نحوه محاسبه فشار قابل تحمل لوله ها با در نظر گرقتن اثر تغییر دما

نحوه محاسبه فشار قابل تحمل لوله ها با در نظر گرفتن اثر تغییر دما

مقدمه

در صنایع مختلف، لوله ها به عنوان یکی از مهم‏ترین تجهیزات، تحت شرایط مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در این جستار، به بررسی چگونگی تأثیر جنس ، ضخامت دیواره، قطر خارجی و به خصوص تغییرات دما بر میزان فشار قابل تحمل بر لوله ها خواهیم پرداخت.

آشنایی با لوله

لوله قطعه‌‏ای استوانه‏‌ای شکل با مقطع عمدتاً دایروی است که اغلب برای انتقال موادی که می‌‏توانند جریان داشته‌ ‏باشند مانند مایعات و گازها و بعضاً جامدات استفاده می‏‌شود :

اسامی “Pipe” و “Tube” هردو رایج‏اند. Tube بیشتر برای لوله‏‌های با مقطع مربع یا مستطیل به کار می‏رود، همچنین Tube های با مقطع دایروی نسبت به Pipeها از دقت ابعادی بالاتر و کیفیت سطح بیشتری برخوردارند به همین علت با میانگین قیمتی بالاتر در صنایع مختلف مخصوصاً صنایع دارویی کاربرد فراوانی دارند.

استانداردهای ابعادی برای لوله‌‏های فلزی پایه فولاد کربنی عمدتا ً ASME B 36.10 و ASME B 36.19 و برای لوله‏‌های غیرفلزی مثل UPVC و پلی اتیلن DIN 8074 است.
در تمامی لوله ها قطر خارجی ثابت بوده و صرفاً ضخامت و متناظر با آن قطر داخلی آن‏ها متغیر است.‌
ضخامت‏ های مختلف به کمک معیاری به نام Schedule (در فارسی “رده”) از ردۀ 5 با ضخامت کمتر تا ردۀ 160 با ضخامت بیشتر بیان می‏‌شوند.

لوله‏‌های فولادی را از نظر روش‏‌های تولید به دو دسته لوله‏‌های فولادی بدون درز (Seamless) و لوله‏‌های فولادی جوشی (Welded) می‌‏توان تقسیم کرد. به طور کلی در صنایع مختلف لوله‌‏های فولادی بدون درز را می‏‌توان برای لوله‌‏های فشار بالا و لوله های فولادی جوشی را می‌‏توان برای خطوط انتقال آب، خطوط لوله برق و… استفاده کرد.
در ایران نخستین ‏بار یک شرکت آلمانی به نام مانیسمان (Mannesmann) انواع لوله‏ های بدون درز (Seamless) را وارد کشور کرد و امروزه همچنان این نوع لوله‏ ها با اسم مانیسمان مشهور اند.

رابطه بین تغییرات دما با فشار قابل تحمل توسط لوله چیست؟

دما تأثیر قابل توجهی بر تنش تسلیم و تنش مجاز متریال لوله دارد.
با افزایش دما مقدار تنش مجاز در لوله کاهش می‏‌یابد.
با توجه به رابطه‏ ی مستقیم بین تنش و فشار در لوله، با افزایش دما، فشار قابل تحمل در لوله کاهش می‏‌یابد.

چگونه به کمک استاندارد حداکثر تنش مجاز در هر دما را بدانیم ؟

در استاندارد ASME B31.3 اساس تنش طراحی یا تنش مجاز برای لوله‏ کشی صنایع فرآیندی مطرح شده ‏است.

برای محاسبۀ حداکثر فشار مجاز (Design Pressure) طبق استاندارد ASME B31.3، لازم است از رابطه‌ها و جداول مشخصی استفاده کنیم که به عوامل مختلف مانند دما، نوع آلیاژ، ضخامت لوله و قطر لوله بستگی دارند. در اینجا، یک نمونه محاسبه‌ای برای فشار کاری مجاز در یک دمای مشخص را توضیح می‌دهیم.

مراحل محاسبه فشار کاری مجاز

جمع‌آوری اطلاعات اولیه (جنس، دمای کاری و…)
استفاده از فرمول فشار طراحی (Design Pressure Formula): براساس استاندارد ASME B31.3، فرمول بارلو (Barlow’s Formula) برای لوله‌ها و سیستم‌های لوله‌کشی به صورت زیر استفاده می‌شود:

P فشار کاری مجاز برحسب psi

S تنش مجاز (Allowable Stress) در دمای مشخص برحسب psi (جدول A-1 استاندارد ASME B31.3 برای لوله ‏کشی فرایندی)

t ضخامت لوله برحسب اینچ

D قطر خارجی لوله برحسب اینچ

SF ضریب اطمینان (Safety factor) : در محاسبات عمومی این مقدار از 1.5 تا 10 بسته به کاربرد لوله متفاوت است، برای محاسبه ‏ی ماکزیمم فشار مجاز مقدار آن ” 1 ” درنظر گرفته ‏می‌‏شود.

E ضریب کیفیت (Quality Factor): می‌‏توان مطابق جدول A-1A و A-1B استاندارد ASME B31.3 این ضریب را نیز در نظر گرفت. در این حالت رابطۀ فوق به شکل زیر بازنویسی می‌‏شود:

مطابق جدول 1-2 استاندارد ASME B36.10 برای یک لولۀ فولاد کربنی A106 Grade A: NPS 4, Sch5 ، قطر خارجی 4.5 اینچ و ضخامت 0.083 اینچ است. در دمای 300 درجه فارنهایت، طبق جدول A-1 در استاندارد ASME B31.3 مقدار تنش مجاز برابر 16 Ksi است و براساس جدول A-1B مقدار E برابر 1 است. حداکثر فشار مجاز برابر است با:

فشار مجاز (Design Pressure) برای این لوله در دمای 300 درجه فارنهایت حدوداً برابر با 41 bar می باشد. حال اگر در همین شرایط فقط دما به 750 درجه فارنهایت افزایش یابد، مقدار تنش مجاز به حدود 10.7 psi کاهش پیدا کرده و به دنبال آن فشار مجاز نیز به 394.7 psi (27.2 bar) کاهش می ‏یابد.

جمع بندی

در بررسی الزامات طراحی و استانداردهای لوله‌ها، ضخامت دیواره، قطر داخلی و خارجی و اثرات دما نقش اساسی دارند. تغییرات دما به‌طور مستقیم بر تنش مجاز و فشار قابل تحمل لوله تأثیر می‌گذارد، که این امر در طراحی سیستم‌های لوله‌کشی و محاسبات بر اساس استانداردهایی نظیر حائز اهمیت است.

نحوه محاسبه فشار قابل تحمل لوله ها با در نظر گرقتن اثر تغییر دما

نحوه محاسبه فشار قابل تحمل لوله ها با در نظر گرفتن اثر تغییر دما

مقدمه

آشنایی با لوله

رابطه بین تغییرات دما با فشار قابل تحمل توسط لوله چیست؟

چگونه به کمک استاندارد حداکثر تنش مجاز در هر دما را بدانیم ؟

مراحل محاسبه فشار کاری مجاز

جمع بندی

برای دریافت اطلاعات دقیق در خصوص محاسبه فشار قابل تحمل در لوله ها ، به لینک های زیر مراجعه فرمایید :

برچسب مطالب

دسترسی سریع

تماس باما

فاکس