Тръбно огъване срещу тръбно коляно: 3D, 5D и 10D опции за радиус на огъване за пробиване на тръбопроводи

Ако проектирате, изграждате или управлявате тръбопроводи, които се почистват или проверяват със свинчета, едно от първите решения за маршрутизиране, с които се сблъсквате, е дали да използвате стандартни тръбни колена или тръбни колена с дълъг радиус - и кой радиус на огъване да посочите. Тази статия сравнява тръбни завои и тръбни колена по метод на производство, стандарти, геометрия, дебелина на стената, поток и - най-важното - съвместимост с пробиване, и обяснява кога да изберете 3D, 5D и 10D радиуси на огъване.

Навсякъде се използват три термина. Прасето е цилиндричен инструмент, който се изтласква през тръбопровод от потока на продукта, или за да го почисти (почистващо прасе), или за да го инспектира със сензори (интелигентно прасе, или инлайн инспекция, ILI инструмент). D е номиналният диаметър на тръбата (номиналният външен диаметър, в милиметри или инчове). Радиусът на централната линия R на завой или коляно е радиусът на кривата, измерен по централната линия на тръбата; „3D“ означава, че R е равно на три пъти диаметъра на тръбата. Два геометрични термина също се повтарят: екстрадосът е външната страна на кривата (където стената има тенденция да изтънява по време на огъване), а интрадосът е вътрешността на кривата (където стената има тенденция да се удебелява); овалността е доколко кръглото напречно сечение се е деформирало към елипса.

Таблица 1 - Тръбно коляно срещу тръбно огъване с един поглед

Каква е разликата между коляно за тръба и коляно за тръба?

A тръбно коляное стандартизиран, фабрично произведен фитинг с фиксиран къс радиус на осевата линия - 1.5D за колена с дълъг радиус (LR) и 1.0D за колена с къс радиус (SR) - оразмерен по ASME B16.9 и ASME B16.28. Огъването на тръбата е дължина на тръба, извита до определен по-голям радиус, обикновено 3D, 5D или 10D, оформена като едно непрекъснато парче, обикновено чрез горещо индукционно огъване, и направена по ASME B16.49 или ISO 15590-1. За всеки тръбопровод, който ще бъде сглобен, огъването на тръбата е правилният компонент; стандартен лакът не е такъв.

Радиусът е определящата разлика. Едно коляно винаги има стегнат радиус от един или един и половина диаметъра на тръбата, фиксиран от стандарта за монтаж и невъзможен за промяна. Огъване може да бъде произведено при почти всякакъв радиус от около 2D нагоре - 3D, 5D, 6D, 8D, 10D и повече - и необходимият радиус е записан в спецификацията за покупка, така че е избран от дизайнера, не е фиксиран от каталога.

Производството също се различава. Колената са пресовани, ковани или изтеглени като отделни фитинги, всеки с два края за челна заварка. Завоите се правят чрез извиване на права дължина на тръбата (безшевна или заварена) с машина за индукционно нагряване, така че извитият участък е непрекъснат със самата тръба и не съдържа фуга вътре в завоя.

Последствието за пробиването е пряко: тъй като завоите имат по-големи, по-плавни радиуси, свинците и инструментите за инспекция ги преговарят надеждно, докато стегнатите колена ограничават или блокират същите инструменти. Следващите раздели описват това подробно.

Защо радиусът на огъване е от значение за тръбопроводите за пробиване?

Радиусът на огъване решава дали прасето изобщо може да премине - и колко безопасно почиства или проверява. Индустриалните насоки определят практическия минимум 3D за повечето операции по пробиване. По-тесните завои (1.5D или 1.0D колена) принуждават прасетата с твърдо тяло и инспекционните инструменти да се огъват рязко, увеличавайки съпротивлението и износването на чашата, повишавайки риска от заседнало или повредено прасе и влошавайки данните от инспекцията. Следователно въдица, проектирана за пробиване, трябва да използва завои от 3D или по-големи при всяка промяна на посоката.

Как прасе преговаря завой. Свинята е твърдо или полутвърдо тяло, уплътнено към стената на тръбата с чаши или дискове. При завой тялото трябва да следва извивката: колкото по-плътно е завоят, толкова повече тялото се огъва, толкова повече уплътненията се компресират от едната страна и се повдигат от другата и толкова по-силно потокът трябва да го прокара. Под определен радиус тялото се заключва или уплътненията изтичат покрай продукта и боксовете за прасета.

Цената на заседнало прасе е висока: линията трябва да се разхерметизира и отвори, което означава загуба на продукция и опасна операция по възстановяване. Качеството на инспекцията страда дори преди това - ILI сензорите се нуждаят от стабилно отстояние от стената и при плътно огъване инструментът се накланя и завърта, оставяйки празнини и изкривявания в изтичането на магнитен поток (MFL) или ултразвуковите данни.

Насоките в индустрията са последователни. COBALCH препоръчва минимални радиуси от 1,5D за линии от 4 инча и по-малки, 3D за линии от 6–12 инча и 5D за линии, по-големи от 12 инча; FEEC определя 3D минимум за гъвкави полезни прасета и 5D минимум за по-дългите, по-твърди интелигентни прасета; EPCM препоръчва 3D и по-нови за лесно интелигентно събиране; и повечето доставчици на ILI проектират инструменти за 3D или по-високи, с някои специализирани инструменти, способни на 1.5D.

Таблица 2 - Типичен минимален радиус на огъване по тип свинче (насоки за индустрията; винаги потвърждавайте с доставчика на инструмента)

Какво означават 3D, 5D и 10D завои - и кой ви е необходим?

Числото преди D е съотношението на радиуса на централната линия на огъване към номиналния диаметър на тръбата: 3D завой има радиус от три диаметъра на тръбата, 5D завой пет, а 10D завой десет. На практика 3D е компактният минимум за линии за прасета, превозващи прасета за почистване и измерване; 5D е препоръчителната стойност по подразбиране за интелигентно (ILI) пигинг; и 10D е запазен за много дълги или твърди инструменти за проверка, най-нисък спад на налягането и най-стегната геометрия - на цената на много по-голям отпечатък и по-големи допирателни дължини.

Формулата за радиуса е проста: R=k × D, където k е 3, 5 или 10. Таблица 3 показва какво означава това в милиметри за три често срещани размера на линията. 10D завой на 12-инчова линия, например, има радиус на осевата линия от около 3,2 метра - което показва защо маршрутизирането и правото на път определят избора.

Какво ви купува всеки радиус. 3D завоите пасват на най-тесните пространства и приемат повечето почистващи свинчета, но изтъняването на стените, овалността и спада на налягането са най-високите от трите и само някои интелигентни прасета се представят добре в 3D. 5D завоите са по подразбиране в индустрията за щрихови транспортни линии: почти всички ILI инструменти работят при 5D с добро качество на данните, докато отпечатъкът остава управляем. 10D завоите се държат почти като права тръба - минимално изтъняване и овалност, минимална загуба на налягане и ерозия - и приемат дори най-дългите твърди тела на инструменти, но те струват повече като материал и пространство.

Основно правило: изберете най-големия радиус, който маршрутът и бюджетът позволяват. Никога не слизайте под 3D на линия, освен ако прасето или доставчикът на ILI потвърди, че инструментът може да го договори.

Таблица 3 - Примерни радиуси на централната линия в милиметри (R=k × номинален външен диаметър)

Таблица 4 - 3D, 5D и 10D завои в сравнение (качествено класиране; точните стойности зависят от графика на стената, материала и стандарта за производство)

Можете ли да използвате стандартни колена (1D или 1.5D) на тръбопровод, който може да се използва за прасе?

Не - не е за сериозно свинство. Колената с къс радиус (1D) ефективно не могат да се използват за прасета за почистване с твърдо тяло и интелигентни инструменти и дори колената с дълъг радиус (1,5D) ограничават повечето почистващи прасета и много инструменти за ILI. Ако линията ще бъде нарязана, проектирайте я от самото начало с триизмерни или повече завои; преоборудването на маршрут по-късно е скъпо и често невъзможно без пренасочване.

Защо лактите блокират прасетата. При стегнато 1D или 1.5D коляно вътрешната стена на фитинга се врязва рязко в отвора, така че чашките и дисковете се износват бързо, обръщат се или изтичат покрай продукта и твърдите тела на инструмента засядат. Рязката геометрия на лакътя също е мястото, където прасетата най-често спират в по-старите линии.

Има изключения, но те не са по подразбиране. Някои специализирани гъвкави или шарнирни ILI инструменти могат да преминат 1.5D завои - а някои дори 1D - но те са по-скъпи, покриват по-малко възможности за проверка и трябва да бъдат потвърдени за всеки случай с доставчика.

Ако вече имате колена в съществуваща линия, проверете възможността за огъване на прасето с продавача и използвайте по-къси, съчленени прасета. Ако интелигентното разпределение е планирано за бъдещето, маршрутът трябва да е изграден така, че да може да се използва за разчистване от първия ден.

Таблица 5 - Насоки за минимален радиус на огъване по размер на линията (съвет за дизайн на COBALCH)

Как се сравняват 3D, 5D и 10D завоите по дебелина на стената, овалност и поток?

Завоите с по-голям радиус са геометрично по-благоприятни за тръбата: те изтъняват по-малко външната стена (extrados), остават по-кръгли (по-малко овални) и нарушават потока много по-малко от колената - така че 5D и 10D завоите осигуряват по-нисък спад на налягането, по-малко ерозия и по-малко концентрации на напрежение. Това има най-голямо значение при дебелостенни, високоналягащи и корозивни линии от неръждаема стомана или никелова сплав, където загубата на стени и овалността директно намаляват маржовете на дизайна.

Дебелина на стената. Когато която и да е тръба е огъната, външната част на кривата се разтяга (екстрадос изтъняване), докато вътрешната се компресира (интрадос удебеляване). Горещо индукционно огъване с контролирано нагряване и скорост на изтласкване минимизира тази вариация, а производственият стандарт (например ASME B16.49) заедно с кода за проектиране ограничават изтъняването: изтънените екстрадости все още трябва да отговарят на проектната минимална дебелина на стената. Колкото по-голям е радиусът, толкова по-малко е разтягането на единица дължина - поради което 5D и 10D огъванията поддържат стената по-равномерна.

Овалност. Огъването има тенденция да сплеска напречното сечение в елипса; стандартите и кодовете за проектиране ограничават закръглеността. По-големите радиуси деформират по-малко напречното сечение, като поддържат тюлените на свинете в пълен контакт и избягват концентрациите на напрежение в екстрадосите.

Поток и ерозия. Стегнатите колена предизвикват рязка промяна на посоката, която създава турбуленция, локализирана висока скорост, загуба на налягане и ерозия на външната стена - особено в линии, пренасящи пясък или твърди частици. 10D завой се държи почти като права тръба, а 3D завой е добър компромис; 1.5D коляно е най-лошият избор за поток. При корозионно обслужване изтъняването плюс турбулентността означава по-бърза локална атака, така че определянето на 5D или 10D в неръждаема или никелова сплав запазва допустимото ниво на корозия.

Какви материали и стандарти се прилагат за завои и колена за тръбопроводи за пробиване?

Съвпадение на стандарта с формата: колена по ASME B16.9 с материал по ASTM A403 (аустенитна неръждаема стомана), A815 (дуплекс) или B366 (никелови сплави); огъва се по ASME B16.49 или ISO 15590-1. Проектирайте линията по ASME B31.4 (течности) или ASME B31.8 (газ) - и по ASME B31.3 за инсталационни тръбопроводи - и квалифицирайте всяка интелигентна система за инспекция по API Std 1163. За корозивно, кисело или високотемпературно обслужване, дуплексни неръждаеми стомани и никелови сплави като сплав 400, сплав 625, Сплав 825 и сплав C-276 осигуряват устойчивост на корозия, която въглеродната стомана не може.

Защо никелови сплави и дуплекс неръждаема стомана. Тези материали са устойчиви на хлориди, киселини (H2S), високи температури и ерозия: сплав 625 (Inconel) е подходяща за морска вода и висока температура, сплав C-276 (Hastelloy) за най-агресивните химически среди, сплав 400 (Monel) за морска употреба и дуплексни класове 2205 и 2507 комбинират висока якост с устойчивост на кисело обслужване.

Бележка за производство. Никеловите сплави се втвърдяват агресивно, така че 3D–10D завои в тези материали изискват индукционно огъване със строг контрол на температурата и, където е необходимо, термична обработка след огъване - в противен случай завоят рискува да се напука или да загуби устойчивостта си на корозия. Потвърдете възможностите на доставчика за PWHT (топлинна обработка след заваряване), PMI (положителна идентификация на материала) и тестване за твърдост.

Таблица 6 - Основни стандарти за завои, колена и хълбоци

Как да определите Piggable Bend?

Пълната спецификация на огъване посочва радиуса (по-голям или равен на 3D, в идеалния случай 5D), ъгъла на огъване, дължините на допирателната, степента на материала и графика на стените, производствения стандарт и допустимите отклонения - и потвърждава съвместимостта на прасето с действителния доставчик на прасе или ILI, преди маршрутът да бъде замразен.

Допирателни и разстояние. Посочете прави дължини на входа и изхода (тангенти) в двата края на завоя, така че заваряването, подравняването на пусковия канал и крайната овалност да останат чисти. Поддържайте поне 3D–5D права тръба между последователните завои – „3D–5D правилото“ на индустрията – така че прасето да не се налага да огъва два пъти бърза последователност.

Примерна спецификация: „90 градусова индукционна чупка, R=5D, NPS 10, списък 80, ASTM A312 TP316L, произведено и тествано по ASME B16.49, допирателна 1 m във всеки край, овалност и допълнителна стена в рамките на стандартен толеранс, тествани PMI и твърдост, доставени сертификати за материали и MTC.“ Коригирайте материала, графика и допустимите отклонения към дизайнерския код на линията.

Контрол на качеството: посочете PMI, твърдост, NDT (UT/RT), където е необходимо, и хидростатично изпитване според кода за проектиране; изискват пълно сертифициране на материала за проследимост.

Таблица 7 - Контролен списък за спецификация на Piggable bend

Кой радиус на огъване трябва да изберете?

По подразбиране е 5D, освен ако маршрутът наистина не може да си го позволи. Използвайте 3D там, където пространството е ограничено и ще работят само прасета за почистване или измерване; използвайте 5D за стандартно интелигентно събиране; използвайте 10D за най-дългите твърди инструменти, високоскоростен поток или линии с минимален спад на налягането. Никога не слизайте под 3D на линия без писмено потвърждение от доставчика на инструмента.

Логиката на разходите е проста. По-големият радиус струва повече в тръба, материал и право на преминаване, но възстановяването на едно заседнало прасе обикновено струва много повече - и 5D линия връща данни от инспекция, на които всъщност можете да разчитате за решения относно целостта. Изберете радиуса за най-лошия инструмент, който някога ще използвате, а не за най-евтиния.

Таблица 8 - Избор на радиус на огъване

Често задавани въпроси

„3D“ означава, че радиусът на централната линия на огъване е равен на три пъти номиналния диаметър на тръбата (R=3 × D). На тръба NPS 6 (168,3 mm външен диаметър), например, 3D чупка има радиус на централната линия от около 505 mm.

Дали 3D огъване може да се използва?

Да за повечето почистващи прасета и много интелигентни инструменти - 3D е приетият минимум за прасета. Динамиката на инструмента и качеството на данните се подобряват при 5D, поради което 5D е препоръчителната настройка по подразбиране за интелигентно пигинг.

Може ли прасе да премине 1,5D лакът с дълъг радиус?

Тампони от пяна и някои къси, гъвкави прасета могат; прасета за почистване с твърдо тяло и повечето инструменти за ILI не могат или преминават с повреди и пропуски в данните. За линия, която ще бъде нарязана, използвайте завои от 3D или повече.

Кое е по-добро за интелигентно пигинг: 3D или 5D завои?

5D. Повечето инструменти на ILI са проектирани за минимум 3D, но 5D дава по-стабилно разминаване на сензора, по-добро качество на данните и по-малко износване - и това е стандартът за индустрията за транспортни линии със скреж.

Извивките на тръбите причиняват ли по-голям спад на налягането от колената?

Обратното. Гладките завои с голям радиус (5D, 10D) причиняват по-малко падане на налягането и турбуленция от стегнатите колена; 10D завой се държи почти като права тръба.

Какъв е минималният радиус на огъване в индустрията за пробиване?

Общото напътствие е минимум 3D за повечето въдици с прасета (1,5D само на въдици с дължина 4 инча и по-малки и само за меки прасета) и минимум 5D за интелигентно въдици. Винаги потвърждавайте с прасето или доставчика на ILI.