การผลิตท่อสแตนเลสแบบไม่มีรอยต่อสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง

ระยะห่างระหว่างจุดรองรับที่เหมาะสมจะช่วยป้องกันไม่ให้ระบบท่อสแตนเลสหย่อน กระสั่น หรือสึกกร่อนทะลุ โดยเอกสารอ้างอิงหลักคือมาตรฐาน MSS SP-58 และ MSS SP-69 ซึ่งกำหนดวัสดุ แบบการออกแบบ และวิธีการติดตั้งของฮังเกอร์ท่อ ประเด็นหนึ่งที่เฉพาะเจาะจงกับสแตนเลสคือ สแตนเลสออสเทนนิติกมีโมดูลัสของความยืดหยุ่นต่ำกว่าเหล็กคาร์บอนประมาณ 10–15% ดังนั้นระยะสแปนที่เท่ากันจึงเกิดการโก่งตัวมากกว่า และตารางระยะห่างที่ออกแบบสำหรับเหล็กคาร์บอนจึงไม่สามารถใช้ได้อย่างปลอดภัยกับสแตนเลส ยิ่งเมื่อพิจารณาการขยายตัวจากความร้อนและการจำเป็นต้องแยกสแตนเลสออกจากสัมผัสโดยตรงกับเหล็กคาร์บอนแล้ว การออกแบบจุดรองรับจึงกลายเป็นงานวิศวกรรมที่ต้องคำนวณอย่างรอบคอบ ที่ห้างหุ้นส่วนจำกัดเจ้อเจียงเหวินเฉียงสแตนเลสสตีล เราแนะนำลูกค้าให้วางแผนจุดรองรับโดยคำนึงถึงความแข็งแกร่งเชิงโครงสร้าง อุณหภูมิในการใช้งาน และการแยกฉนวนทางไฟฟ้าระหว่างโลหะ (galvanic isolation) ตั้งแต่ขั้นตอนเริ่มต้น

เหตุใดสแตนเลสถึงต้องได้รับการดูแลอย่างใกล้ชิดมากกว่าเหล็กคาร์บอน
การเบี่ยงเบนภายใต้น้ำหนักตัวขึ้นอยู่กับความยาวช่วง น้ำหนักที่กระทำ โมเมนต์ของความเฉื่อย และมอดูลัสของความยืดหยุ่นของวัสดุ เหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเทนิติกมีค่ามอดูลัสอยู่ที่ประมาณ 193–200 กิกะพาสคาล ขณะที่เหล็กกล้าคาร์บอนมีค่าประมาณ 205–210 กิกะพาสคาล เนื่องจากการเบี่ยงเบนแปรผกผันกับมอดูลัส ท่อชนิดเดียวกันที่วางบนช่วงระยะเดียวกันจึงจะยุบตัวลงมากกว่าเมื่อใช้เหล็กกล้าไร้สนิม เมื่อนำตารางระยะห่างสำหรับท่อเหล็กกล้าคาร์บอนมาใช้โดยตรงกับท่อเหล็กกล้าไร้สนิม อาจทำให้การเบี่ยงเบนเกินขีดจำกัดที่ยอมรับได้ทั่วไป ซึ่งมักกำหนดไว้ที่ประมาณ 2.5 มิลลิเมตรระหว่างจุดรองรับ เพื่อรักษามุมเอียงสำหรับระบายน้ำและป้องกันไม่ให้น้ำขัง
สแตนเลสสตีลมักถูกกำหนดให้มีความหนาของผนังน้อยกว่าเหล็กคาร์บอนสำหรับแรงดันเดียวกัน เนื่องจากคุณสมบัติด้านความแข็งแรงและการทนต่อการกัดกร่อนมีลักษณะต่างออกไป ความหนาของผนังที่น้อยลงจะทำให้โมเมนต์อินเนอร์เชียลดลง และเพิ่มการยืดหยุ่น (deflection) ค่าโมดูลัสที่ต่ำกว่าร่วมกับผนังที่บางลง หมายความว่าระยะห่างระหว่างจุดรองรับท่อสแตนเลสควรสั้นกว่าระยะห่างที่ใช้กับท่อเหล็กคาร์บอนโดยทั่วไป หรือควรตรวจสอบท่ออย่างชัดเจนตามขีดจำกัดการยืดหยุ่นและแรงเครียด แทนที่จะอ้างอิงจากตารางทั่วไป

คำแนะนำเกี่ยวกับระยะห่างระหว่างจุดรองรับและการใช้งาน
มาตรฐาน MSS SP-69 ระบุระยะห่างสูงสุดระหว่างจุดรองรับสำหรับท่อแนวราบที่วางตรง โดยแบ่งตามขนาดนามธรรม (nominal size) และชนิดของสารที่ไหลผ่าน โดยแยกการใช้งานสำหรับน้ำออกจากการใช้งานสำหรับไอน้ำหรือก๊าซ เนื่องจากท่อที่บรรจุของเหลวมีน้ำหนักมากกว่า ค่าที่ระบุไว้นี้สมมุติว่าโหลดกระจายอย่างสม่ำเสมอ และใช้ขีดจำกัดรวมของแรงเครียดจากโมเมนต์ดัดและการยืดหยุ่น สำหรับท่อสแตนเลส ให้ถือระยะห่างที่ระบุในเอกสารเป็นจุดเริ่มต้นเท่านั้น และต้องตรวจสอบการยืดหยุ่นอย่างละเอียด หรือปรับระยะห่างให้สั้นลงเล็กน้อยเพื่อชดเชยค่าโมดูลัสที่ต่ำกว่า

ตัวเลขเหล่านี้อ้างอิงตามรูปแบบ MSS SP-69 สำหรับท่อเหล็กผนังมาตรฐาน; สำหรับท่อสแตนเลสผนังบาง ให้ปรับระยะห่างให้สั้นลง หรือยืนยันเกณฑ์การโก่งตัว 2.5 มม. ภายใต้อุณหภูมิในการใช้งานจริง โหลดแบบจุด เช่น วาล์ว ข้อต่อ และสถานีวัด จำเป็นต้องมีโครงรับใกล้กับตำแหน่งโหลดโดยตรง ไม่ใช่ใช้ตารางระยะห่างสำหรับท่อตรง ท่อแนวตั้งต้องมีไกด์เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ด้านข้าง และต้องมีโครงรับรับน้ำหนักใกล้ฐาน

การจัดการการขยายตัวจากความร้อน
เหล็กกล้าไร้สนิมขยายตัวมากกว่าเหล็กคาร์บอน ชนิดออสเทนิติกมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนประมาณ 16–18 ไมโครเมตรต่อเมตรต่อองศาเซลเซียส ซึ่งสูงกว่าเหล็กคาร์บอน (ประมาณ 12) ถึงร้อยละ 40–50 ท่อชนิดออสเทนิติกยาว 30 เมตร ที่ได้รับความร้อนเพิ่มขึ้น 200 องศาเซลเซียส อาจยืดออกได้ราว 100 มิลลิเมตร ดังนั้นระบบรองรับจึงต้องออกแบบให้ท่อสามารถเคลื่อนที่ได้ขณะยังรับน้ำหนักของตนเองอยู่ วิธีทั่วไปคือ ยึดจุดที่เลือกไว้ด้วยแอนเชอร์ ปล่อยให้ท่อกลืนตัวตามแนวแกนผ่านไกด์ที่จำกัดการเคลื่อนที่ด้านข้าง และดูดซับการยืดตัวด้วยลูปขยายตัวหรือความยืดหยุ่นของเส้นทางท่อ
หากจัดวางตำแหน่งแอนเชอร์กับไกด์ผิด จะทำให้เกิดแรงความร้อนขนาดใหญ่กระทำต่อหัวต่อของอุปกรณ์ หรือทำให้ท่อโก่งตัว จุดรองรับแบบเลื่อนต้องใช้พื้นผิวที่รับแรงเสียดทานต่ำและทนต่อการกัดกร่อนได้สอดคล้องกัน ส่วนเครื่องแขวนแบบสปริงหรือแบบแรงคงที่จะติดตั้งในตำแหน่งที่การเคลื่อนที่ความร้อนในแนวดิ่งอาจทำให้เครื่องแขวนแบบแข็งไม่สามารถรับน้ำหนักได้

หลีกเลี่ยงการสัมผัสกับเหล็กคาร์บอนและรอยแยก
สาเหตุหนึ่งที่พบบ่อยแต่ค่อนข้างละเอียดอ่อนซึ่งทำให้เกิดความล้มเหลวในระยะเริ่มต้น คือ การสัมผัสโดยตรงระหว่างท่อสแตนเลสกับโครงรองรับที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอน อนุภาคเหล็กที่หลุดออกมาจากแคลมป์ โบลต์รูปยู หรือคานที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนจะฝังตัวลงบนพื้นผิวของท่อสแตนเลสและเกิดสนิม จุดสัมผัสดังกล่าวจะกลายเป็นรอยแยกแคบ ๆ ที่สารคลอไรด์สามารถสะสมตัวได้ ส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนแบบจุดหรือการกัดกร่อนในรอยแยก วิธีแก้ไขคือการแยกท่อออกจากโครงรองรับที่มีธาตุเหล็กด้วยแผ่นรองที่ทำจากสแตนเลสหรือวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ แผ่นบุภายในที่ทำจากเอลาสโตเมอร์หรือพอลิเททราฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) หรือแผ่นป้องกันการสึกหรอแบบเคลือบยึดติด และหลีกเลี่ยงไม่ให้มีความชื้นค้างอยู่บริเวณจุดสัมผัส
การสั่นสะเทือนทำให้การสึกหรอที่ตำแหน่งโครงรองรับรุนแรงขึ้น โดยเฉพาะในระบบที่มีปั๊มหรืออุปกรณ์แบบลูกสูบ หรือในบริเวณที่มีแนวโน้มเกิดการสั่นสะเทือนจากกระแสของไหล การลดระยะห่างระหว่างจุดรองรับจะช่วยเพิ่มความถี่ธรรมชาติและลดความเสี่ยงของการเกิดเรโซแนนซ์ ขณะที่แคลมป์แบบรองรับนุ่มนั้นช่วยจำกัดการสึกหรอจากการไถล จุดใดก็ตามที่ทำให้ท่อเสียดสีกับโลหะโดยตรงจะค่อย ๆ ทำให้ผนังท่อบางลงในที่สุด ดังนั้นแผ่นบุป้องกันจึงมีหน้าที่สองประการ คือ ป้องกันทั้งการกัดกร่อนและการสึกหรอ

การสั่นสะเทือน ตัวนำทาง และตัวยึดคงที่ในการปฏิบัติงานจริง
การเว้นระยะระหว่างจุดรองรับยังกำหนดความถี่ธรรมชาติของระบบด้วย ช่วงที่ยาวกว่าจะเกิดการโก่งตัวมากขึ้นและสั่นสะเทือนที่ความถี่ต่ำลง ซึ่งใกล้เคียงกับความถี่กระตุ้นจากเครื่องจักรที่หมุน ดังนั้นการลดความยาวของช่วงจึงเป็นวิธีโดยตรงในการปรับค่าความถี่ให้ไม่สอดคล้องกับแหล่งสั่นสะเทือน ตัวนำทาง (guides) ทำหน้าที่หยุดการสั่นแบบแกว่งข้าง ส่วนจุดยึด (anchors) กำหนดตำแหน่งที่การขยายตัวเนื่องจากความร้อนจะถูกดูดซับ แผนผังที่สอดคล้องกันจะประกอบด้วยลำดับของจุดยึด ตัวนำทาง และจุดรองรับแรงโหลด ซึ่งจัดวางให้แต่ละช่วงไม่เกินขีดจำกัดการโก่งตัว ทุกจุดรับแรงได้รับการรองรับอย่างเหมาะสม และทุกการเคลื่อนที่เนื่องจากความร้อนมีเส้นทางที่ระบุไว้อย่างชัดเจน

รายการตรวจสอบเชิงปฏิบัติ
ออกแบบคานรองรับสแตนเลสให้มีการโก่งตัวไม่เกินประมาณ 2.5 มิลลิเมตร แทนที่จะคัดลอกระยะห่างของคานรับน้ำหนักจากเหล็กคาร์บอน และลดระยะห่างระหว่างจุดรองรับสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีผนังบาง ควรติดตั้งจุดรองรับไว้ใกล้กับวาล์ว ข้อต่อฟลานจ์ และจุดรับน้ำหนักแบบรวมศูนย์อื่น ๆ จัดเตรียมอุปกรณ์ยึดตรึง (anchors), อุปกรณ์นำทาง (guides) และความยืดหยุ่นที่เพียงพอ เพื่อรับการขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่มากกว่าของสแตนเลสเกรดออสเทนนิติก แยกท่อออกจากคานรองรับที่ทำจากเหล็กคาร์บอนด้วยแผ่นรองแบบไม่ใช่โลหะ หรือแผ่นสแตนเลส เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของเศษเหล็ก การกัดกร่อนแบบช่องแคบ (crevice corrosion) และการสึกหรอจากการสั่นสะเทือน (fretting wear) เวิ่นเฉียงจัดจำหน่ายท่อสแตนเลสแบบไร้รอยต่อและแบบเชื่อม พร้อมให้เลือกตามเกรดและขนาดความหนาของผนังที่การออกแบบคานรองรับของท่านกำหนดไว้ พร้อมใบรับรองด้านมิติและวัสดุ เพื่อให้ท่อสอดคล้องกับสมมุติฐานทางวิศวกรรมที่ใช้ในการคำนวณระยะห่างระหว่างจุดรองรับ

คำถามที่พบบ่อย
คำถาม: เพราะเหตุใดท่อสแตนเลสจึงต้องมีระยะห่างระหว่างจุดรองรับที่สั้นกว่าท่อเหล็กคาร์บอน
ก: เหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเทนิติกมีโมดูลัสของความยืดหยุ่นต่ำกว่าเหล็กคาร์บอนประมาณ 10–15% และมักจัดจำหน่ายในรูปแบบที่มีผนังบางกว่า ดังนั้นระยะสแปนเดียวกันจึงเกิดการโก่งตัวมากขึ้น การใช้ตารางระยะห่างสำหรับเหล็กคาร์บอนโดยตรงอาจทำให้ค่าการโก่งตัวเกินขีดจำกัดทั่วไปที่ 2.5 มม.
ข: ควรป้องกันการกัดกร่อนบริเวณจุดรองรับท่ออย่างไร
ก: แยกท่อสแตนเลสออกจากแคลมป์และคานที่ทำจากเหล็กคาร์บอน โดยใช้แผ่นรองรับแบบไม่ใช่โลหะ หรือแผ่นรองรับสแตนเลส หรือแผ่นรองพีทีเฟอ (PTFE) วิธีนี้ช่วยป้องกันการฝังตัวของธาตุเหล็ก กำจัดรอยแยกที่ทำให้สารคลอไรด์สะสม และลดการสึกหรอจากการสั่นสะเทือนด้วย

สำหรับท่อสแตนเลสแบบไม่มีตะเข็บและแบบเชื่อม ซึ่งผลิตตามข้อกำหนดด้านการรองรับและการโก่งตัวของท่าน โปรดติดต่อ Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. ที่ +86 577 8922 2595 https://www.chinawqsteel.com/