Ciśnienie rozrywające rury stalowej jest kluczowym parametrem przy doborze rur, przeprowadzaniu prób ciśnieniowych i projektowaniu. Reprezentuje ono maksymalne ciśnienie wewnętrzne, jakie rura stalowa może wytrzymać przed katastrofalną awarią.
W przypadku branż, takich jak zaopatrzenie w wodę, przetwórstwo chemiczne, przesył ropy naftowej i gazu oraz rurociągi przeciwpożarowe, dane dotyczące ciśnienia rozrywającego są niezbędne do obliczenia bezpiecznego ciśnienia roboczego i wybrania właściwego harmonogramu rurociągów.
W tym przewodniku omówiono wzór Barlowa, typowe wykresy ciśnienia pękania rur stalowych, najważniejsze czynniki wpływające i zasady prawidłowego stosowania.
1. Czym jest ciśnienie pękania rury stalowej?
Ciśnienie rozrywające to ciśnienie, przy którym ścianka rury pęka pod wpływem ciśnienia wewnętrznego. Stanowi ono ostateczną granicę wytrzymałości rury na ciśnienie.
Dla inżynierów zrozumienie ciśnienia rozrywającego jest kluczowe ze względu na:
- Określanie bezpiecznych limitów ciśnienia roboczego
- Wybór prawidłowej grubości ścianki rury / Harmonogram
- Zapewnienie zgodności z normami projektowymi
- Zapobieganie awariom rur i wypadkom zagrażającym bezpieczeństwu
2. Wzór Barlowa na ciśnienie pękania rur stalowych
Najpowszechniej stosowanym wzorem do obliczania ciśnienia rozrywającego rury stalowej jest wzór Barlowa. Nadaje się on do rur stalowych bez szwu, rur spawanych ze szwem prostym oraz innych standardowych okrągłych rur ze stali węglowej.
Wzór:
P = (2 × S × t) / D
Definicje znaków
- P = Teoretyczne ciśnienie rozrywające (MPa lub PSI)
- S = Wytrzymałość na rozciąganie (MPa lub PSI)
- t = Grubość ścianki (mm lub cale)
- D = Średnica zewnętrzna (mm lub cale)
Ważne:
Wzór Barlowa oblicza teoretyczne ciśnienie rozrywające , a nie dopuszczalne ciśnienie robocze. Dla bezpieczeństwa technicznego ciśnienie rozrywające należy podzielić przez współczynnik bezpieczeństwa.
Wzór Barlowa sprawdza się na ogół w przypadku rur o cienkich ściankach, których grubość ścianki wynosi mniej niż około 1/10 średnicy.
3. Wykres ciśnienia pękania rur stalowych
3.1 Wykres ciśnienia rur stalowych według harmonogramu 40
| 1 / 2 " | 10,380 | 1,300 |
| 3 / 4 " | 8,610 | 1,080 |
| 1 " | 8,090 | 1,010 |
| 1 1/4 ″ | 6,745 | 840 |
| 1 1/2 ″ | 6,100 | 760 |
| 2 " | 5,185 | 650 |
| 2 1/2 ″ | 5,650 | 710 |
| 3 " | 4,940 | 620 |
| 3 1/2 ″ | 5,610 | 700 |
| 4 " | 5,270 | 660 |
| 5 " | 4,630 | 580 |
| 6 " | 4,220 | 530 |
| 8 " | 3,720 | 470 |
| 10 " | 3,380 | 420 |
| 12 " | 2,930 | 370 |
Uwaga: Wszystkie wartości to teoretyczne wartości ciśnienia wybuchu obliczone na podstawie wzoru Barlowa i mają charakter wyłącznie informacyjny.
W tej tabeli zastosowano współczynnik bezpieczeństwa: 8:1
Konwersja jednostek:
1 PSI = 0.06895 bara = 0.006895 MPa
3.2 Wykres ciśnienia rur stalowych według harmonogramu 80
| Nominalny rozmiar rury | Ciśnienie robocze (bar) | Ciśnienie rozrywające (bar) |
|---|---|---|
| 1 / 8 " | 14 | 105 |
| 1 / 4 " | 14 | 105 |
| 3 / 8 " | 14 | 105 |
| 1 / 2 " | 14 | 105 |
| 3 / 4 " | 14 | 105 |
| 1 " | 14 | 105 |
| 1 1/4 ″ | 14 | 105 |
| 1 1/2 ″ | 14 | 105 |
| 2 " | 14 | 105 |
Uwaga: Dane w tabeli zostały przepisane z dostarczonego obrazu. Przed publikacją prosimy o sprawdzenie oryginalnych wartości.
W tej tabeli zastosowano współczynnik bezpieczeństwa: 6:1
3.3 Ciśnienie pękania rury stalowej według NPS i harmonogramu
| NPS | średnica zewnętrzna (mm) | Sch10 / Burst | Sch20 / Burst | Sch40 / Burst | Sch80 / Burst |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 " | 60.3 | 2.77 / 22.1 | 3.05 / 24.3 | 3.91 / 31.2 | 5.54 / 44.3 |
| 3 " | 88.9 | 3.05 / 16.5 | 3.68 / 19.9 | 5.49 / 29.8 | 7.62 / 41.5 |
| 4 " | 114.3 | 3.05 / 12.8 | 3.96 / 16.7 | 6.02 / 25.4 | 8.56 / 36.2 |
| 6 " | 168.3 | 3.40 / 9.7 | 4.78 / 13.6 | 7.11 / 20.3 | 10.97 / 31.2 |
| 8 " | 219.1 | 3.76 / 8.3 | 5.54 / 12.2 | 8.18 / 18.0 | 12.70 / 27.9 |
| 10 " | 273.1 | 4.19 / 7.3 | 6.02 / 10.4 | 9.27 / 16.4 | 15.09 / 26.6 |
Grubość ścianki w mm, ciśnienie rozrywające w MPa.
Uwagi:
- Szkoła 10 / Szkoła 20: Stosowane głównie do zaopatrzenia w wodę, wentylacji i przesyłu płynów pod niskim ciśnieniem.
- Sch40 / Sch80: Harmonogramy ogólnego przeznaczenia do zastosowań przemysłowych, chemicznych oraz naftowo-gazowych.
- Powyższe wartości to teoretyczne ciśnienia rozrywające. Ciśnienie robocze należy obliczyć, dzieląc je przez obowiązujący współczynnik bezpieczeństwa.
4. Czynniki wpływające na ciśnienie pękania rur stalowych
4.1 Gatunek materiału
Większa wytrzymałość na rozciąganie zapewnia wyższe ciśnienie rozrywające.
| Materiał | Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) | Wytrzymałość na rozciąganie (PSI) |
|---|---|---|
| A53 klasa A | 330 | 48,000 |
| A53 klasa B | 415 | 60,000 |
| A106 klasa B | 415 | 60,000 |
| API5LX42 | 415 | 60,200 |
| API5LX52 | 455 | 66,000 |
4.2 Grubość ścianki i harmonogram rur
Przy tej samej średnicy rury, grubsze ścianki i wyższy rozkład zapewniają większe ciśnienie rozrywające.
Przykład: rura 2″:
- Załącznik 40: grubość ścianki 3.91 mm
- Załącznik 80: grubość ścianki 5.54 mm
- Załącznik 160: grubość ścianki 8.74 mm
Kolejność odporności na ciśnienie:
Sch160 > Sch80 > Sch40.
4.3 Temperatura pracy
Wraz ze wzrostem temperatury roboczej spada wytrzymałość materiału i spada ciśnienie rozrywające. Rurociągi wysokotemperaturowe wymagają dodatkowego marginesu bezpieczeństwa.
4.4 Korozja i zużycie
Z biegiem czasu korozja i zużycie zewnętrzne powodują zmniejszenie grubości ścianek, co znacznie obniża nośność.
4.5 Jakość spoiny
W przypadku spawanych rur stalowych współczynnik spoiny (E) obniża obliczone ciśnienie rozrywające.
- Rura bezszwowa: E = 1.0
- Rura spawana: E = 0.85 do 1.0
5. Ciśnienie rozrywające a ciśnienie robocze
Ciśnienie rozrywające to teoretyczne ciśnienie, przy którym następuje pęknięcie rury.
Ciśnienie robocze , zwane także Maksymalnym Dopuszczalnym Ciśnieniem Roboczym (MAWP) , to bezpieczne ciśnienie robocze.
MAWP = Ciśnienie rozrywające / Współczynnik bezpieczeństwa
Ciśnienia rozrywającego nie wolno nigdy traktować bezpośrednio jako ciśnienia roboczego.
6. Współczynniki bezpieczeństwa według zastosowania
Współczynniki bezpieczeństwa różnią się w zależności od zastosowania i obowiązujących przepisów. Typowe wartości to:
| Zastosowanie | Typowy współczynnik bezpieczeństwa |
|---|---|
| Ogólne rurociągi przemysłowe | 4:1 |
| Rurociągi procesowe ASME B31.3 | 3–4: 1 |
| Aplikacje krytyczne | 6:1 lub wyższy |
| Zaopatrzenie w wodę | 4:1 lub zgodnie z lokalnym kodeksem |
W przypadku rurociągów zaopatrujących w wodę inżynierowie często wymagają, aby ciśnienie rozrywające rurę stanowiło co najmniej 3–4 razy większe od maksymalnego ciśnienia w systemie.
W przypadku rurociągów przesyłowych powszechnie stosuje się gatunki stali API 5L, a współczynniki projektowe oparte są na minimalnej granicy plastyczności (SMYS). Współczynniki projektowe mogą zaczynać się od 0.72 na obszarach wiejskich i spadać do 0.60 lub mniej na obszarach zaludnionych.
Uwaga:
Niektóre stoły z Załącznika 40 i Załącznika 80 mogą mieć inne współczynniki bezpieczeństwa, takie jak 8:1 lub 6:1. Zawsze należy sprawdzić podstawę stołu przed użyciem.
7. Jak obliczyć bezpieczne ciśnienie robocze
- Sprawdź średnicę zewnętrzną rury, grubość ścianki i gatunek materiału.
- Użyj wzoru Barlowa do obliczenia teoretycznego ciśnienia wybuchu.
- Podziel przez współczynnik bezpieczeństwa, aby uzyskać maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze (MAWP).
- Dostosuj w dół na podstawie temperatury i warunków korozyjnych.
8. Często zadawane pytania
P: Jaka jest różnica między ciśnieniem rozrywającym a ciśnieniem roboczym?
A: Ciśnienie rozrywające to teoretyczne ciśnienie, przy którym następuje pęknięcie rury. Ciśnienie robocze, czyli MAWP, to bezpieczne ciśnienie robocze. Oblicza się je, dzieląc ciśnienie rozrywające przez współczynnik bezpieczeństwa.
P: Czy wzór Barlowa ma zastosowanie do wszystkich typów rur?
A: Wzór Barlowa stosuje się do rur o cienkich ściankach, czyli takich, których grubość ścianki wynosi mniej niż około 1/10 średnicy.
P: Jaki współczynnik bezpieczeństwa należy zastosować?
A: Odpowiedni współczynnik bezpieczeństwa zależy od zastosowania i obowiązujących przepisów. Typowe wartości to:
- Ogólny przemysł: 4:1
- Rurociągi procesowe ASME B31.3: typowo 3–4:1
- Krytyczne zastosowania: 6:1 lub wyższe
- Zaopatrzenie w wodę: 4:1 lub zgodnie z lokalnymi przepisami
P: Jak wybrać właściwy harmonogram rurociągów?
- Określ ciśnienie i temperaturę projektową.
- Określ dopuszczalne naprężenie materiału w temperaturze projektowej.
- Oblicz minimalną wymaganą grubość ścianki, korzystając z odpowiedniego wzoru normowego.
- Wybierz harmonogram z grubością ścianki równą lub większą od minimalnej.
- Sprawdź wybór względem tabel wymiarowych ASME B36.10M lub B36.19M.
Potrzebujesz pomocy w wyborze odpowiedniej rury stalowej?
Prosimy o przesłanie nam rozmiaru rury, grubości ścianki, gatunku materiału i ciśnienia roboczego. Nasz zespół pomoże Państwu obliczyć ciśnienie rozrywające, zaleci odpowiedni harmonogram i przedstawi wycenę.
Skontaktuj się z nami już dziś, jeśli potrzebujesz niestandardowego rozwiązania w zakresie rur stalowych.
