min. wanddikte pijp onder vacuum

[Rampzooi]

Hallo,
 
Ik weet dat (koolstofstalen) pijpen een bepaalde wanddikte moeten hebben om de inwendige druk te kunnen weerstaan voordat ze vervormen of zelfs scheuren.
Genoeg berekeningen of reken programmaatjes. Deze zijn echter (volgens mij) niet toepasbaar voor vacuüm.
 
Waar ik maar niet achter kom is hoe dik die zelfde pijp minimaal moet hebben om een vacuüm te kunnen weerstaan. (Misschien zoek ik op de verkeerde plekken....)
Is er iemand die mij een formule kan geven waarmee ik de minimale wanddikte van een pijp kan berekenen onder (vol) vacuüm ?
 
Alvast bedankt
 

[Benm]

Het is inderdaad een compleet ander verhaal dan bij een hoge druk in een pijp. 
 
Hoewel het drukverschil maar 1 bar is heb je bijzonder dikke wanden nodig: Overdruk zorgt ervoor dat bijvoorbeeld een deukje in een pijp uitgedeukt wordt, maar bij onderdruk is zo'n imperfectie het beginpunt van een implosie. 
 
Wat voor binnendiameter heb je ongeveer nodig?

[boertje125]

Het verschil is dat je druk spanningen in het materiaal krijgt.
je moet dus een soort van knikberekening op loslaten.
 
 
zelf ben ik bouwkundige en heb hier geen achtergrond informatie van
maar het lijkt me dat dit vergelijkbaar is met onderwater pijpleidingen en dergelijke

[king nero]

Er bestaa rekencodes voor buisleidingen onder negatieve druk, maar hier is steeds de onderdruk vrij beperkt.
"Volledig" vacuum is een zodanig specifieke toepassing dat er hiervoor geen veralgemeende procedures bestaan, bij mijn weten. Dit zal empirisch en aan de hand van destructieve controles moeten worden opgebouwd... Net zoals je ook verschillende methodes hebt voor drukvaten (PED): design by analysis, design by calculation.

[Pinokkio]

Ik ben geen wertuigbouwkundige, maar ik weet wel dat de benodigde formules te vinden zijn in:
ASME  VIII, Div. 1, part UG-28 Thickness of Shells and Tubes Under External Pressure.
 
Normaliter zijn standaard stalen pijpen die in de procesindustrie gebruikt worden meer dan dik genoeg om 1 atm overdruk t.g.v. inwendig vacuum te weerstaan, dus tenzij je erg grote diameter met erg dunne wand wilt gebruiken zal er geen probleem zijn.
 
Vacuum vaten en destillatiekolommen met forse diameters worden gewoonlijk uitgerust met verstevigingsringen om de kosten van dikke wanden te besparen.

[Rampzooi]

Ik zou het willen berekenen om aan te tonen dat in theoretisch omstandigheden als er een full vacuum optreedt de huidige wanddiktes voldoende zijn.
Heb te doen met systeem van ASTM piping. Voornamelijk tot 2 tot 8" 
 
Mag ik dus aannemen dat een uitwendige 1 barg (overdruk), gelijk is aan 1 bar inwendige onderdruk?
 
 
 
 

[boertje125]

Dat lijkt me wel het gaat tenslotte om het verschil.
Als je in de ruimte een dop op een fles doet gebeurd er immers ook niets met de fles

[Pinokkio]

Ja, de pijpwand voelt immers alleen het drukverschil.
 

Heb te doen met systeem van ASTM piping. Voornamelijk tot 2 tot 8"

Met zulke kleine diameters heb je niet veel wanddikte nodig om vacuum te weerstaan. Maar mocht je er niettemin toch aan willen/moeten rekenen dan moet je de eerdergenoemde ASME UG-28 methode gebruiken.
 
Die methode kun je overigens ook vinden in studieboeken zoals:
https://books.google.nl/books?id=LRWCAAAAQBAJ&pg=PA42#v=onepage&q&f=false

[Benm]

Ik zou het willen berekenen om aan te tonen dat in theoretisch omstandigheden als er een full vacuum optreedt de huidige wanddiktes voldoende zijn.
Heb te doen met systeem van ASTM piping. Voornamelijk tot 2 tot 8" 
 
Mag ik dus aannemen dat een uitwendige 1 barg (overdruk), gelijk is aan 1 bar inwendige onderdruk?
 
 
 
 

 
Niet helemaal. Als je een pijp hebt met lucht onder atmosferische druk in een omgeving met 1  bar overdruk, dan zou die pijp imploderen tot zijn halve volume waarna de druk binnen en buiten gelijk is. 
 
Bij een vacuum gaat de implosie door tot het minimale volume is bereikt. 
 
Je kunt wellicht 1 bar overdruk van buitenaf wel gebruiken om te testen of de buis het wel of niet zal houden, maar de gevolgen zijn anders dan vacuum vs atmosferische buitendruk.
 
Voor leidingen met een beperkte diameter (enkele cm) is het gebruikelijk het gewoon zeer grof te overdimensioneren, dat werkt zelfs met plastic/rubber slangen - al moet je wel denken aan iets met 0.5 cm binnendiameter en pakweg 1.5 cm buitendiameter. Maak je er een knik in dan blokkeert het alsnog, maar voor afvoer uit een vacuum destillatie oid zijn dergelijke slagen best geschikt. 

[Pinokkio]

Niet helemaal. Als je een pijp hebt met lucht onder atmosferische druk in een omgeving met 1  bar overdruk, dan zou die pijp imploderen tot zijn halve volume waarna de druk binnen en buiten gelijk is.

Dat zou alleen zo zijn als die zwakke pijp nergens anders mee verbonden was, maar in de praktijk is dat nooit zo.
Maar het doet bovendien niet terzake: op het moment dat de pijpwand het begint te begeven is er sowieso nog geen volumeverandering.
 
De ASME codes schrijven voor waaraan de wand van een pijp of vat moet voldoen om interne druk en/of overdruk voor heel lange tijd te weerstaan. De hele wereld gebruikt ze, dus Rampzooi kan dat best ook maar doen.

[boertje125]

Als de basis voor je berekening is dat de constructie heel blijft doet het er niet toe wat er gebeurd als hij wel zou bezwijken.
Feitelijk zegt de berekening meestal ook niets over wanneer de constructie wel bezwijkt omdat deze over het algemeen een vergaande versimpeling van het werkelijke bezwijkmechanisme gebruikt.

[Rampzooi]

Ok eenieder alvast bedankt voor de commentaren.

Begrijp dat voor benadering voor geschiktheid voor gebruik zou ik dus berekening kunnen gebruiken van external pressure bij 1 barg.

Mag aannemen dat piping onder ASME geconstrueerd in principe (wanneer in nominale conditie) bestand zou moeten zijn?

[Pinokkio]

Of je iets mag aannemen hangt van je baas af, niet van mij.
Maar als dit een industriële toepassing is zal iemand er met bovengenoemde ASME VIII Div.1 UG-28 aan moeten rekenen om te bewijzen dat het allemaal in orde is.
 
De benodigde wanddikte om vacuum te weerstaan is voor een koolstofstalen pijp gewoonlijk ruwweg 1 % van de buitendiameter. Dus ruwweg 2 mm voor een 8" pijp. Maar daarbij moet je nog de corrosietoeslag (Corrosion Allowance, CA) optellen. Als bijvoorbeeld voor dat processysteem CA = 3 mm dan heb je voor die 8" minstens 5 mm wanddikte nodig. Dus 8" Schedule 20 zou dan in theorie voldoende zijn voor Full Vacuum (FV). Maar ik ben geen werktuigbouwkundige dus je moet niet alleen op mijn natte vinger vertrouwen.
 
Bedenk ook dat niet alleen de pijpwand FV moet doorstaan, maar ook de flenzen met pakking. Als dat leidingsysteem oorspronkelijk niet voor FV ontworpen was heb je wellicht pakkingen en flensoppervlakken die daarvoor niet optimaal zijn en daardoor mogelijk wat lucht naar binnen zullen lekken als de leiding onder FV komt.
 
En denk eraan dat alle toestellen (equipment) en instrumentatie in het systeem ook bestand moeten zijn tegen FV.