Вигин труби проти коліна труби: 3D, 5D і 10D варіанти радіусу згину для проходження трубопроводів

Якщо ви проектуєте, будуєте або експлуатуєте трубопроводи, які очищаються або перевіряються за допомогою свиней, одним із перших рішень щодо прокладки, з якими ви стикаєтеся, є використання стандартних колін для труб чи згинів труб із великим радіусом — і який радіус згину вказати. У цій статті порівнюються вигини та коліна труб за методами виробництва, стандартами, геометрією, товщиною стінки, потоком і, що найважливіше, сумісністю з скребками, а також пояснюється, коли обирати радіуси згину 3D, 5D та 10D.

Усюди використовуються три терміни. Скребок — це циліндричний інструмент, що проштовхується через трубопровід потоком продукту або для його очищення (очисний скребок), або для перевірки за допомогою датчиків (інтелектуальний скребок, або інструмент внутрішньої перевірки, інструмент ILI). D — номінальний діаметр труби (номінальний зовнішній діаметр у міліметрах або дюймах). Радіус осьової лінії R згину або коліна - це радіус кривої, виміряний уздовж осьової лінії труби; «3D» означає, що R дорівнює потроєному діаметру труби. Два терміни геометрії також повторюються: екстрадос — це зовнішня сторона кривої (де стінка має тенденцію тоншати під час згинання), а інтрадос — це внутрішня частина кривої (де стінка має тенденцію потовщуватися); овальність - це те, наскільки круглий поперечний переріз деформувався в бік еліпса.

Таблиця 1 - Короткий огляд коліна та згину труби

Яка різниця між згином труби та коліном труби?

A коліно трубице стандартизований фабричний фітинг із фіксованим коротким радіусом центральної лінії - 1.5D для колін з довгим радіусом (LR) і 1.0D для колін з коротким радіусом (SR) - розміри відповідають ASME B16.9 та ASME B16.28. Вигин труби — це довжина труби, вигнута до заданого більшого радіуса, як правило, 3D, 5D або 10D, сформована як одна безперервна деталь, як правило, гарячим індукційним згинанням, і виконана відповідно до ASME B16.49 або ISO 15590-1. Для будь-якого трубопроводу, який буде проходити через скребки, вигин труби є правильним компонентом; стандартний лікоть не є.

Радіус є визначальною різницею. Коліно завжди має вузький радіус в один або півтора діаметра труби, фіксований стандартом фітинга і неможливий для зміни. Вигин може бути виконаний майже з будь-яким радіусом від приблизно 2D і вище - 3D, 5D, 6D, 8D, 10D і більше - і необхідний радіус вказано в специфікації закупівлі, тому його вибирає дизайнер, а не фіксує в каталозі.

Виробництво також відрізняється. Коліна пресовані, ковані або витягнуті як окремі фітинги, кожне з двох кінців, зварених устик. Вигини виготовляються шляхом викривлення прямої довжини труби (безшовної або зварної) за допомогою машини з індукційним нагріванням, тому вигнута ділянка є безперервною з самою трубою і не містить з’єднання всередині згину.

Наслідки для скребків є прямими: оскільки вигини мають більший і плавніший радіус, скребки та інструменти перевірки надійно долають їх, тоді як вузькі коліна обмежують або блокують ті самі інструменти. У наступних розділах це докладно розглядається.

Чому радіус вигину важливий для трубопроводів із скребками?

Радіус вигину вирішує, чи зможе свиня взагалі пройти - і наскільки безпечно вона очищає або перевіряє. Галузеві рекомендації встановлюють практичний мінімум у 3D для більшості операцій скребків. Більш жорсткі вигини (колінця 1,5D або 1,0D) змушують скребки з твердим корпусом та інспекційні інструменти різко згинатися, збільшуючи опір і знос чашки, підвищуючи ризик застрягнення або пошкодження скребка та погіршуючи дані перевірки. Таким чином, лінія, призначена для скребків, повинна використовувати вигини 3D або більше при кожній зміні напрямку.

Як свиня долає вигин. Свинка - це жорстке або напівтверде тіло, ущільнене до стінки труби чашками або дисками. Під час вигину тіло має відповідати вигину: чим сильніше вигин, тим більше тіло згинається, тим більше ущільнення стискаються з одного боку та піднімаються з іншого, і тим сильніше потік повинен проштовхувати його. Нижче певного радіусу корпус замикається, або ущільнювачі протікають повз продукт і стійла для свиней.

Вартість застряглої свині висока: у лінії потрібно скинути тиск і відкрити, що означає втрату продуктивності та небезпечну операцію відновлення. Якість перевірки страждає навіть раніше - датчики ILI потребують стабільної відстані від стіни, а при щільному згині інструмент відхиляється та відхиляється, залишаючи прогалини та спотворення в даних витоку магнітного потоку (MFL) або ультразвукових даних.

Галузеві рекомендації є послідовними. COBALCH рекомендує мінімальний радіус 1,5D для ліній 4 дюйми та менше, 3D для ліній 6–12 дюймів і 5D для ліній більше 12 дюймів; FEEC визначає мінімум 3D для гнучких корисних свиней і мінімум 5D для більш довгих, жорсткіших інтелектуальних свиней; EPCM рекомендує 3D і вище для легкої інтелектуальної обробки скребків; і більшість провайдерів ILI розробляють інструменти для 3D або більше, з деякими спеціалізованими інструментами, здатними до 1.5D.

Таблиця 2 - Типовий мінімальний радіус вигину за типом поршню (рекомендації галузі; завжди уточнюйте у постачальника інструменту)

Що означають 3D, 5D і 10D згини - і який з них вам потрібен?

Число перед D є відношенням радіуса центральної лінії згину до номінального діаметра труби: 3D-згин має радіус трьох діаметрів труби, 5D-п’ять, а 10D-десять. На практиці, 3D є мінімальним компактним для свинарських ліній, що перевозять очисних і вимірювальних свиней; 5D є рекомендованим за замовчуванням для інтелектуального (ILI) очищення; а 10D зарезервовано для дуже довгих або жорстких інструментів перевірки, найнижчого перепаду тиску та найщільнішої геометрії - за рахунок значно більшої площі та більшої дотичної довжини.

Формула радіуса проста: R=k × D, де k дорівнює 3, 5 або 10. Таблиця 3 показує, що це означає в міліметрах для трьох поширених розмірів ліній. Наприклад, вигин 10D на 12-дюймовій лінії має радіус центральної лінії приблизно 3,2 метри, що показує, чому вибір маршруту та права відводу обумовлює вибір.

Що отримуєте від кожного радіусу. 3D-вигини підходять у найтісніших місцях і підходять для більшості очисних каналів, але потоншення стінок, овальність і падіння тиску є найвищими з трьох, і лише деякі розумні «pigs» добре працюють у 3D. 5D-вигини є галузевим стандартом для транспортних ліній із скребками: практично всі інструменти ILI працюють у 5D із хорошою якістю даних, тоді як слід залишається керованим. 10D-вигини поводяться майже як пряма труба - мінімальне потоншення та овальність, мінімальна втрата тиску та ерозія - і допускає навіть найдовші тверді корпуси інструментів, але вони коштують дорожче в матеріалі та просторі.

Емпіричне правило: виберіть найбільший радіус, який дозволяють маршрут і бюджет. Ніколи не опускайтеся нижче 3D на простій лінії, якщо тільки постачальник або постачальник IL не підтвердять, що інструмент може це погодити.

Таблиця 3 - Приклад радіусів осьової лінії в міліметрах (R=k × номінальний зовнішній діаметр)

Таблиця 4 - 3Порівняння вигинів D, 5D і 10D (якісне оцінювання; точні значення залежать від схеми стін, матеріалу та стандарту виробництва)

Чи можете ви використовувати стандартні коліна (1D або 1,5D) на трубопроводі, який можна використовувати для свинок?

Ні - не для серйозних свиней. Коліна з коротким радіусом (1D) фактично не підходять для очищення скребків із твердим корпусом та інтелектуальних інструментів, і навіть коліна з довгим радіусом (1,5D) обмежують роботу більшості очисних скребків та багатьох інструментів для ВПЗ. Якщо лінія буде зрізана, спроектуйте її з самого початку з вигинами 3D або більше; модернізація маршруту пізніше дорога і часто неможлива без зміни маршруту.

Чому лікті блокують свиней. У тісному коліні 1D або 1,5D внутрішня стінка фітинга різко врізається в отвір, тому чашки та диски швидко зношуються, перевертаються або витікають повз продукт, а жорсткі корпуси інструментів заклинюються. Різка геометрія ліктя також є місцем, де свині найчастіше зупиняються на старих лініях.

Є винятки, але вони не є типовими. Деякі спеціалізовані гнучкі або шарнірні інструменти ILI можуть витримати 1,5D згини, а деякі навіть 1D, але вони дорожчі, охоплюють менше можливостей перевірки та повинні бути підтверджені у кожному конкретному випадку з постачальником.

Якщо у вас уже є лікті в існуючій лінії, перевірте можливість згинання свиней у постачальника та використовуйте коротші, шарнірні свинки. Якщо в майбутньому планується інтелектуальна обробка скребків, маршрут повинен був бути придатним для розрахунку з першого дня.

Таблиця 5 - Вказівки щодо мінімального радіуса вигину за розміром лінії (порада щодо проектування COBALCH pig)

Як 3D, 5D і 10D згини порівнюються за товщиною стінки, овальністю та потоком?

Вигини з великим радіусом геометрично зручніші для труби: вони менше стоншують зовнішню стінку (екстрадос), залишаються круглішими (менша овальність) і заважають потоку набагато менше, ніж коліна - тому вигини 5D і 10D забезпечують менший перепад тиску, меншу ерозію та меншу концентрацію напруги. Це найбільш важливо для товстостінних, високонапорних і корозійних ліній з нержавіючої сталі або нікелевих сплавів, де втрата стінок і овальність безпосередньо зменшують запаси конструкції.

Товщина стінки. Коли будь-яка труба згинається, зовнішня сторона кривої розтягується (екстрадосне стоншення), тоді як внутрішня стискається (інтрадосне потовщення). Гаряче індукційне згинання з контрольованим нагріванням і швидкістю штовхання мінімізує цю варіацію, а виробничий стандарт (наприклад, ASME B16.49) разом із кодом конструкції обмежує стоншення: стоншені екстради все одно повинні відповідати проектній мінімальній товщині стінки. Чим більший радіус, тим менший розтяг на одиницю довжини - тому вигини 5D і 10D зберігають стіну більш однорідною.

Овальність. Згин має тенденцію сплющувати поперечний переріз у еліпс; стандарти та норми проектування обмежують округлість. Більші радіуси менше деформують поперечний переріз, утримуючи тюленів свиней у повному контакті та уникаючи концентрації напруги на екстрадосах.

Потік і ерозія. Щільні коліна призводять до різкої зміни напрямку, що створює турбулентність, локалізовану високу швидкість, втрату тиску та ерозію зовнішньої стінки, особливо в лініях, що перевозять пісок або тверді речовини. Згин 10D поводиться майже як пряма труба, а згин 3D є хорошим компромісом; коліно 1,5D є найгіршим вибором для потоку. У корозійних умовах розрідження та турбулентність означають швидшу локальну атаку, тому вказівка ​​5D або 10D для нержавіючого або нікелевого сплаву зберігає допуск на корозію.

Які матеріали та стандарти застосовуються до колін і колін для трубопроводів зі скребками?

Відповідність стандарту до форми: коліна відповідно до ASME B16.9 з матеріалом відповідно до ASTM A403 (аустенітна нержавіюча сталь), A815 (дуплекс) або B366 (нікелеві сплави); згинається відповідно до ASME B16.49 або ISO 15590-1. Спроектуйте лінію відповідно до ASME B31.4 (рідини) або ASME B31.8 (газ) - і ASME B31.3 для заводських трубопроводів - і кваліфікуйте будь-яку інтелектуальну систему перевірки відповідно до API Std 1163. Для корозійних, кислих або високотемпературних умов використання дуплексної нержавіючої сталі та нікелевих сплавів, таких як сплав 400, сплав 625, Сплав 825 і сплав C-276 забезпечують стійкість до корозії, якої не може отримати вуглецева сталь.

Чому нікелеві сплави та дуплексна нержавіюча сталь. Ці матеріали стійкі до хлоридів, кислоти (H2S), високих температур та ерозії: сплав 625 (інконель) підходить для використання в морській воді та при високій температурі, сплав C-276 (хастеллой) — для найагресивніших хімічних середовищ, сплав 400 (монель) для морських умов, а дуплексні марки 2205 і 2507 поєднують високу міцність із стійкість до кислих умов.

Повідомлення про виготовлення. Нікелеві сплави агресивно зміцнюються, тому 3D–10D-згини в цих матеріалах вимагають індукційного згинання з суворим контролем температури та, якщо потрібно, термічної обробки після згину - інакше згин ризикує розтріснутися або втратити стійкість до корозії. Підтвердьте можливості постачальника для PWHT (термообробка після зварювання), PMI (позитивна ідентифікація матеріалу) і тестування на твердість.

Таблиця 6 - Основні стандарти для вигинів, ліктів і різання

Як ви визначаєте Piggable Bend?

Повна специфікація згинання вказує на радіус (більше або дорівнює 3D, в ідеалі 5D), кут згину, дотичну довжину, клас матеріалу та графік стінок, виробничий стандарт і допуски - і це підтверджує сумісність згину з фактичним постачальником згину або ILI до того, як маршрут буде заморожено.

Дотичні та інтервали. Вкажіть прямі довжини входу та виводу (тангенси) на обох кінцях згину, щоб зварювання, вирівнювання пускового скребка та овальність кінця залишалися чистими. Тримайте принаймні 3D–5D прямої труби між послідовними вигинами – галузеве «правило 3D–5D», – щоб свині не довелося згинати двічі поспіль.

Приклад специфікації: «Індукційний вигин під 90 градусів, R=5D, NPS 10, Таблиця 80, ASTM A312 TP316L, виготовлено та перевірено відповідно до ASME B16.49, тангенс 1 м на кожному кінці, овальність і екстрадос стіни в межах стандартного допуску, PMI і твердість перевірені, сертифікати на матеріали та MTC надаються». Налаштуйте матеріал, графік і допуски відповідно до коду конструкції лінії.

Контроль якості: укажіть PMI, твердість, NDT (UT/RT), якщо потрібно, і гідростатичне випробування відповідно до коду конструкції; вимагати повної сертифікації матеріалу для відстеження.

Таблиця 7 - Контрольний список специфікацій Piggable bend

Який радіус вигину вибрати?

За замовчуванням 5D, якщо маршрут справді не може собі це дозволити. Використовуйте 3D там, де мало місця, і працюватимуть лише чистячі або вимірювальні свині; використовувати 5D для стандартного інтелектуального очищення; використовуйте 10D для найдовших жорстких інструментів, високошвидкісного потоку або ліній мінімального падіння тиску. Ніколи не опускайтеся нижче 3D на роз’єднаній лінії без письмового підтвердження постачальника інструменту.

Логіка витрат проста. Більший радіус коштує дорожче в трубах, матеріалах і смузі відводу, але відновлення одного застряглого скребка зазвичай коштує набагато дорожче, а лінія 5D повертає дані перевірки, на які можна покластися для прийняття рішень щодо цілісності. Виберіть радіус для найгіршого інструменту, який ви коли-небудь використовували, а не для найдешевшого.

Таблиця 8 - Вибір радіуса вигину

Часті запитання

«3D» означає, що радіус центральної лінії згину дорівнює потроєному номінальному діаметру труби (R=3 × D). Наприклад, на трубі NPS 6 (зовнішній діаметр 168,3 мм) 3D-вигин має радіус центральної лінії приблизно 505 мм.

Чи придатний 3D-згин?

Так, для більшості чистильників і багатьох інтелектуальних інструментів - 3D є прийнятним мінімумом для очищення. Динаміка інструменту та якість даних покращуються в 5D, тому 5D є рекомендованим за замовчуванням для інтелектуального аналізу.

Чи може свиня пройти лікоть із довгим радіусом 1,5D?

Поролонові тампони та деякі короткі, гнучкі свинки можуть; очищувачі з жорстким корпусом і більшість інструментів ILI не можуть або проходять із пошкодженням і пропусками даних. Для лінії, яка буде зрізана, використовуйте вигини 3D або більше.

Що краще для розумного пигінгу: 3D чи 5D вигини?

5D. Більшість інструментів ILI розроблено як мінімум для 3D, але 5D забезпечує більш стабільне протистояння датчика, кращу якість даних і менший знос – і це галузь за замовчуванням для транспортних ліній із скребками.

Чи спричиняють вигини труб більше падіння тиску, ніж коліна?

Навпаки. Плавні вигини з великим радіусом (5D, 10D) спричиняють менше падіння тиску та турбулентності, ніж щільні лікті; вигин 10D поводиться майже як пряма труба.

Який мінімальний промисловий радіус вигину для скребка?

Загальною інструкцією є мінімальний розмір 3D для більшості шнурів із скребками (1,5D лише на шнурах довжиною 4 дюйми та менше, і лише для м’яких свинок) і мінімум 5D для інтелектуальних шнурів. Завжди уточнюйте у постачальника свиней або ГЛЗ.