Che cos'è il programma dei tubi?

La tabella dei tubi è un numero standardizzato e adimensionale che definisce lo spessore delle pareti di un tubo per una determinata dimensione nominale. Lo spessore della parete controlla la capacità di pressione interna, il peso e la compatibilità con i raccordi. Per scegliere il profilo corretto è necessario conoscere le dimensioni nominali del tubo, le sollecitazioni ammissibili del materiale, la pressione e la temperatura di esercizio. Per l'acquisto di tubazioni in acciaio al carbonio, acciaio inox o leghe di nichel da MWAlloys, specificare la dimensione nominale del tubo (NPS o DN) più il numero del programma (ad esempio 2" SCH 40), il grado del materiale e i test richiesti per garantire l'adattamento e le prestazioni di pressione.

1. Definizione di base e breve contesto

Il programma di tubazioni è una designazione numerica standardizzata che indica lo spessore nominale della parete di un tubo rispetto alla sua dimensione nominale. Il numero di programma indica una serie di spessori di parete; un programma più alto significa una parete più spessa a parità di diametro nominale. Tale spessore aumenta di solito la pressione interna e il peso consentiti. Il concetto fornisce un'abbreviazione concisa per l'ordinazione: la combinazione di dimensioni nominali e programma identifica in modo univoco il diametro esterno e lo spessore della parete per molti tubi standard.

Storicamente, il sistema delle tabelle è nato dall'esigenza di ordinare le tubazioni senza specificare i numeri di spessore delle pareti per ogni diametro e materiale. Gli enti normativi hanno formalizzato la relazione tra dimensioni nominali, diametri esterni e tabelle di spessore delle pareti che i produttori e i fabbricanti potevano seguire.

2. Gli standard che definiscono le tabelle e le dimensioni dei tubi

Le dimensioni e i piani dei tubi utilizzati negli appalti industriali sono controllati da standard riconosciuti a livello nazionale. Due norme di frequente riferimento per le dimensioni dei tubi in acciaio sono la ASME B36.10M per i tubi in acciaio battuto saldati e senza saldatura e la ASME B36.19M per i tubi in acciaio inossidabile. Queste norme elencano i diametri esterni, le dimensioni nominali e gli spessori delle pareti per i tubi più comuni. I codici di progettazione delle tubazioni industriali, come la serie ASME B31, stabiliscono la pressione di progetto e le sollecitazioni ammissibili, mentre gli standard specifici per i materiali, come ASTM A106, ASTM A312 o ASTM B167, regolano la composizione chimica e la produzione.

Quando si acquistano tubi in lega di nichel, gli acquirenti devono associare lo standard dimensionale alla specifica del materiale corretto, ad esempio ASTM B167 per le leghe di nichel-rame o ASTM B423 per alcune leghe di nichel-cromo. I fornitori spesso fanno riferimento alle tabelle di pianificazione dell'ASME per confermare lo spessore delle pareti per dimensione nominale.

3. Dimensioni nominali del tubo, diametro esterno, diametro interno

La dimensione nominale del tubo (NPS) o DN è l'etichetta tradizionale per le dimensioni del tubo. Per molte dimensioni comuni, il diametro esterno (OD) è fissato da NPS, mentre il diametro interno (ID) varia in base allo spessore della parete. La tabella cambia principalmente l'ID per un dato NPS, perché l'OD è normalmente mantenuto costante per la compatibilità con i raccordi e le flange. Ad esempio, un tubo nominale da 4 pollici ha un diametro esterno vicino a 4,5 pollici, ma il suo diametro interno si riduce quando lo spessore della parete passa da un programma 40 a un programma 80. Questo modello di compatibilità consente alle flange, ai giunti e ai raccordi di essere compatibili con i raccordi e le flange. Questo modello di compatibilità consente a flange, raccordi e componenti principali di adattarsi a tubi della stessa dimensione nominale, anche se con schemi diversi.

Punti chiave:

• NPS indica una famiglia di tubi che condividono un diametro esterno.

• La tabella indica lo spessore della parete all'interno di quella famiglia.

• ID è uguale a OD meno due volte lo spessore della parete; questa semplice relazione è alla base dei calcoli idraulici e di portata.

4. Numeri di programma comuni e loro significato

Le denominazioni comuni dei programmi includono: SCH 5, SCH 10, SCH 20, SCH 30, SCH STD (standard), SCH 40, SCH 60, SCH 80, SCH 100, SCH 120, SCH 140, SCH 160 e designazioni più pesanti come XXS. Esistono anche serie specifiche per l'acciaio inossidabile, spesso denominate 5S, 10S, 40S, 80S, che corrispondono a specifici spessori di parete utilizzati per i gradi inossidabili. Per i diametri più piccoli appaiono alcune designazioni tradizionali come “XS” o “STD”; consultare le tabelle ASME quando si specificano diametri non standard.

Sebbene il numero di programma sia senza dimensioni, è collegato a tabelle di spessore fisico. Ad esempio, SCH 40 per 2" NPS potrebbe specificare 0,154 pollici di parete, mentre SCH 80 per lo stesso NPS potrebbe specificare 0,218 pollici. I valori esatti provengono dalle tabelle ASME B36.

5. Tabelle rappresentative dello spessore delle pareti e del peso (dimensioni selezionate)

Di seguito sono riportate tabelle di riferimento compatte e accuratamente controllate per i valori NPS più comuni. Queste tabelle esemplificative hanno lo scopo di illustrare la relazione tra NPS, OD, programma e spessore della parete. Per l'approvvigionamento completo o i calcoli ingegneristici, utilizzare le tabelle ASME complete o le schede dei fornitori. I numeri indicati sono valori tipici del settore; confermare con il certificato della cartiera al momento dell'ordine.

Tabella 1: Dimensioni comuni dei tubi e spessore delle pareti (NPS selezionati)

Note: SCH XS corrisponde storicamente a Schedule 40 per alcune dimensioni, ma con pareti più pesanti per i piccoli diametri. Le righe della tabella sono rappresentative; consultare ASME per tutti gli NPS fino a 60 pollici.

Tabella 2. Equivalenti metrici rapidi per NPS selezionati

Queste tabelle compatte aiutano a confrontare rapidamente i programmi durante la stesura delle specifiche.

6. Perché la programmazione è importante per la classificazione della pressione: La relazione di Barlow e la pratica progettuale

Lo spessore della parete influenza direttamente la pressione di esercizio ammissibile. Per i gusci cilindrici a parete sottile, la formula di Barlow fornisce un'approssimazione del primo ordine della capacità di pressione interna:

P = (2 × S × t) / (OD)

dove P è la pressione interna ammissibile, S è la sollecitazione ammissibile per il materiale alla temperatura di esercizio, t è lo spessore della parete e OD è il diametro esterno. Riordinando si ottiene lo spessore della parete necessario per una pressione di progetto:

t = (P × OD) / (2 × S)

Il sistema di schedule può essere interpretato come un raggruppamento di spessori di parete che soddisfano le pressioni di servizio comuni con materiali tipici. La moderna progettazione di recipienti e tubazioni a pressione segue le sollecitazioni ammissibili conservative di codici come l'ASME B31.3 e applica la tolleranza di corrosione più la tolleranza di fabbricazione quando si seleziona la schedulazione. Per pressioni più elevate si sceglie un programma più elevato o un materiale più resistente.

Importanti considerazioni sulla progettazione:

• Nella scelta del programma, tenere conto della corrosione e dell'erosione.

• L'elevata temperatura riduce la sollecitazione ammissibile S e può richiedere un programma più pesante o una lega diversa.

• I servizi critici comprendono prove idrostatiche, esami non distruttivi e documentazione, come i rapporti di prova della cartiera.

7. Influenza dei materiali: acciaio al carbonio, acciaio inox, leghe di nichel.

Le tabelle degli schemi indicano lo spessore, non la resistenza del materiale. A parità di sezione e di NPS, i tubi in acciaio al carbonio, acciaio inossidabile e leghe di nichel hanno dimensioni nominali identiche se prodotti secondo gli standard dimensionali ASME compatibili, ma differiscono per quanto riguarda le sollecitazioni ammissibili, la resistenza alla corrosione e la saldabilità.

• Acciaio al carboniocomune, efficace dal punto di vista dei costi. Utilizzare un profilo più spesso per servizi abrasivi o ad alta pressione. Le specifiche dei materiali includono ASTM A106 Grado B per tubazioni di processo senza saldatura; le opzioni saldate includono ASTM A53.

• Acciaio inoxSpesso vengono forniti secondo gli schemi ASME B36.19, come 5S, 10S, 40S, 80S. I gradi inossidabili offrono una resistenza superiore alla corrosione; sono spesso utilizzati nei sistemi chimici e alimentari. Quando si specifica l'inossidabile, indicare il grado (304, 316, duplex) e se è richiesta la finitura decapata/passivata.

• Leghe di nichel: utilizzate per temperature più elevate o per ambienti altamente corrosivi. Leghe come Alloy 625, Alloy C276, Alloy 400 hanno tensioni ammissibili e resistenza chimica diverse. Quando si acquistano tubi in lega di nichel, è necessario includere sia il programma dimensionale che le specifiche del materiale (ad esempio ASTM B423 o lo standard ASTM applicabile per la lega specifica). Poiché le leghe di nichel sono più costose al chilogrammo, un'attenta progettazione della pressione e della corrosione ottimizzerà il programma e ridurrà i costi.

Quando la pressione o la temperatura aumentano, la sollecitazione ammissibile utilizzata nella relazione di Barlow diminuisce con la temperatura. Questo cambiamento può richiedere il passaggio a un programma più pesante o a una lega a più alta resistenza per mantenere l'ID o ridurre al minimo le variazioni di spazio della flangia.

8. Sistemi metrici, SDR, DN e ordinamento globale

Al di fuori del Nord America, le etichette metriche come DN e SDR sono ampiamente utilizzate:

• DNDiametro nominale. DN 50 equivale all'incirca a NPS 2 pollici, anche se la conversione esatta di diametro esterno e parete deve essere confermata.

• SDRrapporto dimensionale standard. SDR = OD / t. Un SDR più basso significa pareti più spesse e pressione nominale più elevata. L'SDR è comune per i tubi in polietilene, ma talvolta viene utilizzato anche in altri settori.

Per gli appalti internazionali, specificare sia NPS che DN, ove possibile, con OD e spessore delle pareti in millimetri per evitare ambiguità. Fornire il tipo di materiale, il programma o lo spessore della parete e i test richiesti per garantire che le fabbriche forniscano il prodotto corretto.

9. Lista di controllo degli ordini e delle specifiche per gli acquirenti

Per evitare errori, indicare queste voci nella specifica di acquisto:

1. Dimensione nominale del tubo: dichiarare NPS o DN.

2. Schema o spessore esplicito della parete: preferisce entrambi (esempio 3" NPS SCH 80, t = 0,300 in).

3. Standard e grado del materialeindicare la designazione ASTM/ASME e il grado (ad esempio ASTM A312 TP316L).

4. Preparazione finale: estremità lisce, estremità smussate secondo ASME B16.25, filettate secondo NPT o RTJ.

5. Lunghezza: lunghezza singola casuale, lunghezza doppia casuale, taglio a misura.

6. Trattamento termicospecificare se è richiesta la normalizzazione, la ricottura o il trattamento in soluzione.

7. Test: idrotest di pressione, PMI, NDE come UT o RT, controllo dimensionale, certificati di prova di fresatura.

8. Finitura e pulizia della superficiedecapaggio/passivazione, rivestimento in plastisol o nudo.

9. CertificazioniRapporto di prova del mulino, certificazione 3.1/3.2, documentazione di audit di fabbrica ISO.

10. Imballaggio e marcaturametodo, convenzioni di etichettatura, imballaggio per l'esportazione.

L'indicazione del solo programma a volte genera ambiguità per le dimensioni non standard; pertanto, per gli ordini critici, includere nelle specifiche lo spessore effettivo della parete richiesto.

10. Raccordi, flange e compatibilità delle filettature

Poiché il diametro esterno normalmente rimane costante per una famiglia di dimensioni nominali, i raccordi e le flange spesso corrispondono alle dimensioni nominali tra le schede in cui il diametro esterno è identico. Tuttavia, l'ID cambia tra le varie classi, per cui i raccordi a saldare a bicchiere e alcune preparazioni a saldare di testa possono differire.

• Raccordi a saldare a brugola richiedere la compatibilità con spessori di parete superiori; verificare la profondità del bicchiere secondo ASME B16.11.

• Raccordi a saldare di testa sono abbinati per diametro esterno e spessore della parete; specificare la parete corrispondente.

• Raccordi filettati utilizzare le dimensioni nominali del tubo, ma limitatamente a determinati programmi e classi di pressione; verificare la profondità di innesto NPT e la resa della parete.

Quando si saldano materiali dissimili, selezionare il metallo d'apporto appropriato e seguire le specifiche della procedura di saldatura. Per le leghe di nichel, spesso sono necessari metodi di saldatura e metalli d'apporto specifici.

11. Tolleranze di fabbricazione e piani speciali

Alcuni tubi a parete pesante utilizzano denominazioni come XXS o “double extra strong”. Per molti piccoli diametri, XXS può essere più spesso di schedule 160, mentre per i diametri più grandi le relazioni possono invertirsi. Per i diametri maggiori, consultare sempre la tabella delle dimensioni specifiche della norma ASME B36 o le schede tecniche dei fornitori.

Le tolleranze di produzione per il diametro esterno e lo spessore della parete sono regolate dalle specifiche del prodotto. Per le applicazioni critiche, richiedere lo spessore della parete misurato su tutta la circonferenza e, se necessario, verificarlo con test di spessore a ultrasuoni.

12. Esempi: selezione del calendario per i servizi comuni

Esempio 1: Distribuzione di acqua a bassa pressione

• Sistema: acqua refrigerata, pressione di progetto 100 psi, rischio di corrosione lieve.

• Candidato: acciaio al carbonio NPS 2 SCH 40 o acciaio inossidabile 316L SCH 40 se si teme la corrosione.

• Motivo: SCH 40 fornisce uno spessore di parete adeguato per 100 psi su 2", pur mantenendo un ID accettabile per il flusso. Può essere applicata una tolleranza per la corrosione.

Esempio 2: vapore ad alta pressione a temperatura elevata

• Sistema: vapore saturo a 300 psi e 350° F.

• Candidato: acciaio al carbonio NPS 2 SCH 80 o superiore, o passaggio a tubazioni in lega con sollecitazioni ammissibili più elevate.

• Motivo: l'elevata temperatura riduce le sollecitazioni ammissibili; è necessario un aggiornamento del programma per mantenere il margine di sicurezza.

Esempio 3: Servizio chimico corrosivo

• Sistema: flusso contenente cloruro.

• Candidato: tubo duplex in acciaio inossidabile o in lega di nichel a norma di legge, conforme ai requisiti di resistenza alla corrosione.

• Motivo: la selezione del materiale prevale sulla programmazione in caso di prodotti chimici aggressivi; la programmazione sarà scelta per soddisfare la resistenza meccanica e la tolleranza alla corrosione.

Questi esempi illustrano che la selezione dei programmi di produzione raramente è isolata: occorre tenere conto dei materiali, della temperatura e della durata di vita prevista.

13. Documentazione e tracciabilità

Al momento dell'acquisto, chiedere ai fornitori

• Rapporto di prova del mulino che correla il numero di calore ai risultati delle prove sui materiali.

• Certificato di trattamento termico, se applicabile.

• Registro delle prove idrostatiche.

• Marcature rintracciabili che includano la designazione della lega, il programma o lo spessore, il numero di calore e il produttore.

La tracciabilità riduce il rischio di fabbricazione e garantisce che qualsiasi decisione in materia di rivestimento, saldatura o ispezione si basi su proprietà del materiale verificate.

14. Consigli pratici per l'approvvigionamento e l'ottimizzazione dei costi

• Quando il prezzo è un problema, l'ottimizzazione della scelta della lega può far risparmiare più della riduzione del programma. Le leghe di nichel sono costose in termini di peso; riducendo i tempi e passando a una lega più resistente alla corrosione, si può ridurre il costo totale dell'installazione mantenendo la sicurezza.

• Per i progetti di retrofit, è necessario far corrispondere il diametro esterno alle flange esistenti e quindi selezionare il programma in base alla pressione. Se le flange sono fisse, la scelta del programma può essere limitata.

• Per le lunghe tratte in cui il peso è importante, valutare il compromesso tra il costo del materiale e l'energia della pompa; le pareti più sottili riducono il peso ma potrebbero non soddisfare le aspettative di pressione o di durata.

• Considerate la complessità della fabbricazione. Le saldature a parete spessa e le lavorazioni pesanti aggiungono costi e tempi di realizzazione.

15. Riepilogo di riferimento rapido

• La tabella dei tubi è un'abbreviazione della serie di spessori delle pareti; un numero più alto corrisponde generalmente a una parete più spessa.

• Le tabelle ASME B36.10 e B36.19 sono le tabelle ufficiali utilizzate in molti settori industriali.

• La dimensione nominale del tubo è legata al diametro esterno; il diametro interno dipende dallo spessore della parete.

• La capacità di pressione dipende dallo spessore della parete e dalla sollecitazione ammissibile del materiale; la relazione di Barlow è un punto di partenza comune per il calcolo.

• Per l'approvvigionamento specificare sempre NPS/DN, programma e spessore esplicito della parete, standard del materiale e requisiti di prova.

16. Domande frequenti

Q1: Se ordino 2" SCH 40 da MWAlloys, il diametro esterno corrisponderà a 2" SCH 80?
A1: Il diametro esterno per NPS 2 è standardizzato, quindi l'OD è lo stesso tra SCH 40 e SCH 80; il diametro interno cambia perché lo spessore delle pareti è diverso. Specificare il diametro esterno e il programma se si desidera un ID esatto.

D2: Posso sostituire i numeri di programma tra i materiali?
A2: È possibile ordinare lo stesso numero di programma in acciaio al carbonio, acciaio inossidabile o lega di nichel, ma le differenze di resistenza significano che la pressione ammissibile può cambiare. Per i sistemi critici per la pressione, verificare le sollecitazioni ammissibili per la lega alla temperatura di esercizio.

D3: Qual è la differenza tra SCH XS e SCH 80?
A3: Per alcune dimensioni XS (extra strong) corrisponde storicamente a uno spessore simile a quello della schedule 80, ma esistono differenze per i piccoli diametri. Confermare con le tabelle ASME.

D4: I numeri dei palinsesti sono gli stessi in tutto il mondo?
A4: I mercati nordamericani utilizzano i numeri di programma. Altre regioni possono preferire il DN e lo spessore di parete esplicito o la classificazione SDR. Fornire entrambe le unità per evitare errori.

D5: Come devo includere la tolleranza per la corrosione?
A5: Aggiungere la tolleranza di corrosione allo spessore di progetto richiesto e quindi selezionare un programma che soddisfi o superi la somma. In alternativa, specificare lo spessore di parete richiesto direttamente nell'ordine.

D6: Per il servizio ad alta temperatura, cosa conta di più, il programma o la lega?
A6: La scelta della lega è spesso più importante perché le sollecitazioni ammissibili cambiano con la temperatura. La scelta combinata di una lega e di un programma appropriati consente di ottenere un progetto sicuro ed economico.

D7: La mia flangia non si adatta se cambio programma. È una situazione comune?
A7: Le flange corrispondono al diametro esterno. Per le connessioni flangiate il diametro esterno è coerente, ma se le flange sono progettate per componenti basati sul diametro interno, come alcuni rivestimenti o prese, le variazioni di programma possono creare problemi di adattamento. Rivedere i requisiti dei componenti di accoppiamento.

D8: Quali documenti di prova devo richiedere per le tubazioni critiche?
A8: Rapporto di prova del mulino, registrazioni di prove idrostatiche, PMI quando le leghe sono critiche, rapporti NDT per le saldature e qualsiasi certificato di ispezione di terzi richiesto.

D9: Posso ordinare uno spessore di parete personalizzato non elencato nelle tabelle di pianificazione?
A9: Sì. Mills può fornire spessori personalizzati entro i limiti di produzione. Fornire il diametro esterno esatto, lo spessore della parete richiesto e lo standard del materiale nell'ordine di acquisto.

D10: Come posso convertire il programma in mm per l'approvvigionamento?
A10: Utilizzare le tabelle ASME o i fogli di fresatura del fornitore per convertire il programma e gli NPS in spessore millimetrico della parete. Fornendo sia la tabella che lo spessore millimetrico esplicito si evitano ambiguità.

17. Raccomandazioni conclusive per i clienti MWAlloys

Quando si acquistano tubi in acciaio al carbonio, acciaio inox o leghe di nichel da MWAlloys:

• Fornire NPS/DN, programma e spessore esatto della parete nell'ordine.

• Includere il tipo di materiale e l'eventuale trattamento termico necessario.

• Specificare i livelli di test e la documentazione.

• Per i servizi critici, richiedere una scheda tecnica che indichi diametro esterno, diametro esterno, spessore della parete, massa per lunghezza e pressione di esercizio ammissibile per la lega e il programma selezionati.

Se lo desiderate, MWAlloys può preparare un modello di pacchetto d'offerta su misura per il vostro mercato, che copra gli intervalli NPS comuni e le coppie di programmi che corrispondono alle condizioni di processo e agli obiettivi di budget. Il pacchetto includerà tabelle per le dimensioni più comuni, materiali consigliati per i servizi tipici e una lista di controllo per l'approvvigionamento per ridurre i rischi.