فشار کاری لوله مانیسمان رده ۴۰ و ۸۰؛ جدول فشار مجاز هر سایز

• در ASME B31.3 فشار مجاز لوله‌ی مستقیم = ۲ × تنش مجاز × ضریب جوش × ضخامت ÷ (قطر خارجی − ۰٫۸ × ضخامت)؛ برای A106 B در دمای محیط تنش مجاز ۱۳۸ مگاپاسکال (۲۰ ksi) و ضریب جوش لوله‌ی بدون درز ۱ است. ASME B31.3
• ضخامت t در رابطه، ضخامت اسمی منهای ۱۲٫۵٪ تلرانس کارخانه و منهای حاشیه‌ی خوردگی و عمق رزوه است؛ برای ۲ اینچ رده ۴۰ (۳٫۹۱ میلی‌متر) بدون حاشیه یعنی ۳٫۴۲ میلی‌متر. ASTM A530/A530M
• یک رده در سایزهای مختلف فشار یکسانی ندارد: رده ۴۰ در ۱ اینچ حدود ۲۶۳ بار و در ۱۲ اینچ حدود ۷۹ بار مجاز است. ASME B36.10M

جدول فشار مجاز رده ۴۰ و ۸۰

عددها برای لوله‌ی بدون درز ASTM A106 گرید B در دمای محیط، لوله‌ی مستقیم با اتصال جوشی یا فلنجی و ابعاد ASME B36.10M است، به بار:

ستون‌های «با ۱٫۵ mm» برای خطی است که طراح ۱٫۵ میلی‌متر حاشیه‌ی خوردگی گذاشته؛ رقم رایجی برای آب و بخار است، ولی عدد را طراح بر اساس سیال و عمر خط تعیین می‌کند. در سایزهای کوچک حاشیه‌ی خوردگی نسبت بزرگی از دیواره را می‌خورد: ۲ اینچ رده ۴۰ از ۱۶۴ به ۹۰ بار می‌رسد.

چرا رده به‌تنهایی فشار را تعیین نمی‌کند

رده فقط ضخامت دیواره را در هر سایز نام‌گذاری می‌کند (رده یا اسکجول لوله). با بزرگ شدن قطر، ضخامت رده ۴۰ کندتر از قطر زیاد می‌شود: نسبت ضخامت به قطر در ۱ اینچ ۱۰٫۱٪ و در ۱۲ اینچ ۳٫۲٪ است و فشار مجاز تقریباً با همین نسبت پایین می‌آید. پنج چیز دیگر هم عدد را عوض می‌کند:

• گرید: تنش مجاز A106 C در دمای محیط ۱۶۱ مگاپاسکال است، حدود ۱۶٪ بیشتر از B؛ همین ضخامت با گرید C همین‌قدر فشار بیشتری مجاز دارد (A106 گرید B یا C).
• دما: تنش مجاز با بالا رفتن دما کم می‌شود؛ برای خط داغ عدد را از جدول تنش مجاز کد برای همان دما بگیرید (لوله برای بخار).
• نوع ساخت: لوله‌ی درزدار ERW ضریب جوش E = ۰٫۸۵ دارد، یعنی ۱۵٪ فشار کمتر از لوله‌ی بدون درز با همان ابعاد (تفاوت مانیسمان و درزدار).
• خوردگی: هر میلی‌متر حاشیه‌ی خوردگی مستقیم از ضخامت مؤثر کم می‌شود.
• اتصال: رزوه یا شیار، عمقش را از دیواره کم می‌کند؛ فلنج و اتصالات هم رده‌ی فشار خودشان را دارند و ضعیف‌ترین جزء خط تعیین‌کننده است.

لوله‌ی رزوه‌ای چقدر ضعیف‌تر است

B31.3 عمق رزوه را مثل حاشیه‌ی خوردگی از ضخامت کم می‌کند. ارتفاع دنده‌ی NPT حدود ۰٫۸ تقسیم بر تعداد دنده در اینچ است (ASME B1.20.1):

رزوه فشار مجاز ۱ اینچ رده ۴۰ را از ۲۶۳ به ۱۰۱ بار پایین می‌آورد. برای همین در خط رزوه‌ای پرفشار رده ۸۰ رایج است و NFPA 13 برای لوله‌ی رزوه‌ای آتش‌نشانی زیر ۸ اینچ دست‌کم رده ۴۰ می‌خواهد (لوله مانیسمان برای آتش‌نشانی و انواع سر لوله).

آزمون کارخانه، فشار طراحی و تست خط

سه عدد فشار را با هم قاطی نکنید:

• آزمون کارخانه: هر شاخه‌ی A106 در کارخانه با فشاری از رابطه‌ی A530 (۶۰٪ تنش تسلیم) آزمون می‌شود، با سقف ۱۷۲ بار تا ۳ اینچ و ۱۹۳ بار بالاتر؛ ۲ اینچ رده ۴۰ به سقف ۱۷۲ بار می‌رسد و ۶ اینچ رده ۴۰ حدود ۱۲۲ بار است.
• فشار طراحی: بیشترین فشاری که خط در کار می‌بیند؛ باید از فشار مجاز جدول بالا کمتر باشد.
• تست نشتی خط: بعد از نصب، طبق B31.3 با آب و ۱٫۵ برابر فشار طراحی (پنوماتیک ۱٫۱ برابر) و دست‌کم ۱۰ دقیقه (تست هیدرواستاتیک لوله).

اینکه در سایزهای کوچک فشار مجاز از فشار آزمون کارخانه بیشتر درمی‌آید عجیب نیست: آزمون کارخانه سقف دارد و نشان‌دهنده‌ی حد لوله نیست.

مثال: ۲ اینچ رده ۴۰ برای خط آب ۱۶ بار

لوله‌ی ۲ اینچ رده ۴۰ (۶۰٫۳ × ۳٫۹۱ میلی‌متر)،‏ A106 B، دمای محیط: ضخامت مؤثر با ۱۲٫۵٪ تلرانس ۳٫۴۲ میلی‌متر است؛ با ۱٫۵ میلی‌متر حاشیه‌ی خوردگی ۱٫۹۲ میلی‌متر و فشار مجاز ۹۰ بار. با اتصال جوشی برای فشار طراحی ۱۶ بار حاشیه‌ی زیادی دارد و حتی «رده ۲۰» بازار (۳ میلی‌متر) با همین فرض‌ها حدود ۵۲ بار مجاز است. اما اگر خط رزوه‌ای و با همان حاشیه‌ی خوردگی باشد، ضخامت مؤثر رده ۴۰ به ۰٫۱۵ میلی‌متر و فشار مجاز به حدود ۷ بار می‌رسد، کمتر از ۱۶ بار؛ رده ۸۰ رزوه‌ای با همین فرض‌ها حدود ۷۴ بار مجاز است و رده ۲۰ رزوه‌ای عملاً ضخامت مؤثری ندارد. در خط رزوه‌ای با حاشیه‌ی خوردگی، رده ۸۰ انتخاب درست است.

محاسبه‌ی نهایی با طراح خط است؛ این مثال نشان می‌دهد چرا «رده ۴۰ چند بار تحمل می‌کند؟» بدون سایز، اتصال و حاشیه‌ی خوردگی جواب ندارد. ابعاد و قیمت روز هر سایز در قیمت لوله مانیسمان و صفحه‌ی هر سایز، مثلاً لوله مانیسمان ۲ اینچ، آمده است.

سؤالات متداول

منابع

1. ASME B31.3 — Process Piping، ASME
2. ASTM A106/A106M — Seamless Carbon Steel Pipe for High-Temperature Service، ASTM International
3. ASTM A530/A530M — General Requirements for Specialized Carbon and Alloy Steel Pipe، ASTM International
4. ASME B36.10M — Welded and Seamless Wrought Steel Pipe، ASME
5. ASME B1.20.1 — Pipe Threads, General Purpose (Inch)، ASME