کلاس بندی فشار کاری در تجهیزات حوزه پایپینگ چگونه است؟

کلاس فشار در حقیقت حداکثر فشاری است که یک لوله، یک اتصال (مثلا یک فلنج)، یک شیر، یک پمپ و … باید در دمای معین در شرایط کاری نرمال تحمل کنند. کلاس فشار که به عنوان حداکثر فشار کاری مجاز (MAWP) نیز شناخته می شود، به مهندسان این امکان را می دهد که بتوانند تعیین کنند که تجهیز مد نظرشان (مثلا لوله، اتصال، شیر، پمپ و …) با چه جنسی در یک شرایط دمایی و فشاری مشخص بهترین عملکرد را خواهد داشت.

هر چه کلاس فشار کاری بیشتر باشد، ضخامت بدنه تجهیز مورد نظر نیز باید ضخیم تر باشد تا بتواند تحمل فشارهای کاری بالا را داشته باشد. نکته قابل توجه در خصوص کلاس بندی فشار کاری این است که کلاس بندی فشار تحت تأثیر دما نیز قرار دارد. هر چه دمای فرآیند بالاتر باشد، بیشنه فشار قابل تحمل توسط تجهیز مورد نظر کمتر خواهد بود.

استاندارد ANSI B16.34 برای تعیین رابطه دما، فشار، ضخامت بدنه و اتصالات انتهایی استفاده می شود. لازم به ذکر است که کلاس بندی فشار کاری بر اساس استاندارد ANSI B16.34 فقط برای تجهیزاتی قابل استفاده است که مطابق با استاندارد آمریکایی (ANSI) طراحی و تولید شده باشند.

کلاس بندی فشار کاری چگونه است؟

استاندارد ANSI B16.34 شش کلاس استاندارد را برای کلاس بندی فشار کاری مشخص می کند. این شش کلاس عبارتند از:

کلاس 150
کلاس 300
کلاس 600
کلاس 900
کلاس 1500
کلاس 2500

قابل توجه است که فشار، دما و جنس سه پارامتری هستند که در کلاس بندی فشار کاری تاثیر گذارند. در واقع مواد مختلف ممکن است در شرایط فشاری و دمایی مشابه دارای کلاس فشار متفاوتی باشند.

هرچه ماده اولیه به کار رفته در ساخت یک تجهیز مستحکم تر باشد، پر واضح است که حداکثر فشاری که می تواند در یک فشار و دمای معین تحمل کند، بالاتر است. در شکل 1 کلاس بندی فشار کاری فلنج ها مشخص شده است.

بال ولو یا Ball Valve چیست؟

مطالعه مقاله

اما سوال اینجاست که اعدادی که به منظور کلاس بندی فشار کاری به کار برده شده اند چه معنا و مفهومی دارند؟ این اعداد در واقع بیشینه فشار بر حسب PSI هستند که تجهیز مورد نظر می تواند در حداکثر دمای مجاز تحمل کند. توجه کنید که بیشینه فشار کاری 2.4 برابر اعداد فوق الذکر هستند. در جدول 2 کلاس بندی فشار کاری در سیستم های مختلف آورده شده است.

جدول 2- کلاس بندی فشار کاری در سیستم های مختلف

فشار			کلاس
PN	Bar	PSI	کلاس
20	20	150	150
50	50	300	300
68	68	400	400
100	100	600	600
150	150	900	900
250	250	1500	1500
400	400	2500	2500

مهندسان کلاس بندی فشار کاری را به روش های مختلف ارجاع می دهند. به عنوان مثال وقتی کلاس فشار را 150 در نظر می گیریم، به این معنی است که فشار کار ایمن برای تجهیزات پایپینگ مورد نظر (مثلا لوله، فلنج، شیر، پمپ و …) در دمای معین و با فرض جنس مشخص، 150 پوند بر اینچ مربع است. برخی از روش های رایج برای ارجاع کلاس بندی فشار 150 عبارتند از:

تجهیز کلاس #150

تجهیز 150 پوندی

تجهیز با کلاس فشار 150

تجهیز lb 150

تجهیز کلاس 150

پارامترهای تاثیر گذار در کلاس بندی فشار کاری

همانطور که توضیح داده شد فشار، دما و جنس سه پارامتر تاثیر گذار در تعیین کلاس بندی فشار کاری یک تجهیز هستند. در واقع با توجه به جنس تجهیز، نمودارها و جداول فشار-دما برای کلاس بندی های مختلف توسط استاندارد ANSI B16.34 مشخص شده است. برای تعیین کلاس بندی فشار کاری تجهیز خود با توجه به سه پارامتر فشار، دما و جنس به ترتیب زیر عمل کنید:

در ابتدا جنس تجهیز مورد نظر خود را مشخص کنید.
بیشترین دمای کاری تجهیز خود را از روی جدول و یا نمودار مربوطه انتخاب کنید.
بیشترین فشار کاری تجهیز خود را مشابه مرحله 2 تعیین کنید.
با مشخص شدن مراحل 2 و 3، کلاس بندی فشار کاری از روی نمودار و یا جدول مربوطه قابل تعیین است.

تعیین جنس مواد با استفاده از استاندارد ASTM

استاندارد ASTM (American Society for Testing and Materials) در سال 1898 به عنوان سازمان آمریکایی آزمایش و مواد توسط مهندسان ایجاد شد و امروزه این انجمن با نام ASTM International شناخته می شود.

این انجمن استانداردهای مختلفی را در مورد ویژگی های مواد، محصولات، سیستم ها و خدمات تنظیم و منتشر می کند. در ادامه جدول گروه های مختلف مواد قابل استفاده به منظور طراحی یک تجهیز خاص (مثلا لوله، اتصال، شیر، پمپ و …) بر اساس استاندارد ASTM آورده شده است.

برای تعیین محدوده دما-فشار کاری تجهیز مورد نظر خود، در ابتدا و با استفاده از جدول ذیل، جنس ماده و نوع ساخت آن را پیدا کرده و سپس به شماره جدول مربوط به محدوده دما-فشار در استاندارد ASME که در جدول ذیل آورده شده است.

جدول 3- جدول گروه های مختلف مواد بر اساس استاندارد ASTM

گروه مواد	طراحی نامی	جدول مربوط به محدوده دما-فشار در استاندارد ASME	آهنگری شده (Forging)	ریخته گری شده (Casting)	صفحه ای (Plates)
1.1	C-Mn-Si	2-1.1	A350 Gr. LF2		A516 Gr. 70
	C-Mn-Si	2-1.1			A537 Cl. 1
	C-Mn-Si-V	2-1.1	A350 Gr. LF6 CI. 1
	3.1/2 Ni	2-1.1	A350 Gr. LF3
1.2	C-Mn-Si	2-1.2		A216 Gr. WCC
	C-Mn-Si	2-1.2		A352 Gr. LCC
	C-Mn-Si-V	2-1.2	A350 Gr. LF6 Cl. 2
	2.1/2Ni	2-1.2		A352 Gr. LC2	A203 Gr. B
	3.1/2Ni	2-1.2		A352 Gr. LC3	A203 Gr. E
1.3	C-Si	2-1.3		A352 Gr. LCB	A515 Gr. 65
	C-Mn-Si	2-1.3			A516 Gr. 65
	2.1/2Ni	2-1.3			A203 Gr. A
	3.1/2Ni	2-1.3			A203 Gr. D
	C-1/2Mo	2-1.3		A217 Gr. WC1
	C-1/2Mo	2-1.3		A352 Gr. LC1
1.4	C-Si	2-1.4			A515 Gr. 60
1.4	C-Mn-Si	2-1.4	A350 Gr. LF1 Cl. 1		A516 Gr. 60
1.5	C-1/2Mo	2-1.5	A182 Gr. F1		A204 Gr. A
1.5	C-1/2Mo	2-1.5			A204 Gr. B
1.7	1/2Cr-1/2Mo	2-1.7	A182 Gr. F2
	Ni-1/2Cr-1/2Mo	2-1.7		A217 Gr. WC4
	3/4Ni-3/4Cr-1Mo	2-1.7		A217 Gr. WC5
1.9	1.1/4Cr-1/2Mo	2-1.9		A217 Gr. WC6
1.9	1.1/4Cr-1/2Mo-Si	2-1.9	A182 Gr. F11 CL.2		A387 Gr. 11 Cl. 2
1.10	2.1/4;Cr-1Mo	2-1.10	A182 Gr. F22 Cl. 3	A 217 Gr. WC9	A387 Gr. 22 Cl. 2
1.11	C-1/2Mo	2-1.11			A204 Gr. C
1.13	5Cr-1/2Mo	2-1.13	A182 Gr. F5a	A217 Gr. C5
1.14	9Cr-1M0	2-1.14	A182 Gr. F9	A217 Gr. C12
1.15	9Cr-1M0-V	2-1.15	A182 Gr. F91	A217 Gr. C12A	A387 Gr. 91 Cl. 2
1.17	1Cr-1/2Mo	2-1.17	A182 Gr. F12 Cl. 2
1.17	5Cr-1/2Mo	2-1.17	A182 Gr. F5
1.18	9Cr-2W-V	2-1.18	A182 Gr. F92
2.1	18Cr-8Ni	2-2.1	A182 Gr. F304	A351 Gr. CF3	A240 Gr. 304
2.1	18Cr-8Ni	2-2.1	A182 Gr. F304H	A351 Gr. CF8	A240 Gr. 304H
2.2	16Cr-12Ni-2Mo	2-2.2	A182 Gr. F316	A351 Gr. CF3M	A240 Gr. 316
	16Cr-12Ni-2Mo	2-2.2	A182 Gr. F316H	A351 Gr. CF8M	A240 Gr. 316H
	18Cr-13Ni-3Mo	2-2.2	A182 Gr. F317		A240 Gr. 317
	19Cr-10Ni-3Mo	2-2.2		A351 Gr. CG8M
2.3	18Cr-8Ni	2-2.3	A182 Gr. F304L		A240 Gr. 304L
	16Cr-12Ni-2Mo	2-2.3	A182 Gr. F316L		A240 Gr. 316L
	18Cr-13Ni-3Mo	2-2.3	A182 Gr. F317L
2.4	18Cr-10Ni-Ti	2-2.4	A182 Gr. F321		A240 Gr. 321
2.4	18Cr-10Ni-Ti	2-2.4	A182 Gr. F321H		A240 Gr. 321H
2.5	18Cr-10Ni-Cb	2-2.5	A182 Gr. F347		A240 Gr. 347
	18Cr-10Ni-Cb	2-2.5	A182 Gr. F347H		A240 Gr. 347H
	18Cr-10Ni-Cb	2-2.5	A182 Gr. F348		A240 Gr. 348
	18Cr-10Ni-Cb	2-2.5	A182 Gr. F348H		A240 Gr. 348H
2.6	23Cr-12Ni	2-2.6			A240 Gr. 309H
2.7	25Cr-20Ni	2-2.7	A182 Gr. F310		A240 Gr. 310H
2.8	20Cr-18Ni-6Mo	2-2.8	A182 Gr. F44	A 351 Gr. CK3 MCuN	A240 Gr. S 31254
	22Cr-5Ni-3Mo-N	2-2.8	A182 Gr. F51		A240 Gr. S 31803
	25Cr-7Ni-4Mo-N	2-2.8	A182 Gr. F53		A240 Gr. S 32750
	24Cr-10Ni-4Mo-V	2-2.8		A351 Gr. CE8MN
	25Cr-5Ni-2Mo-3Cu	2-2.8		A995 Gr. CD4MCu
	25Cr-7Ni-3.5Mo-W-Cb	2-2.8		A995 Gr. CD3 MWCuN
	25Cr-7.5Ni-3.5Mo-N-Cu-W	2-2.8	A182 Gr. F55		A240 Gr. S 32760
2.9	23Cr-12Ni	2-2.9			A240 Gr. 309S
2.9	25Cr-12Ni	2-2.9			A240 Gr. 310S
2.10	25Cr-12Ni	2-2.10		A351 Gr. CH8
2.10	25Cr-12Ni	2-2.10		A351 Gr. CH20
2.11	18Cr-10Ni-Cb	2-2.11		A351 Gr. CF8C
2.12	25Cr-20Ni	2-2.12		A351 Gr. CK20
3.1	35Ni-35Fe-20Cr-Cb	2-3.1	B462 Gr. N 08020		B463 Gr. N 08020
3.2	99.0Ni	2-3.2	B564 Gr. N 02200		B162 Gr. N 02200
3.3	99.0Ni-Low C	2-3.3			B162 Gr. N 02201
3.4	67Ni-30Cu	2-3.4	B564 Gr. N 04400		B127 Gr. N 04400
3.5	72Ni-15Cr-8Fe	2-3.5	B564 Gr. N 06600		B168 Gr. N 06600
3.6	33Ni-42Fe-21Cr	2-3.6	B564 Gr. N 08800		B409 Gr. N 08800
3.7	65Ni-28Mo-2Fe	2-3.7	B462 Gr. N 10665		B333 Gr. N 10665
3.7	64Ni-29.5Mo-2Cr-2Fe-Mn-W	2-3.7	B462 Gr. N 10675		B333 Gr. N 10675
3.8	54Ni-16Mo-15Cr	2-3.8	B462 Gr. N 10276		B575 Gr. N 10276
	60Ni-22Cr-9Mo-3.5Cb	2-3.8	B564 Gr. N 06625		B443 Gr. N 06625
	62Ni-28Mo-5Fe	2-3.8			B333 Gr. N 10001
	70Ni-16Mo-7Cr-5Fe	2-3.8			B434 Gr. N 10003
	61Ni-16Mo-16Cr	2-3.8			B575 Gr. N 06455
	42Ni-21.5Cr-3Mo-2.3Cu	2-3.8	B564 Gr. N 08825		B424 Gr. N 08825
	55Ni-21Cr-13.5Mo	2-3.8	B462 Gr. N 06022		B575 Gr. N 06022
	55Ni-23Cr-16Mo-1.6Cu	2-3.8	B462 Gr. N 06200		B575 Gr. N 06200
3.9	47Ni-22Cr-9Mo-I8Fe	2-3.9			B435 Gr. N 06002
3.9	21Ni-30Fe-22Cr-18Co-3Mo-3W	2-3.9	B572 Gr. R 30556		B435 Gr. R 30556
3.10	25Ni-47Fe-21Cr-5Mo	2-3.10			B599 Gr. N 08700
3.11	44Fe-25Ni-21Cr-Mo	2-3.11	A479 Gr. N 08904		A240 Gr. N 08904
3.12	26Ni-43Fe-22Cr-5Mo	2-3.12			B620 Gr. N 08320
	47Ni-22Cr-20Fe-7Mo	2-3.12			B582 Gr. N 06985
	46Fe-24Ni-21Cr-6Mo-Cu-N	2-3.12	B462 Gr. N 08367	A351 Gr. CN3MN	B688 Gr. N 08367
3.13	49Ni-25Cr-18Fe-6Mo	2-3.13			B582 Gr. N 06975
3.13	Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Low C	2-3.13	B564 Gr. N 08031		B625 Gr. N 08031
3.14	47Ni-22Cr-19Fe-6Mo	2-3.14			B582 Gr. N 06007
	40Ni-29Cr-15Fe-5Mo	2-3.14	B462 Gr. N 06030		B582 Gr. N 06030
	58Ni-33Cr-8Mo	2-3.14	B462 Gr. N 06035		B575 Gr. N 06035
3.15	42Ni-42Fe-21Cr	2-3.15	B564 Gr. N 08810		B409 Gr. N 08810
3.16	35Ni-19Cr-1.1/4Si	2-3.16	B511 Gr. N 08330		B536 Gr. N 08330
3.17	29Ni-20.5Cr-3.5Cu-2.5Mo	2-3.17		A351 Gr. CN7M
3.19	57Ni-22CR-14W-2Mo-La	2-3.19	B564 Gr. N 06230		B435 Gr. N 06230

جداول کلاس بندی فشار کاری چند نمونه از رایج ترین فلنج های مورد استفاده در بازار

برای نمونه جداول کلاس بندی فشار کاری برای رایج ترین فلنج های مورد استفاده در بازار (جنس های فولاد کربنی، فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ) در ادامه آورده شده است. لازم به ذکر است که جداول مربوط به کلاس بندی فشار کاری فلنج ها در استاندارد ASME B16.5 آورده شده اند. به منظور دسترسی به جداول دیگر می توانید به این استاندارد مراجعه کنید.

1- کلاس بندی فشار کاری فلنج فولاد کربنی

جدول 4- کلاس بندی فشار کاری برای فلنج فولاد کربنی

ANSI FLANGE ASTM A105, A350 Gr. LF2/LF6 Class 1

(فشار بر حسب PSI و دما بر حسب درجه فارنهایت)

دما	کلاس بندی فشار
دما	150	300	400	600	900	1500	2500
< 100	285	740	985	1480	2220	3705	6170
200	260	680	905	1360	2035	3395	5655
300	230	655	870	1310	1965	3270	5450
400	200	635	845	1265	1900	3170	5280
500	170	605	805	1205	1810	3015	5025
600	140	570	755	1135	1705	2840	4730
650	125	550	730	1100	1650	2745	4575
700	110	530	710	1060	1590	2655	4425
750	95	505	675	1015	1520	2535	4230
800	80	410	550	825	1235	2055	3430
850	65	320	425	640	955	1595	2655
900	50	230	305	460	690	1150	1915
950	35	135	185	275	410	685	1145
1000	20	85	115	170	255	430	715

جدول 5- کلاس بندی فشار کاری برای فلنج فولاد کربنی

ANSI FLANGE ASTM A350 Gr. LF3, A350 LF6, Class 2

(فشار بر حسب PSI و دما بر حسب درجه فارنهایت)

دما	کلاس بندی فشار
دما	150	300	400	600	900	1500	2500
< 100	235	620	825	1235	1850	3085	1545
200	215	560	750	1125	1685	2810	4680
300	210	550	730	1095	1640	2735	4560
400	200	530	705	1060	1585	2645	4405
500	170	500	665	995	1495	2490	4150
600	140	455	610	915	1370	2285	3805
650	125	450	600	895	1345	2245	3740
700	110	450	600	895	1345	2245	3740
750	95	445	590	885	1325	2210	3685
800	80	370	495	740	1110	1850	3085
850	65	270	355	535	805	1340	2230
900	50	170	230	345	515	860	1430
950	35	105	140	205	310	515	860
1000	20	50	70	105	155	260	430

جدول 6- کلاس بندی فشار کاری برای فلنج فولاد کربنی

ANSI FLANGE ASTM A350 Gr. LF1

(فشار بر حسب PSI و دما بر حسب درجه فارنهایت)

دما	کلاس بندی فشار
دما	150	300	400	600	900	1500	2500
< 100	235	620	825	1235	1850	3085	1545
200	215	560	750	1125	1685	2810	4680
300	210	550	730	1095	1640	2735	4560
400	200	530	705	1060	1585	2645	4405
500	170	500	665	995	1495	2490	4150
600	140	455	610	915	1370	2285	3805
650	125	450	600	895	1345	2245	3740
700	110	450	600	895	1345	2245	3740
750	95	445	590	885	1325	2210	3685
800	80	370	495	740	1110	1850	3085
850	65	270	355	535	805	1340	2230
900	50	170	230	345	515	860	1430
950	35	105	140	205	310	515	860
1000	20	50	70	105	155	260	430

2- کلاس بندی فشار کاری فلنج فولاد آلیاژی

جدول 7- کلاس بندی فشار کاری برای فلنج فولاد آلیاژی

ANSI FLANGE ASTM A182 Gr. F1 (Chrome Moly)

(فشار بر حسب PSI و دما بر حسب درجه فارنهایت)

دما	کلاس بندی فشار
دما	150	300	400	600	900	1500	2500
< 100	265	695	925	1390	2085	3470	5785
200	260	680	905	1360	2035	3395	5660
300	230	655	870	1305	1955	3260	5435
400	200	640	855	1280	1920	3200	5330
500	170	620	830	1245	1865	3105	5180
600	140	605	805	1210	1815	3025	5040
650	125	590	785	1175	1765	2940	4905
700	110	570	755	1135	1705	2840	4730
750	95	530	710	1065	1595	2660	4430
800	80	510	675	1015	1525	2540	4230
850	65	485	650	975	1460	2435	4060
900	50	450	600	900	1350	2245	3745
950	35	280	375	560	845	1405	2345
1000	20	165	220	330	495	825	1370

3- کلاس بندی فشار کاری فلنج فولاد ضد زنگ

جدول 8- کلاس بندی فشار کاری برای فلنج فولاد ضد زنگ

ANSI FLANGE ASTM A182 Gr. F304, 304L

(فشار بر حسب PSI و دما بر حسب درجه فارنهایت)

دما	کلاس بندی فشار
دما	150	300	400	600	900	1500	2500
< 100	275	720	960	1440	2160	3600	6000
200	230	600	800	1200	1800	3000	5000
300	205	540	720	1080	1620	2700	4500
400	190	495	660	995	1490	2485	4140
500	170	465	620	930	1395	2330	3880
600	140	435	580	875	1310	2185	3640
650	125	430	575	860	1290	2150	3580
700	110	425	565	850	1275	2125	3540
750	95	415	555	830	1245	2075	3460
800	80	405	540	805	1210	2015	3360
850	65	395	530	790	1190	1980	3300
900	50	390	520	780	1165	1945	3240
950	35	380	510	765	1145	1910	3180
1000	20	320	430	640	965	1605	2675
1050	20	310	410	615	925	1545	2570
1100	20	255	345	515	770	1285	2145
1150	20	200	265	400	595	995	1655
1200	20	155	205	310	465	770	1285
1250	20	115	150	225	340	565	945
1300	20	85	115	170	255	430	715
1350	20	60	80	125	185	310	515
1400	20	50	65	95	145	240	400
1450	15	35	45	70	105	170	285
1500	10	25	35	55	80	135	230

جدول 9- کلاس بندی فشار کاری برای فلنج فولاد ضد زنگ

ANSI FLANGE ASTM A182 Gr. F316, 316L

(فشار بر حسب PSI و دما بر حسب درجه فارنهایت)

دما	کلاس بندی فشار
دما	150	300	400	600	900	1500	2500
< 100	275	720	960	1440	2160	3600	6000
200	235	620	825	1240	1860	3095	5160
300	215	560	745	1120	1680	2795	4660
400	195	515	685	1025	1540	2570	4280
500	170	480	635	955	1435	2390	3980
600	140	450	600	900	1355	2255	3760
650	125	445	590	890	1330	2220	3700
700	110	430	580	870	1305	2170	3620
750	95	425	570	855	1280	2135	3560
800	80	420	565	845	1265	2110	3520
850	65	420	555	835	1255	2090	3480
900	50	415	555	830	1245	2075	3460
950	35	385	515	775	1160	1930	3220
1000	20	350	465	700	1050	1750	2915
1050	20	345	460	685	1030	1720	2865
1100	20	305	405	610	915	1525	2545
1150	20	235	315	475	710	1185	1970
1200	20	185	245	370	555	925	1545
1250	20	145	195	295	440	735	1230
1300	20	115	155	235	350	585	970
1350	20	95	130	190	290	480	800
1400	20	75	100	150	225	380	630
1450	20	60	80	115	175	290	485
1500	20	40	55	85	125	205	345

نمودارهای کلاس بندی فشار کاری

علاوه بر جداول کلاس بندی فشار کاری در بالا توضیح داده شدند، نمودارهایی نیز به همین منظور ارائه شده اند که همان کاربرد را دارند و می توان از آن ها نیز به منظور تعیین کلاس فشار کاری تجهیزات مختلف استفاده نمود. به عنوان نمونه نمودار کلاس بندی فشار کاری فلنج فولاد ضد زنگ ANSI Group 1.2 در شکل 5 آورده شده است.