A densidade do aço inoxidável não é um número. Entre os tipos usados para flexitubo, linhas de controle e cabos de instrumentos, ele se move entre aproximadamente 7,70 e 8,10 g/cm3, e essa dispersão só se transforma em carga real quando é multiplicada por 5.000 metros de tubo em uma bobina ou por uma corda de 3.000 metros pendurada em um poço. Um erro de densidade de um por cento em uma coluna de dez toneladas é de 100 quilogramas que ninguém colocou na tabela de carga.
O que a densidade do material SS realmente mede
A densidade do material SS é a massa de aço inoxidável por unidade de volume e, para tipos de tubos para campos petrolíferos, é normalmente cotada entre 7,70 e 8,10 g/cm3 à temperatura ambiente.
A densidade do material SS é uma propriedade da liga, não do formato: um capilar de 6 mm e um tubo de 2 polegadas do mesmo tipo compartilham uma densidade e apenas seu volume difere.
A densidade é a massa dividida pelo volume, portanto as unidades são tão importantes quanto o valor. Um grau cotado em 7,93 g/cm3 também é 7.930 kg/m3 e 495 lb/ft3. A gravidade específica, o valor impresso na maioria dos certificados de fábricas, é o mesmo número com as unidades retiradas, porque a água está em 1.000 g/cm3.
Conversões de unidades para aço inoxidável grau 304 com densidade nominal de 7,93 g/cm3. | Unidade | Valor | Onde é usado |
| g/cm3 | 7.93 | Figura de referência padrão |
| kg/m3 | 7.930 | Cálculos estruturais e de carga |
| kg/dm3 | 7.93 | Dados da fábrica europeia |
| lb/pol3 | 0.286 | Tabelas de peso de tubos dos EUA |
| lb/ft3 | 495 | Estimativas de volume e envio |
| Gravidade específica | 7.93 | Certificados de moinho, sem unidade |
A densidade por si só não dirá quanto pesa um tubo. O peso é a densidade multiplicada pelo volume, portanto, um moinho que mantém a densidade em mais ou menos 0,02 g/cm3, mas trabalha com parede com oito por cento de peso, ainda envia uma coluna mais pesada do que o gráfico de carga assumido. As duas tolerâncias devem ser lidas em conjunto.
Densidade do aço inoxidável por grau
O grau 304 fica próximo a 7,93 g/cm3, 316 a 8,00 g/cm3, 316L a 7,98 g/cm3, 321 a 7,90 g/cm3 e duplex 2205 a 7,80 g/cm3.
Densidade à temperatura ambiente de tipos de aço inoxidável usados em tubulações de campos petrolíferos, linhas de controle e cabos. | Nota | ONU | g/cm3 | Uso típico em campos petrolíferos |
| 304 | S30400 | 7.93 | Flexitubo, linhas de controle, tubulação geral |
| 304L | S30403 | 7.90 | Tubo soldado com controle rígido de carbono |
| 316 | S31600 | 8.00 | Fluidos de poço contendo cloreto, tubulação de instrumento |
| 316L | S31603 | 7.98 | Revestimentos de cabos, hardware de conclusão |
| 321 | S32100 | 7.90 | Serviço de alta temperatura |
| 2205 duplex | S32205 | 7.80 | Linhas de fluxo e linhas de controle de alta resistência |
| 430 ferrítico | S43000 | 7.70 | Peças de acabamento e sem pressão |
Cada 0,10 g/cm3 de diferença de densidade equivale a cerca de 1,3% do peso total do mesmo tubo.
O padrão é fácil de ler. O níquel a 8,90 g/cm3 e o molibdênio a 10,2 g/cm3 aumentam a densidade, razão pela qual 316 com 2 a 3 por cento de molibdênio é o mais denso dos dois tipos de trabalho. O cromo a 7,19 g/cm3 e a estrutura de ferrite cúbica centrada no corpo puxam-no para baixo, e é por isso que 430 e duplex ficam mais baixos. A família de 18 a 8 anos por trás da maioria dessas séries é descompactada neste divisão de notas e composição .
As tabelas publicadas discordam em até 0,05 g/cm3 para o mesmo grau, porque foram medidas em temperaturas diferentes ou arredondadas de forma diferente. Quando a margem de carga for inferior a 3%, obtenha a densidade do certificado da fábrica e não da página do catálogo.
O que muda o número no serviço
Para trabalhos com carga à temperatura ambiente, um valor é suficiente. Três efeitos alteram a densidade do aço inoxidável, e apenas o primeiro deles geralmente importa.
Temperatura
O aço inoxidável austenítico se expande à medida que aquece, então a densidade cai. A expansão linear do 304 é de cerca de 17,3 microdeformações por grau Celsius e a mudança volumétrica é cerca de três vezes maior, portanto, entre a temperatura ambiente e 700°C, a densidade do 304 cai de 7,93 para aproximadamente 7,65 g/cm3.
Trabalho a frio
O estiramento e o enrolamento podem formar uma pequena martensita induzida por deformação, que compacta os átomos com menos eficiência. O 304 trabalhado a frio geralmente mede 7,88 a 7,91 g/cm3, cerca de 0,3% abaixo do valor recozido. Pequeno, mas explica por que duas bobinas do mesmo tipo podem diferir em uma balança.
Liga e variação calor-aquecimento
A adição de 2 por cento de molibdênio a uma química do tipo 304 aumenta a densidade em cerca de 0,07 g/cm3, enquanto uma estrutura totalmente ferrítica a reduz em 0,2 g/cm3 ou mais. A variação entre as corridas dentro de um único grau normalmente fica dentro de 0,02 g/cm3.
Regra de trabalho: trate o aço inoxidável da série 300 como 7,93 g/cm3, a menos que a margem de carga seja inferior a 3%, e então use o valor certificado para o calor.
Da densidade ao peso por metro de tubo
O peso por metro de um tubo redondo de aço inoxidável é pi multiplicado por (OD menos parede) multiplicado pela parede multiplicado pela densidade, dividido por 1000, com diâmetro externo e parede em milímetros e densidade em g/cm3.
W (kg/m) = 3,1416 x (OD - t) x t x densidade / 1000
Fatores de atalho: 0,02491 para 304, 0,02513 para 316, 0,02450 para duplex 2205
Dividir pi vezes a densidade por 1000 reduz a fórmula a um único fator por classe, e é por isso que as tabelas de peso dos tubos são impressas por classe e não por família de liga.
Um tubo de 1,5 polegadas com diâmetro externo de 38,1 mm com uma parede de 0,095 polegadas de 2,41 mm no grau 316 dá 0,02513 vezes 2,41 vezes 35,69, ou 2,16 kg/m. O mesmo tubo em 304 percorre 2,14 kg/m. Vinte gramas por metro são ruído; em um carretel de 5.000 metros, pesa cerca de 100 kg.
- Confirme o diâmetro externo e a parede no certificado da fábrica, não no desenho nominal.
- Calcule a seção transversal: a área é igual a 3,1416 vezes (DE menos parede) vezes parede.
- Multiplique pela densidade do teor para obter a massa por metro.
- Multiplique pelo comprimento total e adicione acessórios, cabos e ferragens do carretel para a carga real.
7.93 densidade g/cm3, grau 304
0.02491 fator de peso, tubo 304
2.16 kg/m, 1,5 pol. x 0,095 pol., 316
10,8 toneladas 5.000 m desse tubo
Por que o número é importante no fundo do poço e no carretel
A densidade alimenta o lado da carga de cada decisão de tubulação: peso da coluna, capacidade do molinete, classificação do guincho e limites de transporte.
316 inoxidável 8.00
304 inoxidável 7.93
Aço carbono 7.85
Dúplex 2205 7.80
Titânio 4.51
Alumínio 2.70
Seguem três números para um trabalho típico de 3.000 metros.
- No ar, 3.000 m de tubo 316 de 1,5 polegadas por 0,095 polegadas pesam cerca de 6,5 toneladas.
- Em salmoura com gravidade específica de 1,5, o fator de flutuabilidade é 1 menos 1,5 dividido por 7,93, ou 0,81, então o peso submerso é de cerca de 5,3 toneladas.
- O mesmo tubo em uma bobina de 5.000 m pesa 10,8 toneladas antes da contagem da bobina, do cabo e dos acessórios.
Tubo de óleo contínuo de aço inoxidável para reparo e perfuração de poços A tubulação contínua nas classes 316L, 316, 304, Incoloy e duplex é adequada para workover, perfilagem e perfuração, incluindo trabalhos típicos de 3.000 metros. Ver Produto → A densidade altera o peso, não a força. A pressão de ruptura e colapso vem da espessura da parede, resistência ao escoamento e ovalidade, portanto, mudar de classe compra cerca de um por cento, enquanto aparar a parede compra dez por cento e custa classificação de pressão.
Uma linha de controle de um quarto de polegada com uma parede de 0,035 polegada em 316 pesa cerca de 0,12 kg/m, então 8.000 metros em um carretel equivalem a pouco menos de uma tonelada, leve o suficiente para ser executado em uma pequena plataforma de reparo.
Tubulação de controle hidráulico de aço inoxidável e tubulação capilar A linha de controle 316 de um quarto de polegada pesa cerca de 0,12 kg/m; verifique cuidadosamente a densidade do material e da unidade para monitoramento de pressão, injeção de produtos químicos e controle de válvula. Ver Produto → Série Austenítica 300
- Densidade 7,90 a 8,00 g/cm3
- Rendimento recozido 205 a 310 MPa
- Melhor flexibilidade para flexitubo
- Não magnético quando totalmente recozido
Dúplex 2205
- Densidade 7,80 g/cm3, cerca de 1,5% mais leve
- Rendimento 450 a 550 MPa
- Maior resistência permite paredes mais finas
- É necessário soldagem mais rigorosa e controle de ferrite
Cinco erros de densidade que atingem especificações reais
A maioria dos erros de densidade nas especificações da tubulação vem da mistura de materiais, mistura de unidades ou suposição de que o número é exato.
- Usando 7,85 g/cm3 como valor para o aço. Isso é aço carbono; aplicado a 316, subestima o peso em cerca de 1,9 por cento.
- Misturando lb/ft3 com kg/m3. 495 contra 7.930 é um fator de dezesseis, e isso acontece com mais frequência quando uma tabela de pesos dos EUA atende a um pedido de compra métrico.
- Usando parede nominal. Uma tolerância de parede de mais ou menos 10% movimenta a massa muito mais do que qualquer opção de classe dentro da série 300.
- Ignorando a flutuabilidade. Em salmoura com gravidade específica de 1,5, o peso efetivo da coluna é de cerca de 81% do peso do ar.
- Assumindo uma densidade em um certificado. Os calores variam em aproximadamente 0,02 g/cm3 e combinam com a tolerância da parede.
Coloque a densidade e a tolerância da parede na mesma linha da ordem de compra. Um valor de peso sem faixa de tolerância não é uma especificação.
Acessórios e conectores adicionam uma massa pequena, mas real, em cada junta, e seu comportamento sob vibração varia de acordo com a carga que toda a corda carrega, portanto, eles pertencem ao mesmo cálculo.
Junta de virola de aço inoxidável para tubulação de fluidos e gás Os acessórios adicionam cargas de massa e vibração; este terminal de ponteira 304/316L tem classificação de 0–20 MPa para petróleo, água e gás, com densidade austenítica próxima a 8.000 kg/m³. Ver Produto → Perguntas frequentes
Qual é a densidade do aço inoxidável em kg/m3?
A maioria dos graus austeníticos fica entre 7.900 e 8.000 kg/m3 à temperatura ambiente. O grau 304 é geralmente considerado como 7.930 kg/m3 e o grau 316 como 8.000 kg/m3.
O aço inoxidável é mais denso que o aço carbono?
Um pouco. O aço carbono tem cerca de 7,85 g/cm3 e o aço inoxidável 304 tem 7,93 g/cm3, cerca de um por cento a mais, então um pedido de dez toneladas de aço carbono equivale a cerca de 10,1 toneladas de aço inoxidável.
A densidade do aço inoxidável muda com a temperatura?
Sim. A expansão térmica a reduz em cerca de 3 a 4 por cento entre a temperatura ambiente e 700°C, portanto, as estimativas de carga de temperatura elevada devem usar uma densidade reduzida em vez do valor do catálogo.
Como calculo o peso de um tubo inoxidável a partir de sua densidade?
Multiplique pi por (OD menos parede) pela parede pela densidade e divida por 1000, com dimensões em milímetros e densidade em g/cm3. Para 304, o atalho é 0,02491 vezes os tempos da parede (OD menos parede) em quilogramas por metro.
Se dois fornecedores cotarem o mesmo tubo com pesos por metro diferentes, a densidade raramente é o motivo. Peça primeiro a tolerância da parede.
As tabelas de densidade publicadas são um ponto de partida. O valor certificado para o calor, juntamente com a tolerância da parede que o acompanha, é o que pertence ao cálculo de carga.
Se a densidade, a tolerância da parede e o peso por metro precisarem ser confirmados em relação a uma sequência específica, envie o diâmetro externo, a parede, a classe e o comprimento total com a consulta através do página de contato e os números voltam com a cotação.
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