ما مقدار الضغط الذي تتحمله أنابيب الصلب من النوع 20؟
لا توجد قيمة ضغط ثابتة (PSI) لجميع أنابيب الصلب من النوع 20. تعتمد قدرة تحمل الضغط على حجم الأنبوب، وقطره الخارجي، وسماكة جداره، ونوع الصلب، ودرجة حرارة التشغيل، ومعامل مقاومة التآكل، ورمز التصميم المطبق. بالنسبة لأنابيب الصلب الكربوني والسبائكي، يُعدّ النوع 20 تصنيفًا للأبعاد وليس فئة ضغط مستقلة. وفقًا لمعيار ASME B36.10M، تختلف أبعاد النوع 20 باختلاف الحجم الاسمي للأنبوب. على سبيل المثال، يبلغ سمك جدار أنبوب النوع 20 ذي القطر الاسمي 8 بوصات 0.250 بوصة، بينما يبلغ سمك جدار أنبوب النوع 14 بوصة 0.312 بوصة.
يوفر هذا الدليل جدولًا مرجعيًا عمليًا لتصنيف ضغط أنابيب الصلب من النوع 20، ويشرح كيفية حساب الضغط، ويوضح سبب اختلاف تصنيفات الضغط الموجودة على الإنترنت.
جدول تصنيف ضغط أنابيب الصلب من النوع 20
يستخدم الجدول أدناه أبعاد النوع 20 لأنابيب الصلب الكربوني والسبائكي بناءً على معيار ASME B36.10M. يُعرض عمود الضغط كمثال توضيحي لإجهاد الحلقة باستخدام إجهاد مسموح به مفترض قدره 20,000 رطل لكل بوصة مربعة وعلاقة بارلو المبسطة:
P = 2St / D
لا يُمثل هذا ضغط التشغيل المسموح به وفقًا لمعايير الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME).
|
NPS
|
DN
|
OD (in.)
|
Wall Thickness (in.)
|
Reference Pressure* (psi)
|
|
8
|
200
|
8.625
|
0.25
|
1,159
|
|
10
|
250
|
10.75
|
0.25
|
930
|
|
12
|
300
|
12.75
|
0.25
|
784
|
|
14
|
350
|
14
|
0.312
|
891
|
|
16
|
400
|
16
|
0.312
|
780
|
|
18
|
450
|
18
|
0.312
|
693
|
|
20
|
500
|
20
|
0.375
|
750
|
|
22
|
550
|
22
|
0.375
|
682
|
|
24
|
600
|
24
|
0.375
|
625
|
|
26
|
650
|
26
|
0.5
|
769
|
|
28
|
700
|
28
|
0.5
|
714
|
|
30
|
750
|
30
|
0.5
|
667
|
|
32
|
800
|
32
|
0.5
|
625
|
|
34
|
850
|
34
|
0.5
|
588
|
|
36
|
900
|
36
|
0.5
|
556
|
هذا الرسم التوضيحي مرجعي فقط، تم حسابه باستخدام S = 20,000 رطل/بوصة مربعة، وسماكة الجدار الاسمية، والقطر الخارجي. يجب تحديد ضغط التشغيل الفعلي المسموح به باستخدام مواصفات المواد المطبقة، ورمز التصميم، ودرجة الحرارة، ومتطلبات اللحام، وبدل التآكل، وظروف المشروع الأخرى.
تتوافق أبعاد الجدول 20 الأساسية مع جداول أبعاد ASME B36.10M المنشورة.
لا يعني كبر حجم الأنبوب بالضرورة ارتفاع تصنيف الضغط.
تتأثر سعة الضغط بشكل كبير بنسبة سماكة الجدار إلى قطر الأنبوب. على سبيل المثال، يبلغ سمك جدار أنبوب NPS 8 من الجدول 20 0.250 بوصة، بينما يبلغ سمك جدار أنبوب NPS 24 0.375 بوصة. على الرغم من أن الأنبوب الأكبر حجمًا يتميز بجدار أكثر سمكًا، إلا أن قطره يزداد بشكل ملحوظ.
لهذا السبب، يجب مراعاة حجم الأنبوب وسماكة جداره ونوع مادته معًا عند تقييم خدمة الضغط.
ما هو تصنيف الضغط لأنبوب الصلب من الجدول 20؟
لا يوجد تصنيف ضغط ثابت لأنبوب الصلب من الجدول 20.
يشير مصطلح "الجدول 20" إلى سلسلة من سماكات الجدران. ولا يعني ذلك أن جميع أنابيب الجدول 20 مصممة لتحل نفس الضغط.
تعتمد سعة الضغط الفعلية على:
الحجم الاسمي للأنبوب
القطر الخارجي
سماكة الجدار
نوع الفولاذ
الإجهاد المسموح به
درجة حرارة التشغيل
بدل التآكل
طريقة التصنيع
كفاءة اللحام، إن وجدت
كود تصميم الأنابيب المطبق. يتميز فولاذ ASTM A53 من الدرجة B بحد أدنى لمقاومة الخضوع يبلغ 35,000 رطل/بوصة مربعة، وحد أدنى لمقاومة الشد يبلغ 60,000 رطل/بوصة مربعة. وينطبق الأمر نفسه على فولاذ ASTM A106 من الدرجة B. مع ذلك، فإن مقاومة الخضوع لا تساوي إجهاد التصميم المسموح به. لذا، من غير الصحيح استخدام 35,000 رطل/بوصة مربعة مباشرةً كإجهاد ضغط مسموح به. يُعد هذا التمييز من أهم النقاط عند تفسير مخطط ضغط الجدول 20.
كيفية حساب تصنيف ضغط أنابيب الصلب من النوع 20
تُعدّ صيغة بارلو طريقةً مُبسّطةً لتقدير الضغط الداخلي:
P = 2St / D
حيث:
P = الضغط الداخلي
S = الإجهاد المسموح به لمادة الأنبوب
t = سُمك الجدار الاسمي
D = القطر الخارجي
يجب أن تكون وحدات قياس جميع متغيرات الضغط الثلاثة متوافقة.
للضغط بوحدة رطل/بوصة مربعة (psi):
يجب أن تكون قيمة S بوحدة رطل/بوصة مربعة (psi)
يجب أن تكون قيمة t بالبوصة
يجب أن تكون قيمة D بالبوصة
مثال: أنبوب صلب من النوع 20، القطر الاسمي 8 بوصات
لنفترض:
القطر الاسمي = 8 بوصات
القطر الخارجي = 8.625 بوصة
سُمك الجدار = 0.250 بوصة
الإجهاد المسموح به المفترض = 20,000 رطل/بوصة مربعة
إذن:
P = 2 × 20,000 × 0.250 / 8.625
P ≈ 1,159 رطل/بوصة مربعة
هذا حساب توضيحي، وليس ضغط تشغيل مسموح به معتمد.
توضح الحسابات سبب عدم كفاية البحث عن "جدول 20 PSI". فتغيير إجهاد المادة، أو درجة الحرارة، أو سُمك الجدار، أو سماحية التآكل، يؤدي إلى تغيير الضغط.
ما العوامل المؤثرة على ضغط تشغيل أنابيب الجدول 20؟
1. قطر الأنبوب
بالنسبة لسُمك جدار مُحدد وإجهاد مسموح به، ينتج عن القطر الأكبر عمومًا قدرة تحمل ضغط أقل.
يُستنتج هذا مباشرةً من مقام معادلة بارلو:
P = 2St / D
كلما زاد القطر (D)، انخفض الضغط المحسوب.
2. سُمك الجدار
يؤثر سُمك الجدار بشكل مباشر على قدرة تحمل الضغط.
يوفر الجدار الأكثر سُمكًا مقاومة أكبر للإجهاد المحيطي الداخلي.
على سبيل المثال، زيادة سُمك الجدار من 0.250 بوصة إلى 0.375 بوصة تزيد من قدرة تحمل الضغط المحسوبة عندما يظل القطر والإجهاد المسموح به ثابتين.
لهذا السبب، يتمتع الجدول 40 عمومًا بقدرة تحمل ضغط أعلى من الجدول 20 لأحجام الأنابيب والمواد المتشابهة.
3. درجة الفولاذ
تُحدد درجة الفولاذ الخصائص الميكانيكية المستخدمة في التصميم.
على سبيل المثال، يتميز الفولاذ من الدرجة B وفقًا لمعيار ASTM A53 بحد أدنى لمقاومة الخضوع يبلغ 35,000 رطل/بوصة مربعة، وقوة شد تبلغ 60,000 رطل/بوصة مربعة. كما يُحدد الفولاذ من الدرجة B وفقًا لمعيار ASTM A106 أيضًا حدًا أدنى لمقاومة الخضوع يبلغ 35,000 رطل/بوصة مربعة، وقوة شد تبلغ 60,000 رطل/بوصة مربعة. ولكن لا ينبغي إدخال هذه القيم مباشرةً في حساب ضغط التشغيل كإجهاد مسموح به.
4. درجة حرارة التشغيل
قد تتغير مقاومة الفولاذ وإجهاد التصميم المسموح به بتغير درجة الحرارة. قد لا ينطبق حساب الضغط الذي يُجرى عند درجة حرارة الغرفة على خطوط المعالجة ذات درجات الحرارة العالية. بالنسبة للبخار، أو الزيت الساخن، أو غازات المعالجة، أو غيرها من التطبيقات ذات درجات الحرارة المرتفعة، يُرجى استخدام كود التصميم وجداول المواد ذات الصلة.
5. بدل التآكل
يُعدّ التآكل عاملاً آخر يُغفل عنه غالبًا في حاسبات الضغط البسيطة عبر الإنترنت. فإذا قلّل التآكل من سُمك الجدار الفعلي، فإنّ قدرة الضغط المتبقية تنخفض أيضًا. على سبيل المثال، لا يُوفّر جدارٌ اسميٌّ بسُمك 0.250 بوصة بالضرورة سُمكًا هيكليًا فعليًا قدره 0.250 بوصة طوال فترة الخدمة.
6. التفاوتات التصنيعية
لا يُمثّل سُمك الجدار الاسمي دائمًا الحد الأدنى لسُمك الجدار المقاس. ففي معيار ASTM A106، على سبيل المثال، يُحدّد الحد الأدنى لسُمك الجدار عند أي نقطة بناءً على تفاوت سلبي مسموح به من سُمك الجدار الاسمي. وفي تصميم الضغط الفعلي، لا ينبغي تجاهل هذا الفرق.
تصنيف ضغط أنابيب الصلب من الجدول 20 مقابل ضغط الانفجار
ضغط التشغيل وضغط الانفجار ليسا متطابقين.
ضغط التشغيل هو الضغط الذي يُصمم النظام للعمل عنده بأمان في ظل ظروف محددة.
ضغط الانفجار هو ضغط أعلى بكثير يرتبط بانهيار هيكلي.
لا ينبغي أبدًا اختيار أنبوب بناءً على ضغط الانفجار المنشور واعتباره ضغط التشغيل المسموح به.
يراعي التصميم السليم ما يلي:
ضغط التصميم
درجة حرارة التصميم
خصائص المادة
سُمك الجدار
متطلبات السلامة
بدل التآكل
الكود المطبق
تصنيفات المكونات
يُعد هذا التمييز مهمًا بشكل خاص للمشترين الذين يقارنون قيم الضغط من جداول مختلفة على الإنترنت.
تصنيف ضغط الجدول 20 مقابل الجدول 40
لا ينبغي مقارنة الجدول 20 والجدول 40 بناءً على أرقام الجدول فقط.
بالنسبة لنفس الحجم الاسمي والمادة، يتميز الجدول 40 عمومًا بجدار أكثر سُمكًا من الجدول 20، وبالتالي قدرة تحمل ضغط أعلى.
|
Feature
|
Schedule 20
|
Schedule 40
|
|
Wall thickness
|
Lower
|
Higher
|
|
Weight
|
Lower
|
Higher
|
|
Material usage
|
Lower
|
Higher
|
|
Pressure capacity
|
Generally lower
|
Generally higher
|
|
Typical use
|
Lower-pressure service
|
Wider pressure range
|
|
High-pressure suitability
|
Limited
|
Better, depending on design
|
|
Cost
|
Often lower
|
Often higher
|
مع ذلك، لا يُعدّ الجدول 40 مناسبًا تلقائيًا لكل تطبيقات الضغط العالي. فالاختيار النهائي يعتمد على نوع المادة، ودرجة الحرارة، والمواصفات، وضغط التصميم.
يرتبط هذا ارتباطًا وثيقًا بمقالك حول تصنيف ضغط أنابيب الجدول 40.
هل أنابيب الصلب من الجدول 20 مناسبة لتطبيقات الضغط العالي؟
يمكن استخدام أنابيب الصلب من الجدول 20 في أنظمة الضغط، ولكن لا ينبغي اختيارها لمجرد أنها تحمل علامة "أنابيب فولاذية".
تعتمد ملاءمتها على ضغط التصميم المطلوب وجميع شروط التصميم المطبقة.
يمكن النظر في استخدام الجدول 20 في الحالات التالية:
عندما يكون ضغط التصميم منخفضًا نسبيًا.
عندما يكون قطر الأنبوب المطلوب كبيرًا.
عندما يكون تقليل الوزن مهمًا.
عندما تسمح مواصفات التصميم المطبقة بسُمك الجدار المُختار.
عندما تتوافق درجة المادة مع متطلبات المشروع.
في تطبيقات الضغط العالي، قد يختار المهندسون جدارًا أكثر سُمكًا مثل الجدول 40 أو الجدول 80 أو أي سُمك جدار آخر مُحدد.
يجب أن يبدأ الاختيار الصحيح دائمًا بضغط التصميم، وليس برقم الجدول.
English
Español
بالعربية
تلفون .:
واتساب:
البريد الإلكتروني:
