Veiledning for vurdering av rørtrykk: Beregninger, diagrammer og utvalg

Hva er rørtrykkvurdering og hvorfor betyr det noe?

Rørtrykkklassifisering, formelt kjent som Maximum Allowable Working Pressure (MAWP), er det maksimale indre trykket som et rør trygt kan inneholde ved en spesifisert temperatur. Dette er fundamentalt forskjellig fra sprengningstrykk, som er trykket som røret ville briste ved. MAWP inkorporerer en betydelig sikkerhetsfaktor (typisk 3,5x på maksimal strekkstyrke i henhold til ASME B31.3), som sikrer at røret fungerer godt innenfor sine strukturelle grenser gjennom hele levetiden. Å velge rør med utilstrekkelig trykkklassifisering er en av de vanligste årsakene til industrielle rørfeil, som fører til lekkasjer, katastrofale brudd og sikkerhetshendelser.

Konsekvensene av feil valg av trykkklassifisering kan være alvorlige. Et rør som opererer over MAWP kan oppleve å gi etter (permanent deformasjon), krype ved høye temperaturer eller plutselig sprø brudd. I petrokjemiske anlegg har rørfeil forårsaket branner, eksplosjoner og giftige utslipp. ASME B31-kodeserien etablerer minimumskrav for rørtrykkdesign på tvers av forskjellige bruksområder: B31.1 for kraftrør, B31.3 for prosessrør, B31.4 for rørledningstransport og B31.8 for gassoverføring. Å forstå disse kodekravene er avgjørende for sikker og kompatibel rørsystemdesign.

Barlow-formel - beregner teoretisk sprengningstrykk

Barlow-formelen er den grunnleggende ligningen for å beregne det teoretiske sprengtrykket til et rør:P=2St/D, hvor P er indre trykk (MPa), S er tillatt spenning (MPa), t er nominell veggtykkelse (mm), og D er ytre diameter (mm). For MAWP-beregning er den tillatte spenningen S hentet fra ASME Seksjon II Del D ved designtemperaturen, og veggtykkelsen t er den nominelle tykkelsen minus produksjonstoleranse minus korrosjonstillatelse. Formelen forutsetter tynne-veggforhold (D/t > 10), som gjelder de aller fleste standard rørplaner.

Beregningseksempel (Barlow Formula - Teoretisk MAWP):For et 4-tommers SCH 40 A106 Gr.B rør ved omgivelsestemperatur:
OD=114.3 mm, Vegg=6.02 mm, S=137.9 MPa (A106 Gr.B ved 38 grader )
P=2 x 137,9 x 6,02 / 114.3=14.5 MPa (~2100 psi)

Vær oppmerksom på at ASME B31.3-kodeformelen (t=PD / 2(SE + PY)) gir en lavere MAWP på omtrent 10,9 MPa for samme rør på grunn av inkludering av skjøteffektivitetsfaktor E og temperaturkoeffisient Y. Tabellen nedenfor bruker ASME B31.3-formelen og representerer kodens arbeidstrykk-. Til sammenligning vil sprengningstrykket (ved å bruke minimum strekkstyrke S=415 MPa for A106 Gr.B) være omtrent 43,7 MPa, noe som gir en sikkerhetsfaktor på omtrent 3,0 mot sprengning. Dette illustrerer den konservative karakteren til MAWP-beregninger. Det faktiske arbeidstrykket må alltid være under MAWP, og de fleste designkoder krever en ytterligere margin over det normale driftstrykket.

Tillatte stressverdier etter materiale

Tillatte spenningsverdier er grunnlaget for trykkvurderingsberegninger. Disse verdiene er tabellert i ASME del II del D for tusenvis av material-kvalitets-temperaturkombinasjoner. Den tillatte spenningen er utledet fra minimum: en-tredjedel av minste strekkfasthet ved romtemperatur, to-tredjedeler av minste flytegrense ved romtemperatur, eller gjennomsnittlig krypbruddstyrke i 100 000 timer delt på 1,5 ved forhøyede temperaturer.

Merk at den tillatte spenningen reduseres betydelig ved forhøyede temperaturer. Denne temperaturreduksjonseffekten er mest uttalt for karbonstål, som opplever en reduksjon på 40 % mellom omgivelsestemperatur og 400 grader. Legerte stål som P91 opprettholder en høyere andel av omgivelses-temperaturstyrken ved høye temperaturer, noe som gjør dem til det foretrukne valget for høy-temperaturservice. Rustfritt stål, mens de har lavere tillatte-omgivelsestemperaturer, opprettholder styrken bedre ved svært høye temperaturer over 600 grader.

Trykkvurderingsdiagram etter tidsplan

Tabellen nedenfor viser omtrentlige arbeidstrykk for A106 Gr.B karbonstålrør ved omgivelsestemperatur. Disse verdiene er basert på nominell veggtykkelse og inkluderer ikke korrosjonstillegg. Faktisk arbeidstrykk vil variere basert på spesifikke driftsforhold og gjeldende kodekrav.

Temperaturreduksjon

Temperaturreduksjon er reduksjonen i tillatt stress når driftstemperaturen øker. Dette fenomenet oppstår fordi metaller mister styrke ved høye temperaturer. For karbonstål forblir den tillatte spenningen relativt konstant opp til ca. 200 grader, og begynner deretter å avta lineært. Ved 400 grader er den tillatte spenningen til A106 Gr.B omtrent 60 % av dens omgivelsestemperatur-. Ved 500 grader faller den til omtrent 40 %.

Rustfritt stål har en fordel ved svært høye temperaturer på grunn av sin overlegne oksidasjonsmotstand og krypestyrke. Mens 304 rustfritt stål har en lavere omgivelsestemperatur-tillatt enn karbonstål (117,2 MPa vs 137,9 MPa), er dets tillatte spenning ved 600 grader omtrent 48 MPa sammenlignet med null for karbonstål (som ikke er tillatt over 538 grader per ASME-kode). For applikasjoner med ultra-høye-temperaturer over 600 grader, brukes nikkel-baserte legeringer som Alloy 617 (UNS N06617), med tillatte spenninger på 20–30 MPa ved 900 grader.

ASME B31 trykkkrav

Hver ASME B31-kodedel har spesifikke krav for bestemmelse av trykkklassifisering. ASME B31.1 (Power Piping) styrer rørføringer i elektriske kraftstasjoner og industrianlegg. Det krever trykkdesign i samsvar med reglene i ASME Seksjon I for utvendige rørledninger til kjelen og gir spesifikke ligninger for rette rør, bend og grenforbindelser. ASME B31.3 (Process Piping) er den mest brukte koden for kjemiske og petrokjemiske anlegg. Den bruker den Barlow-formel-baserte tilnærmingen med trykkdesigntykkelse bestemt av: t=(P x D) / (2(SE + PY)), der E er den langsgående leddkvalitetsfaktoren og Y er en temperatur-avhengig koeffisient.

ASME B31.4 (Pipeline Transportation) gjelder for flytende hydrokarbon og andre flytende rørledningssystemer. Den bruker en designfaktortilnærming der bøylespenningen ved designtrykk ikke må overstige en spesifisert prosentandel av materialets spesifiserte minste flytegrense (SMYS). For eksempel betyr en typisk designfaktor på 0,72 at bøylespenningen er begrenset til 72 % av SMYS. ASME B31.8 (gassoverføring) bruker en lignende designfaktortilnærming, men med stedsspesifikke-faktorer basert på befolkningstetthet nær rørledningen, fra 0,72 (landlig) til 0,40 (byområder med{10}}høy ​​tetthet).

Verifikasjon av trykktest

Hydrostatisk testing er standardmetoden for å verifisere trykkintegriteten til fabrikkerte rørsystemer. Testtrykket er typisk 1,5 ganger designtrykket ved designtemperaturen, men ikke mindre enn 1,5 ganger MAWP ved testtemperaturen. Testtrykket må opprettholdes i en minimumsvarighet (typisk 10 minutter for små systemer, lengre for store systemer) mens alle skjøter og koblinger inspiseres for lekkasjer. Pneumatisk testing brukes når hydrostatisk testing er upraktisk (f.eks. systemer som ikke tåler vann, for eksempel oksygen eller kryogene tjenester). Imidlertid medfører pneumatisk testing større sikkerhetsrisiko på grunn av den lagrede energien i komprimert gass og krever ytterligere forholdsregler. Se vårHydrostatisk og pneumatisk testveiledning(54) for detaljerte prosedyrer.

Krav til industritrykk

Den kjemiske industrien opererer typisk ved trykkklasser fra 150# til 600#, med de fleste generelle prosessrør på 150# eller 300#. Høytrykksprosesser som hydrocracking og ammoniakksyntese opererer ved 900 # til 2500 #. Kraftindustrien bruker de høyeste trykkklassifiseringene, med ultra-superkritiske dampsykluser som opererer ved 2500# til 4000# og temperaturer opp til 620 grader. Disse ekstreme forholdene krever høye-legeringsmaterialer som P92 og nikkel-baserte superlegeringer. Olje- og gassrørledningstrykk er vanligvis i området ANSI 300 til 900-klassen, selv om hovedtransmisjonslinjer kan operere ved trykk over 2000 psi.

Slik bestiller du etter trykkvurdering

Når du bestiller rør for en spesifikk trykkapplikasjon, oppgi følgende parametere for å sikre riktig valg: designtrykk og temperatur, væskemediet (inkludert korrosivitet), gjeldende kode (ASME B31.3, B31.1, etc.), nødvendig korrosjonsgodtgjørelse og eventuelle spesielle krav (sur service, NACE-samsvar, etc.). ManufacturerPipes ingeniørteam kan hjelpe med å velge det optimale materialet, tidsplanen og produksjonsprosessen for dine spesifikke trykkkrav. Vi tilbyr også tilpasset ikke-standard veggtykkelse for applikasjoner der standardplanene enten er utilstrekkelige eller over-spesifiserte.

Trenger du hjelp til rørtrykkvurdering?

Kontakt ingeniørteamet vårt for ekspertveiledning og konkurransedyktige priser på rør for dine spesifikke trykkkrav.

Produktkategorier

• Rustfritt stålrør
• Karbonstålrør
• Legert stålrør
• Galvanisert rør