Ystyriaethau Gwasanaeth Gwactod ar gyfer Pibellau Dur Deublyg Diamedr Mawr: Trwch Wal a Phwysau Cwymp

Pan gynhelir system gweithredu pibio ar gyfer pwysedd mewnol, mae'r methiant yn dramatig—a thrwy dorri. Pan gynhelir y system ar gyfer pwysedd allanol neu walgylch llawn, mae'r methiant yn aml yn ddistaw ac yn sydyn— cynddaredd . Mae'r gwahaniaeth hon yn hanfodol wrth benodi pibiau dur dwbl o ddiametr mawr ar gyfer gwasanaeth gwagrhewi, fel yn nheithiadau gwagrhewi-insiliedig ar gyfer LNG cryogenig, ceisiadau dan y môr, neu systemau cynddaredd.

Amherthnasol i gynllunio pwysedd mewnol, sydd yn dibynio ar gryfder tynnu, mae cynllunio gwagrhewi yn cael ei reoli gan sefydlogrwydd elastig rhaid i'r pibell wrthsefyll cynddaredd dan bwysedd awyros (tua 14.7 psi neu 0.1 MPa) sy'n gweithio o'r tu allan. I bibellau duplex o groeslinell fawr a wal eithaf tân, mae hyn yn broblem anlinol a fydd rhai o'r codau pwysedd safonol B31 yn ei drin yn gynddaearol—ond nid bob amser yn uniongyrchol.

Yr erthyliad hwn yn ymchwilio i'r newidynnau allweddol i sicrhau bod eich pibell duplex yn gallu gwrthsefyll amodau tyllau heb chwyddo'r wal yn ddifrifol.

Ffiseg y Cynddaredd: Nad yw hyn yn cyfrifiad pwysedd safonol.

Ar gyfer pwysedd mewnol, mae Fformiwla Barlow (P = 2St/D) yn rhoi'r tensiwn yn wal y pibell. Ar gyfer pwysedd allanol, mae'r modd o hepgor yn wahanol. Mae'r pibell yn ymddwyn fel colofn dan gwasgu, ond mewn ffurf silindrïol. Rhoddir y pwysedd cynddaredd hanfodol (Pc) ar gyfer silindr hir heb ei gryfhau dan bocsiad elastig gan:

$$P_c=\frac{2E}{(1-{\nu }^2)}{\left(\frac{t}{D_o}\right)}^3$$

Pryd:

• E = Modwlws Elastigrwydd (Modwlws Young)

• ν = Cymhareb Poisson

• t = Twf y wal

• D_o = Croeslinell allanol

Sylwch ar y newidyn hanfodol: (t/D_o)³ . Mae hwn yn ffwythiant ciwb. Os ydych chi'n dwblu'r diametr tra bod hyd y wal yn aros yr un fath, mae gwasanaeth y pwysau torri yn gostwng gan ffactor o wyth. Dyma pam mae pibellau o ddiamedr mawr yn rhagoriolach i gollwng dan wagrwyaith na phibellau bach .

Ystyriaethau Penodol ar gyfer Duplex

Ar gyfer duplex (22% Cr) a super duplex (25% Cr), mae modwlws elastigrwydd (E) yn tua 200 GPa —tebyg i steelen nwyddau awstinitig fel 316L. Fodd bynnag, nid yw'r crynodiad uchelach o duplex yn helpu'n uniongyrchol mewn eLASTIG bocio.

Yma y mae'r niwans:

• Bwgliad elastig: Os yw'r tensiwn colled cyfrifedig yn is na chryfder ysgwyddo, yna mae'r methiant yn digwydd yn llwyr elastig. Nid oes unrhyw fanteisio gan duplex yma; mae'r modwlws yr un fath â 316L.

• Bwgliad anelastig (plastig): Os yw'r geometreg yn gryf (cymhareb D/t isel), efallai y bydd y tensiwn ar y colled yn wyrdroi'r pwynt ysgwyddo. Yn y fan hon, mae cryfder ysgwyddo uwch duplex (65–70 ksi yn erbyn 35 ksi ar gyfer 316L) yn cynnig mantais amlwg, gan ganiatáu waliau tyllach cyn bod defformiad plastig yn digwydd. .

Felly, mae duplex yn fwyaf hanfodol mewn gwasanaeth gofaint pan mae cymhareb D/t yn gymedrol (fel arfer < 40), gan ganiatáu i chi ddefnyddio'i gryfder i wrthsefyll colled plastig.

Y Sialens o Gynllun Pibell Ddwy Wal

Mewn gwasanaeth cryogenig ac LNG, mae pibellau ddwy wal sydd wedi'u hanogellu gan ofnau cyffredin. Mae'r rhain yn cynnwys pibell fewnol (sydd yn cludo'r hylif cryogenig) a phibell allanol (y gwallt gofaint). .

Y Pibell Fewnol sydd wedi'i gynllunio ar gyfer gwasgu mewnol (toriad) a chydwedd thermol. Fodd bynnag, yn ystod y broses o leihau'r wasgair neu os yw'r dwylo mewnol yn colli, caiff y gofod cylchol ei wacio. Mae rhaid i'r dwylo mewnol yna wrthsefyll gwasgu allanol o'r awyrgylch, tra bod hi'n cynnal tymheredd cryffenedig.

Y Dwylo Allan sydd yn parhau dan wasgu allanol (awyr) ac yn rhaid iddi wrthsefyll toriad heb anafu'r gwacwm.

Astudiaeth 2024 ar tensiwn cynhwysydd dwbl wal o wacwm LNG ddadansoddodd yr rhyngweithiad rhwng diamedrau'r dwylo mewnol a allanol a thueddau'r wal. Cymerodd ymchwil y casgliad fod y cyfuniad optimaidd o dueddau a diamedrau nid yn unig yn ffwythiant o nerth y dwylo unigol, ond hefyd o'r rhyngweithiad rhwng y ddwy dwylo dan llwytho cyfun—gan gynnwys y cefnogaeth (neu'r eisiau o gefnogaeth) gan y rhannwyr a graddientau thermol .

Codau Dyluniad a'u Terfynau

Mae'r rhan fwyaf o gynhwysydd sydd â chloch wacwm o dan y sgrin o ASME B31.3 (Pibio Proses) neu B31.5 (Pibio Oerderiad) .

• ASME B31.3, Adran 304.1.3 yn darparu rheoliadau ar gyfer pibell syth dan bwysedd allanol. Mae'n cyfeirio at Adran VIII o Chod Llifwr a Phibellau Gwasgedig (UG-28) i benderfynu twll y wal.

• Mae'r dull UG-28 yn defnyddio siartiau i benderfynu'r bwysedd allanol a ganiateir yn seiliedig ar gymhareb D/t a hyd. Fodd bynnag, mae'r siartiau hyn yn seiliedig ar eiddo steil garbon a gofynnir am addasiadau ar gyfer steil haearnwyr, sydd â modwlws is na chyflwr cynyddol.

Ar gyfer duplex yn ystod tymheredd cryogenig, mae'r modwlws yn gwneud yn fwy yn cynyddu yn ychydig. Mae hwn yn sefyllfa ffafriol, ond efallai nad yw siartiau UG-28 safonol yn adlewyrchu hwn yn uniongyrchol. Mae dadansoddiad elfen feidrol (FEA) yn aml yn ofynnol ar gyfer llinellau mawr hanfodol er mwyn osgoi bod yn rhy gynhenid, sydd yn golygu bod angen twll wal rhagorol.

Twll y Wal: Y Ffactor Rheoli

Pan roeddwn yn nodi gwaelod y wal ar gyfer pibell dwbl o groeslin mawr dan wagrwyaeth, nid yw'r cynlluniau pibell safonol (Sch 10S, Sch 40S) yn aml yn addas ar gyfer croesliniau uwch na 12" NPS.

Adolygwch bipel dwbl 24" (DN 600):

• Sch 10S (tua 6.35mm o waelod y wal) sydd â chymhareb D/t o tua 96. Bydd hwn yn torri dan wagrwyaeth llawn yn uniongyrchol heb eich bod yn defnyddio cylchoedd cryfhaol.

• Sch 40S (tua 15.09mm o waelod y wal) sydd â chymhareb D/t o tua 40. Mae hwn yn fargenol. Gall y pwysau allanol caniatadwy yn ôl ASME fod yn ychydig uwch na neu is na 15 psi, yn dibynnu ar hyd a chamgylchedd.

• Gwallt trwm cyfaddas (20–25mm) yn aml yn gofynedig er mwyn darparu ffactor diogelwch yn erbyn toriad.

Nid yw'r datrysiad yn aml yn gwallt tywier, ond cylchoedd cryfhaol (crynhauwyr). Trwy leihau hyd y rhannau nad ydynt yn cael eu cynnal (L) o'r twll, gallwch ddefnyddio twll duplex â wal sydd yn llai trwm a dal ati i wrthsefyll cynddaearu. Mae hyn yn ystyriaeth economaidd allweddol, gan fod twll duplex trwm-gwallt o groeslin mawr yn ddrut a bod amserau arweiniad hir iddo .

Ovalrwydd: Y Ffactor Anweithredol

Mae un ffactor sydd yn aml yn cael ei hepgor gan gyfrifiadau theoretagol, ond sydd yn brofiad maes a phrofiwyd ei fod yn hanfodol: Ovalrwydd y Twll (Naill ai 'Allan o'r Cylch')  .

Mae ASME Adran VIII UG-80 yn gosod terfynau ar ovalrwydd, ond mewn twll duplex o groeslin mawr a wal lai trwm, gall terfynau cynhyrchu a thrin gyflwyno ovalrwydd sylweddol. Mae twll o leoliad olygol dan bwysedd allanol yn dangos gwerth llawer is na chylchfform berffaith o ran pwysedd cynddaearu.

Mae'r twll yn weithio fel arch; unwaith y dechreuodd ei ddystrio, mae ei grynedd yn lleihau'n gyflym. Ar gyfer gwasanaeth tyllau, rhaid cynnwys terfyniad striniaidd ar ovalrwydd yn y specifigadau prynu, a often mae'n gryfach na'r terfyniad safonol a ganiateir gan ASTM A790 .

Argymhellion Ymarferol

Ar gyfer peirianwyr sy'n pennu pibellau dwbl o ddiamedr mawr ar gyfer gwasanaeth gwaelod llwyr neu bwysedd allanol:

1. Cyfrifwch, Peidiwch â Chasglu: Peidiwch â chyfri bod pibellau o'r cynllun safonol yn gallu delio â gwaelod llwyr. Gweithredwch y cyfrifiadau pwysedd allanol yn ôl Adran VIII Rhannu 1 ASME (UG-28) neu cynnal dadansoddiad FEA bwyntiad llinol.

2. Ystyriwch Ynghylchlediadau: Ar gyfer diamedrau dros 16" (DN 400), mae cylchoedd cryfhaol yn aml yn fwy economaidd na symud i wal sydd yn rhagoriol yn dwys.

3. Pennwch Terfynau Ovliad: Yn eich trefn prynu i'r ffatri pibellau dwbl, cynhwyswch nodiadau: "Mae'r pibell yn destined ar gyfer gwasanaeth gwaelod llwyr. Rhaid cadw ovliad yn 1% uchafswm ar ôl cynhyrchu a hanesu."

4. Effaith Graddfa Materion: Ar gyfer cymarebau D/t canolig, mae'r ddwbl (2205) neu'r dwbl uwch (2507) yn caniatáu walau tywier na 316L oherwydd ei gallu i wrthsefyll bwyntiad anelastig (plastig). Ar gyfer cymarebau D/t uchel iawn (bwyntiad elastig pur), nid oes unrhyw fanteisio gan y ddwbl dros 304/316. .

5. Ffactor Llif: Ar gyfer pibellau sydd wedi'u gweithio o hyd (ASTM A928), gall effeithlonrwydd y cyswllt llygad a chrynhoad y llygad weithio fel crynhoiwr. Fodd bynnag, gall y Parth Wedi'i Heato (HAZ) fod â phriodoleddau mecanegol gwahanol. Sicrhewch fod eich cyfrifiadau tynnu'n defnyddio'r lleiaf gwerth penodol i'w gwarantu, neu ystyriwch ffactor lleihau cryfder y llygad os bydd y pibell yn cael ei waredáu o straen neu'n cael ei hebin i berchniadau tymheredd uchel .

Casgliad

Gwasanaeth tyllau yw rhaglen anogaethol sydd yn profi sefydlogrwydd geometrig pibellau duplex o ddiamedr mawr. Er bod duplex yn cynnig cryfder aruchel a resistias i goriwg, mae gwerth pwysedd tynnu yn cael ei bennu gan gryfder y sylindr (modwlws a geometreg), nid dim ond cryfder y deunydd.

I gynllunio llwyddiant, canolbwyntiwch ar y Cymhareb D/t , rheoliwch ochr-geraintrwydd yn gatrawr, a chydnabyddu'r system cyfan—gan gynnwys a yw cylchau cryfhaol neu drawsnewid i gynfigurasiwn wal ddwy-wrth fynd yn well i weithredu ar bolisi economig y prosiect. Trwy barchu deddf y ciwb o ddiamedr i'w hyd, gallwch sicrhau bod eich pibell dwbl yn aros yn rhownd a gweithio dan bwysedd anghyson yr awyrgylch.