В данной статье анализируется прочность стальных труб Schedule 80, включая предел текучести, предел прочности на сжатие и другие свойства.

Понимание Стальных Труб Schedule 80

«Schedule 80» (Sch 80) — это не марка материала; это стандарт размеров, определенный стандартами ASME B36.10 и ASME B36.19. Он определяет толщину стенки относительно номинального диаметра трубы (NPS). Труба Schedule 80 имеет более толстую стенку, чем труба Schedule 40, что позволяет ей выдерживать более высокое внутреннее давление при том же материале.

Однако предел текучести, предел прочности на растяжение и предел прочности на сжатие определяются исключительно спецификацией материала. Поэтому «Таблица прочности Schedule 80» технически неполна без указания сплава. Труба стандарта Schedule 80, изготовленная из низкосортной углеродистой стали, обладает совершенно иными механическими свойствами, чем труба, изготовленная из сплава Inconel 625.

В рамках данного анализа мы рассмотрим механические свойства наиболее распространенных материалов, используемых в конструкциях Schedule 80 в рамках производства нашего завода: углеродистая сталь, аустенитная нержавеющая сталь и никелевые сплавы.

Таблица Предела Текучести и Прочности На Сжатие Стальных Труб Schedule 80

В таблице ниже представлены расчетные значения прочности для нашей нержавеющей стали и высококачественного никелевого сплава. Значения указаны только для поперечного сечения трубы и предполагают однородные свойства материала.

Таблица прочности Schedule 80

Примечания к расчетам:

Для расчета кольцевого давления используется формула Барлоу (консервативная; фактическое давление разрыва выше).

Осевые сжимающие нагрузки предполагают поведение коротких колонн (L/D < 10); для тонких колонн действует закон Эйлера о потере устойчивости, который должен оцениваться для каждого проекта отдельно.

Все значения являются минимальными гарантированными. Типичные значения, полученные в результате испытаний, согласно нашим сертификатам производителя, на 15–30% выше.

Внутреннее Давление и Формула Барлоу

«Прочность» трубы Schedule 80 чаще всего измеряется ее способностью выдерживать внутреннее давление. Для расчета предела внутреннего давления мы используем формулу Барлоу, которая связывает внутреннее давление с толщиной стенки трубы и пределом текучести.

Формула выражается следующим образом:

Где:

P = Внутреннее давление

S = Допустимое напряжение (обычно 2/3 от предела текучести или на основе коэффициентов кода ASME)

t = Номинальная толщина стенки

D = Наружный диаметр

Пример расчета:

Для трубы диаметром 2 дюйма (NPS) по стандарту Schedule 80 из нержавеющей стали 316L с допустимым напряжением 16 700 PSI:

Где:

E = Модуль упругости

I = Момент инерции

K = Коэффициент эффективной длины колонны

L = Длина без опоры

Увеличивая толщину стенки, мы увеличиваем значение $I$, тем самым экспоненциально увеличивая сопротивление трубы разрушению от сжатия без изменения внешнего диаметра конструкции.

Применение и Проверка Эксплуатационных Характеристик Стальных Труб Schedule 80

На химических заводах наши трубы Schedule 80 из стали 316L выдерживают рабочее давление 2500–4000 фунтов на квадратный дюйм с нулевой потерей запаса прочности на коррозию после 10+ лет эксплуатации.

В энергетике коллекторы Schedule 80 из никелевого сплава выдерживают циклические термические нагрузки, сохраняя при этом полную прочность на сжатие при опорных нагрузках, превышающих 500 000 фунтов.

Операторы морской нефтегазовой отрасли выбирают наш сплав Inconel 625 Schedule 80 для скважинных и подводных трубопроводов именно потому, что документированные предельные нагрузки при сжатии обеспечивают запас прочности, требуемый стандартами API и DNV.

Каждая партия проходит полное механическое тестирование в соответствии со стандартом ASTM, включая испытания на растяжение, твердость и сплющивание. Наши процессы, сертифицированные по стандартам ISO 9001 и PED, гарантируют прослеживаемость от расплава до готовой трубы.