نحوه محاسبه لوله مانسمان و ضخامت
ضخامت مورد استفاده جهت لوله های مانیسمان را بر حسب دما و فشار طراحی و بر اساس نوع کد طراحی به دست می آوریم فشار و دمای طراحی را از مدرک line list استخراج می نماییم .
در اینجا ما بر اساس کد ASME B31.3 که مربوط به طراحی واحد های پتروشیمی می باشد فرمول محاسبه ضخامت لوله مانیسمان را مشخص می کنیم .
بر طبق پاراگراف ۳۰۴/۱ از استاندارد B31.3 در حالتی که t (ضخامت لوله) بزرگتر یا مساوی ۰.۱۶۶ قطر (D) که همان ۱.۶ قطر لوله مانیسمان باشد . از معادله زیر جهت تعیین T بر حسب فشار و دما استفاده می نماییم .
(t<D/6 t=PD/2(SEW+PY
که در آن :
t : ضخامت لوله
P : فشار طراحی ( از روی LINE LIST مشخص می شود )
D : قطر لوله
Y : ضریب ماده (کیفیت ساختار فلز نسبت به دما) از روی جدول ۳۰۴.۱.۱ برای D<t/6 در ASME B31.3 بدست می آید . که دربردارنده مقادیری برای کاهش غیر خطی تنش مجاز در وضعیتی است که لوله مانیسمان تحت اثر درجه حرارت های بالاتر از ۴۸۲ درجه سانتی گراد قرار دارد برای ۴۸۲ درجه سانتی گراد به پایین این ضریب ۰.۴ می باشد .
S : حد تنش مجاز از روی جدول A-1 از روی ASME B31.3
(E ( longitudinal weld joint quality factor : بازده جوش weld joint efficiency که از روی جدول ۳۰۲.۳.۴ در ASME B31.3 و یا در جدول A-1 در ASME B31.3 به دست می آید .که اساس آن بر روش ساخت لوله توسط سازنده قرار دارد . این ضریب منعکس کننده کیفیت جوش طولی در لوله با درز جوش شده است ، مقدار این ضریب در یک محدوده از ۰.۶ برای جوش لب به لب کوره ای (FBW) تا ۱.۰ برای لوله مانیسمان تغییر می کند .هنگامی که از روش پرچکاری یا دیگر روش ها برای ساخت لوله درزدار و یا لوله مانیسمان استفاده می شود ،این عامل پس از چند روز خود را آشکار می کند .
(W (WELD JOINT STRENGHT REDUCTION FACTOR : ضریبی است که قدرت و استحکام درز جوش نسبت به فلز پایه را نشان می دهد که از سال ۲۰۰۴ در کد B31.3 تعریف در سال ۲۰۰۸ در جدول ۳۰۲.۳.۵ ارائه شده است.
به دلیل وجود خوردگی سیال، میزان خوردگی در عمر پروژه (CORROSION ALLOWANCE) را به ضخامت به دست آمده از فرمول دما و فشار باید اضافه نمود . بنابراین ضخامت حداقل (t_m) برابر است با ضخامت به دست آمده (t) از فرمول به اضافه c
C:corrosion allowance
Tm=t+c
جهت به دست آوردن مقدار خوردگی فرمول پیچیده ای وجود دارد که محاسبه آنها به صورت دستی ملزم صرف وقت بسیاری است لذا توسط نرم افزار انجام می گردد (یکی از این نرم افزارها Predict) .اگر این مقدار بیش از ۶ میلی متر گردد ، به این معنی است که جنس انتخاب شده جهت لوله کشی نامناسب است و باید جنس تغییر نماید.
معمولا به Tm به دست آمده به دلیل خطای احتمالی در ساخت لوله حداکثر میزان .۵ تلرانس منفی در نظر می گیریم و آن را به ضخامت به دست آمده اضافه می نمایم که البته این عدد همشیگی نیست و باید میزان خطای ساخت را از سازنده و یا بر اساس جنس لوله از استاندارد ASTM به دست آورد حال اگر ۱۲.۵ درصد ملاک باشد محاسبات به صورت زیر می باشد
Tf = tm+۰.۱۲۵ tf
Tf : ضخامت نهایی لوله
Tf=tm/۰.۸۷۵
مثال :
ضخامت جداره لوله ای با قطر خارجی ۸ اینچ ( DN 200 ) را برای شرایط طراحی زیر بیابید :
(T= 260 ℃ (۵۰۰ºF
(P=4135 Kpa (600 Psig
(Ca=1.6 mm (0.063
Material = ASTM A53 Gr.B ,ERW
حل مسئله مربوط به تعیین ضخامت جداره را دنبال می کنیم :
(P=4135 Kpa (600 Psig
D=219.1 mm
S=130 Mpa
E=0.85
Y=0.4
مقدار D مربوط به قطر بیرونی لوله فلزی در سایز ۸ اینچ می باشد که در استاندارد ASME B36.10 قابل مشاهده می باشد .
مقدار S از روی استاندارد ASME B31.3 جدول A-1 قابل استخراج می باشد که با توجه به دمای T=500℉ مقدار S برابر با ۱۸.۹ PSI می باشد .
مقدار E از جدول A-1B و مقدار Y از جدول ۳۰۴.۱.۱ استخراج می شود .
برای آحاد متریک ، تنش مجاز بر حسب Mpa و برای سازندگان آحاد به Kpa تبدیل می شود .
(t=PD/2(SEW+PY
(((t=(4135 ×۲۱۹.۱)/(۲((۱)۱۳۰۰۰۰)(۰.۸۵)+۰.۴(۴۱۳۵
t=4.0 mm
tm=۴.۰+۱.۶=۵.۶
برای اضافه کردن خطای ساخت (mill tolerance)
Tf=۵.۶/۰.۸۷۵=۶.۴ mm
برای حل تحت آحاد U.S
t=(600×۸.۶۲۵ )/۲((۱)(۱۸.۹۰۰)(۰.۸۵)+۰.۴(۶۰۰)) =۰.۱۵۹ in
tm=۰.۱۵۹+۰.۰۶۳=۰.۲۲۲ in
برای اضافه کردن خطای ساخت (mill tolerance)
Tf=۰.۲۲۲/۰.۸۷۵=۰.۲۵۳ in
با رجوع به جدول ۱-۳ برای این شرایط ضخامت در دسترس ، schedule 40 std می باشد با ضخامت اسمی جداره لوله برابر با ۸.۲ mm می باشد که مورد استفاده قرار می گیرد.
باید توجه داشت که اگر لوله فلزی قرار است رزوه شود اندازه عمق رزوه را از استاندارد ASME B1.20.1 به دست آورده و به اندازه فوق باید اضافه نمود .
در رابطه با ضخامت لوله های فلزی سه مرجع وجود دارد که هرکدام با شاخص های خود مقادیر ضخامت لوله ها را مشخص می کنند . این استاندارد ها عبارتند از :
- انجمن استاندارد ملی آمریکا (ANSI) ، با شاخص Schedule number
- جامعه مهندسی مکانیک آمریکا (ASME) و انجمن تست مواد آمریکا (ASTM) ، از طریق شاخص های STD (استاندارد) ،XS (فوق قوی) و XXS (فوق فوق قوی) که ازطریقابعاد ثبت شده سازندگان لوله در ابتدای استاندارد نویسی در آمریکا الگو گرفته شده است .
- انجمن نفت آمریکا (API) ، از طریق استاندارد API 5L برای لوله های خطی . در این استاندارد برای سایز و ضخامت های منحصر به فرد جداره آن شاخص ابعادی وجود ندارد .
در مورد آیتم شماره (ASME & ASTM) از سال ۱۹۳۹ تحت تاثیر Schedule number قرار گرفته است .اما به هر حال نیازهای موجود برای استفاده از این ضخامت ها باعث گردیده تا بعضی از سازندگان همچنان از این روش ها استفاده نمایندو برخی اتصالات تنها بر اساس مرجع Manufacturers weights موجود می باشند.
نکات مهم:
- در لوله های تا سایز ۱۰ اینچ ضخامت رده STD با ضخامت رده۴۰ یکی هستند و در سایزهای ۱۲ تا ۲۴ اینچ بر حسب ضخامت رده STD ،اندازه ضخامتشان ۹.۵۳mm می باشد .
- در لوله های تا سایز ۸ اینچ اندازه ضخامت رده XS با رده ۸۰ یکی هستند و در سایزهای ۱۲ تا ۲۴ اینچ بر حسب ضخامت رده XS ، اندازه ضخامتشان ۱۲.۷mm می باشد .
- لوله های رده xxs هیچ گونه معادلی ندارند و برای استخراج ضخامت لوله ها می بایست به جدول استاندارد مراجعه شود .
امروزه لوله های فولادی به طور کامل جایگزین لوله های از جنس آهن نرم (که دیگر تولید نمی شوند) شده اند ،اما این موضوع در مورد شاخص Schedule number که قصد داشت جایگزین معیارهای لوله های آهنی شود صدق نکرد . مصرف کنندگان کماکان لوله ها را بر اساس معیارهای لوله های آهنی می شناختند و چون دستگاهای نورد پاسخگوی این مطلب بود، این معیارها در استاندارد (ANSI B36.10 (ASME B36.10 جهت لوله های فولادی به کار برده شد .هدف از ارائه Schedule number تعیین ضخامت جدار لوله های فولادی از طریق فرمول بود، اما چون در مصارف معمول ضخامت جدار لوله ها از آنچه پیشنهاد گشته بود فاصله گرفت، امروزه طبق استاندارد ANSI B36.10 ،Schedule number تنها به عنوان معیار مناسبی جهت سفارشات کاربرد دارد.
سایز لوله های stainless steel استاندارد ملی آمریکا بخش ASME B36.10 برای لوله های stainless steel یک سری سایزهای جدار نازک ثبت کرده است ، که توسط Schedule number های ۵s و ۱۰s شناخته می شوند .
