مقدمة): في مجال شراء الأنابيب الفولاذية والتصميم الهندسي، “رقم سُمك الجدار (Sch)” (يُرمز له اختصارًا ب Sch) هو مصطلح كثيرًا ما يصادفنا ولكن غالبًا ما يُساء فهمه. وهو لا يمثل بشكل مباشر قيمة سُمك الجدار، ولكنه يعمل كنظام تعريف في معايير أمريكا الشمالية (مثل ANSI/ASME B36.10، B36.19) لتوحيد درجات سُمك الجدار لأنابيب الصلب. يهدف هذا التصميم الموحد إلى معالجة اللبس فيما يتعلق بسماكة الجدار بين مختلف المصنعين والمواصفات. وهو يمكّن المستخدمين العالميين من التعرف بسرعة على قدرة تحمل الضغط والاستخدامات القابلة للتطبيق للأنابيب من خلال علامة “Sch + رقمي”، وبالتالي تجنب مخاطر السلامة الناجمة عن عدم تطابق سُمك الجدار.

اليوم، Sch40 وSch80 هما الدرجتان الأكثر استخدامًا في مجال الهندسة، وهما تقابلان على التوالي “ظروف تشغيل الضغط القياسي” و“ظروف تشغيل الضغط المتوسط والعالي”، وهما أيضًا المواصفتان اللتان من المرجح أن يخلط المستخدمون بينهما عند اختيار الطرز.

1- الاختلافات الأساسية: Sch40 و Sch80

يكمن الفرق الأساسي بين Sch40 وSch80 في “درجة سُمك الجدار والقدرة على تحمل الضغط”. ومع ذلك، في التطبيقات العملية، يمتد هذا الاختلاف إلى أبعاد متعددة مثل القطر الداخلي والوزن والسيناريوهات القابلة للتطبيق. ويوضح “جدول مقارنة المعلمات الرئيسية” و“تحليل الفروق الأساسية” التاليان الاختلافات بينهما بوضوح:

مقارنة المعلمات الرئيسية للأنابيب الفولاذية Sch40 و Sch80 بأقطار اسمية مشتركة (متوافقة مع معيار ANSI/ASME B36.10M، المادة: الفولاذ الكربوني A106 B):

القطر الاسمي (بوصة) القطر الخارجي للأنابيب الفولاذية (مم) Sch40 - سُمك الجدار (مم) SCH40 أقصى ضغط مسموح به في الماء عند 20 درجة مئوية (ميجا باسكال) ش80 - سُمك الجدار (مم) SCH80 أقصى ضغط مسموح به في الماء عند 20 درجة مئوية (ميجا باسكال)
1/2 21.34 3.73 10.3 5.56   15.1
1 33.4 3.38 8.6 4.55 11.7
2 60.33  3.91 6.8 5.54  9.3
4 114.3 6.02 5.2 8.56  7.1
6 168.28 7.11 4.5 10.16   6.2
 8 219.08 8.18 4.0 12.7 5.5

شرح الفروق الرئيسية:

(1).سُمك الجدار ومعدل الضغط: Sch80 “جدار سميك، تصنيف الضغط العالي”؛ Sch40 “جدار رقيق، تصنيف الضغط القياسي”

كما هو موضح في بيانات الجدول، تحت نفس القطر الاسمي، يكون سمك جدار أنابيب Sch80 دائمًا أكبر من سمك جدار أنابيب Sch40. وكلما زاد القطر، يصبح هذا الفرق أكثر وضوحًا: يبلغ الفرق في سُمك الجدار بين أنابيب Sch40 بقطر 1 بوصة وأنابيب Sch80 1.17 ملليمتر، بينما يصل الفرق في سُمك الجدار في الأنابيب بقطر 8 بوصة إلى 4.52 ملليمتر. هذا الاختلاف في سُمك الجدار يحدد بشكل مباشر قدرة تحمل الضغط. ووفقًا لمعيار ASME B31.3، في ظل نفس المادة (A106 B) وظروف درجة الحرارة (20 درجة مئوية)، فإن أقصى ضغط مسموح به لأنبوب Sch80 هو 30%-50% أعلى من أنبوب Sch40. على سبيل المثال ، يمكن أن يصل الحد الأقصى للضغط المسموح به لخط الأنابيب Sch80 إلى 7.1 ميجا باسكال ، مما يلبي متطلبات الضغط المتوسط و الضغط العالي نقل السوائل (مثل الغاز الطبيعي عالي الضغط وخطوط أنابيب التغذية للمفاعلات الكيميائية).

(2). القطر الداخلي ومعدل التدفق: Sch40 “قطر داخلي أكبر، معدل تدفق أعلى”؛ Sch80 “قطر داخلي صغير، معدل تدفق منخفض

نظرًا لجدار الأنبوب الأكثر سمكًا، يكون القطر الداخلي لأنابيب Sch80 أصغر من القطر الداخلي لأنابيب Sch40 من نفس الحجم الاسمي. على سبيل المثال، يبلغ القطر الداخلي لأنبوب Sch40 بقطر 2 بوصة 52.51 ملليمتر، بينما يبلغ القطر الداخلي لأنبوب Sch80 بقطر 2 بوصة 49.25 ملليمتر، بفارق 6.21 تيرابايت تقريبًا. يؤثر هذا الفرق في القطر الداخلي تأثيرًا مباشرًا على كفاءة نقل السوائل: عند نفس معدل التدفق، يكون معدل التدفق في أنبوب Sch40 أعلى بحوالي 12.7% من أنبوب Sch80 (استنادًا إلى معادلة معدل التدفق Q=πr²v، حيث يتناسب معدل التدفق مع مربع القطر الداخلي).

(3). الوزن والتكلفة: Sch80 “أثقل وزناً وأكثر تكلفة”، بينما Sch40 “أخف وزناً وأكثر اقتصاداً”.

يؤثر الفرق في سُمك الجدار بشكل مباشر على الوزن والتكلفة: تزن أنابيب Sch80 من نفس القطر من 30% إلى 60% للمتر الواحد أكثر من أنابيب Sch40، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف المواد. على سبيل المثال، بالنسبة للأنبوب 4 بوصة، يبلغ وزن المتر الواحد من الأنابيب الفولاذية Sch40 16.87 كيلوغرامًا، بينما يبلغ وزن الأنبوب الفولاذي Sch80 23.09 كيلوغرامًا، بزيادة قدرها 371 تيرابايت 3 تيرابايت في وزن المتر الواحد. بالنسبة لمشروع يتطلب 1000 متر من الأنابيب مقاس 4 بوصة، فإن اختيار أنابيب الصلب Sch80 سيزيد من استهلاك الصلب بحوالي 6.22 طن وتكلفة المواد بحوالي 30.000 يوان مقارنة باختيار أنابيب الصلب Sch40 (محسوبة بـ 6000 يوان للطن الواحد من الصلب الكربوني).

المخطط الانسيابي لاختيار جدول الأنابيب sch40 مقابل sch80

 

2- كيف تختار جدول الأنابيب المناسب لتطبيقك؟

عند الاختيار بين أنابيب Sch40 و Sch80، يكمن المفتاح في “مطابقة ظروف التشغيل” - فلا يجب عليك اختيار “أنابيب Sch منخفضة” لتوفير التكاليف، مما يؤدي إلى مخاطر السلامة، ولا يجب عليك اختيار “أنابيب Sch أعلى” فقط من أجل السلامة، مما يؤدي إلى إهدار. ستساعدك مبادئ الاختيار الأساسية الأربعة التالية على اتخاذ قرارات سريعة بناءً على سيناريوهات محددة.

المبدأ 1: تحديد تصنيف Sch بناءً على “ضغط التصميم”، وهو معيار الاختيار الأساسي.

الضغط التصميمي هو الضغط الأقصى الذي سيواجهه نظام الأنابيب أثناء التشغيل العادي (بما في ذلك الضغوط الإضافية مثل تقلبات الضغط والمطرقة المائية) ويجب أن يتطابق مع الضغط المسموح به للأنبوب. منطق الحكم المحدد هو كما يلي:

إعطاء الأولوية لمقاييس الضغط المعترف بها: تحديد Sch المقابل وفقًا لمواد الأنابيب الفولاذية (مثل الفولاذ الكربوني A106 B، الفولاذ المقاوم للصدأ 304) ودرجة حرارة التصميم (مثل درجة الحرارة المحيطة 20 درجة مئوية، ودرجة الحرارة العالية 100 درجة مئوية)، وفقًا لمعايير ANSI/ASME B36.10 أو معايير الصناعة (مثل GB/T 20801).

مثال : الضغط التصميمي لشبكة إمدادات المياه البلدية هو 0.8 ميجا باسكال، ودرجة الحرارة 20 درجة مئوية، والمادة هي الفولاذ الكربوني A106 B. بالإشارة إلى مقياس الضغط المسموح به، فإن الضغط المسموح به للأنبوب الفولاذي Sch40 2 بوصة هو 6.8 ميجا باسكال، وهو أعلى بكثير من 0.8 ميجا باسكال. لذلك، فإن Sch40 مناسب;

المبدأ الثاني: تحديد ما إذا كان يجب زيادة درجة ش بناءً على “الخصائص المتوسطة”

ستؤثر الخواص الفيزيائية والكيميائية للوسط على قدرة التحميل الفعلية للأنبوب الفولاذي. حتى لو كان الضغط التصميمي هو نفسه، قد تختلف أيضًا درجات Sch المطلوبة للوسائط المختلفة:

الوسائط المسببة للتآكل: على سبيل المثال، نقل مياه البحر التي تحتوي على أيونات الكلوريد أو الغاز الطبيعي الذي يحتوي على كبريتيد الهيدروجين. ستؤدي هذه الوسائط إلى تآكل جدار الأنبوب ببطء، مما يؤدي إلى ترققه. في هذه الحالة، يوصى بزيادة درجة Sch بمستوى واحد على أساس “درجة Sch المطابقة للضغط” (على سبيل المثال، من Sch40 إلى Sch80). يمكن تحقيق ذلك عن طريق زيادة سمك الجدار الأولي لإطالة العمر التشغيلي للأنبوب.

وسيط كاشط: عند نقل الطين الذي يحتوي على جسيمات أو مسحوق الفحم، سيؤدي الوسيط إلى تآكل جدار الأنبوب، مما يتسبب في أن يصبح سمك الجدار المحلي أرق. في هذه الحالة، يجب اختيار أنابيب فولاذية من درجة Sch أعلى (مثل Sch80). تحتوي هذه الأنابيب الفولاذية على جدران أكثر سمكًا وأكثر مقاومة للتآكل، مما يمكن أن يمنع الانثقاب والتسرب الناجم عن الترقق الموضعي لسمك الجدار.

المبدأ الثالث: ضبط خطة Sch وفقًا “لبيئة التركيب والمتطلبات الهيكلية”

ستؤثر بيئة التركيب والتصميم الهيكلي أيضاً على اختيار خطة Sch. وتشمل الحالات الشائعة ما يلي:

خطوط الأنابيب المدفونة: تتحمل خطوط الأنابيب المدفونة الضغط الخارجي للتربة. كلما كان قطر الأنبوب أكبر، زادت مخاطر الضغط الخارجي غير المستقر. بالنسبة لخطوط الأنابيب المدفونة التي يبلغ قطرها الاسمي ≥6 بوصة، يوصى باستخدام أنابيب من فئة Sch40 أو أعلى حتى عند الضغوط التصميمية المنخفضة (على سبيل المثال، 1.0 ميجا باسكال).

خطوط الأنابيب العلوية: تعتمد خطوط الأنابيب العلوية على دعامات لتحمل وزنها. وبالنسبة للامتدادات الكبيرة (أكثر من 6 أمتار على سبيل المثال)، يمكن أن يعزز “الهيكل السميك الجدران” لأنابيب Sch80 صلابتها ويقلل من تشوه الانحناء.

3- الخاتمة - آمن وفعال، اختر الأنبوب الفولاذي المناسب

قد يبدو اختيار الأنابيب الفولاذية من درجة Sch وكأنه “اختلاف بسيط في سُمك الجدار”، ولكنه في الحقيقة “فن الموازنة بين السلامة والكفاءة والتكلفة”. فالاختيارات الخاطئة لا تؤدي فقط إلى حوادث السلامة مثل تسرب الأنابيب أو الانفجار فحسب، بل تتسبب أيضًا في إهدار المواد أو انخفاض كفاءة النقل. تتميز الأنابيب الفولاذية Sch40 بـ “سمك الجدار الرقيق والقطر الداخلي الكبير والتكلفة المنخفضة”، وهي مناسبة لسيناريوهات الضغط القياسي والتدفق العالي.