ASME B31.3 Resposta de cálculo da espessura da parede do tubo

Vamos abordar suas perguntas sistematicamente, focando ASME B31.3 para o seu sistema de tubulação de água de alta pressão usando sem costura Tubo de aço inoxidável TP316L (ASTM A312). Vou fornecer respostas claras para suas perguntas sobre pressão de projeto, cálculos de pressão de explosão, E quando usar Gráficos de pressão de explosão, enquanto esclarecem as diferenças entre projeto e pressão de explosão.

1. Que pressão de design devo usar? 250 bar, 290 bar, ou superior?

Responder: Para ASME B31.3, o pressão de projeto deve ser o Pressão máxima que o sistema deve experimentar em condições normais ou perturbadas, incluindo qualquer configuração de alívio de pressão ou válvula de segurança, com consideração para práticas de design conservador.

• Detalhes do seu sistema:
  • A válvula de alívio de pressão da bomba (Prv) opera em 250 bar.
  • A válvula de segurança está definida em 290 bar.
  • Você calculou usando 300 bar Como pressão de projeto.
• Orientação:
  • Por ASME B31.3, A pressão do projeto deve explicar a mais alta pressão que o sistema pode experimentar, incluindo condições transitórias ou configurações da válvula de segurança. O Configuração da válvula de segurança de 290 bar representa a pressão máxima que o sistema foi projetado para lidar antes que a válvula de segurança ativa.
  • É prática comum adicionar um margem Para a configuração da válvula de segurança para garantir que o tubo possa suportar pressões ligeiramente acima do ponto de alívio, Especialmente para sistemas dinâmicos, como água de alta pressão, com bombas de êmbolo, onde picos de pressão podem ocorrer.
  • Sua escolha de 300 bar Como a pressão do projeto é razoável e conservadora, como fornece uma pequena margem (aproximadamente 3.4%) acima da configuração da válvula de segurança de 290 bar. Isso é responsável por possíveis surtos de pressão ou tolerâncias na operação da válvula de segurança.
• Recomendação:
  • Usar 300 bar (4350 psi) Como pressão de projeto, Como você fez, Para garantir que a tubulação possa lidar com a pressão máxima do sistema com uma margem de segurança. Se você quer ser menos conservador, você poderia usar 290 bar (4205 psi), mas o 300 A escolha da barra é mais segura para sistemas dinâmicos com possíveis transientes de pressão.

2. Verificação do seu cálculo para a espessura da parede do tubo

Você calculou que um 1-cronograma de polegada 80s tp316l tubo (De = 1.315 polegadas) funciona para uma pressão de design de 300 bar. Vamos verificar isso usando a ASME B31.3 Fórmula 3A do parágrafo 304.1.2 para tubo reto sob pressão interna.

Fórmula 3a (ASME B31.3, 304.1.2)

Onde:

• T = espessura da parede necessária (em)
• P = pressão de projeto (psi)
• D = diâmetro externo do tubo (em)
• S = estresse permitido (psi) = 16,700 psi para TP316L a 20 a 30 ° C
• E = fator de qualidade (1.0 Para um tubo sem costura por ASME B31.3, Tabela A-1A)
• W = fator de redução da força da articulação de solda (1.0 para tubo sem costura ou a baixas temperaturas como 20 a 30 ° C)
• Y = coeficiente para temperatura (0.4 para austenítico aço inoxidável como o TP316L a 20 a 30 ° C, por tabela 304.1.1)

Dado

• Pressão de projeto, P = 300 bar = 300 × 14.5038 = 4351.14 psi
• Tubo de, D = 1.315 em (1-tubo nominal de polegada)
• Estresse permitido, S = 16,700 psi
• E = 1.0 (tubo sem costura)
• W = 1.0 (tubo sem costura, baixa temperatura)
• Y = 0.4 (Aço inoxidável austenítico a 20 a 30 ° C)

Etapa 1: Calcule a espessura necessária

Etapa 2: Adicione o subsídio de corrosão e a tolerância do moinho

• Subsídio de corrosão: Para água de alta pressão no aço inoxidável TP316L a 20 a 30 ° C, A corrosão é mínima. Se nenhuma subsídio de corrosão específica for necessária, assumir 0 polegadas. Confirme com os requisitos do seu sistema (por exemplo, qualidade da água, potencial de erosão).
• Tolerância ao moinho: Para o tubo ASTM A312 sem costura, A tolerância de fabricação é normalmente -12.5% da espessura da parede nominal. A espessura necessária deve ser ajustada para garantir a espessura mínima após a tolerância atender ou exceder 0.155 em.

Etapa 3: Compare com o Anexo 80

• Para um cronograma de 1 polegada dos anos 80 (ASTM A312 TP316L):
  • Espessura nominal da parede = 0.179 em (Por ASME B36.19m para tubo de aço inoxidável).
  • Espessura mínima depois 12.5% tolerância ao moinho = 0.179 × 0.875 = 0.157 em.
• A espessura mínima (0.157 em) excede a espessura necessária (0.155 em), então 1-A programação de polegadas dos anos 80 é adequada para 300 bar (4351 psi) pressão de projeto.

Conclusão: Sua seleção de 1-cronograma de polegadas 80s (De = 1.315 em, espessura nominal da parede = 0.179 em) é correto para uma pressão de projeto de 300 bar, assumindo que não é necessário um subsídio significativo de corrosão.

3. Como as pressões estourando nas gráficos de tubos de aço inoxidável ASTM A312 calculados?

Responder: Pressão de explosão para tubos, incluindo tubos de aço inoxidável ASTM A312, é normalmente calculado usando o Fórmula de Barlow ou uma fórmula teórica semelhante para vasos de pressão de paredes finas. Esses gráficos fornecem o pressão teórica em que o tubo falharia (explodido) com base na resistência à tração final do material (UTS) E as dimensões do tubo.

Fórmula de Barlow para a pressão de explosão

Onde:

• P_b = pressão de ruptura (psi)
• S_u = resistência à tração final do material (psi)
• T = espessura da parede nominal (em)
• D = diâmetro externo (em)

Para ASTM A312 TP316L

• Resistência à tração final (S_U) é aproximadamente 70,000 psi (por ASTM A312, UTS mínimo para TP316L é 70 ksi).
• Para seu cronograma de 1 polegada dos anos 80:
  • t = 0.179 em
  • D = 1.315 em

Cálculo

Notas sobre gráficos de pressão de explosão

• Gráficos são derivados de tais cálculos, frequentemente ajustado para:
  • Espessura mínima da parede (contabilização da tolerância ao moinho, por exemplo, 87.5% de espessura nominal).
  • Propriedades do material (Usando UTS mínimo da ASTM A312).
  • Fatores de segurança ou simplificações (Alguns gráficos podem usar suposições conservadoras).
• Os gráficos também podem incorporar dados empíricos ou fórmulas modificadas para explicar fatores do mundo real, como defeitos materiais, Efeitos de costura (Para tubos soldados), ou reduções de alta temperatura.
• Para tubos TP316L sem costura, A pressão de ruptura é baseada em propriedades de tubo sem costura, e gráficos normalmente listam valores para horários padrão (por exemplo, 40S, 80S).

Quando usar gráficos de pressão de ruptura

• Os gráficos de pressão de explosão são usados ​​para estimar a pressão final de falha de um cano, normalmente para:
  • Avaliações de segurança: Para garantir que a pressão operacional do sistema esteja muito abaixo da pressão de estouro (por exemplo, Aplicando um fator de segurança).
  • Validação do projeto: Para confirmar que a pressão de ruptura do tubo fornece uma margem suficiente acima da pressão de projeto.
  • Aplicações não-ASME: Em indústrias não governadas pela ASME B31.3, Onde a pressão de explosão é um critério de design primário (por exemplo, Alguns sistemas hidráulicos).
• Para ASME B31.3: A pressão de explosão é não usado diretamente Para cálculos de espessura da parede do tubo. Em vez de, o estresse permitido (S) governa, que normalmente é definido em uma fração do UTS (por exemplo, 1/3 para 1/4 de UTs para aço inoxidável) Para garantir uma grande margem de segurança.

4. Diferença entre pressão de projeto e pressão de ruptura?

Pressão de projeto:

• O pressão máxima O sistema foi projetado para operar em, incluindo operação normal, transientes, e configurações da válvula de segurança.
• Usado nos cálculos ASME B31.3 para determinar a espessura da parede do tubo necessária com base em estresse permitido (S), que incorpora um fator de segurança (por exemplo, 16,700 PSI para TP316L, Muito menor que o UTS).
• Garante, muito abaixo da falha.
• Para o seu sistema: 300 bar (4351 psi), escolhido de forma conservadora acima da configuração da válvula de segurança de 290 bar.

Pressão de explosão:

• O pressão teórica em que o tubo falharia (explodido) Devido à pressão interna, excedendo a resistência à tração final do material.
• Calculado usando o material UTS (por exemplo, 70,000 PSI para TP316L) e dimensões do tubo, sem fatores de segurança.
• Para seu cronograma de 1 polegada dos anos 80: Aproximadamente 1314 bar (19,057 psi), muito acima da pressão do projeto.
• Representa o Ponto final de falha, Não é uma condição de operação segura.

Principais diferenças

Por que a diferença é importante:

• ASME B31.3 garante que o tubo opere com um Grande margem de segurança (pressão de projeto << pressão de explosão) Para evitar falha em todas as condições, incluindo fadiga, corrosão, ou picos de pressão.
• A pressão de estourar é uma referência para entender a capacidade final do tubo, mas não é usada para o design porque não possui fatores de segurança.

5. Considerações adicionais para o seu sistema

• Transientes de pressão: Bombas de êmbolo podem causar pula de pressão (martelo de água) Devido à operação rápida da válvula ou entupimento do bico. Garanta o 300 Projeto de barra de barra contas para esses transientes. Se ondas pudessem exceder 290 bar significativamente, considere a Pressão de projeto mais alta ou dispositivos de supressão de onda.
• Corrosão/erosão: Água de alta pressão com bicos de atomização pode causar erosão em dobras ou bicos. O TP316L é resistente à corrosão, Mas confirme a qualidade da água (por exemplo, Sem cloretos) e considere um pequeno subsídio de corrosão (por exemplo, 0.01–0.02 in) Se a erosão é uma preocupação.
• Disponibilidade do cronograma do tubo: Verifique se a programação de 1 polegada dos anos 80 está prontamente disponível e compatível com acessórios e bicos. Se horários mais altos (por exemplo, Agendar 160 ou xxs) são necessários para diâmetros menores ou pressões mais altas, recalcular.
• Acessórios e juntas: ASME B31.3 requer que os acessórios (por exemplo, cotovelos, camisetas) e juntas (por exemplo, soldas, flanges) Conheça também a pressão do projeto. Verifique se todos os componentes são classificados para 300 bar.
• Teste: ASME B31.3 requer testes hidrostáticos em 1.5x Pressão de projeto (1.5 × 300 bar = 450 bar ou 6527 psi). Confirme que o tubo e o sistema podem suportar esta pressão de teste.

6. Resumo

1. Pressão de projeto: Usar 300 bar (4350 psi) Como pressão de projeto, à medida que cobre conservadoramente a configuração da válvula de segurança de 290 bar e picos de pressão potenciais. Seu cálculo para 1-cronograma de polegada 80s tp316l tubo está correto, com uma espessura nominal da parede de 0.179 em, que atende à espessura necessária de 0.177 em (incluindo tolerância ao moinho).
2. Cálculo de pressão de explosão: As pressões explodidas nos gráficos ASTM A312 são calculadas usando a fórmula de Barlow (P_b = (2 S_U T.) / D) com base na resistência à tração final (~ 70.000 psi para TP316L). Para o seu cachimbo, A pressão de estouro é ~ 1314 bar (19,057 psi).
3. Quando usar gráficos de pressão de ruptura: Use-os para avaliações de segurança ou projetos que não sejam de ameaçadores para garantir uma grande margem entre pressão operacional e falha. Em ASME B31.3, Eles são apenas para referência, Como o estresse permitido governa o design.
4. Design vs.. Pressão de explosão: Pressão de projeto (300 bar) é o limite operacional seguro com base no estresse permitido com fatores de segurança. Pressão de explosão (~ 1314 bar) é o ponto de falha teórico sem fatores de segurança.

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