Calcolo del peso del tubo in acciaio inossidabile: formula, grafici e controlli dell'acquirente

Peso al metro: la formula, la costante e da dove viene

Il peso per metro in chilogrammi è (OD - spessore della parete) x spessore della parete x 0,02491. Il diametro esterno e lo spessore della parete vengono inseriti in millimetri, il risultato ritorna in chilogrammi al metro e 0,02491 è la costante di densità per l'acciaio inossidabile di grado 304.

La costante non è un segreto commerciale, è solo geometria e densità racchiuse in un unico numero. La parete di un tubo è un anello, quindi la sua area della sezione trasversale in millimetri quadrati è uguale a pi x (OD - t) x t. Un metro di quella sezione è lungo 1000 mm, il che dà un volume in millimetri cubi, e dividendo per 1000 lo converte in centimetri cubi. Moltiplica i centimetri cubi per la densità in grammi per centimetro cubo e avrai i grammi, quindi dividi per 1000 per i chilogrammi.

L'intera catena collassa in pi greco diviso per 1000, moltiplicato per la densità. Per 304 la densità nominale è 7,93 g/cm3, quindi 0,0031416 x 7,93 = 0,02491. Per 316L la densità nominale è 8,00 g/cm3, ovvero 0,02513. Nient'altro nella formula cambia quando cambia il voto, motivo per cui gli acquirenti che memorizzano una costante e un numero raramente si mettono nei guai.

La conseguenza pratica è che la scelta della qualità è una decisione sul peso tanto quanto sulla corrosione. L'utilizzo dello stesso diametro esterno di 60,3 mm e tubo con parete di 2,77 mm nei modelli 304, 316L e 2205 produce tre diverse masse per metro e, per un ordine di 20 tonnellate, tale differenza viene riportata direttamente sulla fattura di trasporto e sul piano di sollevamento.

Vale la pena memorizzare due righe in quella tabella. Il duplex è circa l'1,7% più leggero del 316L a identiche dimensioni perché la sua densità è inferiore, e il Monel 400 è circa il 10% più pesante del 304. Una quotazione costruita sulla costante 304 per un ordine di lega di nichel sottostimerà il peso di spedizione di diverse centinaia di chilogrammi su un carico di container.

Perché il valore della densità è più importante dell'aritmetica

L'aritmetica non sbaglia mai, l'input sì. L'errore più comune nel calcolo del peso è considerare 7,93 come densità universale dell'acciaio inossidabile, mentre il secondo più comune è utilizzare una costante dell'acciaio al carbonio pari a 0,02466 su un ordine di acciaio inossidabile.

La densità nominale viene pubblicata, ma il valore reale si muove all'interno di una fascia ristretta da un calore all'altro. Il contenuto di cromo e nichel sposta leggermente la densità e la lavorazione a freddo la riduce di una frazione. Per scopi commerciali, la cifra nominale è quella giusta da citare, perché gli ordini di acquisto, i certificati di fabbrica e le liste di imballaggio sono tutti basati sulla densità nominale. Ciò che non dovreste fare è rivendicare una tolleranza sulla bilancia più stretta di quella che il processo reale può sostenere.

Considerare la distribuzione su un ordine di 3 tonnellate di tubo con diametro esterno di 25,4 mm e parete di 2,11 mm. Alla costante 304 il peso calcolato è 1.224 kg/m. Alla costante 316L è 1.235 kg/m. Su 2450 metri di tubo c'è uno spazio di 27 kg, abbastanza piccolo da assorbire, ma una tolleranza di parete del 10% nello stesso ordine può spostare la massa effettiva di 250 kg o più. La densità dei voti è un problema di arrotondamento; la tolleranza al muro è quella vera.

Il punto in cui la densità cambia realmente una decisione commerciale è sulle leghe di nichel e sui superaustenitici. Un fascio di scambiatori di calore da 904 litri e un fascio da 316 litri con identico numero di tubi hanno all'incirca lo stesso peso, ma un fascio di Monel 400 non lo è, e nemmeno un fascio di Inconel 625 a 8,44 g/cm3. La spaziatura del supporto del tubo, il peso del fascio per canale e la capacità della gru richiedono tutti la costante corretta prima che il disegno venga rilasciato.

Tubo in acciaio inossidabile austenitico TP316/316L/316H/316Ti Tubi senza saldatura contenenti molibdeno in quattro varianti di grado 316, rilevanti in questo caso per il controllo del peso del tubo e dei carichi del fascio prima del rilascio. Visualizza il prodotto →

Quattro esempi pratici che puoi copiare direttamente

Esempio 1: tubo dello strumento, diametro esterno 25,4 mm, parete 2,11 mm, TP316L, lunghezza 6 metri

Sottrai il muro dall'OD: 25,4 - 2,11 = 23,29. Moltiplicare per il muro: 23,29 x 2,11 = 49,14. Moltiplicare per la costante 316L: 49,14 x 0,02513 = 1,235 kg/m. Una lunghezza di 6 metri equivale a 7,41 kg. Un ordine di 400 lunghezze equivale a 2.964 kg, ovvero 2.964 tonnellate, prima dell'imballaggio.

Esempio 2: tubo di processo, diametro esterno 114,3 mm, parete 6,02 mm, TP304, lunghezza 12 metri

114,3 - 6,02 = 108,28. Moltiplicare per 6,02 = 651,85. Moltiplicare per 0,02491 = 16,24 kg/m. Una lunghezza di 12 metri equivale a 194,9 kg. Un ordine di 40 pezzi equivale a 7.796 kg, motivo per cui queste dimensioni vengono normalmente movimentate con una gru anziché con un carrello elevatore e non vengono mai imballate oltre il limite di sollevamento.

Esempio 3: tubo quadrato e rettangolare

La formula rotonda non si applica. Per la sezione cava rettangolare l'area della sezione trasversale è 2t x (h w - 2t), dove h e w sono le dimensioni esterne in millimetri. Con la densità ripiegata, la versione 304 diventa kg/m = 0,01586 x t x (h l - 2 t).

Un tubo quadrato 40 x 40 x 2 mm in 304: 0,01586 x 2 x (40 40 - 4) = 0,01586 x 152 = 2,41 kg/m. Un rettangolo di 40 x 20 x 1,5 mm in 316L: 0,01591 x 1,5 x (40 20 - 3) = 0,01591 x 85,5 = 1,36 kg/m. La cifra 0,01591 è semplicemente 2 x 8,00/1000 per 316L.

Esempio 4: riconvertire i chilogrammi in metri

Metri disponibili per tonnellata = 1000 diviso kg/m. Per 16,24 kg/m corrispondono a 61,6 metri per tonnellata. Se il cliente chiede 5 tonnellate della stessa dimensione, la risposta è 308 metri, ovvero 25 lunghezze complete di 12 metri più 8 metri di rimanenza, che di solito non è quello che desidera ricevere. Arrotondare sempre per difetto al numero intero di lunghezze standard e indicare il tonnellaggio risultante anziché quello richiesto.

Tabella di riferimento: peso al metro per le dimensioni rotonde comuni

La tabella seguente è calcolata con la costante 304 di 0,02491 e la costante 316L di 0,02513. Le dimensioni seguono le dimensioni di ordinazione ASTM e EN comuni. Utilizzarlo per una prima stima, quindi ricalcolare con la parete esatta indicata nell'ordine di acquisto, poiché una differenza di parete di 0,2 mm su un tubo piccolo corrisponde a una differenza di peso del 5%.

Leggi attraverso la tabella e il ridimensionamento diventa evidente. Raddoppiando il diametro esterno con parete costante si raddoppia all'incirca la massa per metro, mentre raddoppiando il muro con diametro esterno costante la si più che raddoppia, perché le bilance hanno lo spessore della parete moltiplicato per il diametro medio. Su un tubo con diametro esterno grande la parete domina il numero, mentre su un tubo con diametro esterno piccolo prevale il diametro esterno.

Peso teorico, peso effettivo e gap di tolleranza

Il peso calcolato è una cifra teorica basata sulle dimensioni nominali e sulla densità nominale. Il peso pesato è quello che dice la bilancia del porto. Il divario tra i due è normale ed è regolato dalle tolleranze scritte nell'ordine di acquisto, non dalla formula.

Lo spessore delle pareti è il fattore che contribuisce maggiormente. La maggior parte degli ordini di tubi in acciaio vengono ordinati con una fascia di tolleranza della parete compresa tra più o meno dal 10 al 12,5%, con il valore esatto che dipende dallo standard e dalla classe di tolleranza specificata. Un tubo ordinato a 2,11 mm può quindi uscire dal laminatoio a 2,32 mm ed essere comunque conforme.

Esegui nuovamente i numeri su quella parete superiore: 25,4 - 2,32 = 23,08, moltiplicato per 2,32 = 53,55, moltiplicato per 0,02513 = 1,346 kg/m contro un valore nominale di 1,235 kg/m. Sulla carta si tratta di un aumento del 9% ed è un prodotto del tutto legittimo.

La tolleranza sulla lunghezza aggiunge un secondo livello più piccolo. Le lunghezze di taglio vengono solitamente fornite con una tolleranza positiva ed è misurabile uno o due millimetri per pezzo su 3000 pezzi. L'ovalità, l'ortogonalità delle estremità e la smussatura o la condizione delle estremità piane modificano leggermente la massa.

Poi c’è il vero divario operativo: olio, polvere, umidità e imballaggi. Il tubo in bundle con reggette in acciaio, tappi in plastica e pattini in legno pesa normalmente dall'1 al 3% in più rispetto al tubo da solo. Su una spedizione da 20 tonnellate che contiene fino a 600 kg di imballaggi, questo conta nel carico utile del container anche se nessuno vuole pagare il trasporto del legno.

Il modo giusto per gestire tutto questo è indicare il peso teorico per i documenti commerciali, indicare chiaramente la classe di tolleranza applicabile e consentire un margine di lavoro dal 2 al 4% al momento della prenotazione del trasporto. Gli acquirenti che trattano il numero calcolato come una promessa passeranno la settimana a discutere con un biglietto della pesa a ponte completamente corretto.

Calcoli inversi: metri per tonnellata, pezzi per pacco, bobine per skid

La maggior parte delle domande reali vanno al contrario. Il cliente conosce il tonnellaggio, o il limite della gru, o il carico utile del container, e deve sapere quanti metri rappresentano.

Metri per tonnellata = 1000 / kg per metro. Pezzi per pacco = limite di peso del pacco / (kg per metro x lunghezza). Peso del pezzo = kg al metro x lunghezza. Queste tre righe rispondono a quasi tutte le domande logistiche che arrivano con una richiesta di metropolitana.

Caso lavorato: un cliente necessita esattamente di 1000 kg di TP304 da 114,3 x 6,02 mm. A 16,24 kg/m corrispondono a 61,6 metri. In lunghezze di 12 metri equivalgono a 5 pezzi più un residuo di 1,6 metri, quindi la risposta pratica è 5 pezzi a 974 kg, o 6 pezzi a 1169 kg. Entrambi sono corretti e la scelta dipende da se il cliente preferisce essere a corto o avere scorte extra.

Quando si tratta di bobine e tubi di precisione, il valore del peso viene inserito direttamente nella documentazione di spedizione e nel piano di carico della macchina del cliente. Conviene pubblicare sia i kg/m che i metri per bobina sulla bolla di accompagnamento invece di lasciare che sia l'acquirente a invertire i numeri.

Tubo a spirale in acciaio inossidabile e tubo a spirale lucido Tubo serpentino lucido e con superficie liscia utilizzato nei servizi farmaceutici, alimentari e di scambiatori di calore; I dati relativi al peso e alla lunghezza della bobina supportano i piani di spedizione. Visualizza il prodotto →

Carico utile di merci e container: dove un errore di arrotondamento diventa costoso

Il prezzo del trasporto viene calcolato in base al peso o al volume, a seconda di quale sia maggiore, e il tubo di acciaio inossidabile si trova in modo scomodo tra i due. Un contenitore pieno di tubi di piccolo diametro si formerà a cubetti prima di essere pesato. Un contenitore pieno di tubi a parete pesante peserà molto prima di trasformarsi in cubetti. Sapere con quale hai a che fare decide se spedire 18 tonnellate o 26 tonnellate.

Per spedizioni inferiori al carico in container, il peso addebitabile è in genere il maggiore tra il peso effettivo in tonnellate e il volume in metri cubi, quindi il fattore di conversione è effettivamente 1000 kg per metro cubo. I tubi di piccolo diametro in fasci lunghi sono ingombranti; controllare la cifra volumetrica prima di dare per scontato che il peso governerà.

Per i carichi di container completi, un container per uso generale da 20 piedi ha un carico utile stimato sulla carta di circa 28 tonnellate, ma i limiti legali stradali in Europa e Nord America di solito limitano un container carico a un valore più vicino a 24-25 tonnellate. Un container da 40 piedi offre più volume ma non proporzionalmente più carico utile, motivo per cui il carico di tubi densi spesso viaggia in box da 20 piedi.

Cassa lavorata: 219,1 x 4,78 mm TP304 a 25,52 kg/m. Un carico utile di 24 tonnellate consente 940 metri. In una lunghezza di 6 metri si tratta di 156 pezzi e la pila di 156 pezzi con diametro esterno di 219 mm occupa molto meno di un container pieno da 20 piedi, quindi questo carico pesa. Lo stesso contenitore riempito in volume con un tubo da 12,7 mm trasporterebbe molto meno di 24 tonnellate e il costo di trasporto per tonnellata triplicherebbe.

Il grafico sopra mostra lo stesso tubo con diametro esterno di 60,3 mm in cinque spessori di parete, tutti calcolati con la costante 304. Passando da 1,65 mm a 5,54 mm si triplica più che la massa per metro, e il limite di carico utile arriva tre volte prima. Questo è il confronto del peso più utile quando un ingegnere di progetto chiede se un muro più pesante è conveniente.

La lunghezza modifica anche il calcolo del trasporto in modi che sono facili da trascurare. I carichi lunghi viaggiano male nei contenitori standard, e oltre i 12 metri circa il tubo deve spostarsi su attrezzature break bulk o flat rack, il che cambia sia la velocità che il piano di carico. Laddove un progetto richieda effettivamente lunghe tirature con meno saldature sul campo, il peso per pezzo deve essere confrontato con l'attrezzatura di sollevamento in loco e con la nave.

Sei luoghi in cui il peso calcolato si sposta su un ordine reale

Questi sono gli elementi che più spesso spiegano una differenza tra la cifra calcolata e la cifra spedita. Nessuno di questi è un errore nella formula; sono tutte variabili normali che dovrebbero essere quantificate prima della spedizione dell'ordine.

Esiste una disciplina semplice che elimina la maggior parte delle controversie. Indicare nel preventivo il metodo di calcolo, la costante di densità utilizzata e la classe di tolleranza. Quindi mostrare il peso teorico e il peso lordo stimato come due colonne separate sulla lista dei bagagli. Gli acquirenti smettono di discutere quando entrambi i numeri sono visibili ed entrambi sono etichettati.

Utilizzo dei dati sul peso per scegliere un tubo più leggero e più resistente

Il peso al metro non è solo un numero logistico. Si tratta di un numero di progettazione e uno dei confronti più utili nella scelta dei tubi inossidabili è tra un grado austenitico e un grado duplex allo stesso carico di pressione.

Il duplex S32205 ha un limite di snervamento minimo pari a circa due volte e mezzo quello del 316L e il duplex è anche leggermente meno denso. La combinazione significa che spesso è possibile specificare un tubo duplex con una parete più sottile per la stessa pressione di progetto e il tubo risultante è significativamente più leggero al metro rispetto all'alternativa 316L. Due effetti vanno nella stessa direzione: pareti più sottili e densità inferiore.

Un esempio pratico: una linea con diametro esterno di 60,3 mm progettata intorno a 316L con parete di 3,91 mm, a 5,49 kg/m, può in alcune classi di pressione essere servita da un tubo duplex con una parete più sottile e la massa per metro scende ben al di sotto di 5 kg/m. Su un lungo percorso offshore con centinaia di metri di tubi, tale differenza modifica la spaziatura dei supporti, i pesi del fascio e il piano di installazione.

Il risparmio di peso è reale, ma non è gratuito. Duplex necessita di procedure di saldatura qualificate, di un controllo più rigoroso dell'apporto di calore e di un adeguato regime di pulizia post-saldatura. Il modo corretto di utilizzare i dati sul peso è come strumento di screening: calcolare entrambe le opzioni, confrontare la massa installata e il costo della saldatura, quindi decidere. Il peso da solo raramente vince la discussione, ma spesso ne avvia una utile.

Tubo senza saldatura duplex in acciaio inossidabile S2205 Tubo senza saldatura Duplex 2205 per servizi petroliferi, del gas, chimici e marini, utile per confrontare le opzioni di tubi resistenti alla corrosione e ad alta resistenza e il peso installato. Visualizza il prodotto →

Unità imperiali, conversioni e regole di arrotondamento

Non tutti gli acquirenti lavorano in millimetri e chilogrammi e i sistemi di unità di miscelazione sono un modo affidabile per produrre un preventivo sbagliato. I due sistemi si convertono in modo pulito una volta che le costanti sono corrette.

Nelle unità imperiali la formula del tubo tondo è lb/ft = 10,80 x (OD - t) x t, con dimensioni in pollici. La costante 10,80 corrisponde alla densità 304; per 316L è 10,90 e per duplex è 10,63. Il motivo per cui la costante sembra grande è che si ripiega in pi greco, dodici pollici per piede e la densità in libbre per pollice cubo.

Conversioni da tenere a portata di mano: 1 kg/m equivale a 0,6720 lb/ft, 1 lb/ft equivale a 1,4882 kg/m, 1 pollice equivale a 25,4 mm e 1 tonnellata corta equivale a 907,2 kg. Una lunghezza di 20 piedi è 6.096 metri e una lunghezza di 40 piedi è 12.192 metri.

L'arrotondamento dovrebbe seguire il documento. Preventivi e conferme d'ordine vengono solitamente arrotondati al terzo decimale sul kg/me al chilogrammo intero sul peso totale. Le liste di imballaggio spesso arrotondano per pezzo a due decimali, il che può introdurre un piccolo errore cumulativo su un numero elevato di pezzi; aggiungi prima i pezzi, poi arrotonda il totale.

Un'altra convenzione è importante. Il peso teorico è la base per la maggior parte del commercio internazionale di tubi in acciaio inossidabile ed è indicato come tale sul certificato dello stabilimento. Se un contratto specifica il peso effettivo pesato, la fascia di tolleranza e il metodo di pesatura dovrebbero essere scritti nell'accordo, altrimenti le due parti misurano cose diverse.

Una lista di controllo per il preordine per ordini con peso critico

1. Confermare il diametro esterno e il muro esatti sull'ordine di acquisto, non la dimensione del catalogo più vicina.
2. Selezionare la costante di densità corretta per il grado effettivamente fornito, non il grado nella richiesta.
3. Decidi se il contratto è sul peso teorico o effettivo e scrivilo.
4. Concordare la classe di tolleranza della parete, quindi calcolare il peso sia al limite superiore che a quello inferiore.
5. Convertire il tonnellaggio in lunghezze intere e verificare che il resto sia accettabile.
6. Aggiungere un margine di imballaggio compreso tra l'1 e il 3% per il peso lordo sui documenti di spedizione.
7. Controllare il peso del pezzo rispetto alla gru o al carrello elevatore disponibile sia nel porto di carico che nel sito di destinazione.
8. Ricalcolare il piano dei container rispetto al limite di carico utile, non al limite di volume, per carichi densi.

Ciascuno di questi passaggi richiede pochi minuti e previene le due modalità di guasto che costano di più: un container legalmente sovraccaricato sulla strada e un cliente che si aspettava 20 tonnellate e ha ricevuto 20,6 tonnellate con un certificato completamente valido.

Domande frequenti

Qual è la formula per il peso del tubo di acciaio inossidabile al metro?

(OD - spessore della parete) x spessore della parete x 0,02491 per il grado 304, con dimensioni in millimetri e risultato in chilogrammi per metro. Sostituire 0.02513 con 316L, 0.02450 con duplex o 0.02765 con Monel 400.

Perché la costante è diversa da quella dell'acciaio al carbonio?

Perché la densità è diversa. L'acciaio al carbonio utilizza 0,02466 basato su 7,85 g/cm3, mentre l'acciaio inossidabile 304 utilizza 0,02491 basato su 7,93 g/cm3. L'utilizzo della costante del carbonio su un ordine inossidabile sottostima il peso di circa l'1%.

Quanto è accurato il peso calcolato?

È esatto per dimensioni nominali e densità nominale. Rispetto a una spedizione fisica, aspettati una differenza dall'1 al 4% rispetto alla tolleranza della parete, alla lunghezza consentita e all'imballaggio, e fai un preventivo tenendo presente questo margine.

Come posso convertire i chilogrammi per metro in metri per tonnellata?

Dividere 1000 per il valore dei kg/m. A 16,24 kg/m, una tonnellata equivale a 61,6 metri. Questo è il modo più veloce per verificare se il tonnellaggio richiesto si trasforma in un numero ragionevole di lunghezze standard.

La formula funziona per tubi quadrati e rettangolari?

No, usa invece kg/m = 2t x (h l - 2t) x densità / 1000. Per 304 questo si semplifica a 0,01586 x t x (h l - 2 t) con tutte le dimensioni in millimetri.

Devo indicare il peso teorico o quello reale?

Il peso teorico è la norma internazionale per i tubi in acciaio inossidabile ed è quello che appare sulla maggior parte dei certificati di lavorazione. Se il contratto prevede il peso effettivo pesato, specificare per iscritto il metodo di pesatura e la fascia di tolleranza.

Quanto incide l'imballaggio sul peso della spedizione?

Tipicamente dall'1 al 3% per reggette, pattini, cappucci e imballaggi. Su tubi a spessore elevato la percentuale è inferiore; su tubi di piccolo diametro a parete sottile in fasci lunghi può essere maggiore.

Posso ridurre il peso del tubo senza modificare il diametro esterno?

Sì, in due modi: specificare una parete più sottile laddove la pressione di progettazione lo consente, oppure passare a un grado duplex con resistenza più elevata che consenta una parete più sottile per lo stesso compito. Entrambi cambiano la massa per metro ed entrambi cambiano i requisiti di saldatura e manipolazione.