تنش انبساطی و تنش ثابت در سیستم پایپینگ

تنش ثابت در سیستم پایپینگ چگونه محاسبه می شود؟
بارهای ثابت ناشی از اعمال فشار و وزن، باعث ایجاد تنش های پایدار در سیستم های لوله کشی می شوند.

این بارها، همیشه در سیستم وجود دارند. افزایش میزان تنش های ثابت از مقادیر مجاز، شکست و خرابی سیستم را در پی دارد.

مطابق با استاندارد ASME B31.3، برآیند تنش های طولی حاصل از بارهای ثابت در هر یک از اجزای سیستم پایپینگ، نباید از تنش مجاز در دمای عملیاتی بیشتر باشد.

مسئله تنش های حاصل از فشار سیستم، توسط محاسبه و انتخاب لوله ای با ضخامت مناسب حل می شود.

با استفاده از روابط زیر می توان ضخامت مورد نیاز برای لوله مستقیم را به دست آورد:

• P: فشار داخلی طراحی.
• D: قطر خارجی لوله.
• S: تنش مجاز.
• E: ضریب کیفیت اتصال جوش.
• Y: ضریب ثابت (مطابق با استاندارد).
• W: ضریب کاهش مقاومت اتصال جوش.
• c: جمع حدود مجاز مکانیکی، خوردگی، فرسایش و غیره.

حداقل ضخامت مورد نیاز از جمع t و c محاسبه می شود. حداقل ضخامت اسمی نیز برابر با tm/(1-0.125) یا tm+a است.

a، تلورانس لوله ها بر حسب میلی متر و مطابق با استاندارد ASTM را نمایش می دهد. ضخامت به دست آمده باید به سمت بالا و ضخامت بزرگ تر موجود در استاندارد گرد شود.

تنش انبساطی در سیستم پایپینگ چگونه محاسبه می شود؟
تغییر طول ناشی از تغییرات دمایی در سیستم های لوله کشی مطابق با رابطه زیر محاسبه می شود:

ΔL=LαΔT

• L: طول لوله.
• ΔT: تغییر دما.
• α: ضریب انبساط حرارتی.

مقادیر ضرایب انبساط حرارتی لوله در استاندارد ASME B31.3، پیوست B (جداول C-1 و C-2) آورده شده اند.

یکی از این مقادیر، ضریب انبساط حرارتی میانگین (A) و دیگری، ضریب انبساط حرارتی خطی (B) را نمایش می دهد.

تنش های انبساطی زمانی به وجود می آیند که افزایش طول ناشی از تغییر دما محدود شده باشد. استفاده از اتصال انبساطی، این محدودیت را از بین می برد.

ضریب تشدید تنش چیست و چگونه محاسبه می شود؟
«ضریب تشدید تنش» (Stress Intensification Factor) یا SIF، نسبت حداکثر تنش به تنش اسمی است. این ضریب، میزان تنش بخش های مختلف را بر اساس نوع قطعات و اتصالات مورد استفاده تعدیل می کند.

ضرایب تشدید تنش اجزای مختلف سیستم های لوله کشی در پیوست D استاندارد ASME B31.3 آورده شده اند.

جدول زیر، رابطه محاسبه ضرایب تشدید تنش زانویی و سه راهی جوشی را بر اساس این استاندارد نمایش می دهد.

h در روابط بالا، انعطاف پذیری فیتینگ است که برای زانویی جوشی به صورت زیر محاسبه می شود:

مقدار انعطاف پذیری سه راهی جوشی نیز از رابطه زیر به دست می آید:

هر یک از پارامترهای روابط بالا در تصاویر جدول مشخص شده اند. ضرایب تشدید تنش برای فیتینگ های دیگر نیز توسط پیوست D در استاندارد ASME B31.3 قابل تعیین هستند.