صيغة الحساب الأساسية لضغط الأنابيب غير الملحومة

تُستخدم الأنابيب الفولاذية غير الملحومة (SMLS)، بفضل لحاماتها غير الملحومة، وبنيتها الداخلية الناعمة، وسماكة جدرانها المتساوية، على نطاق واسع في أنظمة نقل السوائل، والهياكل الميكانيكية، وتطبيقات هندسة الطاقة، في ظل ضغوط ودرجات حرارة عالية وظروف تشغيل قاسية. وتُعد سلامة وموثوقية الأنابيب غير الملحومة أمرًا بالغ الأهمية لضمان استقرار تشغيل النظام بأكمله في مجالات مثل البتروكيماويات، وتوليد الطاقة، والغلايات، وأوعية الضغط. وتُحدد قدرة الأنابيب غير الملحومة على تحمل الضغط نطاق تطبيقاتها بشكل مباشر، مما يجعل حساب الضغط عليها بالغ الأهمية.


ما هو الأنبوب غير الملحوم؟


الأنبوب غير الملحوم هو أنبوب معدني مصنوع من كتلة فولاذية مستديرة واحدة عبر سلسلة من العمليات، تشمل التسخين، والثقب، والدرفلة، والتحجيم، والتبريد. وبالمقارنة مع الأنابيب الملحومة، يتميز الأنبوب غير الملحوم بخلوه من نقاط ضعف اللحام، وبنيته العامة أكثر اتساقًا وكثافة، مما يسمح له بتحمل ضغوط ودرجات حرارة أعلى. وتضمن عملية تصنيعه قوة وموثوقية عاليتين، مما يجعله مادة مفضلة لنقل السوائل عالية الضغط، ومعدات الطاقة، والتطبيقات الإنشائية.


تشمل الميزات الرئيسية ما يلي:

قدرة تحمل عالية للضغط: يتميز جدار الأنبوب بتجانسه واستمراريته الهيكلية الممتازة، مما يجعله مناسبًا لنقل الضغط العالي.

مقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية: يحافظ على قوته وثباته حتى في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.

عمر خدمة طويل: يتميز بمقاومة ممتازة للتآكل وعامل أمان عالٍ.

صيغة حساب ضغط الأنابيب الملحومة الأساسية

في الممارسة الهندسية، تُستخدم الصيغة الأساسية التالية عادةً لحساب ضغط الأنابيب الملحومة:

حيث:

P - قدرة تحمل الضغط للأنابيب غير الملحومة (الوحدة: ميجا باسكال)

S - مقاومة الشد لمادة الأنابيب غير الملحومة (الوحدة: ميجا باسكال)

t - سمك جدار الأنبوب (الوحدة: مم)

D - القطر الخارجي للأنبوب الفولاذي (الوحدة: مم)

تُعد هذه الصيغة الأساس النظري لحساب ضغط الأنابيب غير الملحومة. يتضح أن قدرة تحمل الضغط للأنابيب غير الملحومة تتناسب طرديًا مع سمك الجدار وعكسيًا مع قطر الأنبوب. علاوة على ذلك، تُعد مقاومة الشد للمادة عاملًا مهمًا في تحديد الحد الأقصى لقدرة تحمل الضغط.

صيغ مُصححة لدرجات الحرارة والضغط العاليين

في التطبيقات العملية، تعمل العديد من الأنابيب غير الملحومة تحت درجات حرارة وضغط عاليين. يجب مراعاة تأثير درجة الحرارة والضغط على خصائص المادة. تنخفض قوة المادة عند درجات الحرارة العالية، وتحدث تركيزات الإجهاد تحت الضغط. لذلك، تتطلب الصيغ الأساسية تصحيحات:

حيث:

K هو معامل درجة الحرارة، ويُستخدم لتصحيح آثار درجات الحرارة العالية على متانة المادة.

C هو معامل الضغط، ويُصحّح لمستويات ضغط مختلفة.

تتوافق طريقة التصحيح هذه مع الممارسات الهندسية، وتعكس بفعالية قدرة المادة على تحمل الضغط في ظل ظروف التشغيل القاسية.

طريقة التعبير عن معامل ضغط الأنابيب غير الملحومة

في تصميم خطوط الأنابيب عالية الضغط، يستخدم المهندسون عادةً معاملات مختلفة لضبط مستويات الضغط المختلفة. قيم معامل الضغط الشائعة هي كما يلي:

عندما تكون قيمة P < 7 ميجا باسكال، يكون معامل S = 8

عندما تكون قيمة P < 17.5 ميجا باسكال، يكون معامل S = 6

عندما تكون قيمة P > 17.5 ميجا باسكال، يكون معامل S = 4

يمكن لطريقة التصحيح هذه أن تزيد بشكل فعال من عامل الأمان في التصميم، مما يضمن استقرار وموثوقية الأنابيب غير الملحومة على المدى الطويل.

مثال لحساب ضغط الأنابيب الملحومة

افترض المعلمات التالية لأنبوب فولاذي:

القطر الخارجي D = 100 مم

سمك الجدار t = 10 مم

قوة شد المادة S = 400 ميجا باسكال

معامل درجة الحرارة K = 0.1 لبيئة التشغيل

معامل الضغط C = 0.8

عندها تكون سعة الضغط:

العوامل المؤثرة على قدرة تحمل الضغط للأنابيب غير الملحومة

1. قوة المادة
تختلف قوة الشد باختلاف أنواع الفولاذ. على سبيل المثال، تختلف نطاقات قوة الشد للمواد الشائعة الاستخدام، مثل sch 20 وQ345B و16Mn. أما في تطبيقات الضغط العالي، فيُختار عادةً الفولاذ السبائكي أو الفولاذ المقاوم للصدأ عالي القوة.

2. سُمك جدار الأنبوب
كلما زاد سُمك الجدار، زادت قدرة تحمل الضغط. إلا أن زيادة سُمك الجدار تزيد أيضًا من الوزن والتكلفة، لذا يجب اختيار مادة مناسبة بناءً على ظروف التشغيل.

3. قطر الأنبوب
كلما زاد قطر الأنبوب، انخفضت قدرته على تحمل الضغط. لذلك، غالبًا ما تتطلب الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة والضغط العالي جدرانًا أكثر سُمكًا.

٤. درجة حرارة التشغيل

قد تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى انخفاض قوة الفولاذ، وهو ما يجب تصحيحه باستخدام معامل درجة الحرارة K.

٥. اللحام والمعالجة

على الرغم من أن الأنابيب غير الملحومة لا تحتوي على لحامات، إلا أنه قد توجد وصلات ضعيفة أثناء عملية التوصيل والمعالجة، مما قد يؤثر أيضًا على قدرتها الكلية على تحمل الضغط.