فهم سعة ضغط الأنابيب الملحومة بالجدول 40

في أنظمة الأنابيب الصناعية، يُعدّ "الجدول 40" (يُشار إليه عادةً باسم Sch 40 أو STD) تصنيفًا شائعًا جدًا لسمك جدار الأنبوب. وعند استخدامه مع "أنابيب الفولاذ غير الملحومة"، يُشكّل المادة الأساسية في العديد من التطبيقات المهمة. يُعدّ فهم تصنيفات الضغط لأنابيب الفولاذ غير الملحومة من الجدول 40 أمرًا ضروريًا لضمان تشغيل الأنظمة بأمان وموثوقية وكفاءة.


ما هو "الجدول 40"؟


يشير مصطلح "الجدول 40" (يُكتب غالبًا SCH 40) إلى تصنيف قياسي لسمك جدار الأنابيب وفقًا لمعايير مثل ASME B36.10M (لأنابيب الفولاذ) أو ما يعادلها. "الجدول" ليس بحد ذاته تصنيفًا مباشرًا للضغط؛ بل يُشير إلى السُمك الاسمي للجدار (الذي يُحدد، بالنسبة لحجم أنبوب اسمي مُحدد، قدرة الأنبوب على تحمّل الضغط الداخلي). لكل حجم اسمي للأنبوب (NPS)، يُحدد الجدول 40 القطر الخارجي القياسي (OD) والسُمك (WT)، والذي يُمكن من خلاله حساب القطر الداخلي (ID). عند استخدام التصنيع "غير الملحوم" (بدلاً من اللحام)، يميل الأنبوب إلى امتلاك قوة أكثر اتساقًا وسلامة أعلى تحت الضغط، نظرًا لعدم وجود أي لحام قد يُمثل نقطة ضعف محتملة. تُفضل العديد من المراجع التي تُناقش تطبيقات الضغط العالي الأنابيب غير الملحومة لهذه الأسباب.

لذا، يُعد الجدول 40 معيارًا لسمك الجدار/الأبعاد؛ وتعتمد سعة الضغط الفعلية على المادة والحجم وسمك الجدار وفقًا لذلك الجدول وظروف التشغيل (درجة الحرارة، والوسط، وعامل الأمان، إلخ).

العوامل المؤثرة على تصنيف ضغط الأنابيب غير الملحومة وفقًا للجدول 40
1. المادة: هذا هو العامل الحاسم. تختلف مواد الفولاذ المختلفة في قوى الشد وقوة الخضوع.

A106 الفئة ب (الفولاذ الكربوني): يُستخدم عادةً في خدمات درجات الحرارة العالية، مثل نقل البخار والنفط/الغاز.

A53 الفئة ب (الفولاذ الكربوني): يُستخدم عادةً لنقل السوائل منخفضة الضغط بشكل عام.
A312 TP304/316 (فولاذ مقاوم للصدأ): مقاوم للتآكل، يُستخدم في الصناعات الكيميائية والغذائية.

بالنسبة لأنابيب Sch 40 من نفس الحجم، تختلف تصنيفات الضغط للفولاذ المقاوم للصدأ 304 والفولاذ الكربوني A106B.

2. درجة حرارة التشغيل: تُعدّ درجة الحرارة عاملاً حاسماً في تصنيفات الضغط. فمع ارتفاع درجة حرارة الوسط، تقلّ متانة المادة المعدنية. لذلك، يكون الضغط المسموح به للأنبوب عند درجات الحرارة العالية أقل بكثير من الضغط المسموح به عند درجة حرارة الغرفة. تُعد جداول تصنيفات الضغط ودرجة الحرارة مراجع أساسية للمهندسين عند اختيار الأنابيب.

3. القطر الاسمي (NPS): كما ذكرنا سابقاً، تختلف تصنيفات الضغط للأنابيب ذات الأقطار المختلفة لنفس تصنيف Sch 40 بسبب اختلاف سُمك جدرانها. عموماً، تتمتع الأنابيب ذات الأقطار الأصغر بسعة ضغط أعلى لكل وحدة مساحة.

كيفية تحديد تصنيف ضغط الأنابيب الفولاذية
يعتمد "تصنيف الضغط" (أو "الضغط المسموح به/العامل") لأنبوب الجدول 40 على عدة عوامل:
درجة المادة: يختلف الفولاذ الكربوني، والفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ السبائكي في قوة الخضوع، وقوة الشد، والإجهاد المسموح به، مما يؤثر على أقصى ضغط آمن.

الحجم الاسمي للأنبوب (NPS)/القطر الخارجي (OD): بالنسبة لجدول معين، تتميز الأنابيب ذات القطر الأكبر بنسبة جدار إلى قطر أرق، وبالتالي مقاومة أقل للضغط تحت نفس الضغط الداخلي.

سمك الجدار: وفقًا لمواصفات الجدول 40 لهذا الحجم الاسمي للأنبوب؛ جدار أكثر سمكًا ← سعة ضغط أعلى.

درجة حرارة التشغيل وخصائص السوائل: تقلل درجة الحرارة المرتفعة أو الوسط التآكلي/التآكلي من ضغط العمل المسموح به. على سبيل المثال، العديد من جداول تصنيف الضغط صالحة في درجة حرارة الغرفة (أو 73 درجة فهرنهايت / ~23 درجة مئوية) - تتطلب درجات الحرارة المرتفعة تخفيض التصنيف.

عوامل السلامة والامتثال للكود/المعيار: غالبًا ما يطبق التصميم الواقعي عوامل السلامة؛ قد تُخفّض المعايير، كتلك التي تُطبّقها الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) أو مواصفات المشروع، التصنيف الاسمي لضمان السلامة.

لذلك، على الرغم من أن الجدول 40 يُعطي خط أساس (الحجم + سُمك الجدار)، يجب على المهندسين مراجعة مواصفات المواد، أو الجداول القياسية، أو إجراء حسابات (مثل: جدول ودليل تصنيف ضغط الأنابيب للجدول 40) عند معرفة ظروف الضغط ودرجة الحرارة الدقيقة.

تصنيفات الضغط النموذجية لأنابيب الجدول 40 غير الملحومة

فيما يلي قيم تمثيلية لتصنيف الضغط لأنابيب الجدول 40 الفولاذية (أو غير الملحومة) في ظل الظروف المحيطة النموذجية. ونظرًا لاختلاف التصنيفات الفعلية باختلاف درجة المادة، فإن هذه القيم تُعدّ بمثابة إرشادات عامة - يُرجى دائمًا التأكد من الشركة المصنعة أو الجداول القياسية قبل التصميم/التركيب.

Nominal Pipe Size (NPS)	Outside Diameter (OD)	Wall Thickness (SCH 40)	Typical Working Pressure (approx.)*
1/4 in (0.25”)	0.54 in (13.7 mm)	per Schedule 40	very high — some sources report ~7,985 psi (theoretical max)
1/2 in (0.5”)	0.84 in (21.3 mm)	0.109 in (≈ 2.77 mm)	Working pressure often in range ~600–1300 psi depending on source
3/4 in (0.75”)	1.05 in (26.7 mm)	0.113 in (≈ 2.87 mm)	~480–1080 psi depending on source and safety factor
1 in	1.315 in (33.4 mm)	0.133 in (≈ 3.38 mm)	~450–1010 psi
1¼ in	1.66 in (42.2 mm)	0.140 in	~370–840 psi
1½ in	1.90 in (48.3 mm)	0.145 in	~330–760 psi
2 in	2.375 in (60.3 mm)	0.154 in (≈ 3.91 mm)	~280–650 psi
4 in	4.5 in (114.3 mm)	0.237 in (≈ 6.02 mm)	~220–660 psi