すべての鋼管ラインは加熱すると膨張します。 20 ℃から 150 ℃まで上昇させた 100- メートルの炭素鋼ラインは約 156 ミリメートル伸びます。その伸びが行き場を失った場合、パイプが座屈し、フランジに過剰な応力がかかり、装置のノズルが引きずられて所定の位置から外れてしまいます。熱膨張は、配管システムにループ、伸縮継手、パイプ サポートが使用される静かな理由であり、配管購入者が注文前に紙で行うことができる数少ない計算の 1 つです。
製品形態
バー＆ロッド
プレート＆シート
コイル＆ストリップ
パイプ＆チューブ
継手：フランジ、ティー、エルボ、レデューサーなど
鍛造品：リング、シャフト、サークル、ブロック等
展開式
パイプの線熱膨張は次のように計算されます。
膨張 (mm)=L x アルファ x デルタ-T
ここで、L は元の長さ (メートル)、アルファは材料の熱膨張係数 (ミリメートル/メートル/℃)、デルタ-T は温度変化 (℃) です。係数はグレードによって異なる材料特性です。オーステナイト系ステンレス鋼は炭素鋼よりも約 50% 大きく膨張します。これがまさに、同じ温度でステンレス ラインがカーボン ラインよりも多くの膨張に対応する必要がある理由です。
典型的な膨張係数
| 材料 | 平均アルファ値 20-100 C (x10-6 / C) | 100℃あたり100mあたりの膨張 |
| 炭素鋼 | ~11.7 | ～117mm |
| タイプ 304 / 316 ステンレス | ~16.5 - 17.3 | ~165 - 173 mm |
| デュプレックス 2205 | ~13.5 | ～135mm |
| インコネル625 | ~12.8 | ～128mm |
オーステナイト系ステンレスの値は覚えておくべき値です。1 ℃あたり約 17 x 10-6 であるのに対し、炭素鋼の場合は約 12 です。これが、100 度上昇した 100 メートルのステンレス ラインが、同じ長さのカーボン ラインよりも約 50 mm 長く伸びる理由です。この差は、拡張ループの設計において重要になるのに十分な大きさです。
施工例：ステンレス加工ライン
長さ 60 メートルの 316L ラインを考えます。設置温度は 20 ℃、動作温度は 120 ℃です。温度変化は 100 ℃です。アルファ=16.5 x 10-6 / C を使用すると、次のようになります。
膨張=60 mx 16.5 x 10-6 / C x 100 C=0.099 m=99 mm。
この 99 mm は、配管配置 -、ループ、ベローズ、または自然な曲がりによって吸収されなければなりません。ラインの両端がしっかりと固定されている場合、熱負荷によって応力が発生し、硬い 316L ラインでは降伏強度を超える可能性があります。拡張番号は、レイアウトにおけるあらゆる決定の開始点となります。
オーステナイト系ステンレスがさらに成長する理由
オーステナイト系ステンレスの面心立方格子（FCC）-は炭素鋼の体心立方格子（BCC）よりも開いており、温度が上昇すると原子はさらに離れます。-これは冶金定数 - であり、熱処理によって変更することはできません。
つまり、デルタ-T が大きいステンレスまたはニッケル合金のラインはすべて、それに比例してより多くのスペースを必要とします。{0}係数は温度によってもわずかに変化します。精密な作業を行う場合、エンジニアは室温の値ではなく、材料データシートからの実際の動作範囲にわたる平均係数を使用します。-
デザインオプションとは
- 拡張ループ: ラインの古典的な U 字型の曲がりで、自然なフレックスが成長を吸収するようなサイズになっています。{0}
- 伸縮継手 (ベローズ): ループを設置するにはスペースが狭すぎる場所に取り付けられる柔軟な金属ベローズ。
- パイプの曲げとルーティング: レイアウト内の曲げの自然な柔軟性を利用して動きを吸収します。
- アンカーとガイド: アンカー ポイントはラインを定義された位置に固定し、膨張が機器のノズルではなくフレックス ポイントに流れるようにします。
- プレストレス / コールド スプリング: 将来の拡張に備えて事前に負荷がかかるように、ラインの取り付けを少し短くカットします。-
現場で現れるミス
- ステンレス ラインをカーボン ラインと同様に扱います。計算に炭素鋼の膨張係数を使用すると、-ループのサイズは 100℃、100 m あたり約 50 mm になります。
- フレックスポイントのないホットラインの両端を固定し、最初の加熱時にフランジが漏れるのを観察します。-
- 動作温度から周囲温度を引いた値に基づいてデルタ-Tを使用しますが、ラインが冬に設置されたことを忘れると-、実際の上昇はさらに大きくなる可能性があります。
- 伸縮継手を不良ガイドと一列に配置すると、ベローズに純粋な軸方向の動きではなくせん断が発生します。
注文時の番号の使い方
ホットサービス用にパイプを注文する場合、拡張計算によってパイプ自体は変更されません - グレードと壁は圧力と腐食によって決まります - が、レイアウト、サポート、拡張ハードウェアが決定されます。
デルタ{0}}T とアルファを知っている購入者は、ベローズがラインに必要な移動量の半分であることを現場で発見することなく、ワンステップでループのサイズを調整したり、正しい軸方向移動量を備えた適切な伸縮継手を注文したりできます。お問い合わせ時に動作温度と設置温度を指定していただければ、サプライヤーは標準データシートから材料係数を確認します。
