Bán kính dài bằng thép không gỉ so với khuỷu tay bán kính ngắn: Giảm áp suất và hạn chế về không gian

Chọn mộtkhuỷu tay bán kính dài (LR)theo mặc định.Nó uốn cong với bán kính gấp 1,5 lần kích thước đường ống, giúp giảm áp suất thấp hơn, giảm ứng suất tại chỗ uốn cong và ít xói mòn hơn.Chọn mộtkhuỷu tay bán kính ngắn (SR)chỉ khi không có đủ chỗ, bởi vì nó tiết kiệm 0,5 x NPS chiều dài trung tâm-đến-cuối mỗi chân nhưng có hệ số tổn hao cao hơn khoảng 43% (Cần trục: 20 fT so với 14 fT) và cường độ ứng suất cao hơn khoảng 31%. Khuỷu tay LR theo ASME B16.9; Khuỷu tay SR tuân theo ASME B16.28.

Thông tin chính trong nháy mắt

• Bán kính:LR=1.5D (giữa-đến-cuối 1,5 x NPS). SR=1.0D (giữa-đến-cuối 1,0 x NPS).
• Giảm áp suất:khuỷu tay SR mất áp lực nhiều hơn khoảng 43% so với khuỷu tay LR (Crane K=20 fT so với 14 fT). Về mặt tuyệt đối, sự khác biệt là nhỏ: khoảng 0,5 kPa mỗi khuỷu đối với nước ở tốc độ 3 m/s trong NPS 4.
• Không gian:SR tiết kiệm 51 mm mỗi chân ở NPS 4 và 76 mm mỗi chân ở NPS 6.
• Nhấn mạnh:với cùng một bức tường, khuỷu tay SR có hệ số tăng cường ứng suất cao hơn 1,31 lần (công thức ASME B31.3 / B31J).
• Trị giá:phần uốn cong SR chứa ít hơn một-kim loại thứ ba, nhưng LR là sản phẩm mặc định có sẵn nên SR không phải lúc nào cũng được phân phối với giá rẻ hơn.

Bán kính dài và khuỷu tay bán kính ngắn là gì?

Khuỷu bán kính dài (LR) quay trên bán kính đường tâm là1,5 x NPS(ASME B16.9). Khuỷu bán kính ngắn (SR) quay theo bán kính bằng1.0 x NPS(ASME B16.28). LR là mặc định của ngành; SR phải được chỉ định có mục đích.

Khuỷu tay là một khớp nối hàn đối đầu giúp thay đổi hướng của ống, thường là 90 độ hoặc 45 độ hoặc 180 độ để quay trở lại. Của nóbán kínhlà khoảng cách từ tâm chỗ uốn đến đường tâm của ống. Bán kính lớn hơn có nghĩa là rẽ nhẹ nhàng hơn.

ASME B16.9 bao gồm các phụ kiện hàn đối đầu được rèn-do nhà máy sản xuất từ ​​NPS ½ đến 48, bao gồm cả các khuỷu bán kính dài. ASME B16.28 bao gồm các khuỷu bán kính ngắn và trả về từ NPS ½ đến 24. Cả hai đều sử dụng cùng một góc xiên (ASME B16.25). Thông số kỹ thuật của đường ống coi bán kính dài là mặc định, vì vậy nếu đơn đặt hàng không nêu rõ bán kính thì bán kính dài sẽ được giả định.

Khuỷu tay bằng thép không gỉ thường được làm đểASTM A403(ví dụ WP304, WP304L, WP316 và WP316L), với độ dày thành ống phù hợp với lịch trình đường ống trong ASME B36.19M.

So sánh bán kính dài và bán kính khuỷu tay ngắn như thế nào?

LR thắng về giảm áp suất, ứng suất, xói mòn và tính sẵn sàng tiêu chuẩn. SR chiến thắng về không gian và sử dụng ít kim loại hơn.Không làm thay đổi mức áp suất hoặc khả năng chống ăn mòn của loại không gỉ.

Nguồn: Tài liệu dự án (ASME B16.9 so với B16.28); Các giá trị Crane TP-410 do MathWorks sao chép; Kilkovsky (PRES 2011); Hệ số ASME B31.3/B31J (xem Tài liệu tham khảo). Các hàng ứng suất, kim loại và tính khả dụng là các phép tính EETA hoặc đánh giá định tính.

Khuỷu tay nào có mức giảm áp suất thấp hơn?

Khuỷu tay bán kính dài.Trong phương pháp Crane, khuỷu 90 độ với r/d=1.5 có hệ số tổn hao là14 ft, trong khi cái có r/d=1.0 có20 ft, do đó khuỷu bán kính ngắn mất khoảngÁp lực nhiều hơn 43%.

Độ giảm áp qua khớp nối được tính như sauΔP = K x ρ x v² / 2, trong đó K là hệ số tổn thất, ρ là mật độ chất lỏng và v là vận tốc. Hệ số tổn thất của khuỷu trơn được viết dưới dạng bội số của fT, hệ số ma sát trong dòng chảy rối hoàn toàn đối với kích thước ống đó (fT là 0,017 đối với NPS 4 trong bảng Crane).

Một vòng quay chặt sẽ đẩy dòng chảy mạnh vào bức tường bên ngoài và làm cho nó tách biệt khỏi bức tường bên trong, tạo ra dòng xoáy và lãng phí năng lượng. Xoay nhẹ để chất lỏng chảy theo đường ống. So sánh các phương pháp tính toán năm 2011 của Kilkovsky đạt cùng thứ hạng: bán kính ngắn giúp giảm áp suất cao hơn.

Nguồn: Giá trị Crane TP{1}}410 K qua tài liệu MathWorks Simscape; Neutrium (phương pháp giá trị K). Giá trị K là ước tính thực nghiệm; hai phương pháp này mang lại mức tổn hao SR cao hơn 43% và 67%, vì vậy hãy coi khoảng cách là khoảng 40% đến 70%.

Hai lời cảnh báo trung thực.Đầu tiên, giá trị K đến từ các thí nghiệm và mang tính gần đúng; Dữ liệu cần cẩu dành cho việc lắp đặt có hình dạng và kích thước điển hình. Thứ hai, LR không phải là mức tối thiểu tuyệt đối: Bàn của cần cẩu chạm đáy ở r/d=2 đến 3 (K=12 fT) và tổn thất lại tăng lên đối với bán kính rất lớn do chiều dài ống tăng thêm. Các nhà thực hành cũng cảnh báo không nên cho rằng mọi khớp nối bán kính ngắn đều tệ hơn nhiều so với mọi khớp nối dài.

Sự chênh lệch giảm áp suất có thực sự quan trọng không?

Thường không dành cho một khuỷu tay trong dịch vụ chất lỏng ở vận tốc bình thường.Điều này quan trọng khi vận tốc cao, khi đường dây có nhiều khuỷu, trong dịch vụ khí đốt hoặc chân không hoặc trên đường ống hút của máy bơm nơi mỗi kilopascal đều được tính.

Với tốc độ 3 m/s, khuỷu SR có giá cao hơn khuỷu LR khoảng 0,46 kPa. Hai mươi khuỷu như vậy cộng thêm khoảng 9 kPa (0,09 bar), một con số nhỏ bên cạnh lực ma sát khi chạy đường ống dài. Ở tốc độ 5 m/s, mức phạt tăng theo bình phương vận tốc: khoảng 1,3 kPa trên mỗi khuỷu, hoặc khoảng 1 kW công suất thủy lực bổ sung trên 20 khuỷu.

Theo dõi những trường hợp này:

• Đường hút của bơm:tổn thất thêm làm giảm biên độ chống xâm thực (NPSH).
• Đường dẫn khí, hơi nước và chân không:mật độ thấp nhưng tốc độ cao làm tổn thất áp suất đáng kể hơn.
• Hàng dài nhiều ngã rẽ:những tổn thất nhỏ cộng lại và việc bơm năng lượng cũng vậy.
• Chất bùn và chất lỏng nhanh:sụt áp đi kèm với vấn đề xói mòn ở Đoạn 7.

Mỗi khuỷu tay cần bao nhiêu không gian?

Khuỷu tay bán kính ngắn tiết kiệm 0,5 x NPS chiều dài trung tâm-đến-cuối trên mỗi chân(một-thứ ba kích thước bán kính dài). Trong NPS 4, đó là 51 mm mỗi chân; trong NPS 12 nó là 152 mm. Quay trở lại 180 độ giúp tiết kiệm một đường kính ống đầy đủ giữa các tâm ống.

Nguồn: Biểu đồ kích thước ASME B16.9 / B16.28 do Project Materials và Hardhat Engineer sao chép (xem Tài liệu tham khảo). Tiết kiệm trên mỗi chân là 0,5 x NPS, được quy đổi thành milimét; kích thước bảng được làm tròn trong các tiêu chuẩn.

Việc tiết kiệm áp dụng chomỗi châncủa ngã rẽ, do đó góc của đường ống di chuyển vào một khoảng cách như nhau theo cả hai hướng. Điều đó quan trọng bên cạnh vòi phun tàu, trên đường trượt hoặc trên giá đỡ ống đông đúc. Giao dịch rất dễ nêu rõ: đối với NPS 4, khuỷu tay SR mang lại khoảng trống 51 mm trên mỗi chân nhưng làm tăng thêm khoảng 0,6 m ống thẳng (2,05 m trừ 1,43 m).

Bạn nên kiểm tra các cách khác để giành được khoảng trống trước khi chọn SR, chẳng hạn như xoay mặt phẳng khuỷu tay, sử dụng hai khuỷu tay 45 độ với một miếng đệm ngắn hoặc di chuyển một giá đỡ. Mỗi cái đều có tổn thất và chi phí riêng.

Hai khuỷu tay so sánh như thế nào về mức độ căng thẳng, mệt mỏi và độ mỏng của tường?

Khuỷu tay bán kính ngắn chịu ứng suất cao hơn ở khúc cua.Theo ASME B31.3 và B31J, hệ số tăng cường ứng suất của nó là khoảngcao hơn 31%hơn khuỷu bán kính dài có cùng kích thước và thành, và phần uốn cong chặt hơn của nó sẽ làm mỏng thành ngoài hơn trong quá trình tạo hình.

Mã đường ống đo ứng suất uốn bằngđặc tính linh hoạt h=tx R / r², trong đó t là độ dày thành, R là bán kính uốn cong và r là bán kính ống trung bình. Các yếu tố tăng cường căng thẳng lài(trong-mặt phẳng)=0.9 / h^(2/3)Vài(ngoài-của-mặt phẳng)=0.75 / h^(2/3), và hệ số linh hoạt là k=1.65/h. Bán kính nhỏ hơn cho h nhỏ hơn và do đó hệ số ứng suất cao hơn.

Bởi vì tôi chia tỷ lệ thành R^(-2/3), tỷ lệ SR trên LR luôn là 1,5^(2/3) =1.31, bất kể quy mô hoặc lịch trình. Hai điểm nữa áp dụng cho thép không gỉ. Lịch trình-tường mỏng (chẳng hạn như 10S) nâng cao hệ số cho cả hai khuỷu tay. Và thép không gỉ austenit giãn nở nhiều hơn khoảng 40% đến 50% so với thép carbon khi được nung nóng, do đó ứng suất dịch chuyển nhiệt lớn hơn và hệ số uốn cong quan trọng hơn.

Khớp nối có bán kính ngắn cũng kéo dài bức tường bên ngoài nhiều hơn khi nó được hình thành. ASME B16.28 vẫn yêu cầu tường phải bằng hoặc trên 87,5% độ dày danh nghĩa tại bất kỳ điểm nào, như được ghi chú bởi Project Materials, đồng thời các báo cáo thử nghiệm tại nhà máy và-kiểm tra độ dày của tường sẽ xác nhận điều đó.

Làm thế nào để họ so sánh về xói mòn, làm sạch và heo?

Khuỷu tay bán kính dài nhẹ nhàng hơn khi bị xói mòn và xáo trộn dòng chảy. Đây không phải là một khúc cua lợn tiêu chuẩn.Đối với các dây có thể cuộn được, hãy lập kế hoạch uốn cong 3D và xác nhận với nhà cung cấp lợn.

Xói mòn:một vòng quay chặt ném chất lỏng và các hạt trực tiếp vào thành ngoài. Texas Flange lưu ý rằng bán kính rẽ dài có nghĩa là tường ít bị xói mòn hơn so với bán kính rẽ ngắn. Trong thép không gỉ, sự xói mòn cũng loại bỏ lớp màng bảo vệ bề mặt, do đó sự xói mòn và ăn mòn có thể củng cố lẫn nhau trong bùn và dòng chảy nhanh.

Sự xáo trộn dòng chảy và cặn lắng:vòng quay chặt hơn sẽ tạo ra các vùng phân tách lớn hơn trên thành trong, nơi chất rắn hoặc chất lỏng ứ đọng có thể tích tụ.

Heo:tài liệu tham khảo khác nhau. Một tài liệu tham khảo gọi khuỷu 1,5D có thể lợn và khuỷu 1D không thể lợn, trong khi uốn cong 3D là lựa chọn thiết kế phổ biến cho các đường lợn. Loại lợn quyết định nên hỏi nhà cung cấp.

So sánh chi phí và tính sẵn có như thế nào?

Khuỷu bán kính ngắn chứa ít kim loại hơn khoảng một-thứ ba so với khuỷu bán kính dài nhưng không phải lúc nào cũng được phân phối rẻ hơn.Khuỷu tay bán kính dài là mặc định có sẵn ở hầu hết các loại và kích cỡ không gỉ, do đó bán kính ngắn thường được thực hiện theo đơn đặt hàng.

Kim loại trong khuỷu gần tỷ lệ thuận với chiều dài cung của đường tâm của nó, là (π/2) x R. Đối với khuỷu 1,5D thì khoảng 2,36 x NPS; đối với khuỷu tay 1D, nó là khoảng 1,57 x NPS. Do đó bán kính uốn cong ngắn cómột-ít hơn một phần ba kim loại, một phép tính EETA bỏ qua tổn thất hình thành và phụ cấp cuối cùng.

Các phụ kiện không gỉ được định giá phần lớn theo hàm lượng kim loại, vì vậy cấp độ cũng quan trọng như bán kính: khuỷu tay 316L có giá cao hơn bộ phận tương tự của 304L vì molypden của nó. Khi so sánh báo giá, trước tiên hãy so sánh điểm, tiến độ, tiêu chuẩn và chứng chỉ. Đồng thời, hãy cân nhắc bức tranh toàn cảnh: tiết kiệm được một khoản tiết kiệm nhỏ cho phụ kiện có thể bị ảnh hưởng bởi chi phí bơm cao hơn, tuổi thọ mỏi ngắn hơn hoặc nguồn cung hạn chế.

Khi nào bạn nên chọn khuỷu tay có bán kính ngắn?

Chỉ khi bố cục không thể chiếm khuỷu tay bán kính dài, nhà thiết kế đã chấp nhận tổn thất áp suất và ứng suất tăng thêm, đồng thời đường có-vận tốc thấp, ổn định và không bị vón cục. Trong mọi trường hợp khác, hãy sử dụng bán kính dài.

Bạn nên chỉ định những gì khi đặt hàng khuỷu tay thép không gỉ?

Nêu rõbán kính, góc, tiêu chuẩn, kích thước, tiến độ, cấp vật liệu và chứng chỉ. Một dòng đầy đủ ghi:ASTM A403 WP316L-S, khuỷu LR 90 độ, NPS 4, Sch 40S, ASME B16.9, góc xiên theo ASME B16.25, EN 10204 3.1.

• Bán kính:viết rõ ràng LR (1.5D), SR (1D) hoặc 3D. Nếu nó bị bỏ đi, LR được giả định.
• Góc:45 độ, 90 độ hoặc 180 độ.
• Tiêu chuẩn:ASME B16.9 cho LR, ASME B16.28 cho SR (MSS SP-43 cho phụ kiện không gỉ vách nhẹ, nếu được sử dụng).
• Vật liệu:Cấp ASTM A403 (WP304, WP304L, WP316, WP316L) và cấp xây dựng, chẳng hạn như WP-S (liền mạch), WP-W (hàn) hoặc WP-WX (hàn, hàn chụp ảnh phóng xạ).
• Kích thước và tường:NPS và lịch trình (ví dụ 10S hoặc 40S trên mỗi ASME B36.19M), sao cho thành lắp khớp với đường ống.
• Chuẩn bị kết thúc:góc xiên theo ASME B16.25.
• Giấy chứng nhận và kiểm tra:EN 10204 3.1 báo cáo thử nghiệm nhà máy, nhận dạng vật liệu dương tính (PMI) và các thử nghiệm như ASTM A262 trong đó mối lo ngại là ăn mòn giữa các hạt. Yêu cầu làm sạch và thụ động (ASTM A380 và A967) khi dịch vụ cần.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Sự khác biệt giữa bán kính dài và khuỷu bán kính ngắn là gì?

A: Khuỷu bán kính dài (LR) uốn cong trên bán kính đường tâm bằng 1,5 lần kích thước ống danh nghĩa (1,5D) và được bao phủ bởi ASME B16.9. Khuỷu tay bán kính ngắn (SR) uốn cong trên bán kính bằng kích thước ống danh nghĩa (1D) và được bao phủ bởi ASME B16.28. Khuỷu tay bán kính dài có độ giảm áp suất và ứng suất thấp hơn; khuỷu tay bán kính ngắn phù hợp với không gian ít hơn.

Q: Khuỷu tay nào có mức giảm áp suất thấp hơn?

A: Khuỷu tay bán kính dài. Trong phương pháp Crane được sử dụng rộng rãi, khuỷu tay 90-độ có tỷ lệ bán kính-trên đường kính là 1,5 có hệ số tổn thất là 14 fT, trong khi khuỷu tay có tỷ lệ 1,0 có 20 fT, do đó khuỷu bán kính ngắn sẽ mất áp lực nhiều hơn khoảng 43%. Một trong hai khuỷu tay chỉ bằng khoảng 14 đến 20 đường kính ống của ống thẳng.

Hỏi: Khuỷu tay bán kính ngắn tiết kiệm được bao nhiêu không gian?

A: Khuỷu bán kính ngắn giúp tiết kiệm một nửa đường kính ống (0,5 x NPS) chiều dài từ tâm-đến{2}}cuối trên mỗi chân của một góc rẽ 90-. Đối với NPS 4, kích thước-từ giữa đến cuối là 102 mm thay vì 152 mm, tiết kiệm khoảng 51 mm mỗi chân. Quay trở lại 180 độ giúp tiết kiệm một đường kính ống đầy đủ giữa các tâm ống.

Hỏi: Các khuỷu tay bán kính dài và bán kính ngắn có cùng mức áp suất không?

A: Cả hai đều được đánh giá là phù hợp với ống liền mạch thẳng có cùng chất liệu và độ dày thành, do đó bán kính không thay đổi mức áp suất. Những thay đổi là ứng suất tại chỗ uốn cong dưới tải trọng nhiệt và chu kỳ: khuỷu bán kính ngắn có hệ số tăng cường ứng suất cao hơn khoảng 31% so với khuỷu bán kính dài có cùng kích thước và thành.

Hỏi: Có thể sử dụng khuỷu tay bán kính ngắn theo ASME B31.3 không?

A: Đúng. Khuỷu bán kính ngắn được chế tạo theo ASME B16.28 là phụ kiện hàn giáp mép-tiêu chuẩn, nhưng thông số kỹ thuật của đường ống coi bán kính dài là mặc định, do đó, nhà thiết kế phải gọi rõ ràng bán kính ngắn. Việc phân tích ứng suất đường ống sau đó phải sử dụng hình học bán kính ngắn.

Hỏi: Khuỷu tay 3D là gì và nó có tốt hơn khuỷu tay bán kính dài không?

A: Khuỷu tay 3D uốn cong trên bán kính bằng ba đường kính ống. Trong dữ liệu của Crane, nó có một trong những hệ số tổn thất thấp nhất (12 fT), do đó, nó phù hợp với các đường dây mà sự sụt giảm áp suất hoặc xói mòn là quan trọng nhất và đó là bán kính thường được quy hoạch cho các đường dây lợn. Nó chiếm nhiều không gian hơn khuỷu tay 1,5D và nó thường được sản xuất theo đơn đặt hàng.

Hỏi: Bán kính khuỷu tay có làm thay đổi khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ không?

A: Không. Khả năng chống ăn mòn phụ thuộc vào loại (ví dụ 304L, 316L hoặc song công), không phụ thuộc vào bán kính. Vòng rẽ chặt hơn sẽ tạo ra nhiều xáo trộn dòng chảy cục bộ hơn, điều này có thể làm tăng sự xói mòn ở thành ngoài trong chất lỏng chảy nhanh hoặc chất lỏng chứa nhiều hạt.