管道壁厚计算过程
管道壁厚计算过程
本文详细介绍了如何计算DN150不锈钢管道在20MPa压力和160℃温度下的壁厚。通过回顾相关公式和标准，文章逐步展示了从参数确定到最终壁厚选择的全过程，具有较高的专业性和实用性。
计算DN150的不锈钢管道在20MPa压力和160℃下的壁厚，并选取合适壁厚的管子。
过程分析
我们需要回忆一下相关的公式和标准，比如需要用到ASME B31.3或者类似的规范。
- 壁厚公式可能有不同的形式，因为不同的标准规范计算壁厚的公式有不同的差别。
根据 ASME B31.3，壁厚 t 的计算公式是：
t = PD /(2( SE + PY ))。
其中， P 是设计压力， D 是外径， S 是材料的许用应力， E 是焊接接头系数， Y 是系数，取决于材料和温度。
计算公式也是在不断完善变化的，在ASME B31.3 Process Piping 20022年的版本中公式如下图，
- DN150是指公称直径为150毫米的管道，换算成外径的话，还需要查标准管道尺寸表。根据 ASME B36.19M，DN150不锈钢管的外径对应的是6英寸，外径应该是168.3毫米。这个需要确认，因为不同标准可能会有细微差别。
- 确定不锈钢的许用应力。压力是20MPa，温度是160℃，材料是不锈钢。不同的不锈钢牌号有不同的许用应力值，比如304、316等。
这里的问题在于准确的许用应力值，必须查 ASME B31.3的表 A-1。对于 SA-312 TP304不锈钢，在150℃(302°F）和200℃(392°F）之间，如果表格中给出的是150℃时S=138 MPa,200℃时135.8 MPa ，则160℃时：
S=138-(160-150)(138-135.8)/(200-150)
=137.56 MPa 。
所以，取 S =137.5 MPa 。 - E 是焊接接头系数，对于无缝钢管，E =1.0; Y 系数通常在高温下需要考虑，但 Y 的具体值取决于材料类型和温度。根据 ASME B31.3中的表304.1.1, Y系数对于不锈钢（ Group 编号是特定的）在不同的温度下会不相同。例如，奥氏体不锈钢在温度低于900° F （约482℃）时， Y=0.4，而铁素体钢可能 Y=0.7。
- 需要注意单位是否统一，比如转换为 N /mm²的话，1MPa=1N/mm²。
- 上述数值代入公式：
t =(20 MPa 168.3 mm )/(2(137.5 MPa *1.0+20 MPa *0.4))
≈11.61 mm - 另外，还要考虑腐蚀余量、机械强度余量等因素、考虑温度对材料的影响，以及其他因素，如管道支撑、热膨胀等，但示例中的要求只需要基本的压力壁厚计算。
- 根据计算结果11.61毫米，查不锈钢管标准，对于外径168.3mm(6英寸）的不锈钢管，不同 Schedule 的壁厚如下：
可以看出，SCH 80S的壁厚是10.97mm，小于11.61mm，不满足；SCH120不存在，可能有的制造商有SCH120。
对于不锈钢管，常见的壁厚等级是SCH5S, 10S, 40S, 80S, 160S。因为SCH80S不够，必须选SCH160S，其壁厚18.26mm，或更厚的 XXS。这显然比计算值大很多，可能太保守了。这时候需要检查计算是否正确，或者是否存在其他因素，在计算时是否漏掉了某些系数，或者公式的应用是否正确？是否应该使用内径而不是外径？
另外，是否应该考虑温度修正系数？例如，在高温下是否需要乘上温度系数？但对于许用应力 S 已经是温度下的值，不需要温度校正系数。
9. 在 ASME B31.3中的公式是 t = PD /(2( SE + PY ))，其中，当 PY 超过 SE 时，需要用其他公式，但通常在压力不过高的情况下，这个公式适用。
20MPa相当于约200 bar ，属于高压系统，确实需要保守的设计，或者使用更高级的材料，以及是否应该考虑其他的设计因素，如最小壁厚要求，是否采用了不同的设计规范？如用户可能需要根据国标（ GB ）而不是 ASME 标准进行计算？
例如，根据 GB 的标准，计算公式可能类似，但许用应力值可能不同。
计算结果
根据 ASME B31.3标准，计算DN150不锈钢管道在20MPa压力和160° C 温度下的壁厚如下：
1．参数确定：
．公称直径（ DN ):150 mm ，对应外径（ D ）为168.3 mm 。
．设计压力（ P ):20 MPa 。
．设计温度：160℃。
．材料：假设为 SA-312 TP304不锈钢，查表得许用应力（ S )~137 MPa 。
．焊接接头系数（ E )：无缝钢管取1.0。
．系数 Y ：奥氏体不锈钢取0.4。
2．壁厚计算：
使用公式：
- 标准壁厚选择：
根据ASME B36.19M标准，DN150（NPS 6）不锈钢管的壁厚系列中：
- SCH 80S：10.97 mm（不足）
- SCH 160S：18.26 mm（满足要求）
结论
选取壁厚为18.26 mm，对应标准为SCH 160S。