حداقل ضخامت مورد نیاز پوسته یا لوله های استوانه ای تحت فشار خارجی Asme Section 8 UG-28

توضیحات زیر از سایت های مهندسی خارجی جهت سهولت فارسی زبانان عزیز و گرانمایه اقتباس شده و طبق پاراگراف UG-28 استاندارد Asme سکشن 8 برای حداقل ضخامت مورد نیاز اجزاء تحت فشار خارجی است.با دقت نوت های گراف ها ( برای هر متریال با SMYS  مشخص شده ) در سکشن 2 را بخوانید!!!. البته مطالب زیر برای طراحی است که با نرم افزار انجام می شود و احتیاج به دانش خاصی نیست ،  ولی این مطلب جهت اطلاع از اینکه چطور عمل می شود ، به کدام جداول و گراف ها رجوع می شود و نحوه خواندن گراف ها و یا محاسبه اعداد بین اعداد جدول چطور است بیان گردیده انشاءالله که مورد عنایت شما سروران گرامی قرار گرفته و بر معلوماتتان بیافزاید.انشاء الله.

cylindrical shell  and tubes

L : طول طراحی برای مخزن است.طول طراحی یک مخزن اغلب طول مخزن نیست این مقدار فاصله بین دو خط تقویتی است

در صورتیکه مقدار نسبت قطر خارجی به ضخامت مساوی و یا بیشتر از 10 باشد 

shall be determined by the following procedure:

بایستی طبق روش زیر تعیین شود :

(1) Cylinders having Do /t values ≥ 10:

Step 1. Assume a value for t and determine the ratios

L/Do and Do /t.

 تعیین مقدار  نسبت طول ( فلنج به فلنج و .... ) به قطر خارجی و قطر خارجی به ضخامت

Step 2. Enter Section II, Part D, Subpart 3, Figure G at the value of L/Do determined in Step 1. For values of L/Do greater than 50, enter the chart at a value of L /Do = 50. For values of L/Do less than 0.05, enter the chart at a value of L/Do = 0.05.

مقدار L/D را در  شکل G  ( سکشن 8 ساب پارت 3  )  آکس عمودی مشخص کنید.

Step 3. Move horizontally to the line for the value of Do /t determined in Step 1. Interpolation may be made for intermediate values of Do /t; extrapolation is not permitted. From this point of intersection move vertically downward to determine the value of factor A.

درون یابی می تواند برای مقادیر میانی D/t استفاده شود ؛ برون یابی مجاز نیست. مقدار L/D را روی آکس عمودی بیابید و خط افقی

بکشید تا به مقدارخط D/t برخورد کند ، از این نقطه بصورت عمودی خطی به سمت پائین بکشید تا مقدار فاکتور A مشخص شود.

Step 4. Using the value of A calculated in Step 3, enter the applicable material chart in Section II, Part D, Subpart 3 for the material under consideration. Move vertically to an intersection with the material/temperature line for the design temperature (see UG-20). Interpolation may be made between lines for intermediate temperatures. If tabular values in Section II, Part D, Subpart 3 are used, linear interpolation or any other rational interpolation method may be used to determine a B value that lies between two adjacent tabular values for a specific temperature. Such interpolation may also be used to  determine a B value at an intermediate temperature that lies between two sets of tabular values, after first determining B values for each set of tabular values.

اگر از مقادیر جدولی در سکشن 2 پارت D و ساب پارت 3 استفاده شود ، می توان از درون یابی خطی یا هر روش منطقی دیگری برای تعیین مقدار B که بین دو مقدار مجاور برای یک دمای خاص قرار دارد استفاده کرد. اینچنین درون یابی می تواند همچنین برای تعیین مقدار B در دمای میانی بین دو مجموعه از مقادیر جدول ، پس از تعیین مقادیر B برای هر مجموعه از مقادیر جدول استفاده شود.

In cases where the value of A falls to the right of the end of the material/temperature line, assume an intersection with the horizontal projection of the upper end of the material/temperature line. If tabular values are used, the last (maximum) tabulated value shall be used. For values of A falling to the left of the material/temperature line, see Step 7.

در مواردیکه مقدار A به سمت راست انتهای خط متریال /دما می افتد ، برخوردی را با برآمدگی افقی انتهای بالایی خط متریال / دما فرض کنید . اگر از مقادیر جدولی استفاده می شود ، آخرین ( حداکثر ) مقدار جدول بندی شده می بایست استفاده شود . برای مقادیری از A که به سمت چپ متریال / دما می افتد گام 7 را ملاحظه نمائید.

Step 5. From the intersection obtained in Step 4, move horizontally to the right and read the value of factor B. 

از محل برخورد گرفته شده در گام چهارم بصورت افقی به سمت راست حرکت کنید و مقدار فاکتور B  را بخوانید

Step 6. Using this value of B, calculate the value of the maximum allowable external working pressure Pa using the following equation:

با استفاده از مقدار B حداکثر مقدار فشارخارجی مجاز را با معادله زیر محاسبه نمائید.

Pa=4/3[B/(D/t)]

Step 7. For values of A falling to the left of the applicable material/temperature line, the value of Pa can be calculated using the following equation:

برای مقادیری از A که به سمت چپ  خط متریال / دما می افتد ، مقدار Pa می تواند با استفاده از معادله زیر محاسبه شود.

Pa=2/3[AE/(D/t)]

Step 8. Compare the calculated value of Pa obtained in Step 6 or Step 7 with P. If Pa is smaller than P, select a larger value for t and repeat the design procedure until a value of Pa is obtained that is equal to or greater than P.

مقدار محاسبه شده Pa بدست آمده در گام 6 یا 7  با P را مقایسه کنید.اگر Pa کوچکتر از P است مقدار بزرگتری برای ضخامت انتخاب کنید و روش طراحی را تا رسیدن به Pa مساوی یا بزرگتر از P ادامه دهید.

Factor A is a geometry based factor, relations between thickness, diameter and length as applicable. It is independent of material.

فاکتور A یک فاکتور یا عاملی بر اساس هندسه است ، روابط بین ضخامت قطر و طول همچنانکه قابل اعمال است.مستقل از متریال است.

Factor B is a material based factor and represents stress-stain data. This dependent on Factor A (geometry) and temperature. Factor B is used in calculation of the allowable external pressure.

▪☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆▪

We are considering a 34″ NPS Carbon Steel Pipe (ASTM A106 Gr. B) with 30.18 mm thickness (let’s consider this thickness is selected thickness under internal pressure)

در حال بررسی لوله کربن استیل نوع A106 Gr.B  سایز 34 اینچ با ضخامت 30.18 میلیمتر هستیم ( میریم به بررسی ضخامت در ضخامت انتخاب شده تحت فشار داخلی )

P=20PSI ( فشار خارجی )

L=14000mm ( ای در قسمت لوله وجود نداردstiffener هیچ 

T=30.18mm  ( ضخامن بر اساس فشار طراحی داخلی )

Milltolerancr=0.3mm

Corrosion allowance=3mm (خوردگی مجاز)

t=30.18-0.3-3=26.88mm

Design Temp=150C

Y=SMYS=32000PSI

E = Modulus of elasticity of the material at design temperature (150°C) = 28282358.9 psi (It is required only if the value of factor ‘A’ falls to the left of material or temperature curve)

مدول الاستیسیته متریال در دمای 150  درجه ( زمانی لازم است که مقدار عامل A در سمت چپ منحنی متریال یا دما بیافتد.

Step 1

Do/t = 864/26.88 = 32.14 ≈ 32 

Pipe having Do/t values ≥ 10

مقدار نسبت قطر خارجی به ضخامت بزرگتر از 10 است

Step 2

L/Do = 14000/864 = 16.20 ≈ 16

مقدار نسبت طول unstiffnessed به قطر خارجی

برای یافتن عامل A ،  کد Asme سکشن 2 پارت D ساب پارت 3 که شامل چارت ها و جداول تعیین ضخامت پوسته اجزاء تحت فشار خارجی است را باز بنمائید.

Step 3

Therefore, from the figure G , The Factor A = 0.00140 ( ASME SEC II PART D SUB PART 3 )

Step 4

نکته مهم : اگر مقدار فاکتور A در سمت چپ منحنی باشد ، باید فشار خارجی مجاز را با استفاده از معادله Eq2 محاسبه کنیم و E بایستی در معادله بکار گرفته شود.

حالا بصورت افقی حرکت می کنیم تا مقدار فاکتور A را ببینیم ، منحنی را طبق دمای طراحی ( در این مورد ما 150 درجه ) انتخاب کرده و سپس خطوط را مطابقت دهید  . ما می توانیم مقدار فاکتور B را در سمت راست گراف بدست آوریم 

0.001 , The next line to the right is 0.0015

Then 0.002

Then 0.0025

then 0.003

then 0.004 ...

گراف بالا برای متریال فولاد کربن و آلیاژی دارای حداقل SMYS 207MPA و بالاتر و دمای 150 درجه به بالا

For this case, the value of factor ‘B’ = 94 MPa ≈ 

13600 psi

Step5: Calculate Maximum Allowable External Pressure (Pa)

محاسبه حداکثر فشار خارجی مجاز یا Pa

4×13600/3×32=566.66PSI

مثال دیگر :

مثال دیگر :

فشار خارجی 15PSI

قطر خارجی لوله 813 میلیمتر برای لوله 32 اینچ

طول لوله 12000 میلیمتر یا 472.4 اینچ

ضخامت بر اساس فشار داخلی 31.75 میلیمتر

ضخامت انتخابی بدون 0.3 تلورانس و 3 میل مجاز خوردگی ، 28.45 میلیمتر

دمای طراحی 149 درجه سانتیگراد

حداقل استحکام تسلیم مشخص شده  35000PSI

مدول الاستیسیته متریال در دما 294000000PSI

-گام اول محاسبه  Do/t :  Do/t=32/1.12=28.57 که عدد بدست آمده بزرگتر از 10 است 

-گام دوم پیدا کردن L/Do :

L/Do=14.76 approximately 15

-گام سوم پیدا کردن فاکتور یا عامل A

در آکس عمودی که L/D است عدد 15 را بیابید طبق شکل بالا و خط افقی بکشید تا به D/t که حدود 29  است برسید از آنجا یک خط عمود به سمت پائین به آکس افقی بکشید محل برخورد دو خط مقدار فاکتور A است که می بایست دقیق کشیده و محاسبه شود.

بعد از اتمام گراف ها در ساب پارت 3 جدول وجود دارد ( بالا ) که فاکتور A بر اساس D/t و L/D داده شده و برای یافتن A بایستی درون یابی کردفرضا برای مثال بالا در جدول L/D=15 وجود ندارد در D/t 25 و D/t 30 چون D/t حدودا برابر 29 است لذا باید دنبال فاکتور A در D/t بین این دو عدد 25 و 30 باشیم .

D/t=25 L/D(10) A=0.00180 

D/t=25 L/D(30) A=0.00176

SO In L/D(15) A=0.00179

D/t=30 L/D(10) A=0.00125

D/t=30 L/D(30) A=0.00122

SO In L/D(15) A=0.0012425

D/t=25 L/D=15 A=0.00179

D/t=30 L/D=15 A=0.0012425

D/t=29 L/D=15 A=?

A=0.00135 

#PREPARED BY ALI GRAILLY#TEHRAN#

پس در سکشن گفته شده از  هر درون یابی ، چه خطی چه لگاریتمی و یا هر نوع دیگری که اختراع کرده اید میتوانید استفاده کنید ولی برون یابی را مجاز ندانسته.

فاکتور A در جدول G از کد Asme سکشن 2 ساب پارت 3 معادل 0.00135 داده شده احتمالا بین دو عدد 0.00125 در D/t=30 و 0.00175 در D/t=25 درون یابی صورت گرفته و برای D/t~29 مقدار A برابر شده با 0.00135 ( همانطور که گفته شد linear intrapolation یا درون یابی خطی مجاز است ) مقدار خط نزدیک به خط 0.001 ، 0.0015 است و بعد از آن 0.002 و 0.003 و 0.04 و ... بین 0.002 و 0.003 میشود 0.0025 

-گام چهارم یافتن فاکتو  B : با استفاده از فاکتور A در گام 3 و قرار دادن در چارت مربوطه از شکل CS-2 با توجه باینکه SMYS برابر 35000PSI است .

از منحنی مقدار فاکتور B برابر 13200 بدست آمد ( گراف بالا برای فولاد کربنی و آلیاژی دارای SMYS 30000PSI و بالاتر است پس در انتخاب گراف ها دقت نموده و نوت های زیر آن نیز مطالعه گردد

در جدول Tabular Values بالا برای CS-2 در ASME سکشن 2 ساب پارت 3 که بعد از گراف ها وجود دارد فاکتور A=0.00135 که بدست آمد بین دوفاکتور A=0.001 و A=0.002 است و فاکتورهای B آنها هم به ترتیب 84.8 و 103MPA است 

-گام پنجم محاسبه حداکثر فشار خارجی مجاز :

Pa=4/3(B÷D/t)

Pa=4÷3×(13200÷29)=606.89PSI

در حالیکه Pa بزرگتر از P است ضخامت انتخاب شده لوله می تواند FULL VACCUM ( خلاء کامل ) را تحمل کند بنابراین لوله برای این وضعیت ایمن است.

NOTE : 

Note "(b)" to Table 1A, Section II Part D, specifies to round to the number of decimal places given in the Table for the stress value at the higher temperature, which is one decimal place. Thus we get 16.8 ksi or 16,800 psi. ( 16.75 TO 16.8 )

خوانندگان گرامی چنانچه این مطلب برایتان مفید بود لطفا فاتحه ای برای پدر مرحومم قرائت و در نظر سنجی هم شرکت نمائید.