Formeln bakom API 5L rörtjocklek
Beräkningen av väggtjockleken på ett API 5L-rör följer i allmänhet riktlinjerna för tryckdesign som fastställts av American Petroleum Institute och som återges i rörledningskoderna som använder API 5L som rörspecifikation. Grundförhållandet för den minsta nödvändiga väggtjockleken är:
t = P x D / (2 x S x E x F)
| Symbol | Menande | Hur det är etablerat |
|---|---|---|
| t | Minsta erforderliga väggtjocklek | Resultatet av beräkningen |
| P | Internt designtryck | Ställs in av processdesignen eller det maximala drifttrycket |
| D | Rörets ytterdiameter | Från den valda rörstorleken |
| S | Specificerad lägsta sträckgräns för rörmaterialet | Från API 5L-kvalitetstabellen, till exempel 360 MPa för L360 |
| E | Longitudinell ledfaktor | 1,00 för sömlösa rör, mindre än 1,00 för svetsade rör beroende på sömtyp och kod |
| F | Designfaktor | Ställs in av platsklassen och servicevillkoren, och tilldelas av tillämplig rörledningskod |
I sin enklaste form, med fog- och designfaktorerna inställda på enhet, är detta Barlow-relationen. Rörledningskoder introducerar sedan fogfaktorn för att ta hänsyn till den längsgående sömmen och designfaktorn för att ta hänsyn till konsekvenserna av fel vid rörledningens läge. Resultatet av beräkningen är en minsta väggtjocklek för enbart tryckfallet; det är ännu inte en väggtjocklek som går att beställa.
Från designtjocklek till beställningstjocklek
Tre ytterligare tillägg måste beaktas innan beställningsväggtjockleken fastställs.
Korrosions- eller erosionstillägg. I en korrosiv miljö måste metallen som förlorats under designlivslängden läggas till den beräknade väggen, annars kommer röret att falla under tryckfallet innan dess livslängd är slut.
Brukstoleranstillägg. API 5L tillåter en minustolerans på väggtjocklek, och de tillåtna värdena beror på rörtyp och väggtjockleksband, så leverantören kan leverera rör något tunnare än den nominella väggen. Designers lägger därför till en justering för den tillämpliga minustoleransen.
Mekanisk ersättning. Gängning, räfsning, bockning och andra tillverkningsoperationer tar bort eller förtunnar material, så väggen måste vara tillräcklig efter dessa operationer såväl som före dem.
Beställningsväggtjockleken bör även kontrolleras mot standardväggtjockleksserien så att en kommersiellt tillgänglig storlek väljs. Att välja nästa tillgängliga vägg ovanför den beräknade siffran är normal praxis, förutsatt att den resulterande väggen inte överskrider gränsen vid vilken tunnväggsantagandet i formeln förblir giltigt.
Betyg, avkastningsstyrka och effekt på tjocklek
Väggtjockleken är omvänt proportionell mot den sträckgräns som används i beräkningen, så den valda sorten har en direkt effekt på mängden stål som krävs.
| API 5L klass | Minsta sträckgräns MPa | Effekt på önskad väggtjocklek |
|---|---|---|
| L245 | 245 | Tjockaste väggen för ett givet tryck och diameter |
| L290 | 290 | Måttlig minskning |
| L360 | 360 | Avsevärd minskning, flitigt använd för medeltrycksledningar |
| L415 | 415 | Ytterligare minskning, vanligt inom överföringstjänst |
| L450 och L485 | 450 och 485 | Tunnaste väggen, men de högsta svets- och seghetskraven |
Att flytta till en högre kvalitet minskar väggtjockleken och därmed stålvikten, men det skärper också svetsproceduren, seghetskravet och fältkonstruktionskontrollerna. För många medeltrycksprojekt är den väggtjockleksreduktion som uppnås genom att flytta från L290 till L360 värt besväret utan den extra konstruktionsbördan av en höghållfast klass.
Väggtjocklekstolerans och verifiering
API 5L anger tillåtna toleranser på väggtjocklek som beror på om röret är sömlöst eller svetsat och på väggtjockleksbandet, och den tillåtna minustoleransen är anledningen till att en toleranstillägg läggs till designväggen. Den nominella väggen som visas på inköpsordern är inte ett garanterat minimum, så beräkningen och inköpsspecifikationen måste läsas tillsammans.
Den beräknade tjockleken bör också verifieras i praktiken. Ett rör beställt till en beräknad vägg kontrolleras normalt med ultraljudsväggtjockleksmätning längs längden, och det minsta uppmätta värdet jämförs med det erforderliga minimumet efter att tillåten tolerans har tillämpats. Om ledningen kommer att testas hydrostatiskt efter konstruktion, bekräftar testet hela systemets tryckintegritet men ersätter inte verifieringen av väggtjockleken för de enskilda fogarna. För högtemperaturdrift måste den tillåtna spänningen som används i beräkningen tas vid designtemperaturen snarare än vid rumstemperatur, eftersom stålets sträckgräns sjunker när temperaturen stiger.
FAQ
F: Vad är den grundläggande formeln för API 5L-rörtjocklek?
Minsta väggtjocklek beräknas som det invändiga konstruktionstrycket multiplicerat med ytterdiametern, dividerat med två gånger produkten av den specificerade lägsta sträckgränsen, den längsgående fogfaktorn och konstruktionsfaktorn.
F: Vad är den gemensamma faktorn E?
Det står för den längsgående sömmen. Sömlöst rör tilldelas en skarvfaktor på 1,00, medan svetsat rör tilldelas en faktor under 1,00 beroende på sömtyp och reglerna i tillämplig rörledningskod.
F: Vad är designfaktorn F?
Det är en säkerhetsfaktor som tillämpas på sträckgränsen för att ta hänsyn till lägesklassen och serviceförhållandena. Koderna tilldelar olika värden beroende på hur nära rörledningen är befolkade områden och på produkten som transporteras.
F: Varför är den beräknade tjockleken inte den beställda tjockleken?
Eftersom beräkningen endast omfattar tryckfallet. Ett korrosionstillägg, ett kvarnstoleranstillägg och ett tillägg för tillverkning som gängning eller bockning måste läggas till innan beställningsväggtjockleken väljs.
F: Betyder ett högre betyg alltid en billigare pipeline?
Inte nödvändigtvis. En högre kvalitet minskar väggtjockleken och stålvikten, men det höjer också svets- och inspektionskraven. Det ekonomiska fallet bör jämföra den totala installerade kostnaden, inte bara kostnaden per ton rör.
F: Hur verifieras den beräknade väggtjockleken?
Genom ultraljudsväggtjockleksmätning längs röret, jämfört med erforderligt minimivärde efter det att tillåten tolerans tillämpats, tillsammans med måttbesiktning och tryckprovning som krävs enligt inköpsspecifikationen.
