مقدمة

أنت مهندس مشروع أو مدير مشتريات وتنظر إلى مخطط P&ID (مخطط الأنابيب والأجهزة والتحكم) لمشروع يلوح في الأفق. لديك نوعان مختلفان من الأنابيب: 4 بوصة SCH 40 A53 لخط مرافق من الفولاذ الكربوني و 4 بوصة SCH 40S 304L لخط معالجة من الفولاذ المقاوم للصدأ. وهنا تبدأ الحيرة. هل يشير حرف “S” على الأنبوب غير القابل للصدأ إلى أنه خاص، أم أنه أرق جدارًا؟ هل يمكنني استخدامهما بالتبادل في حساباتي الهيدروليكية أو الإنشائية؟ وماذا عن الأحجام الأكبر، مثل NPS 10” أو 12”؟

إنها ليست مجرد مسألة نظرية. إن الحكم الخاطئ على هذه الأنابيب على أنها غير متشابهة - أو الحكم الخاطئ على جميع الأنابيب غير القابل للصدأ على أنها أرق - يمكن أن يتسبب في اتخاذ قرارات هندسية كارثية. مثل التقدير الخاطئ لانخفاض الضغط، ووزن الدعم الهيكلي، وتكلفة المشروع في التحليل.

هذا سؤال يطرح نفسه بعدة ملايين من الدولارات، وقد تفاجئ الإجابة الكثيرين. لذلك دعنا ندخل في صلب الموضوع مباشرةً: نعم، وفقًا لجميع الجداول والرسوم البيانية، فإن سُمك الجدار متساوي تمامًا لكل حجم محدد بشكل شائع! هذا الدليل سيخبرك بالضبط سبب تساويهما بالضبط، وسيعطيك البيانات مباشرةً من المعايير الحاكمة، والأهم من ذلك، لماذا شائعة “الأنابيب غير القابل للصدأ الأقل سمكًا” شائعة جدًا ومن أين نشأت.

مقارنة سُمك الجدار بين sch 40 و sch 40s و sch 10s.

المعايير الكامنة وراء التسميات

ينشأ الارتباك من حقيقة أن هذين الجدولين الأنبوبيين محددان في معيارين مختلفين (ولكنهما مرتبطان).

· ما هو SCH 40؟  إن “الجدول الزمني 40” لأنابيب الصلب الكربوني وسبائك الصلب ذات قوة الطوق الموصوفة في ASME B36.10M، “أنابيب الصلب الملحومة وغير الملحومة المصنوعة من الصلب المطاوع”. هذا هو المعيار الأساسي لمواد الأنابيب النموذجية مثل ASTM A53, وASTM A106 وAPI 5L. يحدد سمك الجدار القياسي لحجم الأنبوب الاسمي المحدد (NPS).

· ما هو SCH 40S؟  تتوافق تغطية عنوان ”الجدول 40S” مع معيار ASME B36.19M - “أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ”. كُتبت هذه المواصفة القياسية خصيصًا لمواد الفولاذ المقاوم للصدأ مثل 304L و316L.

· ما الذي يعنيه حرف “S”؟  حرف “S” في النهاية يشير فقط إلى أن الجدول جزء من سلسلة الفولاذ المقاوم للصدأ (B36.19M). فهو لا يعني “خاص” أو “أنحف”. كان الغرض الرئيسي من معايير B36.19M المنفصلة هو تحديد جداول اقتصادية جديدة رقيقة الجدران للفولاذ المقاوم للصدأ غير متوفرة للفولاذ الكربوني مثل SCH 5S و SCH 10S، وهذه الجداول “S” الأخرى هي التي تبدأ في إرباك المشكلة.

الأدلة الأساسية

إن أضمن طريقة لإنهاء الجدل هو الذهاب مباشرةً إلى المصدر (المواصفات القياسية) وإلقاء نظرة على البيانات. تم تطوير معيار ASME B36.19M (الفولاذ المقاوم للصدأ) ليكون متسقًا مع معيار B36.10M (الكربون) لجميع الجداول المتاحة.

يقارن الجدول التالي سُمك الجدار الاسمي ل SCH 40 و SCH 40S عبر مجموعة من المقاسات الشائعة.

حجم الأنبوب الاسمي (NPS) سُمك الجدار SCH 40 (ASME B36.10M) سُمك جدار SCH 40S (ASME B36.19M) هل يتطابقان؟
4 بوصة 0.237 بوصة (6.02 مم) 0.237 بوصة (6.02 مم) نعم
6 بوصة 0.280 بوصة (7.11 مم) 0.280 بوصة (7.11 مم) نعم
8 بوصة 0.322 بوصة (8.18 مم) 0.322 بوصة (8.18 مم) نعم
10 بوصة 0.365 بوصة (9.27 مم) 0.365 بوصة (9.27 مم) نعم
12 بوصة 0.406 بوصة (10.31 مم) 0.406 بوصة (10.31 مم) نعم

الملاحظة والاستنتاج: معلومات معايير ASME واضحة ولا لبس فيها من NPS 1/8 بوصة إلى NPS 12 بوصة (بما في ذلك)، سمك الجدار الاسمي لـ SCH 40 و SCH 40S هو نفسه تمامًا.

دحض الخرافة

إذا كانت البيانات واضحة جدًا، فلماذا توجد هذه الأسطورة المنتشرة؟ هذا هو الجزء الأكثر قيمة في الدليل، حيث أن الخرافة ولدت من صحيح المبدأ الهندسي الذي بشكل غير صحيح تطبق.

يأتي الارتباك من الخلط بين SCH 40S و SCH 10S.

إليك المنطق الهندسي الواقعي:

1. قوة فائقة: إن الإجهاد (القوة) المسموح بها للفولاذ المقاوم للصدأ (على سبيل المثال، 304L) أكبر بكثير من الفولاذ الكربوني العادي (على سبيل المثال، A53 درجة B).

2. هندسة القيمة: نظرًا لأنه أقوى، يمكن للمهندس استخدام أنبوب فولاذي مقاوم للصدأ أقل سمكًا من الفولاذ المقاوم للصدأ عند تصميم نظام متوسط الضغط لتحقيق نفس معدل الضغط الذي يحققه أنبوب فولاذي كربوني أكثر سمكًا، مع ضمان السلامة.

3. الاستبدال الشائع (الصحيح): أحد البدائل الأكثر شيوعًا لتوفير التكلفة في الصناعة هو استخدام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ SCH 10S بدلاً من أنابيب الفولاذ الكربوني SCH 40، مما يتيح مقاومة التآكل اللازمة وتصنيف الضغط بمواد أقل بكثير، مما يؤدي إلى توفير في الوزن والتكلفة الإجمالية في كثير من الأحيان.

4. ولادة الأسطورة والحقيقة أنه بمرور الوقت، تتشوش ذاكرة هذا الاستبدال الشائع - ”لقد استخدمت أنبوب ‘S’ أرق “SCH 40” لاستبدال “SCH 40” - ويتذكر المهندس والمشتري بشكل خاطئ أنهم استخدموا "SCH 40S" بدلاً من "SCH 10S" المحدد الذي حددوه بالفعل.

دعونا نلقي نظرة على جدول اتخاذ القرار في العالم الحقيقي:

السيناريو الهندسي (NPS 12″) فولاذ كربون 40 SCH 40 (A53) فولاذ مقاوم للصدأ SCH 10S (304L) فولاذ مقاوم للصدأ SCH 40S (304L)
سُمك الجدار 0.406 بوصة (10.31 مم) 0.250 بوصة (6.35 مم) 0.406 بوصة (10.31 مم)
الوزن النسبي والتكلفة خط الأساس أخف وزناً وأرخص بشكل ملحوظ (من 40S) الأثقل والأغلى ثمناً
تطبيق مشترك نظام الضغط المتوسط/العالي القياسي. الاستبدال الفعال من حيث التكلفة للكربون SCH 40 حيث تكون هناك حاجة إلى مقاومة التآكل. نظام فولاذ مقاوم للصدأ عالي الضغط أو عالي التآكل أو نظام الفولاذ المقاوم للصدأ الهيكلي الثقيل.

يُظهر هذا الجدول بوضوح مصدر الالتباس. إن “الأنبوب غير القابل للصدأ الأقل سمكًا” الذي يتذكره المهندسون بشكل صحيح كبديل موفر للتكلفة هو دائمًا تقريبًا SCH 10S, لا SCH 40S.

الخاتمة

دعونا نلخص الحقائق في دليل عملي لاتخاذ القرارات لجميع المهندسين والمصممين ومديري المشتريات.

حقيقة: وفقًا للمعيار ASME B36.10M و B36.19M، فإن سمك الجدار الاسمي الصف 40 الأنابيب و SCH 40S الأنابيب هي متطابقة لجميع الأحجام من NPS 1/8″ إلى NPS 12″.

إطار عمل القرار الهندسي:

· لأنظمة الصلب الكربوني: إذا كان مشروعك يحدد الفولاذ الكربوني (على سبيل المثال، A53، A106)، فإن الشرح القياسي هو الصف 40.

· لأنظمة الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الضغط: إذا كان المشروع الخاص بك يحدد الفولاذ المقاوم للصدأ (على سبيل المثال، 304L) وحسابات التصميم تتطلب سمك الجدار الكامل لجدول 40 (على سبيل المثال، 0.365 ″ لأنبوب 10 بوصة) بسبب الضغط العالي أو الأحمال الهيكلية، يجب تحديد SCH 40S. في هذه الحالة، قم بما يلي لا اقبل عن طريق الخطأ SCH 10S الأقل سمكًا، حيث أنها ستفشل في متطلبات تصميمك.

· لأنظمة الفولاذ المقاوم للصدأ المصممة بالقيمة: إذا كان مشروعك يحتاج إلى الفولاذ المقاوم للصدأ لمقاومة التآكل ولكنه استخدام قياسي أو متوسط الضغط, لا تتخلف عن SCH 40S. يجب عليك إجراء حساب الضغط. من شبه المؤكد أنك ستجد أن الأرق والأخف وزنًا والأقل تكلفة SCH 10S أكثر من كافية لاحتياجاتك. هذه واحدة من أكثر فرص توفير التكاليف شيوعاً وفعالية في تصميم الأنابيب.

النصيحة الأخيرة والأكثر أهمية هي لا تفترض أبدًا؛ تحقق دائمًا. عند الشك، لا تعتمد على الذاكرة. اسحب المخططات القياسية الرسمية ASME B36.10M و B36.19M لتأكيد سُمك الجدار وضمان أن تصميمك آمن ومتوافق وفعال من حيث التكلفة.

الأسئلة الشائعة

· س1: ماذا عن الأحجام الأكبر من 12 بوصة (NPS 12)؟ لقد سمعت أن SCH 40 و SCH 40S هما مختلفة بأحجام أكبر.

A1: هذا سؤال ممتاز ومتقدم للغاية، و أنت على صواب. وهذا مصدر رئيسي آخر للارتباك على مستوى الصناعة. بالنسبة للأحجام NPS 14″ وأكبر، فإن أبعاد SCH 40 و SCH 40S هل تتباعد. على سبيل المثال، عند NPS 14″، يكون لجدار SCH 40 (B36.10M) جدار 0.438″، بينما يكون لجدار SCH 40S (B36.19M) جدار 0.375″. ومع ذلك، فإن الغالبية العظمى من أنابيب المعالجة تقع ضمن نطاق NPS 12″ وأقل، وفي هذا النطاق بأكمله, تظل متطابقة. هذا التباين في الأحجام الكبيرة هو بالضبط السبب في أنه يجب على المهندسين دائمًا التحقق من سُمك الجدار لمقاسها المحدد مقابل معيار ASME الصحيح (B36.10M للكربون، B36.19M للصدأ).

· س2: إذا كان سُمك الجدار متطابقًا، فهل يعني ذلك أن أنبوب الفولاذ الكربوني SCH 40 وأنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ SCH 40S لهما نفس معدل الضغط؟

A2: لا، قطعاً لا. وهذا فرق هندسي مهم. أبعادها المادية (سمك الجدار، القطر) متساوية، ولكن قوتها المادية (الإجهاد المسموح به) مختلفة تمامًا. فالفولاذ المقاوم للصدأ (304L على سبيل المثال) أقوى بعدة مرات ولديه إجهاد مسموح به أعلى بكثير من الفولاذ الكربوني العادي (A53 grafe B على سبيل المثال). لذا فإن أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ SCH 40S سيكون له معدل ضغط أعلى بكثير من أنبوب الفولاذ الكربوني SCH 40 من نفس الحجم.

· س3: إذا كانت SCH 40 و SCH 40S متطابقتين حتى 12″، فلماذا توجد التسمية “S” لها؟

A3: تم إنشاء التسمية “S” لتجميع جميع جداول الفولاذ المقاوم للصدأ تحت معيار واحد, ASME B36.19M. كان الهدف الرئيسي من هذه المواصفة القياسية الجديدة هو إضافة جداول جديدة رقيقة الجدران من الناحية الاقتصادية غير متوفرة للفولاذ الكربوني (مثل SCH 5S و SCH 10S). ولكي تتسق مع هذه المواصفة القياسية الجديدة الخاصة بالفولاذ المقاوم للصدأ، تمت إضافة لاحقة “S” أيضًا إلى الجداول التي تشترك فيها مع معيار الفولاذ الكربوني (SCH 40S و SCH 80S)، على الرغم من أن لها نفس الأبعاد (حتى NPS 12″).