Rørstøtteavstand i rustfritt stål Maksimalt spenn for isolerte og uisolerte linjer

Et rør er en lang, hul bjelke. Hvis støttene er for langt fra hverandre, synker røret, samler væske på lave steder, vibrerer og overbelaster støttene; hvis de er for nær hverandre, betaler du for ekstra stål og arbeid.Rustfritt stålrørlegger til sine egne vendinger: tynne Schedule 5S og 10S vegger, høyere termisk ekspansjon enn karbonstål, og et sterkt behov for å forhindre at isolasjon og støtter forårsaker korrosjonsproblemer.

Denne guiden svarer på spørsmålene designere og kjøpere stiller mest om maksimal støtteavstand for isolerte og uisolerte rustfrie linjer. Hvert avsnitt angir først konklusjonen, deretter resonnementet. Alle spenn er foreslåtte maksimum for rette horisontale løp, ikke en erstatning for et prosjekts spenningsanalyse.

Viktige takeaways

• Isolasjon forkorter det tillatte spennet fordi det øker vekten: i en publisert rustfri Schedule 10S spenntabell er isolerte spenn omtrent 4 % til 39 % kortere enn bare spenn over de viste størrelsene.
• Væskefylte-ledninger trenger kortere spenn enn gassledninger. for bare NPS 4 Schedule 10S i samme tabell er væskespennet ca. 17 % kortere enn dampspennet (5,3 m mot 6,4 m).
• ASME B31.1 Tabell 121.5 gir benchmark-spenn for standard og tyngre stålrør: for eksempel NPS 4 vann-servicerør på 4,3 m (14 fot) og damp-, gass- eller luftservice på 5,2 m (17 fot). ASME B31.3 har ingen spenntabell, så prosessdesignere bruker prosjektkriterier eller beregner.
• Spenn er for det meste innstilt av sag, ikke stress, og den skalerer med den fjerde roten av stivhet-til-vekt, så dobling av belastningen forkorter spennvidden med bare ca. 16 %.
• Tynne-vegger i rustfritt rør (Schedule 10S) trenger vanligvis kortere spenn enn tunge-vegger, og veggene trenger saler eller sko ved støtte for å forhindre lokal skade.
• Plan for hydrotesten: en gassledning fylt med vann kan trenge omtrent 17 % kortere spenn enn dens normale bruk, så midlertidig støtte kan være nødvendig.

Hva er rørstøtteavstand og hvorfor er det viktig for rør av rustfritt stål?

Rørstøtteavstand, eller spennvidde, er avstanden mellom påfølgende støtter på en horisontal linje; det må være kort nok til å holde bøyespenninger, hengende, vibrasjoner og støttebelastninger innenfor grensene, og rustfritt stålrør legger til bekymringer som tynne vegger, ekspansjon og korrosjon ved støttene.

Tenk på et rør som et stupebrett lagt på tvers av to stativer: jo lenger fra hverandre stativene er, jo mer bøyer det seg under sin egen vekt. I et rørsystem inkluderer den vekten selve røret, væsken inni (eller vannet som brukes til en trykktest), isolasjon og festede gjenstander som ventiler. Spennvidden er vanligvis begrenset av en kombinasjon av bøyespenning, nedbøyning (nedbøyning), lokal spenning der røret hviler på en støtte og vibrasjon. Av disse er sag vanligvis den styrende grensen for ordinære rette løp, slik beregningene nedenfor viser.

Hvilke standarder gir maksimale rørstøttespenn?

ASME B31.1 Tabell 121.5 og MSS SP-69 gir foreslåtte maksimale spenn for stålrør; ASME B31.3 gir ingen spenntabell, så prosessrørdesignere bruker prosjekttabeller eller sin egen beregning, og MSS SP-58 og SP-89 dekker støtte design og installasjon.

B31.1-tabellen er den mest siterte referansen. Det gjelder for horisontale rette løp av standard og tyngre stålrør ved opptil 400 grader (750 grader F). Den er basert på en fast-bjelkestøtte med bøyespenning begrenset til 2300 psi (15,9 MPa), rør fylt med vann og isolert (eller tilsvarende vekt for damp, gass eller luft), og en nedbøyning på 0,1 tommer (2,5 mm) mellom støttene. Den gjelder ikke der konsentrerte laster, som ventiler og flenser, sitter mellom støtter. MSS SP-69 viser de samme verdiene for standard-vektstålrør. Fordi tabellen er skrevet for standard og tyngre stålrør, trenger tynnvegget rustfritt rør separat behandling.

Bruk denne tabellen for orientering, og følg deretter prosjektspesifikasjonen. Fordi det forutsetter standard-vekt eller tyngre vegger og isolert, vann-fylt rør, kan det overdrive hva tynnere Schedule 10S rustfritt rør trygt kan spenne over.

Hva er de maksimale spennviddene for isolerte og uisolerte rustfrie stålrør?

For Schedule 10S rustfritt stål viser typiske prosjektspenntabeller bare spenn lengre enn isolerte spenn med omtrent 4 % til 39 %, og dampspenn lengre enn væskespenn; for eksempel er NPS 4 6,4 m bar damp, 4,8 m isolert damp, 5,3 m bar væske og 4,0 m isolert væske.

Tabellen nedenfor gjengir typiske verdier fra et olje-og-gassprosjekt-spesifikasjon for Schedule 10S rustfritt rør, som publisert i en rørteknisk referanse. Verdier er foreslåtte maksimumsverdier for rette horisontale løp og vil variere mellom prosjekter, så betrakt dem som et realistisk eksempel på mønsteret i stedet for en universell regel. Målere vises først, med føtter i parentes.

Hvor mye kortere er spennet når ledningen er isolert?

Effekten er mindre på små rør, der rørveggen og innholdet dominerer belastningen, og større på middels-dampledninger, der isolasjon utgjør en stor del av totalvekten: for NPS 8-damp faller spennvidden fra 10,8 m til 6,8 m. For væske-fylte linjer legger innholdet allerede mye vekt, så isolasjon endrer spennvidden med en mindre prosentandel.

Hvorfor reduserer isolasjon det tillatte spennet?

Isolasjon gir jevn belastning langs røret, og en tyngre belastning betyr mer hengende og mer bøyespenning for samme spenn, slik at det tillatte spennet krymper.

For et rør på enkle støtter som bærer en jevn last w, er de to kontrollerende formlene:

Saggrense: L=[ 384 × E × I × δ / (5 × w) ] ^ (1/4)

Stressgrense: L=[ 8 × Z × S / w ] ^ (1/2)

Her er E elastisitetsmodulen, I er treghetsmomentet til rørtverrsnittet, δ er tillatt nedbøyning, Z er seksjonsmodulen, S er tillatt bøyespenning, og w er totalvekt per lengdeenhet (rør pluss innhold pluss isolasjon). To leksjoner følger. For det første avhenger det -begrensede spennet av w i potensen en-fjerdedel, så en dobling av belastningen forkorter spennvidden med bare ca. 16 %. For det andre avhenger spenningens-begrensede spenn av w i potensen av-halvdelen, så dobling av belastningen forkorter spennvidden med omtrent 29 %. Fordi sag vanligvis styrer, er ikke spennvidden veldig følsom for belastning, men den er veldig følsom for stivhet (E × I), og det er derfor rørdiameteren betyr så mye.

Hvordan beregner du det maksimale spennet fra de første prinsippene?

Beregn vekten per lengdeenhet (rør, innhold, isolasjon), beregn spenningen-begrenset og sag{1}}begrenset spenn, og ta det minste; for NPS 4 Schedule 10S rustfritt rør fylt med vann og isolert med 50 mm mineralull, gjelder nedbøyningsgrensen ved ca. 4,2 m.

Eksemplet nedenfor bruker disse forutsetningene, som du bør erstatte med prosjektverdier: rustfritt stål tetthet 7.930 kg/m³, elastisitetsmodul 193 GPa (omgivelsestemperatur), vanntetthet 1.000 kg/m³, isolasjon 50 mm tykk ved 130 kg/m³, bøyegrense 0,15 mm, MP (bøygrense 0,15 mm), (2300 psi, B31.1-basis), og enkle støtter. Rør: NPS 4 (utvendig diameter 114,3 mm), Schedule 10S vegg 3,05 mm.

Trinn 1 – Seksjonsegenskaper: I=1.65 × 10⁶ mm⁴, Z=28.9 × 10³ mm³.

Trinn 2 – Vekt per meter: stål, innhold og isolasjon, som oppført i tabellen.

Trinn 3 – Stress-begrenset spenn fra L=√(8ZS/w), og sag-begrenset spenn fra L=[384EIδ/(5w)]^¼.

Trinn 4 – Ta den minste verdien som maksimal spennvidde, og rund deretter ned til en praktisk, repeterbar avstand.

I alle tilfeller styrer saggrensen. Ved å legge vann til den nakne gassledningen kutter spennvidden fra 5,2 m til 4,3 m, en reduksjon på 17 %, og isolasjon på toppen bringer den til 4,2 m. Til sammenligning viser prosjekt-stiltabellen ovenfor 4,0 m for isolert væske NPS 4. Anslaget for isolerte linjer er nær dette tallet, men for bare linjer er den publiserte tabellen mer sjenerøs enn denne enkle beregningen, så ikke bland kriterier fra forskjellige kilder.

Metodesjekk: den samme beregningen, brukt på karbonstålstandard-vektrør fylt med vann og isolert, gir spenn ca. 6 % til 8 % over B31.1 Tabell 121.5-verdier for NPS 2 til 12. Behandle først-prinsippresultatene som veiledende, og bruk kodetabellen, design eller en fullstendig spenningsanalyse.

Hvordan sammenlignes væskefylte- og gassfylte-ledninger?

Væskefylte-linjer trenger kortere spenn enn gass-fylte linjer fordi innholdet tilfører betydelig vekt. forskjellen er størst på bart, tynt-veggrør.

I det utførte eksemplet kan en naken NPS 4 Schedule 10S-gassledning spenne over omtrent 5,2 m, men når den er full av vann, faller spennvidden til 4,3 m. Dette er viktig av to grunner. Først bør væskeledninger legges ut med de kortere vann-fylte spennene.

For det andre blir en gassledning ofte hydrostatisk testet med vann, slik at den midlertidig bærer vannvekt; hvis støttene ble plassert ved gassavstanden, kan ledningen synke under testen, så sjekk testtilstanden eller legg til midlertidige støtter. B31.1-tabellen viser det samme mønsteret for stålrør: NPS 4 er 4,3 m for vannservice, men 5,2 m for damp, gass eller luft.

Hvordan påvirker rørplanen støtteavstanden?

Tyngre tidsplaner tillater bare litt lengre spenn, fordi ekstra vegg gir stivhet, men også vekt; den største fordelen med tyngre vegger er bedre motstand mot lokal belastning og skader på støtter.

Tabellen sammenligner isolert NPS 2 til 12 rustfritt rør i Schedule 10S og 40S ved å bruke den enkle beregningen ovenfor, for gass-fylt og vann-fylt service. Spennene vokser beskjedent med veggtykkelsen, og nedsynkningen styrer hele veien.

For NPS 4 vann-fylt og isolert, vil flytting fra Schedule 10S til 40S forlenge spennvidden fra 4,2 m til 4,5 m, omtrent 8 %. I de publiserte prosjekt-stiltabellene er Schedule 10S rustfrie spenn kortere enn karbonstål eller tunge{10}vegg rustfrie spenn; se sammenligningen for væskefylte-isolerte linjer nedenfor.

Tynne-vegger har også lokale problemer. Konsentrert belastning ved støttene kan bule eller deformere Schedule 5S og 10S vegger, så støtter bør spre belastningen med sko, saler eller sliteputer, og lokal belastning på støtten bør kontrolleres.

Hvordan endrer temperatur, ventiler, albuer og vibrasjoner avstanden?

Behandle tabellverdiene som maksimum for rette, jevnt belastede løp og forkort spennvidden nær konsentrerte belastninger, retningsendringer, varm service og vibrasjonskilder.

Konsentrerte belastninger: tabeller gjelder ikke når ventiler, flenser, siler eller instrumenter sitter mellom støtter; plasser støtter tett inntil dem, helst på begge sider av tunge ventiler.

Albuer og retningsendringer: spenn på løp med bend reduseres fra rett-løpsverdier av faktorer angitt i prosjektspesifikasjonen.

Temperatur: stivhet og tillatt stress faller når temperaturen stiger. Fordi spennskalaer med den fjerde roten av modulus, forkorter et 10 % fall i E et -begrenset spenn med bare omtrent 3 %, men tillatte spennings- og krypgrenser kan ha betydning ved høy temperatur.

Vibrasjon: For pulserende eller vibrerende-utsatte linjer, reduser spennvidden for å øke den naturlige frekvensen; en egenfrekvens på omtrent 4 Hz eller høyere er en vanlig tommelfingerregel for gjennomsnittlig rørføring.

Skråning og drenering: overdreven nedbøyning kan skape lave punkter som fanger væske; hold nedbøyningen innenfor prosjektgrensen, vanligvis 2,5 mm (0,1 tommer).

Hvilke rustfrie-spesifikke detaljer forhindrer støtteproblemer?

For rustfritt stål er hovedstøttedetaljene å håndtere termisk ekspansjon med føringer og glidesko, forhindre karbonstålkontakt og innestengt fuktighet, beskytte tynne vegger med sadler og holde kloridholdig isolasjon unna røroverflaten.

Termisk ekspansjon: austenittisk rustfritt ekspanderer ca. 16–17 µm/m·K sammenlignet med ca. 12 for karbonstål, så lange varme linjer beveger seg mer; bruk guider, ankere og skyvestøtter for å kontrollere veksten.

Lokal belastning på tynne vegger: Plan 5S og 10S vegger kan bli skadet av punktbelastninger; bruk pipesko, saler eller sliteputer med sjenerøs bærelengde.

Unngå kontakt med karbonstål: ubeskyttede karbonstålklemmer eller sko kan avsette jern på den rustfrie overflaten og forårsake rustflekker; spesifiser rustfrie eller kompatible isolasjonsmaterialer for kontaktflater.

Under-isolasjonskorrosjon: våt isolasjon som inneholder klorider kan angripe austenittisk rustfritt stål, spesielt ved varm bruk. Bruk lav-kloridisolasjon som er egnet for kontakt med austenittisk rustfritt (se ASTM C795), hold kappen forseglet, og utform støttene slik at de ikke fanger vann.

Planlegging av hydrotest: bekreft at støttene kan bære den vannfylte-vekten, eller legg til midlertidige støtter.

Trenger nikkellegeringsrør forskjellig mellomrom?

Nikkellegeringsrør følger samme metode, men fordi spennvidden avhenger av den fjerde roten av stivhet-til-vekt, endrer forskjeller i tetthet og modul spennvidden med bare noen få prosent; samme veggtykkelse, isolasjon og innhold betyr mye mer.

Legeringer som Alloy 20, Alloy 625 og Monel 400 er tettere enn 304 rustfritt stål (Monel 400 er omtrent 11 % tettere). Et rørs egenvekt øker med det beløpet, noe som endrer et -begrenset spenn med bare ca. 3 % (siden spennet varierer med vekten i potensen en-fjerding). Bruk materialets elastisitetsmodul og tetthet ved designtemperatur i bjelkeformlene, og følg samme støttepraksis: spre belastning på tynne vegger, kontroller ekspansjon og unngå forurensning.

Hvilken mellomrom bør du bruke?

Bruk prosjektets span-tabell der det finnes; ellers start fra B31.1 eller MSS SP-69 for tunge-veggstålrør, reduser for tynnvegget rustfritt, isolasjon, væskeinnhold og testtilstanden, bekreft deretter med en beregning.

Ofte stilte spørsmål

Hva er maksimal støtteavstand for rustfritt stålrør?

Det er ingen enkelt verdi. Det avhenger av størrelse, veggtykkelse, innhold og isolasjon. Som et eksempel viser en publisert prosjekttabell NPS 4 Schedule 10S rustfritt ved 6,4 m (21 fot) bar damp, 4,8 m isolert damp, 5,3 m bar væske og 4,0 m isolert væske.

Gir ASME B31.3 rørstøtteavstand?

Nei. ASME B31.3 gir ikke en spenntabell; designere bruker prosjekttabeller, MSS SP-69, eller beregninger basert på spenning og nedbøyning.

Hvorfor trenger isolerte rør tettere støtter?

Isolasjon tilfører vekt, noe som øker henge- og bøyespenningen for et gitt spenn, slik at det tillatte spennet er kortere.

Trenger væskefylte-rør kortere spenn enn gassrør?

Ja. Væsken tilfører vekt, så spennene er kortere; for eksempel, B31.1 viser NPS 4 på 4,3 m for vannservice versus 5,2 m for damp, gass eller luft.

Hvilken synkegrense brukes vanligvis?

B31.1-bordgrunnlaget bruker en nedbøyning på 0,1 tommer (2,5 mm) mellom støttene, med bøyespenning begrenset til 2300 psi (15,9 MPa).

Er rustfritt stålrør forskjellig fra karbonstålrør?

Ofte ja. Rustfritt har en lavere modul og tynnere vanlige tidsplaner, så prosjekttabeller gir vanligvis kortere spenn for Schedule 10S rustfritt enn for karbonstål eller tunge-vegger.

Bør jeg støtte en gassledning for hydrotesten?

Ja. Vann tilfører betydelig vekt; sjekk det vannfylte-spennet eller legg til midlertidige støtter slik at røret ikke synker under testen.