Hvor mye internt trykk kan et rustfritt stålrør bære trygt? Svaret er ikke et fast tall stemplet på røret -, det avhenger av veggtykkelsen, utvendig diameter, legeringskvaliteten, designtemperaturen og sveisekvaliteten. ASME B31.3 Process Piping gir industri-standardmetoden for å beregne det: den tillatte spenningsmetoden.

Denne veiledningen forklarer de eksakte ASME B31.3-formlene, hvordan den tillatte spenningen S velges for rustfrie stålkvaliteter, og hvordan E-, Y- og W-faktorene endrer resultatet. Deretter går den gjennom fire komplette bearbeidede eksempler - fra en rom-sømløs linje med temperatur på 316L til et valg av tunge-vegger ved forhøyet temperatur. Hvert avsnitt angir sin konklusjon først, og forklarer deretter resonnementet, slik at ingeniører, kjøpere og studenter kan trekke ut svaret direkte.
Hva er ASME B31.3 tillatt stressmetode?
Den tillatte spenningsmetoden beregner et rørs trykkkapasitet fra styrken til materialet, ikke fra et fast klassenummer. Du tar koden-tillatt spenning for legeringen ved designtemperaturen, justerer den for sveisekvalitet og geometri, og løser for trykk. Det er styrke-basert, ikke størrelse-basert.
Eldre rørsystemer var noen ganger avhengige av nominelle "planleggings"-forutsetninger eller rørklassetabeller. ASME B31.3 behandler i stedet hvert rør som en tynn -trykkbeholder og bruker en enkelt konsistent ligning. Dette er viktig fordi den samme nominelle rørstørrelsen og tidsplanen gir en helt annen trykkklassifisering når legeringen, temperaturen eller sveisetypen endres. For eksempel en8-tommers Schedule 40-rørvurdert til omgivelsestemperatur i dupleks 2205 bærer omtrent 15,9 MPa, mens det samme røret i 316L bare bærer omtrent 12,1 MPa - en forskjell på 31 % drevet utelukkende av materialstyrke.
|
Konsept |
Betydning |
Hvorfor det betyr noe |
|
Designtrykk (P) |
Maksimalt internt trykk forventet i drift, pluss margin |
Innspillet til beregningen; satt av prosessdesign |
|
Tillatt stress (S) |
Maksimal spenning koden tillater i materialet ved designtemperatur |
Legeringer med høyere-styrke gir høyere vurderinger |
|
Trykkdesigntykkelse (t) |
Veggtykkelse nødvendig før det legges til korrosjonsgodtgjørelse |
Det beregnede minimum |
|
Minimum tykkelse (t_m) |
t pluss korrosjons- og erosjonsgodtgjørelse c |
Hva røret faktisk må beholde i drift |
|
Nominell tykkelse |
Kjøpt veggtykkelse (plan) |
Må overstige t_m etter fratrukket mølletoleranse |
|
MAWP |
Maksimalt tillatt arbeidstrykk for det ferdige røret |
Vurderingen du rapporterer til prosjektet |
Referanse: ASME B31.3 Prosessrør, Kapittel II Design, Avsnitt 304.1.2 (Straight Pipe Under Internal Pressure), 2022-utgaven.
Hva er ASME B31.3 Design Pressure Formula for rustfritt stålrør?
ASME B31.3 bruker én ligning for rett rør under internt trykk. For å finne den nødvendige veggtykkelsen, løs for t; for å finne det maksimale trykket for et kjent rør, omorganiser den samme ligningen og løs for P.
Begge skjemaene kommer direkte fra paragraf 304.1.2 i ASME B31.3. Ligningen forklarer det faktum at en trykksylinder bærer bøylespenningen som er høyest på innsiden, og den korrigerer den ytre diameteren til den indre diameteren ved å trekke fra to ganger veggtykkelsen. Y-koeffisienten avgrenser denne korreksjonen for materialtype og temperatur.

Form 1 - Nødvendig trykkdesigntykkelse:
- t = (P x D) / (2 x (S x E + P x Y))
Skjema 2 - Maksimal trykkklassifisering for et kjent rør:
- P = (2 x S x E x t) / (D - 2 x Y x t)
Skjema 3 - Minimum tykkelse inkludert kvote:
- t_m = t + c
|
Symbol |
Variabel |
Enhet (beregning) |
Hvordan få tak i |
|
P |
Internt designtrykk |
MPa |
Prosessdesigngrunnlag; må inkludere bølge/pulsasjonsmargin |
|
D |
Utvendig diameter på røret |
mm |
ASME B36.19M eller bord; NPS til OD konvertering |
|
t |
Trykkdesigntykkelse |
mm |
Beregnet - er dette resultatet av skjema 1 |
|
t_m |
Minimum nødvendig tykkelse |
mm |
t + korrosjons-/erosjonstillegg c |
|
S |
Tillatt stress |
MPa |
ASME B31.3 Tabell A-1 ved designtemperatur |
|
E |
Sveisefugekvalitetsfaktor |
dimensjonsløs |
ASME B31.3 Tabell A-1A / A-1B |
|
Y |
Koeffisient (tykkelse/diameter) |
dimensjonsløs |
ASME B31.3 Tabell 304.1.1 etter materiale og temperatur |
|
W |
Reduksjonsfaktor for sveisefugestyrke |
dimensjonsløs |
ASME B31.3 Paragraf 302.3.5(e);=1.0 under krypeområde |
|
c |
Korrosjons- og erosjonstilskudd |
mm |
Prosjektspesifikasjon (vanligvis 0.5 - 3.0 mm) |
Formler i henhold til ASME B31.3-2022, paragraf 304.1.2, ligninger (3a) og (3b). Merk: W brukes på S (det vil si S x W) ved evaluering av materialer i krypeområdet. For temperaturer under krypeområdet, W=1.0.
Hvordan bestemmes den tillatte spenningen (S) for rustfritt stål?
S er den laveste verdien produsert av fem kodekriterier brukt på materialets spesifiserte minimumsstyrke. For austenittisk rustfritt stål tillater en spesiell regel en høyere verdi - opptil 90 % av utbytte ved temperatur -, hvilket er grunnen til at 316L er vurdert til ca. 20 ksi (138 MPa) ved omgivelsestemperatur i stedet for 16,7 ksi som en streng to{8}}9}-tredjedelsregel ville gitt-9}}.
ASME B31.3 Avsnitt 302.3.2 utleder S fra de mekaniske egenskapene til spesifikasjonen. De fem styrende kriteriene er: (1) en-tredjedel av den spesifiserte minste strekkfastheten ved designtemperatur; (2) to-tredjedeler av den spesifiserte minste flytegrensen ved designtemperatur; (3) en-tredjedel av strekkfastheten ved romtemperatur; (4) to-tredjedeler av flytegrensen ved romtemperatur; og (5) for austenittisk rustfritt stål og nikkellegeringer, opptil så mye som 90 % av utbyttet ved temperatur, underlagt ytterligere begrensninger. Ved høy temperatur overtar tilleggsgrenser basert på 100 000 timers krypbrudd og kryphastighet, og disse styrer vanligvis den endelige tabellverdien.
Illustrative tillatte spenningsverdier (veiledende - bruk alltid gjeldende utgave av tabell A-1 for design):
|
Karakter (spesifikasjon) |
38 grader C (100 grader F) |
149 grader C (300 grader F) |
260 grader C (500 grader F) |
371 grader C (700 grader F) |
|
TP304L (ASTM A312) |
20,0 ksi / 138 MPa |
16.7 / 115 |
13.8 / 95 |
12.4 / 86 |
|
TP316L (ASTM A312) |
20,0 ksi / 138 MPa |
16.7 / 115 |
14.4 / 99 |
13.0 / 90 |
|
TP321 (ASTM A312) |
20,0 ksi / 138 MPa |
18.1 / 125 |
15.9 / 110 |
14.4 / 99 |
|
TP347 (ASTM A312) |
20,0 ksi / 138 MPa |
18.1 / 125 |
15.9 / 110 |
14.4 / 99 |
|
2205 Duplex (ASTM A790) |
30,0 ksi / 207 MPa |
28.0 / 193 |
26.0 / 179 |
n/a over 315 grader C |
|
2507 Super Duplex (ASTM A790) |
36,0 ksi / 248 MPa |
34.0 / 234 |
32.0 / 221 |
n/a over 315 grader C |
Verdiene som vises er veiledende og avrundet kun for illustrasjon. Designbruk må referere til ASME B31.3-2022 Tabell A-1 ved nøyaktig designtemperatur. Duplekskvaliteter er ikke tillatt over kodetemperaturgrensene.
Hva betyr E-, Y- og W-faktorene?
E belønner sveisekvalitet, Y korrigerer bøylens-spenningsformel for materiale og temperatur, og W straffer service i krypeområdet. I de fleste linjer i rustfritt stål under 480 grader C, er E og Y de eneste faktorene som endrer resultatet: E=1.00 for sømløse og fullstendig undersøkte rør, og Y=0.4 for austenittisk rustfritt stål.
E er kvalitetsfaktoren for sveisefugen. Sømløst rør har ingen sveis, så E=1.00.-sveiset rør krediteres for den ikke-destruktive undersøkelsen som er utført på sømmen, og det er grunnen til at radiografi øker trykkklassifiseringen direkte. Y gjør rede for det faktum at bøyle-spenningsligningen ikke er perfekt lineær med veggtykkelsen; den stiger med temperaturen for ferritiske stål, men holder seg på 0,4 for austenittisk rustfritt stål til ca. 480 grader C. W brukes bare i krypeområdet, der lang-høy-temperaturoppførsel erstatter kortsiktig-strekkfasthet.
Tabell 1 - Sveisefugekvalitetsfaktor E (typiske verdier for rustfritt stålrør):
|
Rørtype og undersøkelse |
Spesifikasjon |
E-faktor |
|
Sømløs, ingen sveis |
ASTM A312 / A790 |
1.00 |
|
Sveiset, 100 % radiografi eller ultralyd |
ASTM A312 / A358 / A790 |
1.00 |
|
Elektrisk smeltesveiset, punktradiografi |
ASTM A358 |
0.85 |
|
Elektrisk smeltesveiset, ingen radiografi |
ASTM A358 |
0.80 |
|
Ovnsstussveiset |
ASTM A53 |
0.60 |
Tabell 2 - Y-koeffisient (ASME B31.3 Tabell 304.1.1):
|
Materiale |
Opp til 482 grader C |
538 grader C |
593 grader C |
621 grader C og over |
|
Austenittisk rustfritt stål |
0.4 |
0.4 |
0.5 |
0.7 |
|
Ferritisk / karbonstål |
0.4 |
0.7 |
0.7 |
0.7 |
|
Nikkellegeringer og andre duktile metaller |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
Important detail: when the wall is very thick relative to the diameter (t >= D/6), må Y-koeffisienten beregnes direkte som Y=(d + 2c) / (D + d + 2c), der d er den indre diameteren. Verdiene ovenfor gjelder kun for vanlige tynnvegger-. W tilsvarer 1,0 for all service i rustfritt stål under krypeområdet, som dekker det store flertallet av industrirør.
Kilde: ASME B31.3-2022, Tabell A-1A, Tabell A-1B, Tabell 304.1.1 og Paragraf 302.3.5(e). Verdiene som vises er typiske; bekreft mot gjeldende utgave før designbruk.
Hva er forskjellen mellom designtrykk, MAWP og testtrykk?
Designtrykket er inngangen, MAWP er den beregnede kapasiteten til det installerte røret, og testtrykket er en verifikasjonsbelastning. Designtrykket må være mindre enn eller lik MAWP; hydrostatisk testtrykk er normalt 1,5 ganger designtrykket for prosessrør i rustfritt stål.
Forvirring mellom disse tre begrepene forårsaker reelle prosjektfeil. Designtrykk velges av prosessingeniør og inkluderer en driftsmargin. MAWP er hva det valgte røret - med sin faktiske veggtykkelse, ved sin faktiske designtemperatur - kan tåle som beregnet av B31.3-ligningen. Hvis den beregnede MAWP er lavere enn designtrykket, er røret ukvalifisert og det kreves en tyngre tidsplan eller sterkere legering. Hydrostatisk testing i henhold til ASME B31.3 Paragraf 345.4.2 utføres ved 1,5 ganger designtrykket for metalliske rør, holdt i minst 10 minutter, og er en sjekk av den fabrikkerte sammenstillingen, ikke en erstatning for designberegningen.
|
Periode |
Definisjon |
Typisk verdi / regel |
|
Designtrykk |
Grunnlag for tykkelsesberegning, satt av prosessdesign |
Driftspress pluss margin |
|
MAWP |
Beregnet maksimalt trykk røret kan bære ved designtemperatur |
Must be >= designtrykk |
|
Hydrostatisk prøvetrykk |
Bevistest av det fabrikkerte systemet |
1,5 x designtrykk (B31.3 Para 345.4.2) |
|
Pneumatisk prøvetrykk |
Luft/gasstett test der hydro er upraktisk |
1,1 x designtrykk (B31.3 Para 345.5) |
|
Sprengt trykk |
Faktisk trykk som røret sprekker ved |
Typisk 3-4 x MAWP; ikke en designverdi |
Kilde: ASME B31.3-2022, avsnitt 301.2, 302.2, 345.4.2 og 345.5.2.
Hvordan reduserer temperaturen trykkvurderingen til rør i rustfritt stål?
Økende temperatur reduserer tillatt stress, slik at trykket til et fast rør faller jevnt etter hvert som driftstemperaturen øker. For et NPS 6 Schedule 40S 316L-rør faller omgivelsesverdien på omtrent 12,1 MPa til omtrent 9,0 MPa ved 204 grader C og omtrent 7,6 MPa ved 427 grader C -, en reduksjon på omtrent 37 %.

Årsaken er metallurgisk, ikke geometrisk. Rørveggen endres ikke med temperaturen, men den tillatte spenningen S faller fordi flyte- og strekkfastheten avtar etter hvert som metaller mykner. ASME B31.3 Tabell A-1 tabellerer S ved temperaturøkninger, og designingeniøren må interpolere ved den faktiske designtemperaturen. Rustfritt stål beholder sin styrke bedre enn karbonstål opp til ca. 500 grader C, som er en av grunnene til at det er spesifisert for høy-temperaturservice – men det reduseres fortsatt betydelig, og duplekskvaliteter har harde temperaturtak som må respekteres.
|
Temperatur |
S for 316L |
Nominell trykk (NPS 6 Sch 40S) |
Retention vs Ambient |
|
38 grader C (100 grader F) |
20,0 ksi / 138 MPa |
12,1 MPa |
100% |
|
149 grader C (300 grader F) |
16,7 ksi / 115 MPa |
10,1 MPa |
83% |
|
204 grader C (400 grader F) |
15,0 ksi / 103 MPa |
9,0 MPa |
75% |
|
260 grader C (500 grader F) |
14,4 ksi / 99 MPa |
8,7 MPa |
72% |
|
316 grader C (600 grader F) |
13,3 ksi / 92 MPa |
8,0 MPa |
66% |
|
371 grader C (700 grader F) |
13,0 ksi / 90 MPa |
7,8 MPa |
65% |
|
427 grader C (800 grader F) |
12,6 ksi / 87 MPa |
7,6 MPa |
63% |
Beregnet ved å bruke P=2SET/(D - 2Yt) med OD=168.3 mm, t=7.11 mm, E=1.00, Y=0.4, ved å bruke indikative tabell A-1-verdier. Designbruk krever verdier fra gjeldende ASME B31.3-utgave ved nøyaktig designtemperatur.
Bearbeidet eksempel 1: Trykkklassifisering av 316L sømløst rør ved omgivelsestemperatur
Et NPS 6 Schedule 40S ASTM A312 TP316L sømløst rør (OD 168,3 mm, vegg 7,11 mm) er vurdert til omtrent 12,1 MPa ved bruk av nominell vegg. Å trekke fra 12,5 % fresetoleranse for den faktiske minimumsveggen gir en mer realistisk og kode-korrekt vurdering på ca. 10,5 MPa.
Dette er den vanligste beregningen i prosessrør: et kjent rør, en kjent karakter og et spørsmål om kapasitet. Bytt inn verdiene i Form 2 og løs. Den kritiske faglige detaljen er at trykkberegninger må bruke tykkelsen som garantert er tilstede etter produksjon, ikke det nominelle katalogtallet, fordi ASME tillater at rørveggen er opptil 12,5 % under nominell.
Gitt:
Rør: NPS 6 Schedule 40S, OD D=168.3 mm, nominell vegg t=7.11 mm
Materiale: ASTM A312 TP316L sømløs, S=138 MPa ved 38 grader C
E=1.00 (sømløs), Y=0.4 (austenittisk, under 482 grader C)
Trinn 1 - Bytt inn i skjema 2 med nominell vegg:
P = (2 x 138 x 1.00 x 7.11) / (168.3 - 2 x 0.4 x 7.11)
P=1961 / 162.6=12.1 MPa
Trinn 2 - Trekk fra 12,5 % mølletoleranse for å få minimum vegg:
t_min=7.11 x 0.875=6.22 mm
P = (2 x 138 x 1.00 x 6.22) / (168.3 - 2 x 0.4 x 6.22)
P=1715 / 163.3=10.5 MPa
Resultat: koden-korrekt trykkklassifisering for dette røret er omtrent 10,5 MPa (omtrent 1520 psi), ikke 12,1 MPa. Ingeniører som siterer det nominelle-veggtallet overdriver rutinemessig kapasiteten med omtrent 13 %.
Dimensjoner per ASME B36.19M. Mill toleranse i henhold til ASTM A999 / A530. Metode i henhold til ASME B31.3 avsnitt 304.1.2.
Bearbeidet eksempel 2: Trykkvurdering av 304L sveiset rør ved 260 grader C
En NPS 12 Schedule 10S ASTM A358 TP304L sveisede rørhastigheter ved ca. 1,99 MPa når ingen radiografi utføres (E=0.80), ca. 2,11 MPa med punktradiografi (E=0.85), og ca. 2,49 MPa med 100 % radiografi (E {{10}). Valget av eksamensmetode alene endrer karakteren med opptil 25 %.
To krefter virker mot et tynn-vegg, stor-diameter sveiset rør ved forhøyet temperatur: veggen er tynn (4,19 mm), noe som reduserer kapasiteten, og den forhøyede temperaturen senker S for 304L til omtrent 95 MPa. E-faktoren fungerer da som en multiplikator på æren som gis til sveisen. Dette eksemplet viser hvorfor det ofte lønner seg å spesifisere 100 % radiografi: det gjenvinner en fjerdedel av trykkkapasiteten uten materialkostnad.
Gitt:
- Rør: NPS 12 Schedule 10S, OD D=323.9 mm, nominell vegg t=4.19 mm
- Materiale: ASTM A358 TP304L sveiset, S=95 MPa ved 260 grader C
- Y=0.4 (austenittisk, under 482 grader C)
Beregning på tre eksamensnivåer:
E=0.80: P=(2 x 95 x 0,80 x 4,19) / (323.9 - 3.35)=1.99 MPa
E=0.85: P=(2 x 95 x 0,85 x 4,19) / (323.9 - 3.35)=2.11 MPa
E=1.00: P=(2 x 95 x 1,00 x 4,19) / (323.9 - 3.35)=2.49 MPa
|
Eksamensnivå |
E-faktor |
Nominell trykk |
Endring vs ingen RT |
|
Ingen radiografi |
0.80 |
1,99 MPa |
grunnlinje |
|
Spot radiografi |
0.85 |
2,11 MPa |
+6% |
|
100% radiografi / ultralyd |
1.00 |
2,49 MPa |
+25% |
E-verdier per ASME B31.3 Tabell A-1B for ASTM A358 elektrisk smeltesveiset rør. Dimensjoner per ASME B36.19M.
Bearbeidet eksempel 3: Trykkklassifisering av dupleks 2205-rør ved omgivelsestemperatur
Et NPS 8 Schedule 40 ASTM A790 UNS S31803 dupleksrør (OD 219,1 mm, vegg 8,18 mm) er vurdert til omtrent 15,9 MPa ved omgivelsestemperatur - omtrent 31 % høyere enn samme størrelse ville vurdere i 316L. Gevinsten kommer helt fra den høyere tillatte spenningen til dupleks rustfritt stål.
Duplex 2205 har en spesifisert minimum flytegrense på 450 MPa og en strekkfasthet på 620 MPa, så dens kode-tillatte tillatte spenning er omtrent 207 MPa ved omgivelsestemperatur mot omtrent 138 MPa for 316L. Fordi trykkklassifiseringen skalerer direkte med S, bærer dupleksrøret mer trykk i samme veggtykkelse. Dette er grunnen til at dupleks ofte spesifiseres i høytrykks-, klorid--lagertjenester: det gir både høyere styrke og bedre korrosjonsmotstand, men til en høyere materialkostnad og med et temperaturtak på omtrent 315 grader C.
Gitt:
Rør: NPS 8 Schedule 40, OD D=219.1 mm, nominell vegg t=8.18 mm
Materiale: ASTM A790 UNS S31803 (2205), S=207 MPa ved 38 grader C
E=1.00 (sømløs), Y=0.4
P = (2 x 207 x 1.00 x 8.18) / (219.1 - 2 x 0.4 x 8.18)
P=3383 / 212.6=15.9 MPa
|
Karakter |
NPS 8 Sch 40 Vegg |
Tillatt stress (38 grader C) |
Nominell trykk |
|
316L (A312) |
8,18 mm |
138 MPa |
10,6 MPa |
|
2205 Duplex (A790) |
8,18 mm |
207 MPa |
15,9 MPa |
|
2507 Super Duplex (A790) |
8,18 mm |
248 MPa |
19,1 MPa |
Tillatte spenningsverdier veiledende, fra ASME B31.3 Tabell A-1 ved 38 grader C. Dimensjoner per ASME B36.19M / B36.10M.
Bearbeidet eksempel 4: Nødvendig veggtykkelse for et gitt designtrykk
For et 10 MPa designtrykk i NPS 4 rustfritt stålrør ved 200 grader C, er nødvendig vegg 5,32 mm; ved å legge til et 1,0 mm korrosjonsgodtgjørelse og tillate 12,5 % mølletoleranse gir en nødvendig nominell tykkelse på 7,22 mm. Schedule 40S (6,02 mm) er derfor utilstrekkelig, og Schedule 80S (8,56 mm) må spesifiseres.
Dette er beregningen ingeniører faktisk utfører under rørdesign, fordi designtrykk er en inngang og veggtykkelse er utgangen. Sekvensen er alltid: beregn t fra skjema 1, legg til korrosjonstilskuddet for å få t_m, del deretter på mølletoleransefaktoren (0,875) for å finne den nominelle tykkelsen som må kjøpes, og rund til slutt opp til neste tilgjengelige tidsplan. Å hoppe over de to siste trinnene er en av de vanligste og mest alvorlige feilene i rørspesifikasjonene.
Gitt:
Designtrykk P=10 MPa; NPS 4, OD D=114.3 mm
Materiale: ASTM A312 TP316L sømløs, S=103 MPa ved 200 grader C
E=1.00, Y=0.4, korrosjonstillatelse c=1.0 mm
Trinn 1 - Trykkdesigntykkelse (skjema 1):
t = (10 x 114.3) / (2 x (103 + 10 x 0.4))
t=1143 / 214.8=5.32 mm
Trinn 2 - Legg til korrosjonsgodtgjørelse:
t_m=5.32 + 1.0=6.32 mm
Trinn 3 - Brutto for mølletoleranse:
t_required=6.32 / 0.875=7.22 mm
Trinn 4 - Velg tidsplanen:
|
NPS 4 tidsplan |
Nominell vegg |
Oppfyller 7,22 mm krav? |
Avgjørelse |
|
Tidsplan 10S |
3,05 mm |
Ingen |
Avvis |
|
Tidsplan 40S |
6,02 mm |
Nei (kort med 1,20 mm) |
Avvis |
|
Tidsplan 80S |
8,56 mm |
Ja |
Velge |
|
Tidsplan 160 |
13,49 mm |
Ja (over-designet) |
Ikke økonomisk |
Dimensjoner per ASME B36.19M. Milltoleranse i henhold til ASTM A999 (12,5 % for sømløs). Metode i henhold til ASME B31.3 avsnitt 304.1.2.
Hvordan stemmer rørtrykket med ASME B16.5 flensklasser?
Rør må være klassifisert som minst like høyt som flensen det kobles til. I praksis trenger et rør inne i et klasse 300 flenssystem en vurdering på minst 5,0 MPa, og ett i et klasse 600-system trenger minst 9,9 MPa. Et NPS 6 Schedule 40S 316L-rør på 10,5 MPa er tilstrekkelig for klasse 600-service, men ikke for klasse 900.

Flenstrykk-temperaturklassifiseringer kommer fra en helt annen standard - ASME B16.5 -, og de er basert på klassetall i stedet for spenningsberegninger. De to systemene må forenes på hvert prosjekt. Tabellen for flensklassifisering nedenfor er for materiale i gruppe 2.2 (316 rustfritt stål) ved 38 grader C. Merk at både flensklassifiseringen og rørklassifiseringen faller når temperaturen stiger, men med forskjellige hastigheter, så sammenligningen må gjøres ved den faktiske designtemperaturen, ikke ved omgivelsestemperaturen.
|
ASME B16.5 klasse |
Trykk ved 38 grader C (316L, gruppe 2.2) |
Metrisk ekvivalent |
Typisk tjeneste |
|
Klasse 150 |
275 psi |
1,9 MPa |
Vann med lavt-trykk, nytte |
|
Klasse 300 |
720 psi |
5,0 MPa |
Generell prosessrør |
|
Klasse 600 |
1440 psi |
9,9 MPa |
Middels-høytrykksprosess |
|
Klasse 900 |
2.160 psi |
14,9 MPa |
Høytrykksprosess{{0} |
|
Klasse 1500 |
3600 psi |
24,8 MPa |
Veldig høyt trykk |
|
Klasse 2500 |
6000 psi |
41,4 MPa |
Ekstremt trykk, spesielle legeringer |
Utarbeidet: NPS 6 Schedule 40S TP316L-røret fra eksempel 1 har en hastighet på 10,5 MPa. En Klasse 600-flens (9,9 MPa) matches derfor riktig, mens en Klasse 900-flens (14,9 MPa) ville over{10}}vurdere røret -, noe som betyr at røret, ikke flensen, blir den begrensende komponenten. I så fall må designeren oppgradere til en tyngre tidsplan (for eksempel Schedule 80S) eller en sterkere legering som duplex 2205.
Rangeringer per ASME B16.5-2020, tabell 2 (materialer fra gruppe 2.2). Verifiser ved den faktiske designtemperaturen.
Hva er de vanligste feilene i beregninger av rørtrykkvurdering?
De fem hyppigste feilene er: bruk av nominell veggtykkelse, ignorering av temperaturreduksjon av S, krav om E=1.00 uten å utføre den nødvendige undersøkelsen, glemme korrosjonstilskuddet, og bruk av B31.3 på kraftrør som må følge B31.1. Hver av disse kan overdrive kapasiteten med 13 % eller mer.
Trykkklassifiseringer er konservative av design, men bare når kodemetoden brukes fullstendig. Hver og en av feilene nedenfor har forårsaket reelle feltfeil eller kostbart omarbeid, fordi den beregnede vurderingen overskred det det installerte røret faktisk kunne bære. Gjennomgang av en beregning mot denne listen tar bare noen få minutter og forhindrer de fleste vurderingsfeil.
|
Feil |
Hvorfor det er galt |
Feilens størrelse |
|
Bruker nominell veggtykkelse |
ASME tillater vegg opptil 12,5 % under nominell |
Opptil 13 % overvurdering |
|
Ignorerer S temperaturreduksjon |
Tillatt stress faller når temperaturen stiger |
Opptil 37 % overvurdering ved 427 grader C |
|
Forutsatt E=1.00 uten NDE |
E=0.80 uten radiografi for A358 |
Opptil 25 % overvurdering |
|
Utelater korrosjonstilskudd |
t_m må inkludere c for levetiden |
Applikasjons-spesifikk; kan være 20%+ |
|
Påføring av B31.3 på kraftrør |
Kjel utvendig rørføring skal følge B31.1 |
Kode ikke-samsvar |
|
Bruker omgivelsesvurdering for varm service |
Vurdering må evalueres ved designtemperatur |
Samme som temperaturreduksjon |
|
Ignorerer tosidige temperaturtak |
Dupleks er ikke tillatt over ca. 315 grader C |
Kodebrudd og sigma-sprøhet |
Praksisgrunnlag: ASME B31.3 Avsnitt 302.3.2, 304.1.2 og 323.4.1; ASME B36.19M; ASTM A999.
Hurtigreferansesjekkliste for trykkvurderingsberegninger
Arbeid gjennom disse ti trinnene i rekkefølge. Trinn 1 til 4 samler inn inputene, trinn 5 til 8 utfører beregningen, og trinn 9 og 10 bekrefter resultatet. Å fullføre hvert trinn er det som gjør en vurdering forsvarlig under revisjon.
Hvert element tilsvarer et spesifikt krav i ASME B31.3 eller en kilde til vanlig feil identifisert ovenfor.
1. Bekreft at riktig kode gjelder: ASME B31.3 for prosessrør, B31.1 for kraftrør, B31.8 for gassoverføring.
2. Registrer designtrykket P inkludert bølge- og pulsasjonsmargin, og designtemperaturen.
3. Skaff røret OD D og den nominelle veggtykkelsen fra ASME B36.19M eller B36.10M.
4. Velg tillatt spenning S fra ASME B31.3 Tabell A-1 ved nøyaktig designtemperatur.
5. Bekreft at graderingen er tillatt ved den temperaturen (duplekstak, krypegrenser for austenittiske graderinger).
6. Velg E fra tabell A-1A eller A-1B i henhold til spesifikasjon og eksamensnivå.
7. Select Y from Table 304.1.1, or calculate Y = (d + 2c)/(D + d + 2c) if t >= D/6.
8. Påfør W=1.0 under krypeområdet; bruk den reduserte W-verdien i kryptjeneste.
9. Legg til prosjektet korrosjons- og erosjonsgodtgjørelse c for å oppnå t_m.
10. Del t_m med 0,875 for å finne den nødvendige nominelle tykkelsen, og velg deretter neste tilgjengelige tidsplan.
Ofte stilte spørsmål
Q1: Hvilket trykk kan et 316L rustfritt stålrør holde?
Det er ikke noe enkelt svar, fordi vurderingen avhenger av rørstørrelse, veggtykkelse, temperatur og sveisetype. Som en bearbeidet referanse er et NPS 6 Schedule 40S TP316L sømløst rør vurdert til ca. 12,1 MPa ved bruk av nominell vegg, eller ca. 10,5 MPa ved bruk av minimum vegg etter fresetoleranse, ved omgivelsestemperatur. Ved 260 grader C har samme rørhastigheter ved omtrent 8,7 MPa, og ved 427 grader C ved omtrent 7,6 MPa. Mindre diametre med tyngre tidsplaner kan overstige 30 MPa, mens store tynne-vegglinjer kan rangere under 2 MPa.
Spørsmål 2: Hvorfor reduserer sveising trykket på rustfritt stålrør?
Sveising i seg selv reduserer ikke karakteren - vurderingen avhenger av hvor grundig sveisesømmen undersøkes. Sveiseskjøtens kvalitetsfaktor E konverterer undersøkelseskvaliteten til en spenningsmultiplikator. Et sveiset A358-rør uten radiografi er tilordnet E=0.80, med punktradiografi E=0.85, og med 100 % radiografi E=1.00. Sømløst rør har ingen søm og mottar alltid E=1.00. Et fullstendig røntgen-sveiset rør matcher derfor sømløst rør for trykkvurderingsformål.
Q3: Hvordan beregner du maksimalt tillatt arbeidstrykk (MAWP) for et rør?
Bruk den omorganiserte ASME B31.3-ligningen: MAWP=(2 x S x E xt) / (D - 2 x Y xt). Bruk S ved designtemperatur, minimum veggtykkelse etter fresetoleranse (normalt 87,5 % av nominell), og riktige E- og Y-faktorer. Den resulterende MAWP må være lik eller overstige designtrykket for at røret skal være akseptabelt.
Q4: Gir et tykkere rør alltid høyere trykkklassifisering?
Yes, pressure rating increases with wall thickness, but not in direct proportion. The relationship is P = 2SEt/(D - 2Yt), so the rating rises faster than linearly as thickness increases. There is also a practical limit: at t >= D/6 røret er ikke lenger tynne-vegger og Y-koeffisienten må beregnes på nytt, og utover det punktet blir kodens tynne-veggforutsetning konservativ. Svært tykke vegger øker også kostnader, vekt og sveisevansker, så en sterkere legering er ofte mer økonomisk enn en tyngre tidsplan.
Q5: Kan dupleks rustfritt stålrør brukes ved høy temperatur?
Dupleks rustfritt stål er ikke tillatt for kontinuerlig drift over ca. 315 grader C, og de fleste spesifikasjoner begrenser det til 250 grader C for sveiset konstruksjon. Årsaken er metallurgisk: over dette området kan dupleksstål danne sigmafase og andre sprø utfellinger som drastisk reduserer seigheten. For høy-temperaturdrift over 315 grader C, er austenittiske kvaliteter som 304H, 316H, 321, 347 eller Incoloy-legeringer det riktige valget, og ASME B31.3 Tabell A-1 vil vise passende redusert tillatt spenning.
Q6: Hva er forskjellen mellom ASME B31.3 og ASME B31.1 for trykkklassifisering?
Begge kodene bruker samme tillatte stressmetode, men de dekker forskjellige systemer og er forskjellige i detalj. ASME B31.3 styrer prosessrør i kjemiske, petroleums- og lignende anlegg, og er referansen for de fleste industrirør i rustfritt stål. ASME B31.1 styrer kraftledninger, inkludert utvendige rørledninger til kjelen, og gjelder for damp- og-høytemperaturtjenester i kraftverk. Formlene er strukturelt identiske, men tillatte stresstabeller, kvalitetsfaktorer og eksamensregler er forskjellige, så riktig kode må bekreftes før en eventuell beregning starter.
