Selezione dello spessore corretto delle pareti per tubi d'acciaio senza saldature in ambienti ad alta pressione

Lo spessore della parete è uno dei fattori più importanti in un sistema di tubazioni ad alta pressione. Se la parete del tubo è troppo sottile, potrebbe non fornire la capacità di pressione richiesta. Tuttavia, una parete eccessivamente spessa può aumentare il peso, l'uso di materiale, il tempo di saldatura e i costi di installazione.

Per questo motivo, gli acquirenti industriali non dovrebbero selezionare i tubi d'acciaio senza saldature solo in base al diametro esterno e alla schedule. Dovrebbero anche esaminare la pressione, la temperatura, la qualità del materiale, il rischio di corrosione, la tolleranza di produzione e il codice di progettazione applicabile.

Zhongersheng Steel fornisce tubi d'acciaio senza saldature per tubazioni industriali, sistemi energetici, processi chimici, macchinari e altri progetti esigenti. Lavoriamo con gli acquirenti dei progetti per confermare le dimensioni, gli standard, le esigenze di ispezione e l'imballaggio per l'export prima della produzione.

Perché lo spessore della parete è importante nei sistemi a pressione

La pressione interna crea stress nella parete di un tubo d'acciaio senza saldature. Con l'aumentare della pressione, il tubo ha bisogno di sufficiente resistenza del materiale e spessore della parete per contenere il fluido in sicurezza.

Lo spessore della parete può anche influenzare:

• Capacità di pressione
• Peso del sistema
• Area di flusso
• Requisiti di saldatura
• Performance di piegatura
• Durata della corrosione
• Metodo di installazione
• Costi del materiale
• Durata di servizio

Tuttavia, lo spessore della parete da solo non garantisce un funzionamento sicuro. La qualità del materiale, la temperatura, le connessioni, le saldature, le valvole, i supporti e le condizioni di funzionamento devono funzionare insieme come un unico sistema.

Un ingegnere qualificato dovrebbe calcolare lo spessore richiesto in base al codice di progettazione regolamentare del progetto.

Iniziare con la pressione di progettazione

La pressione di progettazione non è sempre la stessa della pressione di funzionamento normale. Di solito include un margine per possibili variazioni, salti di pressione, condizioni di avvio o altri eventi di funzionamento.

Prima di selezionare un tubo, il team del progetto dovrebbe definire:

• Pressione di funzionamento normale
• Pressione massima prevista
• Pressione di progettazione
• Pressione di prova
• Possibili salti di pressione
• Condizioni di vuoto
• Tipo di fluido

Usare solo la pressione normale può portare a una selezione di materiale inappropriata. Pertanto, la specifica di acquisto dovrebbe indicare la pressione di progettazione confermata.

Per i sistemi con pressione pulsante, come alcune linee idrauliche, linee di scarico di pompe e sistemi di compressori, potrebbe anche essere necessario considerare la fatica.

Considerare la temperatura di progettazione

La resistenza dell'acciaio può cambiare con l'aumentare della temperatura. Un materiale che funziona bene a temperatura ambiente può avere una tensione consentita inferiore a temperatura elevata.

Le basse temperature possono anche influenzare la tenacità. Pertanto, sia le temperature massime che minime di progettazione sono importanti.

Le applicazioni ad alta temperatura possono includere:

• Linee di vapore
• Sistemi di caldaie
• Scambiatori di calore
• Tubazioni di raffinerie
• Sistemi di olio termico
• Attrezzature di generazione di energia

La qualità del materiale e il calcolo dello spessore della parete dovrebbero corrispondere alla temperatura di progettazione. Gli acquirenti dovrebbero anche confermare se si applicano trattamenti termici, prove di impatto o altri requisiti speciali.

Abbinare la qualità del materiale al servizio

Diverse qualità di acciaio offrono diverse resistenze, tenacità, saldabilità e performance termiche. Le qualità comuni di tubi di acciaio carbonio senza saldature possono includere ASTM A106 Grade B e altre qualità selezionate secondo lo standard del progetto pertinente.

L'acciaio inossidabile può essere richiesto quando il fluido o l'ambiente di lavoro crea un rischio di corrosione più alto. L'acciaio legato può essere usato per alcune applicazioni ad alta temperatura o pressione esigente.

Il materiale corretto dipende da:

• Composizione del fluido
• Temperatura di funzionamento
• Livello di pressione
• Condizioni di corrosione
• Resistenza meccanica richiesta
• Processo di saldatura
• Codice di tubazioni applicabile
• Durata di servizio prevista

Una qualità apparentemente simile non dovrebbe essere accettata senza controllarne la composizione chimica, le proprietà meccaniche, il trattamento termico e i requisiti standard.

Comprendere lo spessore della parete nominale e minimo

Un spessore della parete specificato può essere nominale piuttosto che il valore minimo permesso. Gli standard di produzione possono consentire una tolleranza negativa della parete.

Ad esempio, un tubo ordinato con uno spessore nominale può contenere punti misurati al di sotto di quel valore nominale mentre ancora soddisfa lo standard del prodotto. Pertanto, il calcolo di progettazione dovrebbe tenere conto della tolleranza di produzione permessa.

Gli acquirenti dovrebbero indicare chiaramente:

• Spessore della parete nominale
• Spessore della parete minimo permesso
• Tolleranza di produzione negativa
• Tolleranza del diametro esterno
• Standard del prodotto applicabile
• Metodo di misurazione richiesto

Questo passaggio è particolarmente importante quando lo spessore calcolato è vicino a una dimensione standard del tubo.

Schedule del tubo vs. Spessore della parete effettivo

Le schedule dei tubi, come Schedule 40, Schedule 80 e Schedule 160, forniscono spessori di parete standard per molte dimensioni di tubi. Tuttavia, lo stesso numero di schedule non rappresenta uno spessore fisso per ogni diametro esterno.

Inoltre, una schedule più alta non significa automaticamente che il tubo sia adatto a ogni applicazione ad alta pressione. La qualità del materiale e la temperatura influenzano ancora la pressione consentita.

Pertanto, gli acquirenti dovrebbero controllare lo spessore della parete effettivo indicato nello standard dimensionale pertinente. L'ordine di acquisto dovrebbe includere sia la schedule che lo spessore nominale richiesto dove possibile.

Tubi senza saldature a parete pesante possono essere selezionati quando le schedule standard non soddisfano il requisito calcolato.

Aggiungere una giusta allowanza per corrosione

La corrosione o l'erosione possono ridurre la parete del tubo durante il servizio. Un'allowanza per corrosione aggiunge materiale oltre il requisito strutturale minimo.

La giusta allowanza dipende da:

• Tipo di fluido
• Concentrazione chimica
• Velocità di flusso
• Temperatura
• Esposizione all'umidità
• Tasso di corrosione previsto
• Frequenza di ispezione
• Durata di servizio richiesta
• Rivestimento o coating interno

Un'allowanza per corrosione generale non dovrebbe sostituire un'adeguata revisione del materiale. In un ambiente altamente corrosivo, selezionare una qualità più resistente può essere più adatto che semplicemente aumentare lo spessore della parete.

L'erosione dovrebbe anche essere considerata nelle linee che trasportano solidi, slurry o fluidi ad alta velocità.

Includere allowanze meccaniche e di lavorazione

La pressione non è l'unico carico su un tubo. Forze esterne possono provenire da supporti, connessioni di attrezzature, espansione termica, vibrazioni, vento o peso del tubo.

La lavorazione può anche ridurre la parete effettiva. Filettatura, grooving, piegatura, meccanizzazione o formatura possono rimuovere materiale o creare assottigliamento locale.

La revisione ingegneristica dovrebbe considerare:

• Allowanza per piegatura
• Profondità del filetto
• Allowanza per meccanizzazione
• Riduzione per formatura
• Carichi esterni
• Vibrazioni
• Servizio ciclico
• Stress di installazione

Se il tubo senza saldature sarà piegato, l'acquirente dovrebbe fornire il raggio di piegatura e il metodo di formatura. L'assottigliamento della parete nella piega esterna potrebbe necessitare di attenzione speciale.

Seguire il codice di progettazione applicabile

I sistemi di tubazioni ad alta pressione devono seguire il codice richiesto dall'industria, dal proprietario del progetto e dal luogo di installazione.

A seconda dell'applicazione, la progettazione può fare riferimento a standard o codici come:

• ASME B31.1 per tubazioni di potenza
• ASME B31.3 per tubazioni di processo
• Regole applicabili per caldaie e recipienti a pressione
• Standard europei per tubazioni a pressione
• Specifiche ingegneristiche del cliente
• Regolamentazioni di sicurezza locali

Il codice regolamentare definisce come la pressione, la temperatura, la tensione consentita, i fattori di giunzione, le tolleranze e le allowanze sono usati nella progettazione.

Il fornitore di tubi può confermare le specifiche del materiale e del prodotto. Tuttavia, il progettista del sistema rimane responsabile del calcolo e dell'approvazione dello spessore finale della parete.

Ispezionare lo spessore della parete prima della spedizione

Per i progetti relativi alla pressione, l'ispezione dimensionale dovrebbe verificare che i tubi consegnati corrispondano all'ordine approvato.

I punti di ispezione possono includere:

• Diametro esterno
• Spessore della parete
• Ovalità
• Rettitudine
• Lunghezza del tubo
• Condizione dell'estremità
• Qualità della superficie
• Identificazione del materiale
• Quantità
• Marchiatura dell'imballaggio

Lo spessore della parete può essere controllato alle estremità del tubo con strumenti di misurazione adatti. L'equipaggiamento ultrasonico può anche essere usato per ispezionare punti selezionati lungo il tubo quando richiesto.

Il piano di campionamento, i criteri di accettazione e i record di ispezione dovrebbero essere concordati prima della produzione.

Confermare le esigenze di testing e tracciabilità

I progetti ad alta pressione possono richiedere più di un'ispezione dimensionale. I requisiti di testing dipendono dallo standard del tubo e dalle condizioni di servizio.

Gli acquirenti possono richiedere o specificare:

• Record di composizione chimica
• Risultati di proprietà meccaniche
• Testing idrostatico
• Testing ultrasonico
• Testing a corrente di Foucault
• Testing di impatto
• Record di trattamento termico
• Certificati di materiale
• Tracciabilità di calore o lotto
• Ispezione di terze parti

Non ogni test si applica a ogni ordine. Pertanto, il tipo di test richiesto, lo standard, il livello di accettazione e il formato del documento dovrebbero apparire nella richiesta.

Preparare una richiesta completa di tubi senza saldature

Una richiesta dettagliata aiuta il fornitore a identificare il prodotto corretto e a evitare assunzioni non chiare.

Si prega di fornire:

• Qualità del materiale
• Standard di produzione
• Diametro esterno
• Spessore della parete nominale e minimo
• Schedule del tubo, se applicabile
• Lunghezza del tubo
• Pressione e temperatura di progettazione
• Fluido o mezzo
• Allowanza per corrosione
• Requisiti di lavorazione
• Esigenze di testing e documentazione
• Quantità dell'ordine
• Istruzioni di imballaggio