La selección del espesor de pared de las tuberías SMLS (tuberías de acero sin costura) es una tarea de diseño crucial, directamente relacionada con la seguridad, la fiabilidad y la economía del sistema de tuberías. La selección del espesor de pared de las tuberías SMLS suele basarse en estrictos cálculos de ingeniería y en los estándares de la industria.
Principios básicos para la selección del espesor de pared de tuberías smls
Cumplimiento de los requisitos de resistencia: Asegúrese de que la tubería de acero pueda soportar con seguridad la presión interna del fluido, las cargas externas (como la presión del suelo, el viento y la nieve), el peso muerto y otras posibles tensiones (como la tensión térmica y la vibración).
Cumplimiento de los requisitos de rigidez: Evite la deformación o vibración excesiva de la tubería durante su funcionamiento.
Consideración de la economía: Con la premisa de cumplir con los requisitos de seguridad y rendimiento, seleccione el espesor de pared más económico para evitar el desperdicio causado por un diseño excesivo.
Factores principales que afectan la selección del espesor de pared de la tubería smls
1. Presión de operación
Este es el factor más importante para determinar el espesor de la pared. A mayor presión, mayor espesor de pared requerido. La presión máxima de trabajo o presión de diseño se suele tener en cuenta durante los cálculos.
2. Temperatura de operación
Alta temperatura: A medida que aumenta la temperatura, disminuyen el límite elástico y la resistencia a la tracción del acero. Por lo tanto, en entornos de alta temperatura, es necesario aumentar el espesor de la pared o utilizar acero aleado con mejor rendimiento a alta temperatura. Asimismo, debe considerarse el efecto de fluencia a alta temperatura.
Baja temperatura: Las temperaturas extremadamente bajas pueden provocar que el acero se vuelva frágil, lo que aumenta la resistencia al impacto. Un mayor espesor de pared puede afectar la tenacidad del material a baja temperatura, por lo que se requiere una consideración equilibrada.
3. Naturaleza del medio de transporte
Corrosión: Si el medio transportado es corrosivo (como ácidos, álcalis, sulfuro de hidrógeno, etc.), se debe reservar un margen de corrosión suficiente; es decir, se debe añadir un cierto espesor al espesor mínimo de pared calculado, o se debe seleccionar un acero de aleación más resistente a la corrosión (como acero inoxidable).
Abrasividad: Al transportar fluidos que contienen partículas sólidas (como lodos de mineral y lodos de carbón), la pared interna de la tubería se desgastará, por lo que se debe reservar un margen de desgaste.
4. Grado del material
Los diferentes grados de acero presentan diferentes límites elásticos y resistencias a la tracción. Cuanto más resistente sea el material, menor será el espesor de pared requerido bajo la misma presión. Por ejemplo, el acero para tuberías API 5L X70 puede utilizar un espesor de pared menor que el acero API 5L B para soportar la misma presión.
5. Montaje y cargas externas
Método de instalación: Las tuberías enterradas deben soportar la presión del suelo y las cargas superficiales; las tuberías aéreas deben soportar cargas de viento, cargas de nieve, su propio peso y el peso del fluido en su interior.
Ventana de apoyo: La distancia entre los puntos de apoyo afecta la tensión de flexión de la tubería.
Cargas sísmicas y de vibración: En zonas propensas a terremotos o cerca de equipos que vibran, las tuberías pueden requerir paredes más gruesas para mejorar su resistencia a terremotos o vibraciones.
6. Proceso de fabricación y normas
Los diferentes procesos de fabricación (como el laminado en caliente y el estirado en frío) y las normas de implementación (como API 5L, ASTM A106, GB/T 8163) regulan la tolerancia dimensional, la uniformidad del espesor de pared y los defectos admisibles de las tuberías de acero. Estos factores afectarán indirectamente el espesor de pared final seleccionado.
7. Vida útil
Cuanto mayor sea la vida útil de diseño de la tubería, mayor será el margen de seguridad para la corrosión y el desgaste, lo que resultará en un aumento del espesor de pared.
Método de cálculo y base estándar para el espesor de pared de tuberías SML
El espesor de pared de las tuberías de acero sin costura no suele determinarse con base en la experiencia, sino que se calcula según especificaciones y normas de ingeniería profesionales:
Códigos de diseño de recipientes a presión y tuberías: como ASME B31.1 (tuberías de energía), ASME B31.3 (tuberías de proceso), ASME B31.4 (sistemas de tuberías de transmisión de líquidos), ASME B31.8 (sistemas de tuberías de transmisión y distribución de gas natural), etc.
Estas normas proporcionan fórmulas de cálculo detalladas que consideran parámetros como la presión de diseño, la temperatura de diseño, la tensión admisible del material, la tolerancia a la corrosión, el diámetro exterior de la tubería y el coeficiente de soldadura (el coeficiente de soldadura para tuberías sin costura suele ser de 1,0).
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