Guide för värdering av rörtryck - Barlow Formula & Charts

Rörtrycksklassificering, formellt känd som Maximum Allowable Working Pressure (MAWP), är det maximala interna trycket som ett rör säkert kan innehålla vid en angiven temperatur. Detta skiljer sig fundamentalt från sprängtryck, som är det tryck vid vilket röret skulle brista. MAWP inkorporerar en betydande säkerhetsfaktor (vanligtvis 3,5x på maximal draghållfasthet enligt ASME B31.3), vilket säkerställer att röret fungerar väl inom dess strukturella gränser under hela dess designlivslängd. Att välja rör med ett otillräckligt tryck är en av de vanligaste orsakerna till industriella rörfel, vilket leder till läckor, katastrofala brott och säkerhetsincidenter.

Konsekvenserna av felaktigt val av tryckklassificering kan bli allvarliga. Ett rör som arbetar över dess MAWP kan uppleva eftergivande (permanent deformation), krypning vid förhöjda temperaturer eller plötslig spröd fraktur. I petrokemiska anläggningar har rörfel orsakat bränder, explosioner och giftiga utsläpp. ASME B31-kodserien fastställer minimikrav för rörtrycksdesign för olika applikationer: B31.1 för kraftrör, B31.3 för processrör, B31.4 för rörledningstransport och B31.8 för gasöverföring. Att förstå dessa kodkrav är avgörande för säker och kompatibla konstruktion av rörsystem.

Barlows formel är den grundläggande ekvationen för att beräkna det teoretiska sprängtrycket för ett rör:P=2St/Ddär P är inre tryck (MPa), S är tillåten spänning (MPa), t är nominell väggtjocklek (mm) och D är ytterdiameter (mm). För MAWP-beräkning tas den tillåtna spänningen S från ASME Sektion II Del D vid designtemperaturen, och väggtjockleken t är den nominella tjockleken minus tillverkningstoleransen minus korrosionstillåten. Formeln förutsätter tunna-väggar (D/t > 10), vilket gäller för de allra flesta vanliga rörscheman.

Beräkningsexempel (Barlow Formula - Teoretisk MAWP):För ett 4-tums SCH 40 A106 Gr.B-rör vid omgivningstemperatur:
OD=114.3 mm, vägg=6.02 mm, S=137.9 MPa (A106 Gr.B vid 38 grader )
P=2 x 137,9 x 6,02 / 114.3=14.5 MPa (~2100 psi)

Observera att ASME B31.3-kodformeln (t=PD / 2(SE + PY)) ger en lägre MAWP på cirka 10,9 MPa för samma rör på grund av inkluderandet av fogverkningsfaktor E och temperaturkoefficient Y. Tabellen nedan använder ASME B31.3-formeln och representerar kodens arbetstryck-.com Som jämförelse skulle sprängtrycket (med minsta draghållfasthet S=415 MPa för A106 Gr.B) vara cirka 43,7 MPa, vilket ger en säkerhetsfaktor på cirka 3,0 mot sprängning. Detta illustrerar den konservativa karaktären hos MAWP-beräkningar. Det faktiska arbetstrycket måste alltid vara under MAWP, och de flesta designkoder kräver ytterligare en marginal över det normala drifttrycket.

Tillåtna spänningsvärden är grunden för tryckklassificeringsberäkningar. Dessa värden är tabellerade i ASME Sektion II Del D för tusentals material-kvalitets-temperaturkombinationer. Den tillåtna spänningen härleds från minimum: en-tredjedel av den lägsta draghållfastheten vid rumstemperatur, två-tredjedelar av den lägsta sträckgränsen vid rumstemperatur, eller den genomsnittliga krypbrotthållfastheten under 100 000 timmar dividerat med 1,5 vid förhöjda temperaturer.

Material	Kvalitet	Tillåten stress vid 38 grader (MPa)	Tillåten stress vid 400 grader (MPa)	Max temperatur (grad)
A106	Gr.B	137.9	82.7	538
A335 P11	1,25Cr-0,5Mo	137.9	96.5	593
A335 P22	2,25 Cr-1 Mo	137.9	96.5	593
A335 P91	9Cr-1Mo-V	172.4	103.4	649
TP304 SS	304	117.2	79.3	816
TP316 SS	316	117.2	82.7	816

Observera att den tillåtna spänningen minskar avsevärt vid förhöjda temperaturer. Denna temperatursänkningseffekt är mest uttalad för kolstål, som upplever en sänkning på 40 % mellan omgivningstemperatur och 400 grader. Legerade stål som P91 bibehåller en högre andel av sin omgivande-temperaturstyrka vid förhöjda temperaturer, vilket gör dem till det föredragna valet för hög-temperaturservice. Rostfria stål, samtidigt som de har lägre-omgivningstemperaturer tillåtna spänningar, bibehåller sin styrka bättre vid mycket höga temperaturer över 600 grader.

Tabellen nedan visar ungefärliga arbetstryck för A106 Gr.B kolstålrör vid omgivningstemperatur. Dessa värden är baserade på nominell väggtjocklek och inkluderar inte korrosionstillägg. Det faktiska arbetstrycket kommer att variera beroende på specifika driftsförhållanden och tillämpliga kodkrav.

OBS (tum)	SCH 40 (MPa)	SCH 80 (MPa)	SCH 160 (MPa)
1/2"	24.8	34.1	44.8
1"	20.9	28.5	40.5
2"	13.5	19.4	31.6
4"	10.9	15.6	25.2
6"	8.8	13.8	18.1
8"	7.8	12.3	14.7

Temperaturnedstämpling är minskningen av tillåten stress när driftstemperaturen ökar. Detta fenomen uppstår på grund av att metaller tappar styrka vid förhöjda temperaturer. För kolstål förblir den tillåtna spänningen relativt konstant upp till cirka 200 grader och börjar sedan minska linjärt. Vid 400 grader är den tillåtna spänningen för A106 Gr.B ungefär 60 % av dess omgivande-temperaturvärde. Vid 500 grader sjunker den till cirka 40 %.

Rostfritt stål har en fördel vid mycket höga temperaturer på grund av dess överlägsna oxidationsbeständighet och kryphållfasthet. Medan 304 rostfritt stål har en lägre omgivande-temperatur tillåten spänning än kolstål (117,2 MPa vs 137,9 MPa), är dess tillåtna spänning vid 600 grader ungefär 48 MPa jämfört med noll för kolstål (vilket inte är tillåtet över 538 grader per ASME-kod). För tillämpningar med ultra-hög-temperatur över 600 grader används nickel-baserade legeringar som Alloy 617 (UNS N06617) med tillåtna spänningar på 20-30 MPa vid 900 grader.

Varje ASME B31-kodsektion har specifika krav för bestämning av tryckklassificering. ASME B31.1 (Power Piping) styr rörledningar i elkraftverk och industrianläggningar. Den kräver tryckkonstruktion i enlighet med reglerna i ASME Avsnitt I för externa rörledningar för pannan och tillhandahåller specifika ekvationer för raka rör, böjar och grenanslutningar. ASME B31.3 (Process Piping) är den mest använda koden för kemiska och petrokemiska anläggningar. Den använder den Barlow-formel-baserad tillvägagångssätt med tryckdesigntjocklek som bestäms av: t=(P x D) / (2(SE + PY)), där E är den longitudinella fogens kvalitetsfaktor och Y är en temperaturberoende-koefficient.

ASME B31.4 (Pipeline Transportation) gäller för flytande kolväten och andra flytande rörledningssystem. Den använder en designfaktoransats där ringspänningen vid designtryck inte får överstiga en specificerad procentandel av materialets specificerade lägsta sträckgräns (SMYS). Till exempel betyder en typisk designfaktor på 0,72 att ringspänningen är begränsad till 72 % av SMYS. ASME B31.8 (gasöverföring) använder en liknande designfaktormetod men med platsspecifika-faktorer baserade på befolkningstäthet nära rörledningen, från 0,72 (landsbygd) till 0,40 (stadsområden med-hög täthet).

Hydrostatisk testning är standardmetoden för att verifiera tryckintegriteten hos tillverkade rörsystem. Testtrycket är vanligtvis 1,5 gånger designtrycket vid designtemperaturen, men inte mindre än 1,5 gånger MAWP vid testtemperaturen. Testtrycket måste bibehållas under en minsta varaktighet (vanligtvis 10 minuter för små system, längre för stora system) medan alla skarvar och anslutningar inspekteras för läckor. Pneumatisk testning används när hydrostatisk testning är opraktisk (t.ex. system som inte kan tolerera vatten, såsom syre eller kryogen service). Men pneumatisk testning medför större säkerhetsrisker på grund av den lagrade energin i komprimerad gas och kräver ytterligare försiktighetsåtgärder. Se vårHydrostatisk och pneumatisk testguide(54) för detaljerade förfaranden.

Den kemiska industrin arbetar vanligtvis med tryckklasser från 150# till 600#, med de flesta allmänna processrör vid 150# eller 300#. Högtrycksprocesser såsom hydrokrackning och ammoniaksyntes arbetar vid 900# till 2500#. Kraftindustrin använder de högsta tryckklasserna, med ultra-superkritiska ångcykler som arbetar vid 2500# till 4000# och temperaturer upp till 620 grader. Dessa extrema förhållanden kräver hög-legerade material som P92 och nickel-baserade superlegeringar. Olje- och gasledningstrycken är vanligtvis i intervallet ANSI 300 till 900 klass, även om huvudtransmissionsledningar kan arbeta vid tryck som överstiger 2000 psi.

När du beställer rör för en specifik tryckapplikation, ange följande parametrar för att säkerställa korrekt val: designtryck och temperatur, vätskemediet (inklusive korrosivitet), tillämplig kod (ASME B31.3, B31.1, etc.), erforderlig korrosionstillåtelse och eventuella speciella krav (sour service, NACE-överensstämmelse, etc.). ManufacturerPipes ingenjörsteam kan hjälpa till att välja det optimala materialet, schemat och tillverkningsprocessen för dina specifika tryckkrav. Vi erbjuder även anpassning av icke-standard väggtjocklek för applikationer där standardscheman antingen är otillräckliga eller över-specificerade.

Kontakta vårt ingenjörsteam för expertvägledning och konkurrenskraftiga priser på rör för dina specifika tryckkrav.

Få en offert