مخطط تصنيف ضغط أنابيب الصلب الكربوني

في مشاريع خطوط الأنابيب الأربعة الرئيسية للبتروكيماويات، والتدفئة، وإمدادات المياه والصرف الصحي البلدية، ونقل النفط والغاز لمسافات طويلة، تُعد أنابيب الصلب الكربوني المادة الأساسية الأكثر استخدامًا. ويُشار إليها عادةً باسم أنابيب الصلب الكربوني في هذا القطاع، وتُشكل جداول تصنيف الضغط الخاصة بها الأساس الرئيسي لتصميم خطوط الأنابيب، والتحقق من قوتها، وشرائها، واختبارها الهيدروستاتيكي. وقد كشفت العديد من حوادث السلامة في مواقع العمل أن أكثر من 70% من حالات تسرب وتمزق أنابيب الصلب الكربوني ناتجة عن سوء استخدام العاملين لمعايير الضغط عند درجة الحرارة المحيطة، وتجاهلهم لتأثير انخفاض الضغط مع تغير درجة الحرارة، وخلطهم بين تصنيفات سُمك جدار الأنابيب (SCH) والضغط الاسمي. تُقدم هذه المقالة، التي تجمع بين ثلاثة معايير محلية ودولية رئيسية - ASME B36.10M وASTM A106 وGB/T 8163 - تفسيرًا منهجيًا لمنطق جداول تصنيف الضغط، والاختلافات بين المعايير، ومواصفات الاستخدام في مواقع العمل.

ما هو سُمك جدار الأنابيب (SCH) تحديدًا؟

ما هو سُمك جدار الأنابيب (SCH) تحديدًا؟ في النظام القياسي الأمريكي، فإن الجدول (Sch) هو "سلسلة سماكة الجدار"، ولا يعادل بشكل مباشر "يمكن استخدامه فقط حتى 10 بار / 16 بار / 25 بار". عند نفس القطر الاسمي (NPS)، يكون الجدول 80 أكثر سمكًا وله قطر داخلي أصغر من الجدول 40؛ لذلك، يسمح ذلك بمقاومة ضغط أعلى، لكن ضغط التشغيل المسموح به (MAWP/أقصى ضغط تشغيل) لا يزال يعتمد على:

المادة والإجهاد المسموح به S(T) (يختلف باختلاف نوع الفولاذ المستخدم: A53 Gr.B/A106 Gr.B/فولاذ A333 منخفض الحرارة، إلخ).
طريقة التصنيع: تختلف الأنابيب غير الملحومة (عادةً بمعامل لحام E≈1.0) عن الأنابيب الملحومة بتقنية ERW (عادةً E≈0.85) اختلافًا كبيرًا.
درجة حرارة التصميم: ارتفاع درجة الحرارة ← انخفاض مقاومة المادة ← ضرورة خفض تصنيف درجة الحرارة. يقل سمك الجدار الفعال بسبب سماحية التآكل/سماحية الاحتكاك، وترقق السن اللولبي (في حال استخدام وصلات ملولبة)، إلخ.
معوقات النظام: غالبًا ما تحدد أنواع الصمامات والوصلات والشفاه والمفاصل "الضغط القابل للاستخدام" لقسم الأنبوب بأكمله، وليس الأنبوب نفسه فقط.

تصنيف الضغط الفعلي لأنابيب الصلب الكربوني Sch 80 عند درجة حرارة الغرفة
عند درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية) (بيئة الغرفة، تدفق الماء، زيت بدرجة حرارة الغرفة، هواء مضغوط)، لا حاجة لحسابات معقدة. سجّل ضغط التشغيل الآمن المقاس فعليًا في الموقع. ملاحظة: هذا هو ضغط التشغيل المستقر على المدى الطويل، وليس ضغط الانفجار اللحظي. يُعد ضغط الانفجار هامش أمان، ولا ينبغي استخدامه كمعيار للاستخدام.

- الأقطار الصغيرة DN15-DN40: تتميز أنابيب الصلب الكربوني Sch80 بمقاومة ضغط آمنة تصل إلى 16 ميجا باسكال. يُستخدم هذا النوع من الأنابيب عادةً في ضواغط الهواء عالية الضغط وأنابيب الزيت الهيدروليكي عالية الضغط في ورش العمل، ويمكنها العمل بشكل مستمر عند ضغوط تصل إلى 10 ميجا باسكال.

- الأقطار المتوسطة DN50-DN100: تتميز أنابيب الصلب الكربوني Sch80 بمقاومة ضغط آمنة تتراوح بين 8 و12 ميجا باسكال. كلما زاد القطر، زادت مساحة الإجهاد على جدار الأنبوب، وانخفضت مقاومة الضغط تلقائيًا. لهذا السبب، حتى الأنابيب الكبيرة ذات الجدران السميكة لا تتحمل الضغط العالي.

- أنابيب الصلب الكربوني ذات الأقطار الكبيرة من 125 إلى 200 نانومتر (DN125-DN200): تتميز بمقاومة ضغط آمنة تتراوح بين 4 و6 ميجا باسكال فقط. وهذا هو الاستخدام الشائع لأنابيب مياه التبريد المتداولة ذات الضغط العالي في المصانع. أما عند الضغوط التي تتجاوز 6 ميجا باسكال، فيجب استخدام أنابيب مصنوعة من سبائك معدنية.

باختصار: كلما كان الأنبوب أرق، زادت مقاومته للضغط؛ وكلما كان الأنبوب أسمك، قلت مقاومته للضغط. عند نفس القطر، تتمتع أنابيب Sch80 بمقاومة ضغط تبلغ ضعف مقاومة أنابيب Sch40. على سبيل المثال، لا يتحمل أنبوب Sch40 بقطر 50 نانومتر سوى 5 ميجا باسكال، بينما يتحمل أنبوب Sch80 بنفس القطر 10 ميجا باسكال.


كيف يتم تحديد تصنيف ضغط أنابيب الصلب الكربوني؟

لا تُستمد تصنيفات الضغط مباشرةً من رقم الجدول.

بدلاً من ذلك، يقوم المهندسون بحساب الضغط المسموح به باستخدام معادلات ASME B31.3 وASME B31.1.


كيف يتم تحديد تصنيف ضغط أنابيب الصلب الكربوني؟

لا تُستمد تصنيفات الضغط مباشرةً من رقم الجدول.


بدلاً من ذلك، يقوم المهندسون بحساب الضغط المسموح به باستخدام معادلات ASME B31.3 وASME B31.1. المعادلة المبسطة هي:

P=2St/D

حيث:
P = الضغط المسموح به
S = الإجهاد المسموح به للمادة
t = سُمك الجدار
D = القطر الخارجي
تؤثر عدة عوامل على النتيجة النهائية.

قوة المادة
يوفر الفولاذ عالي الجودة قدرة تحمل ضغط أعلى.

تشمل المواد الشائعة ما يلي:
ASTM A53 درجة B
ASTM A106 درجة B
ASTM A333 درجة 6
API 5L درجة B

جدول تصنيف ضغط أنابيب الفولاذ الكربوني (الجدول 80)

SCH 80 Steel Pipe Pressure Rating(psig)
Pipe Size	Pipe Schedule	Temperature(oF)
(inches)		100	200	300	400	500	600	650	700	750
1"	40	3048	2629	2362	2171	2019	1924	1867	1824	1810
	80	4213	3634	3265	3002	2791	2659	2580	2528	2501
	160	6140	5296	4759	4375	4068	3876	3761	3684	3646
1 1/2"	40	2257	1947	1750	1608	1496	1425	1383	1354	1340
	80	3182	2744	2466	2267	2108	2009	1949	1909	1889
	160	4619	3984	3580	3291	3060	2916	2829	2772	2743
2"	40	1902	1640	1474	1355	1260	1201	1165	1141	1129
	80	2747	2369	2129	1957	1820	1734	1682	1648	1631
	160	4499	3880	3486	3205	2980	2840	2755	2699	2671
3"	40	1806	1558	1400	1287	1196	1140	1106	1084	1072
	80	2553	2202	1979	1819	1691	1612	1564	1532	1516
	160	3840	3312	2976	2736	2544	2424	2352	2304	2280
4"	40	1531	1321	1187	1091	1014	967	938	919	909
	80	2213	1909	1715	1577	1466	1397	1355	1328	1314
	160	3601	3106	2791	2566	2386	2273	2206	2161	2138
5"	40	1342	1158	1040	956	889	847	822	805	797
	80	1981	1709	1535	1411	1312	1250	1213	1189	1176
	160	3414	2945	2646	2433	2262	2155	2091	2049	2027
6"	40	1219	1052	945	869	808	770	747	732	724
	80	1913	1650	1483	1363	1267	1208	1172	1148	1136
	160	3289	2836	2549	2343	2179	2076	2014	1973	1953
8"	40	1073	926	832	765	711	678	657	644	637
	80	1692	1459	1311	1205	1121	1068	1036	1015	1005
	160	3175	2738	2460	2262	2103	2004	1944	1905	1885
10"	40	974	840	755	694	645	615	596	584	578
	80	1609	1388	1247	1147	1066	1016	986	966	956
	160	3147	2714	2439	2242	2085	1986	1927	1880	1868

للاطلاع على مخطط تصنيف ضغط أنابيب الجدول 40، يُرجى النقر هنا: مخطط تصنيف ضغط أنابيب الجدول 40

بالنسبة لمشاريع الهندسة والمشتريات والإنشاء الدولية، والمعدات المُصدَّرة، ومحطات النفط والغاز في الخارج: الالتزام التام بالنسخة الإنجليزية الأصلية من مخطط تصنيف ضغط أنابيب الصلب الكربوني ASME B36.10M، باستخدام نظام التصنيف المزدوج SCH+Class لتلبية معايير القبول في مختلف البلدان.

مخطط مرجعي مُبسَّط لتصنيف ضغط أنابيب الصلب الكربوني عند درجة الحرارة العادية (إصدار الاستخدام الميداني): يستند هذا المخطط إلى أنابيب ASTM A106 Gr.B غير الملحومة عند درجة حرارة 20 درجة مئوية، في وسط مياه نظيفة غير قابلة للتآكل. وهو نسخة مُبسَّطة من مخطط تصنيف ضغط أنابيب الصلب الكربوني القياسي في الصناعة، ويمكن استخدامه مباشرةً للاختيار السريع في الموقع، ليحل محل المخطط القياسي الأصلي المطوّل.

مقارنة تصنيف الضغط بين SCH 40 و SCH 80

Feature	SCH 40	SCH 80
Wall Thickness	Lower	Higher
Pressure Capacity	Lower	Higher
Weight	Lighter	Heavier
Cost	Lower	Higher
Typical Use	Water, HVAC	Oil & Gas, Steam

باختصار، لا يمكن استخدام جدول ضغط أنابيب الصلب الكربوني المرجعي بشكل مباشر؛ فهو مرجع فقط للأنابيب ذات درجة الحرارة العادية، والمياه النظيفة، والأنابيب غير الملحومة. عند اختيار الأنابيب، لا يكفي الاعتماد على قيم الضغط في الجدول فقط، بل يجب مراعاة مادة أنبوب الصلب، وسماكة جداره، وطريقة تصنيعه، ودرجة حرارة التشغيل، والوسط المنقول. إذا كانت المواد المنقولة غير ضارة، مثل المياه النظيفة ذات درجة الحرارة العادية أو الهواء المضغوط العادي، فإن الجدول المذكور في هذه المقالة كافٍ تمامًا للاختيار. أما في حالة نقل البخار ذي درجة الحرارة العالية، أو مياه الصرف الصحي المسببة للتآكل، أو الزيوت والغازات القابلة للاشتعال والانفجار، فلا يجب الاعتماد على الجدول المبسط وحده. بل يجب الرجوع إلى معايير الصناعة الأصلية وحساب قدرة تحمل الضغط بناءً على ظروف الموقع الفعلية لمنع تشقق الأنابيب وتسربها، وتجنب المخاطر الأمنية.