오스테나이트계 스테인레스강의 열팽창: 고온-배관에 대한 설계 허용치

소개

모든 물질은 가열되면 팽창하고 냉각되면 수축합니다.오스테나이트계 스테인리스강예외는 아니며 - 고온 배관 시스템에서는 사소해 보이는 이 치수 변화로 인해 용기가 파열되고 펌프, 버클 지지대가 변위되고 보증이 무효화될 만큼 큰 힘이 발생할 수 있습니다. 문서화된 한 정유소 사고에서는 260도에서 작동하는 12-인치 직경의 316L 파이프 런이 3년간의 순환 작동 동안 앵커를 47mm 변위시켜 궁극적으로 용접 분기 연결에 피로 균열을 일으켰습니다. 원래 설계에서 가치 엔지니어링된 $15 확장 조인트의 수리 비용은 $280를 초과했습니다.000 -

이 블로그는 엔지니어와 지정자에게 오스테나이트 스테인리스강 배관의 열팽창에 대한 완전하고 실용적인 가이드를 제공합니다. 각 일반 등급의 평균 열팽창 계수(CTE) 값부터 ASME B31.3 변위 응력 범위 계산, 확장 조인트 선택, 냉간 스프링 및 지지 배치 -에 이르기까지 작업 예제가 포함되어 있습니다.

열팽창이란 무엇이며 오스테나이트계 스테인리스강이 특히 영향을 받는 이유는 무엇입니까?

오스테나이트계 스테인리스강(FCC 결정 구조)은 동일한 온도로 가열할 때 탄소강보다 약 50%, 듀플렉스 스테인리스강보다 30-40% 더 팽창합니다. 주변보다 300도 높은 316L 파이프의 10미터 길이의 경우 이는 약 54mm의 길이 방향 성장을 의미하며 이는 견고하게 고정된 시스템을 파괴하기에 충분합니다.

열팽창은 온도가 상승할 때 재료의 부피(따라서 길이)가 증가하는 것입니다. 파이프의 경우 관련 치수는 파이프 축을 따른 선형 팽창입니다. 지배 방정식은 다음과 같습니다.

ΔL = × L × ΔT

오스테나이트계 스테인리스강이 특히 까다로운 이유

오스테나이트계 스테인리스강의 FCC(면{0}}입방체) 결정 구조는 열팽창 계수가 페라이트강(탄소강, 11.0×10⁻⁶/도)보다 약 50% 더 높고, 듀플렉스 스테인리스강(13.0×10⁻⁶/도)보다 약 30~40% 더 높습니다. 실제로 이는 260도에서 실행되는 316L 파이프가 탄소강에서 동일한 실행만큼 약 1.65배 증가한다는 것을 의미합니다.

• 오스테나이트계 SS(304/304L/316/316L/321/347): ≒ 16.0–20.0 ×10⁻⁶/도
• 듀플렉스 스테인리스 스틸(2205/2507): ≒ 12.0~14.0 ×10⁻⁶/도(30~40% 더 낮음)
• 탄소강: 10.8–12.0 ×10⁻⁶/도(50% 낮음)
• 합금 800H/625: ≒ 13.5–15.5 ×10⁻⁶/도(듀플렉스와 비교 가능)

실질적인 의미: 오스테나이트계 스테인리스강 배관은 모든 설계 계산에서 탄소강보다 팽창성이 높은 재료로 처리되어야 합니다.{0}} 오스테나이트계 스테인리스강 파이프에 탄소강 확장 루프 치수를 적용하지 마십시오.

오스테나이트와 페라이트계 팽창

20도에서 300도까지 가열된 10{10}미터 파이프의 경우(설치에서 작동까지): 316L은 탄소강 33.6mm(16mm 이상)에 비해 53.7mm 증가합니다. 50미터 주행의 경우 차이는 80mm입니다. 이는 설계에서 고려하지 않은 경우 확장 조인트 스트로크 제한을 초과하거나 앵커 하중에 과부하가 걸리기에 충분합니다.

참고: 성장은 실행 길이가 길어지면 더 많은 확장이 축적된다는 의미에서만 실행 길이의 제곱에 비례합니다. 미터당 비율( × ΔT)은-일정합니다. 핵심 설계 결정은 확장 - 수용 여부가 아니라 방법입니다.

오스테나이트계 스테인리스강의 평균 열팽창계수(CTE)

ASME B31.3의 파이프 응력 계산에는 MEAN CTE(순간 CTE 아님)를 사용합니다. 평균 CTE는 설치부터 작동 조건까지의 온도 범위에 걸쳐 단위 길이당 도수당 평균 팽창입니다. - 정확히 ΔL 계산에 필요한 값입니다.

엔지니어링에는 두 가지 CTE 정의가 사용됩니다.

순간 CTE(ₑ): 특정 온도에서의 팽창률(온도에 따라 변하며 고온에서는 더 높음)

평균 CTE( ₘ): 기준 온도(예: 20도)에서 작동 온도까지의 평균 팽창률 - 설계 계산에 적합한 값

ASME B31.3에 따른 파이프 응력 작업의 경우 항상 재료 기준 온도(일반적으로 20도 또는 0도)에서 설계 온도까지의 평균 CTE를 사용하십시오. 아래 표의 값은 20도에서 명시된 온도까지의 평균 CTE 값입니다.

일반적인 오스테나이트계 스테인리스강 등급의 평균 CTE

빠른 참조: 일반적인 작동 온도에서 10m 실행당 확장

핵심 내용:300도에서 316L은 10m당 38.2mm - 38% 더 성장하여 같은 온도의 탄소강(27.7mm)보다 커집니다. 300도에서 50m 길이의 316L 증기 배관의 경우 총 성장은 191mm입니다. 이는 배관 유연성이나 신축 조인트로 흡수되어야 합니다.

ASME B31.3 변위 응력 범위

ASME B31.3에서는 배관 시스템의 변위 응력 범위(Sₑ)가 허용 응력 범위(Sₜ)를 초과하지 않도록 요구합니다. 변위 응력 범위는 Sₑ=(i·Σ)|bending + (i·Σ)|torsion|으로 계산됩니다. 두 앵커 사이의 단순하고 구속되지 않은 직선 주행의 경우 이는 Sₑ ₑ 6×(S/E)×ΔL/D(변위로 인한 굽힘 응력)로 단순화됩니다. Sₑ Sₜ보다 작거나 같은 경우 시스템은 추가적인 유연성 조치 없이 허용됩니다.

ASME B31.3 공정 배관은 석유화학, 정유소, 화학 플랜트 배관 시스템의 열팽창 응력을 관리하는 기본 코드입니다. 규정에 따르면 모든 배관 시스템의 열팽창 효과를 분석해야 합니다. 변위 응력 범위 방정식은 유연성 요소(굽힘, 팔꿈치, 오프셋)에서 열 변위에 의해 발생하는 굽힘 및 비틀림 응력의 결합 효과를 설명합니다.

오스테나이트계 스테인리스강의 허용 응력 범위 Sₜ - 빠른 값

참고: Sₜ=f(1.25S₌ + 1.25Sₕ − 0.25S₌)는 ASME B31.3 허용되는 변위 응력 범위입니다. 370도 이하의 일반적인 정유소 오스테나이트 SS의 경우 Sₜ ₜ 310 MPa입니다. 425도 이상의 316L에 대해서는 ASME B31.3 표 1A를 참조하여 감소된 고온 허용 응력을 참조하십시오.

작업 예: 직선 파이프 응력 검사(추가 유연성이 필요하지 않음)

한쪽 끝이 90도 엘보가 있는(자연스러운 유연성) 두 앵커 사이의 단기-런 316L 파이프의 경우, 변위 응력이 Sₜ 미만이면 시스템이 자체적으로 적응할 수 있습니다-. 엘보우 SIF 0.75(직선 파이프의 경우 1.0)는 주요 응력 완화를 제공합니다. 5m + 3m의 간단한 L-굽힘(모서리에서 90도 엘보우 포함)은 일반적으로 Sₜ ₜ ₜ 310MPa를 초과하지 않고 40~50mm의 팽창을 흡수할 수 있습니다.

주어진:

확장 루프 및 확장 조인트 설계

계산된 변위 응력 범위(Sₑ)가 허용 응력 범위(Sₜ)를 초과하는 경우 확장 루프가 필요합니다. 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 경우 다음과 같은 경우 루프가 필요합니다. 앵커 사이의 직선 길이가 자체 고정 길이(260도에서 NPS 4-6 파이프의 경우 약 10-15m)-를 초과하는 경우 시스템에는 자연스러운 오프셋이 없는 여러 직선이 있습니다. 또는 파이프에 고유한 유연성을 제공하기 위해 엘보우나 굴곡이 거의 없습니다. 확장 루프는 파이프 자체를 유연한 요소로 사용하므로 공간이 있을 때 가장 저렴한-비용의 솔루션이 됩니다.

확장 루프(열팽창 루프 또는 U{0}}모양 루프라고도 함)는 파이프 재료 자체를 유연한 스프링으로 사용하여 열 성장을 수용합니다. 세 가지 주요 루프 구성은 다음과 같습니다.

확장 루프 크기 조정 - 오스테나이트 SS에 대한 빠른 경험 법칙

첫 번째 근사치: 각 레그 길이가 4D(D=파이프 OD(mm))인 316L U{1}}루프는 Sₜ ₜ 310MPa에서 레그 길이 미터당 약 50mm의 팽창을 수용할 수 있습니다. 260도에서 NPS 6(168mm OD)(10m당 ΔL ≒ 38mm): 중립 축 양쪽에서 최소 0.8~1.0m의 다리 길이를 사용합니다.

참고: 값은 대략적인 초기 추정치입니다. 최종 루프 치수는 공식 파이프 응력 분석(CAEPIPE, START{1}}PROFET 또는 이와 동등한 소프트웨어)을 통해 확인되어야 합니다. 다리 길이는 굽힘의 중립 축까지 측정됩니다.

익스펜션 벨로우즈 조인트 - 선택 기준

확장 벨로우즈는 공간이 제한된 위치에서 루프보다 선호되지만{0}}압력 추력, 가이드 간격 및 재료 호환성에 세심한 주의가 필요합니다. 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 경우 316L 벨로우즈가 대부분의 서비스에 표준입니다. 벨로우즈 부식 및 고장을 방지하려면 할로겐화물-함유 환경(Cl⁻ > 200ppm 또는 F⁻)에 합금 825 또는 Hastelloy C276 벨로우즈가 필요합니다.

확장 벨로우즈의 가이드 간격

잘못된 가이드 간격은 벨로우즈 고장의 가장 일반적인 원인입니다. 불균형 벨로우즈의 경우 첫 번째 가이드는 벨로우즈 끝에서 파이프 OD의 1.5배 이내에 있어야 합니다. 14× 파이프 OD 내의 두 번째 가이드; 14× 파이프 OD 이하의 간격으로 후속 가이드. 너무-가이드 간격이 가까우면 노즐 부하가 발생합니다. 너무-가이드 간격이 너무 멀면 파이프가 처지고 벨로우즈가 측면으로 불안정해질 수 있습니다.

콜드 스프링 - 작동 하중 및 앵커력 감소

콜드 스프링은 최종 용접을 하기 전에 파이프를 예상 열 성장의 일부만큼 반대 방향으로 이동시켜 설치 중에 파이프 시스템을 의도적으로 사전 압축하는 것입니다. 작동 온도에서 38mm 늘어나는 316L 파이프의 경우 50% 콜드 스프링(19mm)은 앵커 하중을 약 50% 줄이고 변위 응력 범위를 약 25~30% 줄입니다. 냉간 스프링은 높은 CTE가 냉간 스프링이 크게 줄일 수 있는 큰 앵커 하중을 생성하기 때문에 오스테나이트 스테인리스강에 특히 중요합니다.

콜드 스프링은 시스템이 사전 응력 상태에서 시작되도록 제조 또는 설치 중에 의도적으로 파이프 런을 짧게 당기는 방식입니다. 시스템이 작동 온도까지 가열되면 콜드 스프링에서 미리 로드된 장력이-열 압축 응력을 부분적으로 상쇄합니다.

참고: 100% 냉간 스프링은 작동 온도에서 앵커 하중이 0임을 의미하지만 전체 열 압축과 동일한 인장 냉간 응력을 생성합니다. - 과도하게 수행할 경우 대기에서 Sₜ를 초과할 수 있습니다.. 50–67% 냉 스프링은 대부분의 코드에서 실제 최대값입니다.

ISA/ISO 도면에서 냉수 스프링을 지정하는 방법

냉간 스프링은 배관 등각투영 도면에서 측정된 설치 치수(L_cold)와 이론적 고온 치수(L_hot)의 두 숫자로 지정됩니다. 차이(L_cold < L_hot)는 차가운 봄입니다. 예: 260도에서 316L에서 10,000mm 실행의 경우(ΔL=38.2mm, 50% 냉 스프링): L_hot=10,000mm(이론적); L_cold=10,000 − 19.1=9,980.9mm. 제작자는 용접 전에 파이프를 19.1mm 짧게 당깁니다.

주요 추운 봄 규칙:

1. 항상 L_cold 및 L_hot 값을 모두 사용하여 등각투영 도면에 냉간 스프링을 지정합니다.
2. ASME B31.3에서는 설계 문서에 콜드 스프링을 기록해야 합니다(. 302.3.5항).
3. 콜드 스프링은 일반적으로 계산이 아닌 제조 중 측정을 통해 설정됩니다.
4. 50% 냉천이 표준 관행입니다. 67%는 고압-압력 또는 대형-보어 라인에 사용됩니다.
5. 벨로우즈 확장 조인트가 있는 시스템에는 냉스프링을 적용하지 마십시오. - 벨로우즈가 움직임을 흡수합니다.
6. 오스테나이트 SS 파이프는 수율을 초과하지 않고 최대 50%까지 냉간 스프링됩니다(E ≒ 195 GPa at RT; σ=E×ε=195,000×0.0019=370 MPa, 수율 약간 높음) - 0.3% 변형률(0.003 mm/mm)을 초과하지 않습니다.

오스테나이트 vs 페라이트 vs 듀플렉스 스테인리스강

오스테나이트계 스테인리스강의 FCC(면-입방체) 결정 구조는 페라이트계 스테인리스강 및 탄소강의 BCC(체-입방체) 구조보다 열팽창이 약 50% 더 높고, 혼합 FCC-페라이트 이중 구조보다 약 30{4}40% 더 높습니다. 이는 오스테나이트계 SS가 배관 설계에서 항상 높은-팽창 재료로 취급되어야 함을 의미합니다. 오스테나이트계 스테인리스강에 탄소강 팽창 루프 치수를 직접 사용할 수는 없습니다.

차이의 근본적인 이유는 각 구조의 원자 결합과 결정 격자 기하학에 있습니다.

혼합{0}}재료 배관에 대한 실제 규칙

오스테나이트계 스테인리스강 파이프가 동일한 실행에서 탄소강 또는 합금 배관(예: 탄소강 본관의 316L 스풀 조각)에 연결되는 경우 각 재료 섹션에 대해 개별적으로 팽창을 계산하고 재료 인터페이스에서 차등 팽창을 적용합니다. 차동 장치가 시스템의 로컬 유연성을 초과하는 경우 인터페이스는 유연한 조인트 또는 확장 조인트로 설계되어야 합니다.

지지 간격, 앵커 하중 및 구조 설계

지원 간격 - L/D 비율 방법

260도 오스테나이트 스테인리스 스틸 파이프의 경우 최대 지지 간격은 L/D 비율(경간-대-직경)과 작동 온도에서의 최대 허용 응력에 따라 결정됩니다. 첫 번째 근사치: 260도 NPS 6 Sch 40(168mm OD) 316L 파이프는 허용 응력이 310MPa인 단순 지지 빔의 경우 최대 스팬이 약 7~8m입니다. 더 높은 온도(400도 이상)에서는 더 낮은 고온 탄성 계수와 허용 응력 감소로 인해 지지 간격이 약 10-15% 감소합니다.

참고: 스팬은 단순 지지 빔, 균일 하중에 대한 근사치이며 1.15 하중 계수를 포함합니다. 최종 지지 간격은 특히 펌프, 터빈 또는 기타 노즐{2}}장착 장비 근처의 파이프 응력 분석을 통해 확인해야 합니다.

앵커 반력 - 빠른 추정

콜드 스프링 없이 260도에서 직선으로 고정된 316L 파이프의 경우 앵커 하중은 대략 F ≒ EA ΔT입니다. 여기서 E=195 GPa, A=파이프 단면적-단면적,=17.5×10⁻⁶/degree , ΔT=240 도입니다. NPS 6 Sch 40의 경우: F ≒ 35,000 N ≒ 앵커당 3.5톤. 50% 냉천: F ≒ 1.75톤. 앵커 구조 설계는 이러한 추력을 고려해야 합니다.

자주 묻는 질문

오스테나이트계 스테인리스 강의 FCC(면{0}}입방) 결정 구조는 탄소강의 BCC(체-입방) 구조보다 원자 열 진동 진폭이 더 높습니다. 실온에서 오스테나이트계 스테인리스강은 약 17.3×10⁻⁶/도이고 탄소강은 11.5×10⁻⁶/도 - 약 50% 더 높습니다. 8-10% Ni를 첨가하면 FCC 오스테나이트 구조가 안정화되어 모든 일반적인 오스테나이트 등급(304L, 316L, 321, 347, 310S)에 걸쳐 열팽창 계수가 일관되게 높아집니다. 실질적인 의미는 오스테나이트계 스테인리스강 배관 시스템이 동일한 온도 및 실행 길이에 대해 탄소강 시스템보다 더 큰 확장 루프 또는 더 많은 확장 조인트로 설계되어야 한다는 것입니다.

Q2: ASME B31.3에 따라 파이프 응력 분석에 사용할 올바른 CTE 값은 무엇입니까?

기준 온도(일반적으로 설치 온도 20도)에서 설계 온도까지의 평균 열팽창 계수를 사용합니다. 평균 CTE는 작동 온도에서의 순간 CTE가 아니라 해당 온도 범위에 대한 평균 값입니다. 20도에서 260도까지의 316L의 경우 평균 CTE는 17.5×10⁻⁶/도입니다. 20도에서 400도까지 316L의 경우 평균 CTE는 18.5×10⁻⁶/도로 증가합니다. ASME B31.3 표 C1은 일반 재료의 평균 CTE 값을 제공합니다. 316L의 경우 400도에서의 값은 약 18.5×10⁻⁶/도입니다. 600도에서는 19.5×10⁻⁶/도까지 올라갑니다. 계산 시 항상 공칭 온도나 실내 온도 값이 아닌 실제 온도 범위에 해당하는 값을 사용하세요.-

Q3: 316L 스테인레스 스틸은 260도(스팀 서비스)에서 얼마나 팽창합니까?

설치 온도 20도에서 작동 온도 260도(ΔT=240도)까지의 316L 스테인리스강의 경우 평균 CTE는 약 17.5×10⁻⁶/도입니다. 공식 ΔL=×L×ΔT 사용: 배관 10m당 ΔL=17.5×10⁻⁶×10m×240 도=38.2 mm. 260도에서 50m 길이의 316L 증기 파이프의 경우 전체 성장은 약 191mm입니다. 이는 배관의 유연성(굴곡 및 루프)이나 신축 조인트에 의해 수용되어야 하는 수치입니다. 동일한 온도에서 탄소강의 등가 성장은 10m당 32.2mm(17.5% 적음)입니다.

Q4: 오스테나이트 SS 배관에 언제 확장 루프와 확장 벨로우즈 조인트를 사용해야 합니까?

다음과 같은 경우 확장 루프를 사용하십시오. 공간을 사용할 수 있습니다(U-루프에는 양방향으로 파이프 OD 여유 공간의 약 2배가 필요함). 시스템은 400도 이하에서 작동합니다. 파이프는 NPS 2 이상입니다. 압력은 중간 정도입니다(ANSI 클래스 2500까지). 확장 루프는 가장 긴 서비스 수명(움직이는 부품 없음)을 갖춘 최저-비용 솔루션입니다. 다음과 같은 경우에는 확장 BELLOWS JOINT를 사용하십시오. 공간이 심하게 제한되어 있는 경우(벨로우즈에는 축방향 여유 공간만 필요함) 파이프는 NPS 4 이상이며 고압에서 작동합니다(루프가 비실용적으로 커지는 클래스 600 이상). 시스템에 심각한 진동이 있습니다(벨로우즈가 진동을 흡수함). 또는 파이프 길이가 짧고 자연스러운 유연성 없이 양쪽 끝이 고정되어 있습니다. 벨로우즈에는 압력 추력 제한과 세심한 가이드 간격이 필요합니다(첫 번째 가이드는 1.5× OD 이내, 두 번째 가이드는 14× OD 이내). 오스테나이트계 스테인리스강 벨로우즈(316L<400°C; 310S or Inconel 625 for higher temperatures) are standard.

Q5: 냉스프링이란 무엇이며, 오스테나이트계 스테인리스강관에는 얼마만큼 적용해야 합니까?

콜드 스프링은 설치 중에 파이프 시스템을 짧게 잡아당겨 의도적으로 사전 압축하는 것입니다.{0}} 오스테나이트계 스테인리스강 파이프의 경우 표준 관행은 50% 냉간 스프링입니다. 파이프는 이론적인 고온 길이보다 50% 짧게 설치됩니다. 작동 온도에서 38mm 늘어나는 316L 파이프의 경우 50% 냉간 스프링은 이론적 냉간 치수보다 19mm 부족한 파이프를 설치하는 것을 의미합니다. 콜드 스프링은 앵커 하중을 약 50% 감소시키고 변위 응력 범위를 약 25-30% 감소시킵니다. 최대 실제 냉간 스프링은 67%입니다(이를 초과하면 설치 중 파이프의 냉간 응력이 항복 강도에 가까워집니다). 냉간(제작/설치) 치수와 고온(이론적) 치수를 모두 사용하여 배관 등각 투영 도면에 냉간 스프링을 기록해야 합니다.

Q6: 304, 304L, 316L의 열팽창 계수가 다릅니까?

예, 하지만 차이는 작으며 엔지니어링 계산의 허용 범위 내에 있는 경우가 많습니다. 주요 차이점은 다음과 같습니다. 304와 304L의 평균 CTE는 동일합니다(100도에서 약 17.3×10⁻⁶/도, 300도에서 18.7×10⁻⁶/도로 상승). - 304L의 저탄소 함량은 열팽창에 영향을 미치지 않으며{11}} 316L도 동일한 평균 CTE를 가집니다. (100도에서 약 16.0×10⁻⁶/도, 300도에서 17.5×10⁻⁶/도로 상승) - 몰리브덴 첨가로 CTE가 304L에 비해 약 8% 감소합니다.. 321 및 347(안정화된 등급)은 304L과 316L 사이의 CTE 값을 가집니다. (100도에서 약 16.7×10⁻⁶/도). 310S는 일반적인 오스테나이트 등급 중 CTE가 가장 낮습니다(100도에서 약 14.5×10⁻⁶/도). 실용적인 설계 목적으로 304/304L/321/347의 경우 17.5×10⁻⁶/도, 316/316L의 경우 16.5×10⁻⁶/도, 310S의 경우 15.5×10⁻⁶/도를 사용합니다. 모두 작동 온도가 260도입니다.

Q7: 고온에서 오스테나이트계 스테인리스 강관의 최대 지지 범위는 얼마입니까?

260도 오스테나이트 스테인리스 스틸 파이프(증기 서비스)의 경우 최대 지지 범위는 NPS 4-12 Sch 40 파이프의 경우 약 7-9m이며 허용 응력 310MPa(ASME B31.3) 및 L/D 비율(경간 대 직경)에 따라 결정됩니다. 대략적인 공식은 다음과 같습니다. 최대 스팬(m) ≒ 0.06 × √(D×t×(E_hot/E_RT)×(S_hot/S_RT)), 여기서 D=OD, t=벽, E_hot=고온 계수(260도에서 약 170 GPa), S_hot=고온 허용 응력(310) MPa). 400도에서는 고온 모듈러스와 고온 허용 응력이 모두 감소하기 때문에 최대 스팬이 약 10-15% 감소합니다. 260도에서 NPS 6 Sch 40 316L의 경우: 최대 스팬은 약 7.5m입니다. 400도에서 : 약 6.5m. 이는 단순 지지 빔에 대한 대략적인 값입니다. 최종 스팬은 특히 장비 노즐 근처의 파이프 응력 분석을 통해 확인되어야 합니다.

Q8: 오스테나이트계 스테인리스 강관의 앵커 하중은 어떻게 계산합니까?

완전히 구속된(팽창 조인트 없음) 오스테나이트계 스테인리스 강 배관에 대한 앵커 하중은 다음과 같습니다. F=EA ΔT, 여기서: E=195 GPa(20도에서의 탄성 계수, 보다 정확한 핫 앵커 하중을 위해 260도에서 170GPa 사용);=파이프 단면적- 단면적(mm²); =는 CTE를 의미합니다(260도에서 316L의 경우 17.5×10⁻⁶/도). ΔT=작동 온도 - 설치 온도(20도 ~ 260도의 경우 240도). NPS 6 Sch 40 316L: A=3,577 mm²의 예; F_hot ≒ 170,000 N/mm² × 3,577 mm² × 17.5×10⁻⁶/도 × 240도 ≒ 152,000 N ≒ 152 kN ≒ 앵커당 15.5톤(냉수 스프링 없음). 50% 냉천 포함: F ≒ 76 kN ≒ 7.8 톤. 67% 냉천: F ≒ 50 kN ≒ 5.1 톤.

Q9: 온도 변화로 인해 수축이 발생하는 극저온 서비스에 오스테나이트계 스테인리스 스틸 파이프를 사용할 수 있습니까?

예, - 오스테나이트계 스테인리스강은 페라이트강처럼 연성-에서-취성 전이를 거치지 않기 때문에 극저온용(LNG, 액체 질소, 액체 산소)에 선호되는 재료입니다. 극저온(LNG의 경우 -169도)에서 오스테나이트 스테인리스강은 뛰어난 인성을 유지합니다(304L 및 316L의 경우 -196도에서 샤르피 V-노치 > 100J). 극저온 배관의 경우 열 수축은 동일한 평균 CTE 값(그러나 음의 방향)을 사용하여 계산해야 합니다. -169도(LNG 서비스)의 316L 배관은 20도에서 -169도(ΔT=-189도)까지 10m당 약 41mm만큼 수축합니다. 이러한 수축은 벨로우즈 또는 유연한 조인트에 의해 수용되어야 하며 작동 온도에서 앵커 하중은 압축보다는 인장(앵커를 잡아당김)입니다.. 316L은 저온 인성이 약간 더 좋고 취성 파괴에 대한 민감도가 낮기 때문에 304L보다 극저온 서비스에 선호됩니다.-

Q10: 열팽창 측면에서 오스테나이트 스테인리스강과 듀플렉스 스테인리스강의 차이점은 무엇입니까?

듀플렉스 스테인리스강(2205, 2507, S32760)은 혼합 오스테나이트- 페라이트 미세 구조(부피 기준 약 50% 오스테나이트 + 50% 페라이트)를 가지며, 이로 인해 평균 열팽창 계수가 오스테나이트 스테인리스강보다 약 30-40% 더 낮습니다. 260도에서 2205 듀플렉스의 경우 평균 CTE는 약 14.0×10⁻⁶/도이고 17.5×10⁻⁶/도에서는 316L입니다. 이는 260도에서 실행되는 316L 파이프가 2205 듀플렉스에서 동일한 실행보다 약 25% 더 증가한다는 것을 의미합니다. 혼합-재료 시스템(예: 오스테나이트 스테인리스강 배관에 연결된 이중 배관)에서 재료 경계면의 차등 열 증가는 별도로 계산되어야 하며 유연한 조인트 또는 팽창 벨로우즈에 의해 수용되어야 합니다. 듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강(316L의 경우 450MPa 대 170MPa) 항복 강도의 약 2배를 가지며, 이는 파이프 응력 측면에서 낮은 CTE를 부분적으로 상쇄하지만 오스테나이트계 SS 확장 루프 테이블은 듀플렉스 시스템에 직접 적용할 수 없습니다.