ASME B31.3 Réponse de calcul de l'épaisseur de la paroi du tuyau

Répondons systématiquement à vos questions, se concentrer sur ASME B31.3 pour votre Système de conduite d'eau à haute pression Utiliser sans couture TP316L Pipe en acier inoxydable (ASTMA312). Je vais fournir des réponses claires à vos questions sur pression de conception, Calculs de pression d'éclatement, et quand utiliser graphiques de pression qui éclatent, tout en clarifiant les différences entre conception et pression d'éclatement.

1. Quelle pression de conception dois-je utiliser? 250 bar, 290 bar, ou supérieur?

Répondre: Pour ASME B31.3, le pression de conception devrait être le pression maximale que le système devrait subir dans des conditions normales ou bouleversées, y compris les paramètres de soulagement de la pression ou de soupape de sécurité, en considération pour les pratiques de conception conservatrices.

• Les détails de votre système:
  • La soupape de décharge de pression de la pompe (Prv) opère à 250 bar.
  • La soupape de sécurité est définie à 290 bar.
  • Vous avez calculé en utilisant 300 bar Comme la pression de conception.
• Conseils:
  • Par ASME B31.3, La pression de conception doit tenir compte de la pression la plus élevée que le système pourrait ressentir, y compris des conditions transitoires ou des paramètres de soupape de sécurité. Le Réglage de la soupape de sécurité de 290 bar représente la pression maximale que le système est conçue pour gérer avant que la vanne de sécurité ne s'active.
  • C'est une pratique courante d'ajouter un marge au réglage de la soupape de sécurité pour garantir que le tuyau peut résister à des pressions légèrement au-dessus du point de secours, Surtout pour les systèmes dynamiques comme l'eau à haute pression avec des pompes de piston, où des pointes de pression peuvent se produire.
  • Votre choix de 300 bar Comme la pression de conception est raisonnable et conservatrice, Comme il fournit une petite marge (environ 3.4%) au-dessus du réglage de la soupape de sécurité de 290 bar. Cela tient compte des surtensions de pression potentielles ou des tolérances dans le fonctionnement de la vanne de sécurité.
• Recommandation:
  • Utiliser 300 bar (4350 psi) Comme la pression de conception, Comme vous l'avez fait, Pour garantir que la tuyauterie peut gérer la pression du système maximale avec une marge de sécurité. Si vous voulez être moins conservateur, Vous pourriez utiliser 290 bar (4205 psi), mais le 300 Le choix de la barre est plus sûr pour les systèmes dynamiques avec des transitoires de pression potentiels.

2. Vérification de votre calcul pour l'épaisseur de la paroi du tuyau

Vous avez calculé qu'un 1-Pipe TP316L sans couture de l'annexe des années 80 (De = 1.315 pouces) fonctionne pour une pression de conception de 300 bar. Voyons cela en utilisant ASME B31.3 Formule 3A du paragraphe 304.1.2 pour un tuyau droit sous pression interne.

Formule 3A (ASME B31.3, 304.1.2)

Où:

• t = épaisseur de paroi requise (dans)
• P = pression de conception (psi)
• D = diamètre extérieur du tuyau (dans)
• S = stress admissible (psi) = 16,700 psi pour TP316L à 20–30 ° C
• E = facteur de qualité (1.0 pour un tuyau transparent par ASME B31.3, Tableau A-1A)
• W = facteur de réduction de la résistance aux articles de la soudure (1.0 pour un tuyau transparent ou à des températures basses comme 20–30 ° C)
• Y = coefficient de température (0.4 pour l'acier inoxydable austénitique comme TP316L à 20–30 ° C, par table 304.1.1)

Donné

• Pression de conception, P = 300 bar = 300 × 14.5038 = 4351.14 psi
• Pipe de, D = 1.315 dans (1-tuyau nominal de pouces)
• Stress admissible, S = 16,700 psi
• E = 1.0 (tuyau sans soudure)
• W = 1.0 (tuyau sans soudure, basse température)
• Y = 0.4 (acier inoxydable austénitique à 20 à 30 ° C)

Étape 1: Calculer l'épaisseur requise

Étape 2: Ajouter une allocation de corrosion et une tolérance au moulin

• Allocation de corrosion: Pour l'eau à haute pression en acier inoxydable TP316L à 20–30 ° C, La corrosion est minime. Si aucune allocation de corrosion spécifique n'est requise, supposer 0 pouces. Confirmez avec vos exigences système (par ex., qualité de l'eau, potentiel d'érosion).
• Tolérance au moulin: Pour une pipe ASTM ASTM sans couture, la tolérance de fabrication est généralement -12.5% de l'épaisseur de paroi nominale. L'épaisseur requise doit être ajustée pour garantir l'épaisseur minimale après la tolérance qui se rencontre ou dépasse 0.155 dans.

Étape 3: Comparez avec l'annexe 80

• Pour un annexe de 1 pouce 80 (ASTM A312 TP316L):
  • Épaisseur de paroi nominale = 0.179 dans (par ASME B36.19m pour le tuyau en acier inoxydable).
  • Épaisseur minimale après 12.5% tolérance de moulin = 0.179 × 0.875 = 0.157 dans.
• L'épaisseur minimale (0.157 dans) dépasse L'épaisseur requise (0.155 dans), donc 1-POUR LA PLUBS 80S est adéquat pour 300 bar (4351 psi) pression de conception.

Conclusion: Votre sélection de 1-POUR ANNEUX 80S (De = 1.315 dans, Épaisseur de paroi nominale = 0.179 dans) est correct pour une pression de conception de 300 bar, En supposant qu'aucune allocation de corrosion significative n'est nécessaire.

3. Comment les pressions d'éclatement dans les graphiques de tuyaux en acier inoxydable ASTM A312 sont-ils calculés?

Répondre: Pression d'éclatement pour les tuyaux, y compris les tuyaux ASTM A312 en acier inoxydable, est généralement calculé à l'aide du Formule de Barlow ou une formule théorique similaire pour les vaisseaux de pression à parois minces. Ces graphiques fournissent le pression théorique à laquelle le tuyau échouerait (éclatement) basé sur la résistance à la traction ultime du matériau (UTS) Et les dimensions du tuyau.

Formule de Barlow pour la pression d'éclatement

Où:

• P_b = pression d'éclatement (psi)
• S_U = résistance à la traction ultime du matériau (psi)
• t = épaisseur de paroi nominale (dans)
• D = diamètre extérieur (dans)

Pour ASTM A312 TP316L

• Résistance à la traction ultime (S_u) est approximativement 70,000 psi (par ASTM A312, UTS minimum pour TP316L est 70 ksi).
• Pour votre tuyau de 1 pouce de calendrier des années 80:
  • t = 0.179 dans
  • D = 1.315 dans

Calcul

Notes sur l'éclatement des graphiques de pression

• Graphiques sont dérivés de ces calculs, Souvent ajusté pour:
  • Épaisseur minimale de paroi (Comptabilité de la tolérance au moulin, par ex., 87.5% d'épaisseur nominale).
  • Propriétés des matériaux (Utilisation des UT minimum d'ASTM A312).
  • Facteurs de sécurité ou simplifications (Certains graphiques peuvent utiliser des hypothèses conservatrices).
• Les graphiques peuvent également intégrer des données empiriques ou des formules modifiées pour tenir compte des facteurs du monde réel comme les défauts matériels, effets de couture (pour les tuyaux soudés), ou réductions à haute température.
• Pour les tuyaux TP316L sans couture, La pression d'éclatement est basée sur les propriétés de tuyaux sans couture, et les graphiques répertorient généralement les valeurs pour les horaires standard (par ex., 40S, 80S).

Quand utiliser des graphiques de pression d'éclatement

• Les graphiques de pression d'éclatement sont utilisés pour estimer la pression de défaillance ultime d'une pipe, généralement pour:
  • Évaluation de la sécurité: Pour s'assurer que la pression de fonctionnement du système est bien en dessous de la pression d'éclatement (par ex., Appliquer un facteur de sécurité).
  • Validation de conception: Pour confirmer que la pression d'éclatement du tuyau fournit une marge suffisante au-dessus de la pression de conception.
  • Applications non-asmères: Dans les industries non régies par l'ASME B31.3, où la pression d'éclatement est un critère de conception primaire (par ex., Certains systèmes hydrauliques).
• Pour ASME B31.3: La pression d'éclatement est pas directement utilisé Pour les calculs d'épaisseur de la paroi du tuyau. Plutôt, le stress admissible (S) gouverner, qui est généralement réglé à une fraction de l'UTS (par ex., 1/3 à 1/4 d'UTS pour l'acier inoxydable) Pour assurer une grande marge de sécurité.

4. Différence entre la pression de conception et la pression d'éclatement?

Pression de conception:

• Le pression maximale dont le système est conçu pour fonctionner sous, y compris le fonctionnement normal, transitoires, et paramètres de soupape de sécurité.
• Utilisé dans les calculs ASME B31.3 pour déterminer l'épaisseur de paroi de tuyau requise en fonction stress admissible (S), qui intègre un facteur de sécurité (par ex., 16,700 Psi pour TP316L, Beaucoup plus bas que UTS).
• S'assure que le tuyau fonctionne en toute sécurité dans les limites élastiques, loin en dessous de l'échec.
• Pour votre système: 300 bar (4351 psi), choisi de manière conservatrice au-dessus du réglage de la vanne de sécurité de 290 bar.

Pression d'éclatement:

• Le pression théorique à laquelle le tuyau échouerait (éclatement) en raison de la pression interne dépassant la résistance à la traction ultime du matériau.
• Calculé à l'aide du matériau UTS (par ex., 70,000 Psi pour TP316L) et dimensions de tuyau, sans facteurs de sécurité.
• Pour votre tuyau de 1 pouce de calendrier des années 80: Environ 1314 bar (19,057 psi), bien au-dessus de la pression de conception.
• Représente le point de défaillance ultime, Pas une condition de fonctionnement sûre.

Différences clés

Pourquoi la différence est importante:

• ASME B31.3 garantit que le tuyau fonctionne avec un grande marge de sécurité (pression de conception << pression d'éclatement) pour éviter la défaillance dans toutes les conditions, y compris la fatigue, corrosion, ou pics de pression.
• La pression d'éclatement est une référence pour comprendre la capacité ultime du tuyau mais n'est pas utilisé pour la conception car il manque de facteurs de sécurité.

5. Considérations supplémentaires pour votre système

• Transitoires de pression: Les pompes de piston peuvent provoquer poussées de pression (marteau à eau) en raison du fonctionnement rapide de la valve ou du berlo. Assurer le 300 La pression de conception de la barre explique ces transitoires. Si les surtensions pouvaient dépasser 290 barrer considérablement, considérer un Pression de conception plus élevée ou dispositifs de suppression de surtension.
• Corrosion / érosion: L'eau à haute pression avec des buses d'atomisation peut provoquer érosion à des virages ou des buses. TP316L est résistant à la corrosion, Mais confirmez la qualité de l'eau (par ex., Pas de chlorures) et considérez une petite allocation de corrosion (par ex., 0.01–0,02) Si l'érosion est une préoccupation.
• Disponibilité du calendrier des tuyaux: Vérifiez que les annexes de 1 pouce 80 sont facilement disponibles et compatibles avec les raccords et les buses. Si des horaires plus élevés (par ex., Calendrier 160 ou xxs) sont nécessaires pour des diamètres plus petits ou des pressions plus élevées, recalculer.
• Raccords et joints: ASME B31.3 nécessite que les raccords (par ex., coudes, t-shirts) et articulations (par ex., soudures, brides) Rencontrez également la pression de conception. S'assurer que tous les composants sont évalués pour 300 bar.
• Essai: ASME B31.3 nécessite des tests hydrostatiques à 1.5x Pression de conception (1.5 × 300 bar = 450 bar ou 6527 psi). Confirmez que le tuyau et le système peuvent résister à cette pression de test.

6. Résumé

1. Pression de conception: Utiliser 300 bar (4350 psi) Comme la pression de conception, car il couvre conservateur le réglage de la vanne de sécurité de 290 Bar et pics de pression potentiels. Votre calcul pour 1-Pipe TP316L de l'annexe des années 80 est correct, avec une épaisseur de paroi nominale de 0.179 dans, qui répond à l'épaisseur requise de 0.177 dans (y compris la tolérance à l'usine).
2. Calcul de la pression d'éclatement: Les pressions éclatées dans les graphiques ASTM A312 sont calculées à l'aide de la formule de Barlow (P_b = (2 S_U T) / D) basé sur la résistance à la traction ultime (~ 70 000 psi pour TP316L). Pour votre pipe, La pression d'éclatement est de ~ 1314 bar (19,057 psi).
3. Quand utiliser des graphiques de pression d'éclatement: Utilisez-les pour des évaluations de sécurité ou des conceptions non-asmes pour assurer une grande marge entre la pression de fonctionnement et la défaillance. Dans ASME B31.3, Ils sont pour référence uniquement, Comme le stress admissible régit la conception.
4. Design vs. Pression d'éclatement: Pression de conception (300 bar) est la limite de fonctionnement sûre basée sur un stress admissible avec des facteurs de sécurité. Pression d'éclatement (~ 1314 bar) est le point de défaillance théorique sans facteurs de sécurité.

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