специалисты проконсультируют Вас и проведут все необходимые расчеты по определению корректного диаметра трубопровода, толщины стенки, а также выбора парового и пароконденсатного оборудования для Вашей системы.

Если у Вас остались вопросы, мы будем рады Вам помочь. С нами можно связаться любым удобным способом:

По почте: info@kvip.su

По телефону: +7 (343) 288-35-54 или WhatsApp

Подписывайтесь на наш Телеграм канал, там всегда много полезного и интересного.