ASME B31.3 Respuesta al espesor de la pared de la tubería

Vamos a abordar sus preguntas sistemáticamente, centrándose en ASME B31.3 para tu Sistema de tuberías de agua de alta presión Usando sin costura Tubería de acero inoxidable TP316L (ASTM A312). Proporcionaré respuestas claras a sus preguntas sobre presión de diseño, cálculos de presión de estallido, y cuándo usar gráficos de presión revestidos, mientras aclara las diferencias entre diseño y presión ruptura.

1. ¿Qué presión de diseño debo usar?? 250 bar, 290 bar, o superior?

Respuesta: Para ASME B31.3, el presión de diseño debería ser el Presión máxima Se espera que el sistema experimente en condiciones normales o molestas, incluyendo cualquier configuración de alivio de presión o válvula de seguridad, Con consideración para las prácticas de diseño conservador.

• Detalles de su sistema:
  • La válvula de alivio de presión de la bomba (PRV) opera a 250 bar.
  • La válvula de seguridad se establece en 290 bar.
  • Has calculado usando 300 bar Como presión de diseño.
• Guía:
  • Por ASME B31.3, La presión de diseño debe tener en cuenta la mayor presión que el sistema podría experimentar, incluidas las condiciones transitorias o la configuración de la válvula de seguridad. El configuración de válvula de seguridad de 290 bar representa la presión máxima que el sistema está diseñado para manejar antes de que la válvula de seguridad se active.
  • Es una práctica común agregar un margen a la configuración de la válvula de seguridad para asegurarse de que la tubería pueda soportar presiones ligeramente por encima del punto de alivio, especialmente para sistemas dinámicos como agua de alta presión con bombas de émbolo, Donde pueden ocurrir picos de presión.
  • Tu elección de 300 bar Como la presión del diseño es razonable y conservadora, Como proporciona un pequeño margen (aproximadamente 3.4%) por encima del ajuste de la válvula de seguridad de 290 bar. Esto explica las posibles aumentos de presión o tolerancias en la operación de la válvula de seguridad.
• Recomendación:
  • Usar 300 bar (4350 psi) Como presión de diseño, Como has hecho, Para garantizar que la tubería pueda manejar la presión máxima del sistema con un margen de seguridad. Si quieres ser menos conservador, Podrías usar 290 bar (4205 psi), Pero el 300 La elección de la barra es más segura para los sistemas dinámicos con transitorios de presión potenciales.

2. Verificación de su cálculo para el grosor de la pared de la tubería

Has calculado que un 1-HILL SHECT 80S CUMPLIENTE TUPO TP316L (De = 1.315 pulgadas) funciona para una presión de diseño de 300 bar. Verifiquemos esto usando ASME B31.3 Fórmula 3A del párrafo 304.1.2 Para tubería recta bajo presión interna.

Fórmula 3A (ASME B31.3, 304.1.2)

Dónde:

• t = grosor de la pared requerido (en)
• P = presión de diseño (psi)
• D = diámetro exterior de la tubería (en)
• S = estrés permitido (psi) = 16,700 psi para TP316L a 20-30 ° C
• E = factor de calidad (1.0 Para tubería sin costura por ASME B31.3, Tabla A-1a)
• W = factor de reducción de resistencia a la junta de soldadura (1.0 para tubería sin costura o a bajas temperaturas como 20-30 ° C)
• Y = coeficiente para la temperatura (0.4 para acero inoxidable austenítico como TP316L a 20-30 ° C, por mesa 304.1.1)

Dado

• Presión de diseño, P = 300 barra = 300 × 14.5038 = 4351.14 psi
• Entregar de, D = 1.315 en (1-pipa nominal de pulgada)
• Estrés permitido, S = 16,700 psi
• E = 1.0 (tubo sin costura)
• W = 1.0 (tubo sin costura, temperatura baja)
• Y = 0.4 (acero inoxidable austenítico a 20-30 ° C)

Paso 1: Calcule el grosor requerido

Paso 2: Agregar subsidio de corrosión y tolerancia al molino

• Asignación de corrosión: Para agua de alta presión en acero inoxidable TP316L a 20-30 ° C, La corrosión es mínima. Si no se requiere un subsidio de corrosión específico, asumir 0 pulgadas. Confirme con los requisitos de su sistema (p.ej., calidad del agua, potencial de erosión).
• Tolerancia al molino: Para tubería ASTM A312 sin costura, La tolerancia a la fabricación es típicamente -12.5% del grosor nominal de la pared. El grosor requerido debe ajustarse para garantizar el grosor mínimo después de que la tolerancia cumpla o exceda 0.155 en.

Paso 3: Comparar con el Anexo 80

• Para el horario de 1 pulgada 80 (ASTM A312 TP316L):
  • Grosor de la pared nominal = 0.179 en (por ASME B36.19m para tubería de acero inoxidable).
  • Grosor mínimo después de 12.5% tolerancia de la fábrica = 0.179 × 0.875 = 0.157 en.
• El grosor mínimo (0.157 en) excede el grosor requerido (0.155 en), entonces 1-pulgada el horario 80 es adecuado para 300 bar (4351 psi) presión de diseño.

Conclusión: Tu selección de 1-Pulgada de programación 80 (De = 1.315 en, Grosor de la pared nominal = 0.179 en) es correcto para una presión de diseño de 300 bar, Suponiendo que no se necesita un subsidio de corrosión significativo.

3. ¿Cómo se calculan las presiones de estallido en los gráficos de tubería de acero inoxidable ASTM A312??

Respuesta: Presión de estallido para tuberías, incluyendo tuberías de acero inoxidable ASTM A312, se calcula típicamente usando el La fórmula de Barlow o una fórmula teórica similar para vasos a presión de paredes delgadas. Estos gráficos proporcionan el presión teórica a la que fallaría la tubería (explosión) Basado en la máxima resistencia a la tracción del material (UTS) y las dimensiones de la tubería.

La fórmula de Barlow para la presión explosiva

Dónde:

• P_B = presión de ruptura (psi)
• S_u = resistencia a la tracción final del material (psi)
• t = grosor nominal de la pared (en)
• D = diámetro exterior (en)

Para ASTM A312 TP316L

• Resistencia máxima a la tracción (S_U) es aproximadamente 70,000 psi (por ASTM A312, Mínimo UTS para TP316L es 70 ksi).
• Para su tubería de 1 pulgada de los 80:
  • t = 0.179 en
  • D = 1.315 en

Cálculo

Notas sobre gráficos de presión de estallido

• Gráficos se derivan de tales cálculos, a menudo ajustado por:
  • Espesor mínimo de pared (Contabilidad de la tolerancia al molino, p.ej., 87.5% de grosor nominal).
  • Propiedades del material (Usando UT mínimo de ASTM A312).
  • Factores de seguridad o simplificaciones (Algunos gráficos pueden usar suposiciones conservadoras).
• Los gráficos también pueden incorporar datos empíricos o fórmulas modificadas para tener en cuenta los factores del mundo real como los defectos del material, efectos de costura (Para tuberías soldadas), o reducciones de alta temperatura.
• Para tuberías TP316L sin costuras, La presión de estallido se basa en propiedades de tubería sin costuras, y los gráficos generalmente enumeran los valores para los horarios estándar (p.ej., 40S, 80S).

Cuándo usar gráficos de presión de estallido

• Los gráficos de presión de estallido se utilizan para estimar la presión de falla final de una tubería, típicamente para:
  • Evaluaciones de seguridad: Para garantizar que la presión de funcionamiento del sistema esté muy por debajo de la presión de explosión (p.ej., Aplicar un factor de seguridad).
  • Validación de diseño: Para confirmar que la presión de explosión de la tubería proporciona un margen suficiente por encima de la presión de diseño.
  • Aplicaciones no augurales: En industrias no gobernadas por ASME B31.3, donde la presión de estallido es un criterio de diseño primario (p.ej., Algunos sistemas hidráulicos).
• Para ASME B31.3: La presión de estallido es no usado directamente Para los cálculos de espesor de la pared de la tubería. En cambio, el estrés permitido (S) gobernaciones, que generalmente se establece en una fracción del UTS (p.ej., 1/3 a 1/4 de UTS para acero inoxidable) Para garantizar un gran margen de seguridad.

4. Diferencia entre la presión de diseño y la presión de explosión?

Presión de diseño:

• El Presión máxima El sistema está diseñado para operar, incluyendo operación normal, transitorios, y configuración de la válvula de seguridad.
• Utilizado en los cálculos de ASME B31.3 para determinar el grosor de la pared de la tubería requerido basado en Estrés permitido (S), que incorpora un factor de seguridad (p.ej., 16,700 PSI para TP316L, mucho más bajo que UTS).
• Asegura que la tubería funcione de manera segura dentro de los límites elásticos, muy por debajo de la falla.
• Para tu sistema: 300 bar (4351 psi), elegido de forma conservadora sobre el ajuste de la válvula de seguridad de 290 bar.

Presión ruptura:

• El presión teórica a la que fallaría la tubería (explosión) Debido a la presión interna que excede la resistencia a la tracción final del material.
• Calculado usando el material UTS (p.ej., 70,000 PSI para TP316L) y dimensiones de tubería, sin factores de seguridad.
• Para su tubería de 1 pulgada de los 80: Aproximadamente 1314 bar (19,057 psi), muy por encima de la presión de diseño.
• Representa el punto de falla final, No es una condición de funcionamiento segura.

Diferencias clave

Por qué la diferencia importa:

• ASME B31.3 asegura que la tubería funciona con un Gran margen de seguridad (presión de diseño << presión ruptura) Para evitar la falla en todas las condiciones, incluyendo fatiga, corrosión, o picos de presión.
• La presión de estallido es una referencia para comprender la capacidad final de la tubería, pero no se usa para el diseño porque carece de factores de seguridad.

5. Consideraciones adicionales para su sistema

• Transitorios de presión: Las bombas de émbolo pueden causar sobretensiones (martillo de agua) Debido a la operación rápida de la válvula o la obstrucción de la boquilla. Asegurar el 300 La presión de diseño de la barra representa estos transitorios. Si las olas pudieran exceder 290 abarcar significativamente, considerar un mayor presión de diseño o dispositivos de supresión de sobretensiones.
• Corrosión/erosión: El agua de alta presión con boquillas atomizantes puede causar erosión en curvas o boquillas. TP316L es resistente a la corrosión, Pero confirme la calidad del agua (p.ej., Sin cloruros) y considere una pequeña asignación de corrosión (p.ej., 0.01–0.02 en) Si la erosión es una preocupación.
• Disponibilidad del horario de tuberías: Verifique que el Anexo de 1 pulgada esté disponible y compatible con accesorios y boquillas. Si horarios más altos (p.ej., Cronograma 160 o xxs) son necesarios para diámetros más pequeños o presiones más altas, recalcular.
• Accesorios y articulaciones: ASME B31.3 requiere que los accesorios (p.ej., codos, camisetas) y articulaciones (p.ej., soldadura, bridas) también cumple con la presión de diseño. Asegúrese de que todos los componentes estén calificados para 300 bar.
• Pruebas: ASME B31.3 requiere pruebas hidrostáticas en 1.5X Presión de diseño (1.5 × 300 barra = 450 bar o 6527 psi). Confirme que la tubería y el sistema puedan resistir esta presión de prueba.

6. Resumen

1. Presión de diseño: Usar 300 bar (4350 psi) Como presión de diseño, ya que cubre conservadoramente el ajuste de la válvula de seguridad de 290 barra y potenciales picos de presión. Tu cálculo para 1-Pipal TP316L de HIGH SHECT 80S TP316L es correcto, con un grosor de pared nominal de 0.179 en, que cumple con el grosor requerido de 0.177 en (incluyendo tolerancia al molino).
2. Cálculo de presión de estallido: Las presiones de estallido en los gráficos ASTM A312 se calculan utilizando la fórmula de Barlow (P_B = (2 S_U T) / D) Basado en la máxima resistencia a la tracción (~ 70,000 psi para TP316L). Para tu pipa, La presión de estallido es ~ 1314 bar (19,057 psi).
3. Cuándo usar gráficos de presión de estallido: Úselos para evaluaciones de seguridad o diseños no augumeros para garantizar un gran margen entre la presión de funcionamiento y la falla. En ASME B31.3, Son solo de referencia, A medida que el estrés permitido gobierna el diseño.
4. Diseño VS. Presión ruptura: Presión de diseño (300 bar) es el límite de operación seguro basado en el estrés permitido con factores de seguridad. Presión ruptura (~ 1314 bar) es el punto de falla teórico sin factores de seguridad.

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