الجدول 40 مقابل الجدول 80

تتميز أنابيب الجدول 80 بجدران أكثر سمكًا وقدرة ضغط أعلى ومقاومة ميكانيكية أفضل من أنابيب الجدول 40 لنفس حجم الأنبوب الاسمي، مما يجعل أنابيب الجدول 80 الخيار الأكثر أمانًا حيثما كان الضغط الداخلي أو سوء الاستخدام الميكانيكي أو التعرض للمواد الكيميائية أو انخفاض بدل التآكل أمرًا مهمًا - ولكن الجدول 40 أخف وزنًا وأقل تكلفة عادةً وغالبًا ما يكون الخيار الصحيح لأنظمة السباكة الروتينية منخفضة الضغط والصرف والعديد من أنظمة الري. اختر من خلال مطابقة ضغط العمل المطلوب للتطبيق، ودرجة الحرارة، والتوافق الكيميائي، والاحتياجات الهيدروليكية (القطر الداخلي)، ومتطلبات الكود والميزانية.

ما معنى "الجدول الزمني" ومصدره

المصطلح "الجدول الزمني" في الأنابيب يحدد سمك جدار موحد لحجم الأنبوب الاسمي (NPS). رقم الجدول (على سبيل المثال، 5، 10، 40، 80، 160) هو ببساطة مؤشر - رقم الجدول الأعلى = جدار أكثر سمكًا لجدار أكثر سمكًا لأنابيب NPS معينة - وهو موجود بحيث يكون لدى المصنعين والمهندسين مرجعًا مشتركًا للأبعاد والقدرة الميكانيكية. يتم تدوين نظام الجدول الزمني هذا للأنابيب الفولاذية في معايير الأبعاد ASME/ANSI ويتم تطبيقه على نطاق واسع على الأنابيب المعدنية وغير المعدنية لتحديد الحجم وتصنيف الضغط.

ما أهمية ذلك بعبارات واضحة تزيد الجدران الأكثر سمكًا من قوة الضغط والصلابة ولكنها تقلل من التجويف الداخلي (ID) لنفس القطر الخارجي (OD)، مما يؤثر على التدفق ووزن التشغيل.

المواد التي تستخدم عادةً أرقام "الجدول الزمني"

تنطبق أرقام الجداول الزمنية على العديد من مواد الأنابيب، لكن آثارها تختلف حسب المادة:

• فولاذ ملحوم/غير ملحوم من الكربون والفولاذ المقاوم للصدأ - أرقام الجداول موحدة من قبل ASME B36.10/36.19 (الأبعاد والأوزان). يحدد الجدول سمك الجدار المستخدم لحسابات الضغط الهندسي.

• الأنابيب البلاستيكية PVC و CPVC - تستخدم الشركات المصنعة نفس ملصقات الجدول الزمني (الجدول 40، 80) وتحدد ASTM D1785 / ASTM F441 الأبعاد والأداء للعديد من الأحجام؛ ومع ذلك، يختلف السلوك مع درجة الحرارة والتعرض الكيميائي والزحف طويل الأجل عن المعدن.

• مواد أخرى (البولي إيثيلين عالي الكثافة، حديد الدكتايل، إلخ) عادةً ما تستخدم أنظمة تصنيف مختلفة (على سبيل المثال، DR أو PN أو الفئة) ولا تستخدم تسمية "الجدول الزمني" ANSI/ASME في الممارسة النموذجية.

الفرق المادي: سُمك الجدار والقطر الداخلي

الفرق المميز بين الجدول 40 والجدول 80 هو سُمك الجدار. بالنسبة لنفس حجم الأنبوب الاسمي (NPS)، يكون للجدول 80 سمك جدار الجدول 80 سمك جدار أكبر من الجدول 40. نظرًا لأن OD ثابت بالنسبة ل NPS في الجداول القياسية، فإن الجدار الأكثر سمكًا يقلل من القطر الداخلي (ID). يؤثر هذا التخفيض في المعرف على سعة التدفق وفقدان الاحتكاك والسرعة - ويزيد قليلاً من الوزن والتكلفة لكل قدم.

ملخص النتائج العملية:

• القوة: Sch 80 > Sch 40 (ضغط الانفجار وضغط التشغيل أعلى في Sch 80، مع تساوي جميع العوامل الأخرى).

• التدفق: معرف ش 40 Sch 40 > معرف ش 80 Sch 80 ← معرف ش 40 يعطي خسارة رأس أقل قليلاً لتدفق معين.

• الوزن/التكلفة: Sch 80 أثقل وأكثر تكلفة لكل قدم.

• التركيبات: ليست كل التركيبات قابلة للتبديل (يمكن أن تؤثر التركيبات ذات السماكة المختلفة للجدار على تركيبات المقبس وتركيبات اللحام بالمذيب والوصلات الميكانيكية).

الأبعاد - قيم نموذجية وجدول مقارنة مضغوط

فيما يلي جدول تقني قصير بأحجام NPS شائعة الاستخدام لتوضيح فرق الأبعاد. قيم OD ثابتة وفقًا لمعيار NPS؛ وأرقام سُمك الجدار المستخدمة هي الحد الأدنى للجدول المعتمد عادةً (جداول ASME/ANSI)، ويتم حساب القطر الداخلي على النحو التالي المُعرِّف = OD - 2 × سمك_الحائط - 2 × سمك_الحائط. تتوافق جميع حقائق الأبعاد مع جداول ASME/ANSI وجداول الصناعة.

(المعرف المحسوب من قيم OD وسمك الجدار الموضحة - المصدر: جداول ASME/ANSI/صناعة الجداول).

ملاحظات على الجدول: القطر الخارجي الخارجي الموضح هو القطر الخارجي القياسي للحجم الاسمي؛ يتغير سمك الجدار مع الجدول الزمني بينما يظل القطر الخارجي ثابتًا لهذا الحجم الاسمي. تُستخدم هذه الأرقام النموذجية في التصميم وحسابات إجهاد/انفجار الأنابيب ويستخدمها المصنعون والموردون والمهندسون كبيانات بحث.

معدلات الضغط وتأثيرات درجة الحرارة (المعايير والسلامة)

تعتمد قدرة الضغط على المادة وسُمك الجدار (الجدول الزمني) وجودة التصنيع ودرجة الحرارة. وبالنسبة لـ أنبوب معدني، يتم حساب معدلات الضغط من خلال معادلات التصميم (أكواد ASME B31.x ورموز ASME B31.x والإجهادات المسموح بها للمواد) وهي دالة لمقاومة الخضوع/الشد وسُمك الجدار. بالنسبة ل PVC/بولي كلوريد الفينيل متعدد الكلوروتوفر ASTM D1785 وأوراق بيانات الشركة المصنعة المحددة تصنيفات الضغط وضغوط الانفجار للجداول الزمنية، وعادةً ما يتم تحديدها عند درجة حرارة مرجعية (عادةً 73 درجة فهرنهايت/ 23 درجة مئوية). والأهم من ذلك، تنخفض تصنيفات الأنابيب البلاستيكية مع زيادة درجة الحرارة بسبب تليين البوليمر والزحف؛ تقدم معظم الشركات المصنعة جداول توضح ضغوط العمل المسموح بها حسب الحجم الاسمي والجدول الزمني ودرجة الحرارة.

الوجبات الرئيسية:

• يوفر الجدول 80 ضغط تشغيل مسموح به أعلى من الجدول 40 لأقطار ومواد مماثلة بسبب الجدران الأكثر سماكة.

• بالنسبة لل PVC، يتم أخذ ضغط التشغيل الاسمي في درجة حرارة الغرفة (73 درجة فهرنهايت/ 23 درجة مئوية) من جداول ASTM/المنتج ويتضمن عامل أمان - يجب على المستخدمين الرجوع إلى أوراق أداء الشركة المصنعة لمعرفة الأرقام الدقيقة والاستثناءات في درجات الحرارة المرتفعة.

التأثيرات الهيدروليكية - التدفق والسرعة وخسائر الاحتكاك

حتى التخفيضات المتواضعة في الهوية تغير السلوك الهيدروليكي:

• سعة التدفق (Q) في أنبوب دائري يتدرج مع مربع (مساحة) نصف القطر الداخلي؛ حيث يقلل الانخفاض الصغير في القطر من مساحة التدفق ويزيد من السرعة عند التدفق الحجمي نفسه.

• فقدان الرأس (دارسي-ويزباخ) يعتمد على مربع السرعة وعامل الاحتكاك: يزيد المعرف الأصغر لتدفق ثابت من خسائر الاحتكاك - وأحيانًا بشكل كبير في المسارات الطويلة.

• تحديد حجم المضخة يجب أن يأخذ في الحسبان قرار الجدول الزمني. على سبيل المثال، يبلغ قطر المعرف Sch 80 مقاس 4 بوصة حوالي 3.826 بوصة مقابل 4.026 بوصة تقريبًا في المعرف Sch 40؛ ويترجم هذا التخفيض في القطر بمقدار 5% إلى تخفيض في مساحة المقطع العرضي بمقدار 10% تقريبًا، مع زيادة مماثلة في فقدان الرأس لنفس التدفق.

نصيحة تصميم: بالنسبة لخطوط الأنابيب الطويلة التي تحمل معدلات تدفق عالية، يمكن أن يفوق العقاب الهيدروليكي الطفيف ل Sch 80 فوائده الميكانيكية؛ أما بالنسبة للأجزاء القصيرة ذات الضغط القصير أو أنابيب الخدمة الخطرة، يمكن تبرير سمك الجدار الإضافي.

الاعتبارات الميكانيكية واعتبارات المتانة

اختر Sch 80 عندما يتضمن الطلب واحداً أو أكثر مما يلي:

• ضغط التشغيل المستمر العالي بالقرب من الحدود المادية.

• ارتفاع درجة الحرارة المرتفعة عندما تكون قوة المادة أو زحف البوليمر مصدر قلق.

• الإساءة الميكانيكية (الصدم، والتآكل، والتحميل المتكرر، والاهتزاز) حيث توفر الجدران السميكة مقاومة.

• بدل تآكل أقل - إذا كان من المتوقع حدوث تآكل، فإن الجدران السميكة تطيل عمر الخدمة قبل حدوث عطل ميكانيكي.

• خدمة السلامة الحرجة (على سبيل المثال، الهواء المضغوط، وأنابيب المعالجة التي تحتوي على سوائل خطرة) حيثما يكون التحفظ مطلوبًا.

اختر Sch 40 عندما:

• الضغوط منخفضة ومنظمة بواسطة كود البناء/السباكة للاستخدام المقصود.

• يتم إعطاء الأولوية للكفاءة الهيدروليكية (تعظيم المعرف).

• توجد قيود الوزن أو المرونة أو التكلفة.

مثال على ذلك: في الأنظمة الثانوية للمصانع الكيميائية حيث تتعرض الأنابيب للتلف الميكانيكي المحتمل، يشيع استخدام معدن Sch 80 أو PVC من أجل المرونة وزيادة عامل الأمان.

التركيب والتجهيزات والتوافق

قابلية التبادلية: بالنسبة للأنظمة المعدنية الملولبة أو الملحومة أو ذات الحواف، فإن تغييرات الجدول مهمة في المقام الأول لسمك الجدار والقوة؛ وعادةً ما يتم تصنيع التركيبات وفقًا للجدول أو الفئة. بالنسبة لـ تجهيزات اللحام بالمذيبات البلاستيكية/الكلوريد متعدد الفينيل متعدد الكلور أو التجهيزات ذات المقبسيمكن أن يؤدي عدم تطابق الجدول الزمني إلى حدوث مشاكل - قد يتناسب مقبس Sch 80 مع حنفية Sch 40 بإحكام بسبب الاختلافات في سمك الجدار وهندسة المقبس، لذلك اتبع دائمًا إرشادات الشركة المصنعة. بالنسبة للوصلات الميكانيكية، تحقق من نطاقات الجدران المسموح بها من الشركة المصنعة للوصلات.

اللحام والتصنيع: يتطلب فولاذ Sch 80 حوافًا أكثر سمكًا ومعلمات لحام مختلفة؛ بالنسبة للأنظمة الملحومة، تأكد من كتابة مواصفات إجراءات اللحام (WPS) لسمك الجدار الفعلي ودرجة المادة.

وصلات ملولبة: يتغير طول وقوة ربط اللولب مع سُمك الجدار؛ في الأنابيب الملولبة ذات القطر الصغير، قد يوفر Sch 80 عمق لولب فعال أكبر اعتمادًا على تصميم التركيب.

الترميز والمعايير وكتابة مواصفات المشتريات

عند تحديد مواصفات الأنابيب في أوامر الشراء والرسومات الهندسية، استخدم كلاهما المقاس الاسمي والجدول الزمني، وكلما كان ذلك مناسبًا تضمين معيار المادة والرمز على سبيل المثال:

• بالنسبة للصلب: "NPS 2، SCH 80، ASTM A53 Grade B، غير ملحوم، عادي الأطراف، عادي الأطراف" والرجوع إلى ASME B36.10M لمعرفة الأبعاد.

• بالنسبة لأنابيب الضغط PVC: "PVC الجدول 40 (ASTM D1785) SDR X، لحام مذيب، تصنيف الضغط حسب الشركة المصنعة عند 73 درجة فهرنهايت" وأرفق ورقة بيانات ASTM أو الشركة المصنعة.

مهم: غالبًا ما تفرض قوانين مثل الكود الدولي للسباكة (IPC) و ASME B31.1/B31.3 ولوائح البناء المحلية الحد الأدنى من مجموعات الجداول الزمنية/المواد لخدمات معينة - تحقق دائمًا من الكود المحلي.

نصائح حول التكلفة والوزن والمشتريات

• التكلفة المادية: وعادةً ما تزيد تكلفة Sch 80 عن تكلفة Sch 40 لنفس الحجم الاسمي بمقدار 10-40%، حسب القطر والمادة (PVC مقابل الفولاذ). ويزداد فرق التكلفة مع زيادة القطر لأن سمك الجدار الإضافي هو مادة أكثر لكل قدم.

• الوزن: Sch 80 أثقل؛ ضع في اعتبارك تصميم الدعم وتكلفة الشحن.

• المهلة الزمنية: قد يكون للأحجام غير الشائعة في Sch 80 (أو المواد الغريبة) مهل زمنية أطول. اطلب بمهلة زمنية كافية للتصنيع.

• اشترِ بذكاء: اطلب من الموردين تقارير اختبار المطاحن المعتمدة (MTRs) للصلب وشهادة المنتج للبلاستيك؛ أصر على أن يقدم المورد جداول الأبعاد والضغط المستخدمة في الاختيار.

مصفوفة القرار العملي - اختر الجدول 40 عندما:

• سباكة المياه الباردة المنزلية أو الصرف الصحي أو الري هي الوظيفة الرئيسية واحتياجات الضغط متواضعة.

• الوزن والتكلفة مهمان للغاية وعوامل الأمان ضمن المواصفات المحددة.

• الأداء الهيدروليكي (المعرف) أكثر أهمية من المتانة الميكانيكية.

اختر الجدول 80 عندما:

• مطلوب ضغط عمل أعلى وحماية ميكانيكية أعلى.

• هناك تعريض كيميائي أو حراري متوقع أو محتمل يقلل من الضغوط المسموح بها.

• النظام حساس للسلامة أو في بيئة صناعية ثقيلة.

سيناريوهات الحالات القصيرة

السيناريو أ - إمدادات المياه السكنية إلى المنزل:
بالنسبة لإمدادات المياه الباردة النموذجية الصالحة للشرب داخل المنزل، عادةً ما يكون الجدول 40 CPVC/بولي كلوريد الفينيل (حيثما يسمح به الكود) أو Sch 40 النحاس/الفولاذ المقاوم للصدأ مناسبًا واقتصاديًا.

السيناريو ب - توزيع الهواء المضغوط في الورشة:
غالبًا ما يستفيد الهواء المضغوط من Sch 80 بسبب الضغوط الدورية واحتمالية التعب والصدمات - تختار العديد من الورش Sch 80 المعدني أو Sch 40 الأكبر حجمًا حسب التصميم.

السيناريو ج - خط التغذية الكيميائية في المصنع:
إذا كان التركيز الكيميائي ودرجة الحرارة يقلل من الإجهاد المسموح به، اختر Sch 80 مع التحقق من توافق المواد، أو اختر مادة ذات مقاومة كيميائية أعلى؛ راجع مخططات الشركة المصنعة للمقاومة الكيميائية وجداول الاستثناءات.

الجداول والمراجع التقنية السريعة (مضغوطة)

الجدول أ - مقارنة الإيجابيات والسلبيات

الجدول ب - وقت التحديد (قائمة مرجعية سريعة)

• الضغط العالي (> تصنيف الشركة المصنعة Sch40) → Sch 80

• قلق من ارتفاع درجة الحرارة أو الزحف الزاحف → مادة من درجة 80 أو أعلى

• التشغيل الطويل الذي يتطلب كفاءة تدفق عالية → ضع في اعتبارك أنبوبًا اسميًا من الدرجة 40 أو أكبر

• البيئة المسببة للتآكل مع السماح بالتآكل المحدود → Sch 80 أو اختيار سبيكة مقاومة للتآكل

الأسئلة الشائعة

س: هل الجدول الزمني 80 أقوى دائمًا من الجدول الزمني 40؟
A: بالنسبة لنفس المادة والحجم الاسمي، نعم - الجدول 80 لديه سمك جدار أدنى أكبر وبالتالي أعلى من الانفجار النظري وضغوط التشغيل المسموح بها؛ ومع ذلك، تعتمد القوة أيضًا على درجة المادة وجودة التصنيع (اللحامات والوصلات).

س: هل يمكنني استبدال الجدول 40 بالجدول 80 أو العكس دون إعادة التصميم؟
A: يزيد استبدال Sch 40 ب Sch 80 بشكل عام من هامش الأمان، ولكن يجب عليك التحقق من التركيبات والشماعات وتوافق الخيوط أو المقبس. يتطلب استبدال Sch 80 ب Sch 40 مراجعة هندسية لضمان بقاء هوامش الضغط والإجهاد مقبولة.

س: هل تعني أرقام الجدول الزمني نفسها بالنسبة للـ PVC والصلب؟
A: تُستخدم علامة الجدول الزمني بالمثل كمؤشر لسمك الجدار عبر المواد (PVC، CPVC، الفولاذ) لكن السلوك الميكانيكي والحراري يختلف حسب المادة. استشر دائمًا معيار ASTM/ASME وجداول الشركة المصنعة ذات الصلة (على سبيل المثال، ASTM D1785 للـ PVC).

س: هل زيادة الجدول الزمني الأعلى تكلفة كبيرة؟
A: تزيد التكلفة بسبب زيادة المواد والتجهيزات الأثقل المحتملة. وتعتمد النسبة المئوية للزيادة على الحجم الاسمي والمادة - حيث تشهد الأقطار الأكبر فروقاً مطلقة ونسبة مئوية أكبر.

س: هل التركيبات متماثلة في Sch 40 وSch 80؟
A: ليس دائمًا. تركيبات المقبس، وتركيبات اللحام بالمذيبات وبعض الوصلات الميكانيكية خاصة بالجدول الزمني؛ تحقق من ورقة بيانات التركيبات. في الأنظمة ذات الحواف المعدنية، تكون تصنيفات الشفة وإجراءات اللحام أكثر أهمية من الجدول الزمني وحده.

س6: كيف تغير درجة الحرارة من الضغط المسموح به للـ PVC Sch 40 و Sch 80؟
A: تتناقص قوة البوليمر مع درجة الحرارة، لذلك ينخفض ضغط التشغيل المسموح به عادةً في درجات الحرارة المرتفعة. توفر جداول الشركة المصنعة وجداول ASTM عوامل الاستثناءات - راجعها لمعرفة الأرقام الدقيقة.

س: ما هو الجدول المستخدم في أنظمة رشاشات الحريق؟
A: عادةً ما تتبع أنابيب رشاشات الحريق معايير مثل NFPA وتستخدم فئات/جداول الأنابيب المحددة في تلك الرموز. أنظمة الفولاذ الكربوني والنحاس تتبع الأبعاد والفئة المحددة في الكود المعمول به؛ تأكد من NFPA والكود المحلي. (راجع الكود المحلي.)

س: كيف تؤثر بدلات التآكل على اختيار الجدول الزمني؟
A: إذا كان من المتوقع حدوث تآكل، فإن الجدران الأكثر سمكًا (Sch 80) توفر بدل تآكل أكبر قبل حدوث عطل هيكلي، مما قد يزيد من عمر الخدمة. ومع ذلك، فإن اختيار مواد أو طلاءات مقاومة للتآكل يمكن أن يكون أكثر فعالية من حيث التكلفة من زيادة حجم الجدول الزمني وحده.

س: هل يتم استخدام أرقام الجداول الزمنية على المستوى الدولي؟
A: يستخدم نظام الجدول الزمني ANSI/ASME على نطاق واسع على مستوى العالم، ولكن بعض البلدان والصناعات تستخدم تسميات بديلة (مثل PN أو Class أو SDR). عند العمل على الصعيد الدولي، حدد كلاً من الجدول الزمني والأبعاد الفعلية أو مرجعًا قياسيًا (ASME B36.10M، ASTM D1785).

س: أين يمكنني العثور على بيانات الأبعاد والضغط الرسمية للتصميم النهائي؟
A: المصادر الأساسية هي المعايير والشركات المصنعة: ASME B36.10M / B36.19M لأبعاد الأنابيب المعدنية، ASTM D1785 (وأوراق بيانات الشركة المصنعة) للـ PVC/ PVC، والنشرات الفنية الموثوق بها من الشركة المصنعة (مثل، ويستليك، شارلوت بايب) لجداول تصنيف الضغط في درجات حرارة محددة. استخدم دائمًا جداول الشركة المصنعة المعتمدة للتصميم النهائي.

الملاحظات الختامية وقائمة مراجعة أفضل الممارسات

• تحقق دائمًا من اختيار الجدول الزمني مع الرمز المعمول به و جداول ضغط الشركة المصنعة لدرجة حرارة التشغيل المحددة والسائل.

• بالنسبة للخدمات الحرجة أو الخطرة، اختر الجدول الأعلى أو المواد الأعلى مواصفات ووثق هامش الأمان في التقرير الهندسي.

• في حالة الشك، اطلب من مورد الأنابيب أوراق بيانات معتمدة واطلب حسابات لتأكيد ضغوط التشغيل المسموح بها عند درجة حرارة التصميم.

مراجع موثوقة

• ASTM D1785 - المواصفات القياسية للأنابيب البلاستيكية المصنوعة من البولي (كلوريد الفينيل) (PVC)، المقاييس 40 و80 و120
• أنابيب ويستليك - ASTM D1785 أنابيب الضغط البلاستيكية الجدول 80 ASTM D1785 معلومات المنتج (نشرة الضغط والأبعاد الخاصة بالشركة المصنعة)
• أنابيب شارلوت - أوراق البيانات الفنية لجدول 40 وجدول 80 PVC/ PVC (مخططات الضغط/درجة الحرارة)