Виробництво безшовних труб із нержавіючої сталі для експлуатації за підвищених температур

Правильна відстань між опорами запобігає провисанню, вібрації або прорізанню системи нержавіючих сталевих труб. Основними довідковими документами є MSS SP-58 та MSS SP-69, які визначають матеріали, конструкцію та практику монтажу кріплення для труб. Один важливий нюанс, специфічний для нержавіючої сталі: модуль пружності аустенітної нержавіючої сталі на 10–15 % нижчий, ніж у вуглецевої сталі, тому при однаковій довжині прольоту прогин буде більшим, і таблиці відстаней між опорами, розраховані для вуглецевої сталі, не є консервативними для нержавіючої. Додайте до цього теплове розширення та необхідність уникати контакту нержавіючої сталі з вуглецевою сталью — і проектування опор перетворюється на справжню інженерну задачу. У компанії Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. ми радимо клієнтам вже на початковому етапі планувати опори з урахуванням жорсткості, температурних умов та гальванічної ізоляції.

Чому нержавіюча сталь потребує більшої уваги, ніж вуглецева сталь
Прогин під власною вагою залежить від довжини прольоту, навантаження, моменту інерції та модуля пружності матеріалу. Аустенітні нержавіючі сталі мають значення модуля пружності близько 193–200 ГПа, тоді як у вуглецевої сталі цей показник становить приблизно 205–210 ГПа. Оскільки прогин обернено пропорційний модулю пружності, то при однаковій довжині прольоту труба з нержавіючої сталі прогинається помітно сильніше, ніж з вуглецевої. Якщо просто скопіювати таблицю відстаней між опорами для вуглецевої сталі, то для нержавіючої сталі може бути перевищений загальноприйнятий граничний прогин — зазвичай його встановлюють на рівні приблизно 2,5 мм між опорами, щоб зберегти похил дренажу й уникнути застою води.
Нержавіючу сталь також часто вказують із тоншими стінками, ніж у вуглецевої сталі, для того самого тиску, оскільки її міцність та запас корозійності розраховуються по-іншому. Тонша стінка зменшує момент інерції й збільшує прогин. Нижчий модуль пружності разом із тоншою стінкою означає, що прольоти з нержавіючої сталі, як правило, мають бути коротшими за еквівалентні прольоти з вуглецевої сталі, або трубу слід явно перевірити на відповідність обмеженням прогину та напруження замість використання загальних таблиць.

Рекомендації щодо відстаней між опорами та порядок їхнього застосування
Стандарт MSS SP-69 встановлює максимальні відстані між опорами для прямих горизонтальних ділянок за номінальним діаметром та типом робочого середовища, окремо для водопостачання й для парової або газової служби, оскільки лінії, заповнені рідиною, важчі. Ці значення передбачають рівномірно розподілене навантаження та поєднане обмеження згинних напружень і прогину. Для нержавіючої сталі використовуйте опубліковані відстані між опорами як початкову точку, але обов’язково перевірте прогин або трохи скоротіть прольоти, щоб компенсувати нижчий модуль пружності.

Ці значення відповідають стандарту MSS SP-69 для сталевих труб із звичайною товщиною стінки; для тонкостінних нержавіючих труб їх слід зменшити або підтвердити критерій прогину 2,5 мм при робочій температурі. Зосереджені навантаження, такі як клапани, фланці та приладові вузли, вимагають опори поблизу навантаження, а не відповідно до таблиці для прямих ділянок. Вертикальні стояки потребують направляючих для контролю поперечного переміщення та несучої опори поблизу основи.

Керування тепловим розширенням
Нержавіюча сталь розширюється більше, ніж вуглецева сталь. Коефіцієнт теплового розширення аустенітних марок становить приблизно 16–18 мікрометрів на метр на градус Цельсія — це приблизно на 40–50 % вище, ніж у вуглецевої сталі (близько 12). Австенітна труба завдовжки 30 м, нагріта на 200 °C, може збільшитися приблизно на 100 мм; отже, система кріплення має дозволяти трубі рухатися, одночасно сприймаючи її вагу. Зазвичай використовують такий підхід: окремі точки фіксують анкерами, труба ковзає вздовж осі через напрямні, які обмежують бічне переміщення, а теплове розширення компенсується за допомогою петель розширення або гнучкості трасування.
Помилка в розташуванні анкерів і напрямних призводить до передачі великих теплових навантажень у штуцери обладнання або до випинання трубопроводу. Ковзні опори потребують поверхонь ковзання з низьким коефіцієнтом тертя та корозійно-стійких матеріалів, а пружинні або підвіски постійного зусилля встановлюють там, де вертикальне теплове переміщення могло б розвантажити жорстку підвіску.

Уникайте контакту з вуглецевою сталью та щілин
Тонка, але поширена причина раннього виходу з ладу — безпосередній контакт між нержавіючою трубкою та опорами з вуглецевої сталі. Залізо, що переноситься з хомутика, U-подібного болта чи балки з вуглецевої сталі, вбудовується в поверхню нержавіючої сталі й іржавіє; у точці контакту утворюється щілина, де концентруються хлориди, що призводить до утворення піттінгу або щілинної корозії. Рішення полягає у відокремленні трубки від феромагнітних опор за допомогою прокладок із нержавіючої сталі або неметалевих матеріалів, еластомерних або ПТФЕ-вкладишів або приклеєних захисних зносостійких прокладок, а також у запобіганні затримці вологи в точці контакту.
Вібрація погіршує знос у місцях опори. У ділянках, де трубопровід проходить через насоси або поворотне обладнання, або де ймовірна вібрація, спричинена потоком, скорочення відстаней між опорами підвищує власну частоту коливань і зменшує ризик резонансу, а амортизовані хомутики обмежують fretting. Будь-яка жорстка точка, що дозволяє трубі тертися металом об метал, з часом зменшує товщину стінки, тому захисні вкладиші виконують подвійну функцію — захищають як від корозії, так і від абразивного зносу.

Вібрація, направляючі елементи та анкери на практиці
Відстань між опорами також визначає власну частоту системи. Більш довгі прольоти більше прогинаються й коливаються на нижчих частотах, що наближає їх до збудження від обертового обладнання; тому скорочення прольотів — це безпосередній спосіб розстроїти вібраційну лінію. Напрямні запобігають поперечним коливанням, а анкери визначають, у яких місцях компенсується теплове розширення. Цілісна схема виглядає як ланцюг анкерів, напрямних і опор для навантаження, розташованих так, щоб кожен проліт відповідав своєму граничному значенню прогину, кожна точка навантаження була підтримана, а кожне теплове переміщення мало чітко визначений шлях.

Практичний контрольний перелік
Спроектувати нержавіючі опори з обмеженням прогину приблизно до 2,5 мм замість копіювання прольотів із вуглецевої сталі та зменшити відстань між опорами для тонкостінних виробів. Розміщувати опори поруч із клапанами, фланцями та іншими зосередженими навантаженнями. Забезпечити анкери, напрямні та гнучкість для компенсації більшого термічного розширення аустенітних марок. Ізолювати труби від опор із вуглецевої сталі за допомогою неметалевих або нержавіючих прокладок, щоб запобігти потраплянню забруднень із заліза, корозії в щілинах та втомному зношуванню. Wenqiang постачає безшовні та зварні нержавіючі труби в необхідних марках сталі й з потрібною товщиною стінки, а також надає розмірну й матеріальну сертифікацію, щоб труби відповідали інженерним припущенням, закладеним у розрахунку відстані між опорами.

Поширені запитання
П: Чому для нержавіючих труб потрібна менша відстань між опорами порівняно з трубами з вуглецевої сталі?
A: Аустенітна нержавіюча сталь має модуль пружності приблизно на 10–15 % нижчий, ніж у вуглецевої сталі, і часто поставляється з тоншими стінками, тому при однаковій довжині прогин більший. Використання таблиць відстаней, розроблених для вуглецевої сталі, може призвести до перевищення звичайного граничного значення прогину — 2,5 мм.
П: Як запобігти корозії в місцях кріплення труб?
A: Ізолюйте нержавіючу трубу від затискачів і балок із вуглецевої сталі за допомогою неметалевих або нержавіючих прокладок або підкладок із ПТФЕ. Це запобігає вбудовуванню частинок заліза, усуває щілину, де концентруються хлориди, а також зменшує втомне зношування через вібрацію.

Для безшовних і зварних нержавіючих труб, які відповідають вашим вимогам щодо кріплення та допустимого прогину, звертайтесь до компанії Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. за номером +86 577 8922 2595 / https://www.chinawqsteel.com/