Пример расчета толщины стенки трубопровода

Расчет толщины стенки трубопровода

Расчет минимальной толщины стенки заданного диаметра трубопровода и выбор фактической толщины является одним из наиболее важных основных конструктивных соображений для любых проектов трубопроводов. Это одно из основных мероприятий, которое выполняется на начальных этапах любого детального проектирования. 

В этой статье будет объяснена методика расчета толщины стенки для жидкостного трубопровода диаметром 10 дюймов (API 5L-Gr X52, 10,75 дюйма OD, расчетное давление = 78 бар-g, расчетная температура = 60 град. В) с образцом примера. Узнать подробнее об узлах монтажных укрупненных трубопроводов, Вы сможете в статье на нашем сайте.

Критерии расчета минимальной толщины стенки трубопровода

Толщина стенки трубы линии CS рассчитывается на основе допустимого напряжения обруча из-за внутреннего давления. В соответствии с ASME B31.4, пункт 403.2.1, номинальная толщина стенки прямых участков стальной трубы должна быть равна или больше tn, определяемой в соответствии со следующим уравнением: 
tn ≥ t + A
Здесь:
A - сумма припусков на нарезание резьбы, канавок, коррозию и эрозию и увеличение толщины стенки при использовании в качестве защитной меры;
tn - номинальная толщина стенки, удовлетворяющая требованиям к давлению и припускам;
t - расчетная толщина стенки под давлением в дюймах (миллиметрах).

Толщина стенки трубопровода (t), выдерживающая внутреннее расчетное давление, рассчитывается следующим образом: 
t = P * D / (2 * F *S * E)
Где:
t - Расчетная толщина стенки (мм);
P - Расчетное давление для трубопровода (кПа) = 78 бар-g = 7800 кПа;
D - Наружный диаметр трубы (мм) = 273,05 мм;
F - расчетный коэффициент = 0,72;
S - Указанный минимальный предел текучести (МПа) = 359870 кПа для указанного материала;
E - Коэффициент продольного соединения = 1,0.
Отсюда рассчитывается толщина стенки (т, мм) = (7800*273.05)/ (2*0.72*359870*1) = 4.10

Если сумма припусков на нарезание резьбы, канавок, коррозию и эрозию и увеличение толщины стенки при использовании в качестве защитной меры =0,3 мм
Тогда номинальная толщина стенки, удовлетворяющая требованиям по давлению и припускам = 4,1 + 0,3 = 4,4 мм.

Таким образом, в качестве выбранной толщины можно использовать любую доступную толщину более 4,4 мм.

Толщина стенки трубопровода

В настоящее время различные организации имеют свои собственные рекомендации по выбору минимальной толщины с учетом жесткости трубы, поддержки, обработки, изгиба в полевых условиях и других аспектов, связанных со строительством и целостностью трубопровода на месте, и их необходимо проверить. Исходя из этого, необходимо выполнить несколько проверок, прежде чем принимать решение об окончательной толщине стенки. Они перечислены ниже:

Немногие организации ограничивают использование металлических линейных трубопроводов толщиной менее 4,8 мм. Следовательно, 4.8 мм будет выбранной толщиной. Подробнее о расчете объема жидкости в трубопроводе, Вы сможете узнать в статье на нашем сайте.

Номинальная толщина стенки трубопровода

Это толщина стенки, рассчитанная с использованием применимого уравнения, такого как указано в пункте 841.1.1 ASME B31.8 или любого другого применимого кода. Вычисленная номинальная толщина стены может быть использована для того чтобы приказать трубу с или без припуска компенсировать под толщиной.

Припуск на толщину стенки трубы

Припуск - это дополнительная толщина, добавленная к расчетной толщине стенки трубы, чтобы покрыть любое уменьшение толщины стенки, которое может возникнуть в результате производства, обработки или коррозии.
При расчете толщины стенки трубопровода учитывается несколько припусков; они включают в себя производственный припуск, механический припуск и припуск на коррозию.

Производственный допуск в основном принимается равным нулю, поскольку большинство изготовленных труб подвергается строгим проверкам качества, выполняемым на трубах.

Допуск на коррозию зависит от транспортируемой жидкости и ее влияния на материал трубы. Обычно трубы из нержавеющей стали, дуплексной нержавеющей стали имеют допуск на коррозию ноль (0). Допуск на коррозию оценивается путем прогнозирования скорости коррозии в течение всего срока службы трубопровода

Формула расчета толщины стенки

Толщина стенки может быть получена из уравнения, указанного в разделе 841.1.1 кодекса. Приведены две формулы, одна использует обычную единицу, а другая - единицу СИ.
Обычная единица измерения:
t_min = P×D / 2×S×E×F×T
SI Unit           
t_min = P×D / 2000×S×E×F×T
t≥t_min + CA
Где:
D = Номинальный наружный диаметр трубы, в. (мм);
E = коэффициент продольного соединения, полученный из таблицы 841.1.7-1 [см. Также пункт 817.1.3 (d)];
F = расчетный коэффициент, полученный из таблицы 841.1.6-1;
P = расчетное давление, фунтов НА квадратный ДЮЙМ (кПа);
S = Заданный минимальный предел текучести, psi (MPa);
CA = допуск на коррозию.

Примечание CA не входит в уравнение, указанное в ASME B31.8, однако CA следует добавить к расчетной минимальной толщине стенки под давлением, рассчитанной для трубопроводов из углеродистых стальных материалов. Также обратите внимание, что номенклатура tmin, t и т. д., используемая в этой статье, не соответствует заявленным в ASME B31.8, они были использованы для ясности. Ознакомиться с таблицей расстояний между опорами трубопроводов, Вы сможете в этой статье.

Стальные трубы

Номинальная толщина стенки стальной трубы рассчитывается как: 
S ≥ SR + С
Где:
SR - расчетная толщина стенки. Минимальная толщина стенки, необходимая для выдерживания внутреннего давления, определяется стандартами;
С - суммарный припуск на расчетную толщину стенки.

Общий припуск на коррозию

Общий припуск C рассчитывается как: 
С = С1 + С2
Где:
С1 - производственный припуск (допуск мельницы), принимаемый как сумма отрицательного отклонения толщины стенки С11 и допуска мельницы С12. Для кода ASME он вводится в процентах (%). Для российских кодов он вводится в миллиметрах;
С11 - припуск для компенсации отрицательного допуска. Определяется отрицательным отклонением толщины стенки, установленным стандартами или спецификациями. Припуск не включает округление расчетной толщины до стандартной толщины листа;
С12 - допуск 12 фрез для компенсации истончения стенок элементов при выполнении технических операций - растягивание, прессование, изгиби др. Определяется процессом изготовления фитинга и устанавливается в соответствии с техническими условиями изготовления;
С2 - миллиметровый допуск для компенсации коррозии и износа  (эрозии). Определяется по проектным нормам или отраслевым стандартам с учетом прогнозируемого срока службы. При двустороннем контакте с зоной коррозии (эрозии) С2 следует увеличить.

Обратите внимание, что номинальная толщина стенки  S не должна быть ниже значений, указанных в стандартах, и что S округляется до ближайшей толщины стенки в соответствии со стандартами или техническими условиями.
Стеклопластиковые трубопроводы
Толщина армированнойстенки рассчитывается как: 
S_T = S —_-S_L—S_C
Где:
S - номинальная толщина стенки;
S_L - толщина внутреннего (неармированного) защитного слоя;
S_c - толщина внешнего (неармированного) защитного слоя.

Основной формулой для определения толщины стенки трубы является общая формула напряжения обруча для тонкостенных цилиндров, которая указывается как: 
t = Pd₀ / 2(H_s+P)
Где:
HS = напряжение обруча в стенке трубы, в psi [N / мм²];
t = толщина стенки трубы, дюйм [мм];
L = длина трубы, фут [мм];
P = внутреннее давление трубы, фунтов на квадратный дюйм [МПа];
do = наружный диаметр трубы, в [мм];
Стандарт ANSI/ASME B31.3 - очень строгий код с высоким запасом прочности. 

Формула расчета толщины стенки B31.3 имеет вид: 
t=t_e + t_th+ Pd₀ / [2(SE+PY)][100/100-T_ol]
где:
t = минимальная расчетная толщина стенки, в;
t_e = допуск на коррозию, in. [мм];
t_th = глубина резьбы или канавки, дюйм [мм];
P = допустимое внутреннее давление в трубе, psi (МПа);
do = наружный диаметр трубы, в. [мм];
S = допустимое напряжение для трубы, psi [N/мм²];
E = продольный коэффициент сварного шва [1,0 бесшовный, 0,95 электрический сварной шов, двойной стыковой, прямой или спиральный шов APL 5L, 0,85 электрический резистивный сварной шов (ERW), 0,60 стыковой сварной шов печи];
Y = понижающий коэффициент (0,4 для черных металлов, работающих при температуре ниже 900 °F);
T_ol = допустимый допуск производителей, % (12,5 трубы до 20 дюймов—OD) (10 труб> 20 дюймов. OD, API5L).

Наши специалисты проконсультируют Вас и проведут все необходимые расчеты по определению корректного диаметра трубопровода, толщины стенки, а также выбора парового и пароконденсатного оборудования для Вашей системы.