พิกัดแรงดันท่อสเตนเลส SCH 40: แผนภูมิ สูตร และคู่มือเกรด

ตารางที่ 40 เป็นหนึ่งในมาตรฐานท่อที่ระบุอย่างกว้างขวางที่สุดในระบบท่ออุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ แต่ระดับแรงดันไม่ใช่ตัวเลขคงที่ตัวเดียว โดยจะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับขนาดท่อ เกรดวัสดุ อุณหภูมิในการทำงาน และไม่ว่าท่อจะไร้รอยต่อหรือเป็นแบบเชื่อมก็ตาม สำหรับวิศวกรและทีมจัดซื้อที่ทำงานเกี่ยวกับแอปพลิเคชันที่มีความสำคัญต่อแรงกดดัน การทำความเข้าใจอย่างแน่ชัดว่าตัวแปรเหล่านี้โต้ตอบกันอย่างไรถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับข้อกำหนดที่ปลอดภัยและคุ้มค่า

คู่มือนี้ครอบคลุมทุกสิ่งที่จำเป็นในการกำหนดพิกัดแรงดันที่ถูกต้องสำหรับท่อสแตนเลส สCH 40: มาตรฐานที่อยู่เบื้องหลังกำหนดการ ปัจจัยที่ควบคุมแรงดันในการทำงาน สูตรบาร์โลว์ที่ใช้ในการคำนวณ แผนภูมิแรงดันทีละเกรด ปัจจัยการแก้ไขอุณหภูมิ และความแตกต่างที่สำคัญระหว่างท่อไร้รอยต่อและท่อเชื่อมในการให้บริการแรงดันสูง

ตาราง 40 หมายถึงอะไรสำหรับท่อสแตนเลส

คำว่า "Schedule 40" ไม่ได้หมายถึงความหนาของผนังคงที่ เป็นการกำหนดไร้มิติจากระบบกำหนดเวลาท่อซึ่งกำหนดความหนาของผนังสัมพันธ์กับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (Oดี) ตามมาตรฐานใน ASMอี B36.19 สำหรับท่อสแตนเลส เนื่องจาก OD เพิ่มขึ้นตามขนาดท่อที่กำหนด (NปS) ความหนาของผนังจริงเป็นนิ้วจึงเปลี่ยนแปลงไปในแต่ละขนาด แม้ว่าหมายเลขกำหนดการจะยังคงอยู่ที่ 40

ตัวอย่างเช่น ท่อสแตนเลส NPS SCH 40 ขนาด 1/2" มีความหนาของผนัง 0.109 นิ้ว ในขณะที่ท่อ NPS SCH 40 ขนาด 4" มีความหนาของผนัง 0.237 นิ้ว OD เติบโตเร็วกว่าผนังด้วยเหตุนี้ ท่อ SCH 40 ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าจะมีระดับแรงดันต่ำกว่าท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าในกำหนดการและวัสดุเดียวกันเสมอ — ประเด็นที่ทำให้ผู้ระบุครั้งแรกหลายคนประหลาดใจ

สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม มาตรฐานขนาดที่ใช้บังคับคือ ASME B36.19 และท่อที่ผลิตตามมาตรฐานนี้ในเกรด 304, 304L, 316 และ 316L โดยทั่วไปจะระบุไว้ใน ASTM A312 ครอบคลุมทั้งท่อสแตนเลสแบบไม่มีรอยต่อและแบบเชื่อมสำหรับบริการที่มีอุณหภูมิสูงและมีฤทธิ์กัดกร่อนทั่วไป

ปัจจัยสำคัญที่กำหนดระดับความดัน

ตัวแปรสี่ตัวจะควบคุมแรงดันใช้งานสูงสุดที่อนุญาต (MAWP) ของการติดตั้งท่อสแตนเลส SCH 40 โดยตรง การเปลี่ยนอันใดอันหนึ่งจะเปลี่ยนเพดานแรงดัน

ขนาดท่อที่กำหนด (NPS): ตามที่กล่าวไว้ เส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่กว่าจะให้พิกัดแรงดันที่ต่ำกว่าภายใต้กำหนดเวลาเดียวกัน ท่อ SCH 40 ขนาด 1" ที่พิกัดประมาณ 3,793 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ที่อุณหภูมิแวดล้อมจะลดลงเหลือประมาณ 1,000 psi หรือน้อยกว่าที่ 8" NPS
เกรดวัสดุ: เกรด 316 และ 316L มีค่าความเครียดที่ยอมรับได้สูงกว่าที่อุณหภูมิสูงขึ้น เมื่อเทียบกับ 304/304L ซึ่งแปลโดยตรงเป็นพิกัดแรงดันที่สูงกว่าในการใช้งานด้านบริการร้อน ที่อุณหภูมิแวดล้อมความแตกต่างจะเล็กน้อย มันจะมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิสูงกว่า 300°F
อุณหภูมิในการทำงาน: ความเครียดที่ยอมรับได้จะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ASME B31.3 มีตารางความเค้นที่อนุญาตตามอุณหภูมิสำหรับแต่ละเกรด ท่อพิกัดที่ 3,793 psi ที่ 100°F อาจได้รับการจัดอันดับที่ประมาณ 3,139 psi ที่ 300°F สำหรับเกรด 304 เท่านั้น
ปัจจัยด้านคุณภาพข้อต่อตามยาว (E): ปัจจัยนี้สะท้อนถึงวิธีการผลิต ท่อไร้รอยต่อมี E = 1.0 (ไม่มีรอยเชื่อมเพื่อลดความสมบูรณ์) ท่อเชื่อมต้านทานไฟฟ้า (ERW) หรือท่อเชื่อมฟิวชันมีค่า E = 0.85 หรือต่ำกว่า ขึ้นอยู่กับระดับการตรวจสอบ ปัจจัยนี้จะปรับขนาดอัตราแรงดันที่คำนวณได้โดยตรง

วิธีคำนวณคะแนนความดัน (สูตรบาร์โลว์)

แรงดันใช้งานสำหรับท่อสแตนเลสคำนวณโดยใช้สูตรบาร์โลว์ที่ดัดแปลงตามที่กำหนดใน ASME B31.3:

P = (2 × ส × เสื้อ × E) / (D − 2 × ย × เสื้อ)

ที่ไหน:

P = แรงดันใช้งานสูงสุดที่อนุญาต (psi)
S = ความเค้นที่ยอมให้วัสดุที่อุณหภูมิใช้งาน (psi)
t = ความหนาของผนังท่อ (นิ้ว)
E = ปัจจัยด้านคุณภาพข้อต่อตามยาว (1.0 สำหรับรอยต่อไร้รอยต่อ)
D = เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (นิ้ว)
Y = ค่าสัมประสิทธิ์ความหนาของผนัง (โดยทั่วไปคือ 0.4 สำหรับโลหะดัดที่อุณหภูมิสูงถึง 900°F)

ตามตัวอย่างการทำงาน: ท่อเหล็กกล้าไร้สนิมไร้ตะเข็บ NPS SCH 40 ขนาด 1" (เกรด 304) มี OD = 1.315", ความหนาของผนัง t = 0.133", ความเค้นที่อนุญาต S = 16,700 psi ที่ 100°F, E = 1.0 และ Y = 0.4 การใช้สูตรจะให้แรงดันใช้งานประมาณ 3,793 psi — สอดคล้องกับตารางอุตสาหกรรมที่เผยแพร่สำหรับขนาดและเกรดนี้

สูตรนี้ทำให้ชัดเจนว่าเหตุใดความหนาของผนังและเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกจึงรวมกัน (ไม่ใช่การกำหนดตัวเลขเพียงอย่างเดียว) จึงกำหนดความสามารถในการรับแรงกดที่แท้จริง ใช้ขนาดที่วัดได้จริงและค่าความเค้นของวัสดุที่ยืนยันเสมอเมื่อทำการคำนวณการออกแบบ แทนที่จะอาศัยตัวเลขที่ระบุ

แผนภูมิคะแนนความดันท่อสแตนเลส SCH 40

ตารางด้านล่างแสดงแรงดันในการทำงานทั่วไปที่อนุญาตสำหรับท่อสแตนเลส SCH 40 ไร้ตะเข็บ (ASTM A312) ที่อุณหภูมิแวดล้อม (–20°F ถึง 100°F) สำหรับเกรดสองเกรดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ค่าจะถูกคำนวณตาม ASME B31.3 โดยมี E = 1.0 และปัจจัยด้านความปลอดภัยเท่ากับ 4

MAWP ทั่วไปสำหรับท่อสแตนเลส SCH 40 ไร้รอยต่อที่อุณหภูมิแวดล้อม (ASTM A312, ASME B31.3, E=1.0)
กรมอุทยานฯ (นิ้ว)	OD (นิ้ว)	ความหนาของผนัง (นิ้ว)	เกรด 304/304L (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว)	เกรด 316/316L (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว)
1/2	0.840	0.109	4,547	4,923
3/4	1.050	0.113	3,643	3,943
1	1.315	0.133	3,793	4,107
1-1/2	1.900	0.145	2,712	2,936
2	2.375	0.154	2,307	2,498
3	3.500	0.216	2,212	2,395
4	4.500	0.237	1,878	2,033
6	6.625	0.280	1,510	1,634
8	8.625	0.322	1,330	1,440
10	10.750	0.365	1,209	1,309
12	12.750	0.375	1,047	1,134

โปรดทราบว่าสิ่งเหล่านี้เป็นค่าอ้างอิงสำหรับแนวทางการออกแบบ พิกัดแรงดันสุดท้ายสำหรับการติดตั้งเฉพาะใดๆ จะต้องได้รับการยืนยันโดยใช้ขนาดท่อจริง รายงานการทดสอบโรงงานที่ได้รับการรับรอง และรหัสการออกแบบที่เกี่ยวข้องสำหรับเงื่อนไขการบริการที่เกี่ยวข้อง

อุณหภูมิส่งผลต่อระดับความดันอย่างไร

เหล็กกล้าไร้สนิมจะสูญเสียความเค้นที่อนุญาตได้ที่อุณหภูมิสูง ซึ่งจะช่วยลดแรงดันในการทำงานของท่อ SCH 40 ได้โดยตรง ASME B31.3 จัดตารางค่าความเครียดที่อนุญาตสำหรับแต่ละเกรดในช่วงอุณหภูมิต่างๆ และจะต้องนำไปใช้เมื่อออกแบบระบบใดๆ ที่ทำงานเหนือสภาวะแวดล้อม

ตารางด้านล่างแสดงตัวคูณการลดอุณหภูมิที่สัมพันธ์กับแรงดันใช้งานที่อุณหภูมิแวดล้อมสำหรับเกรด 304/304L และ 316/316L เกรด 316/316L คงระดับแรงดันที่อุณหภูมิสูงได้อย่างสม่ำเสมอ — เกณฑ์การคัดเลือกที่สำคัญสำหรับท่อไอน้ำ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และท่อกระบวนการที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า 500°F

ตัวคูณแรงดันใช้งานตามอุณหภูมิสำหรับท่อสแตนเลส ASTM A312 SCH 40
อุณหภูมิในการทำงาน	ตัวคูณเกรด 304/304L	ตัวคูณเกรด 316/316L
–20°F ถึง 100°F	1.000	1.000
200°F	0.910	0.960
300°F	0.828	0.900
500°F	0.744	0.853
750°F	0.702	0.797
1,000°F	0.665	0.746

หากต้องการใช้ตัวคูณเหล่านี้ ให้นำแรงดันในการทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อมจากแผนภูมิแรงดันด้านบนแล้วคูณด้วยปัจจัยที่เหมาะสม ตัวอย่างเช่น ท่อ SCH 40 เกรด 316 ขนาด 2 นิ้วที่มีพิกัดประมาณ 2,498 psi ที่อุณหภูมิแวดล้อมจะมีแรงดันใช้งานประมาณ 2,131 psi ที่ 500°F (2,498 × 0.853) สำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้อง ท่อภาชนะรับความดัน การบริการ การลดพิกัดอุณหภูมิเป็นขั้นตอนการออกแบบบังคับภายใต้ ASME มาตรา VIII

ไร้รอยต่อกับรอยเชื่อม: เหตุใดจึงสำคัญสำหรับแรงกดดัน

วิธีการผลิตท่อสแตนเลส SCH 40 มีผลกระทบโดยตรงและเชิงปริมาณต่อระดับแรงดัน ความแตกต่างนี้มีอยู่ในการคำนวณ ASME B31.3 ผ่านปัจจัยคุณภาพข้อต่อตามยาว E

ท่อไร้รอยต่อ (E = 1.0): ไม่มีรอยเชื่อม. ท่อถูกสร้างขึ้นจากเหล็กแท่งแข็งและอัดหรือดึงเข้ากับท่อที่เสร็จแล้ว เนื่องจากไม่มีรอยต่อ วัสดุจึงมีความแข็งแรงเต็มผนังท่อทั้งหมด ท่อไร้รอยต่อเป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับการใช้งานที่มีแรงดันสูง อุณหภูมิสูง และไวต่อความเมื่อยล้า
ท่อเชื่อม (E = 0.85 หรือต่ำกว่า): เกิดจากแถบหรือแผ่นและเชื่อมตามยาว แม้จะมีการตรวจสอบด้วยภาพรังสีเต็มรูปแบบ (ซึ่งสามารถเพิ่ม E เป็น 1.0 ภายใต้เงื่อนไขรหัสเฉพาะ) ท่อเชื่อมยังแนะนำโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนซึ่งช่วยลดความเครียดที่อนุญาตอย่างมีประสิทธิผลในการใช้งานมาตรฐาน

ในทางปฏิบัติ ท่อ SCH 40 ไร้ตะเข็บที่พิกัด 3,793 psi ที่ 1" NPS จะถูกลดพิกัดลงเหลือประมาณ 3,224 psi สำหรับการเชื่อมเทียบเท่ามาตรฐาน (ใช้ E = 0.85) — ลดลงเกือบ 15 เปอร์เซ็นต์จากขนาดที่ระบุเดียวกัน สำหรับบริการที่มีความสำคัญต่อแรงกดดัน ข้อกำหนดเฉพาะของโครงสร้างที่ไร้รอยต่อไม่ใช่ข้อกำหนดจำเพาะที่สูงเกินไปแบบอนุรักษ์นิยม แต่เป็นข้อกำหนดที่ขับเคลื่อนด้วยโค้ด

ของเรา สแตนเลสท่อไร้รอยต่อ/ท่อ กลุ่มผลิตภัณฑ์ครอบคลุมเกรดและขนาดอุตสาหกรรมทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับบริการความดันที่มีความสมบูรณ์สูง ผลิตตามมาตรฐาน ASTM A312 และตรวจสอบตามข้อกำหนดด้านมิติและทางกลของ ASME

การเลือกท่อสแตนเลส SCH 40 ที่เหมาะสม

การเลือกท่อสแตนเลส SCH 40 ที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานแรงดันนั้นขึ้นอยู่กับตัวแปรสามประการที่สอดคล้องกับเงื่อนไขการบริการ ได้แก่ เกรด วิธีการผลิต และขนาด กรอบการทำงานต่อไปนี้ครอบคลุมประเด็นการตัดสินใจที่พบบ่อยที่สุด

การเลือกตามเกรด

เกรด 304 / 304L: ตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการต้านทานการกัดกร่อนทั่วไป ระบบน้ำ การแปรรูปอาหาร และการบริการที่อุณหภูมิปานกลาง แนะนำให้ใช้ 304L (คาร์บอนต่ำ) สำหรับการประกอบแบบเชื่อมเพื่อลดอาการแพ้
เกรด 316 / 316L: จำเป็นเมื่อมีคลอไรด์ไอออน กรด หรืออุณหภูมิสูง การเติมโมลิบดีนัมช่วยให้ต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกได้ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด 316L เป็นมาตรฐานสำหรับการเชื่อมท่อยา เคมี และท่อเดินทะเล

การเลือกตามช่วงแรงดันการใช้งาน

ต่ำกว่า 500 psi ที่อุณหภูมิแวดล้อม: โดยทั่วไปแล้ว ท่อเชื่อม SCH 40 ในเกรดที่เหมาะสมจะเพียงพอและคุ้มค่า
500–3,000 psi ที่อุณหภูมิแวดล้อม: ท่อไร้ตะเข็บ SCH 40 เกรด 304 หรือ 316 ครอบคลุมกลุ่มผลิตภัณฑ์นี้สำหรับขนาดสูงสุดประมาณ 4" NPS ยืนยันด้วยการคำนวณ ASME B31.3 สำหรับขนาดที่แน่นอน
บริการที่สูงกว่า 3,000 psi หรืออุณหภูมิสูง: ยืนยันว่าความหนาของผนัง SCH 40 เพียงพอสำหรับสภาวะแรงดันและอุณหภูมิรวม อาจจำเป็นต้องใช้ตารางเวลา SCH 80 หรือที่หนักกว่าสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่กว่าหรือระบบที่มีอุณหภูมิสูง

การเลือกตามการใช้งานขั้นสุดท้าย

การแปรรูปทางเคมี ปิโตรเคมี และบริการน้ำมันและก๊าซ: เกรด 316/316L, ASTM A312 ไร้รอยต่อ สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้เต็มรูปแบบด้วยรายงานผลการทดสอบของโรงงาน
บริการอบไอน้ำและหม้อไอน้ำ: เกรด 304 หรือ 316 ไร้รอยต่อ ยืนยันกับ ASME B31.1 หรือ B31.3 ตามความเหมาะสม
การขนส่งของเหลวทางอุตสาหกรรมทั่วไป: เกรด 304 แบบเชื่อมหรือไร้รอยต่อ, ASTM A312 ขนาดตามแผนภูมิความดันสำหรับ NPS ที่ต้องการ

ของเรา ท่อไร้รอยต่ออุตสาหกรรมสแตนเลส กลุ่มผลิตภัณฑ์ครอบคลุมเกรด 304, 304L, 316 และ 316L ใน Schedule 40 และการกำหนดค่าผนังอื่นๆ ที่มาพร้อมกับการรับรอง ASTM A312 เต็มรูปแบบและการปฏิบัติตามขนาดตาม ASME B36.19 ติดต่อเราเพื่อแจ้งข้อกำหนดของ NPS เกรด แรงดันใช้งาน และอุณหภูมิ เพื่อขอคำแนะนำผลิตภัณฑ์และใบเสนอราคาโดยละเอียด

แบ่งปัน: