管道公称尺寸(NPS)历史与应用

1管道公称尺寸(NPS)历史与应用接触过ASME管道工程的工程师都应该知道NPS的意思，它的全称是NominalPipeSize。它是北美用于高、低压及温度的管道尺寸标准体系之一。其管道尺寸用两个非尺寸的编号来标识：即用以英寸单位的NPS和管表号（用Sched.或Sch.）表示。与NPT（nationalpipethread）的简称来源相混淆有关，NPS常常被错误地叫做美国国家管道尺寸（NationalPipeSize）。对于其它的管道尺寸标准请有兴趣的同行参见相应的管道（材料）尺寸标准，这里不作详细说明。欧洲的相当于NPS的术语是DN（diamètrenominal/nominaldiameter），它的尺寸单位毫米表示。还有一个与NPS频繁相交互使用的术语是NB（nominalbore）。历史背景1927年3月，美国标准协会受权了一个委员会去标准化铸钢、铸铁钢和非标管（tube）的尺寸。当时只有一小部分的管壁厚系列被应用，即基于今天在使用的钢管尺寸IPS（ironpipesize）体系：标准重量（STD）、特加重壁厚（XS）和双倍特加重（XXS）管。但是这三个尺寸不满足应用的需要，于是此委员会在行业中进行了调查，制订了基于管壁厚分级差距更小的标识管壁厚的管表号系统（虽然IPS和NPS编号在意义上相同）。最初的目的是使每一个管表号编号与给定的压力等级相关联，但是通常使用中的此编号与管壁厚背离太大，当时的目的没有达到。曾在1939年希望将STD，XS和XXS三个壁厚标识逐步淘汰而采用管表号编号，但时至今日这三个仍在使用。自最初的管表号制订以来，基于行业应用和来自API、ASTM及其它标准，对管表号进行了多次修订和补充。不锈钢管的应用曾在20世纪中期很普遍，由于其抗腐蚀的优越性，更薄壁厚管被允许使用。截止1949年，基于压力要求修订的最接近BWG编号的薄壁厚管表号5S和10S被制订，后来又制订了加注“S”的此类其它管表号。由于它们薄壁性，此小尺寸的“S”管在ASMEStandard36.19M-2004规范上要求不能螺纹连接，只能采用电熔焊接连接。应用从NPS和管表号上不能看出相应的管外径（OD）和壁厚，只能通过ASME标准B36.10M和B36.19M来获得。例如，NPS14Sch40，通过查标准可知其OD为14英寸、壁厚为0.437英寸。但是，并不是所有的NPS和OD对应的值都是一样的，这样就产生的混乱。对于NPS1/8到NPS12英寸，其NPS和OD值是不相同的。例如，NPS12管的OD实际上是12.75英寸；要知道其真实的OD，只能通过标准查知。（注：对于Tube管，其NPS总是与实际的OD相同）NPS14及以上尺寸，NPS与OD值是相同的。换句话说，一个NPS14的管子，其真实的OD也正好是14英寸。NPS1/8到NPS12英寸的管子尺寸其NPS与OD不同的原因是，当时壁厚标准最初对这些管的NPS值用同一内径（ID）表示。后来经过发展，ID也有所变化，于是对这些尺寸的管用NPS既不与ID相同，也不与OD相同。对于一个给定的NPS，其OD总是保持不变，其壁厚随着管表号增大。对于一个给定的管表2号，其OD随着NPS而增大，但壁厚保持不变或增大。如果应用ASMEB31.3中的公式，可以发现随着NPS的增加而保持不变的管表号其压力等级是会降低。在有些规定书上使用的管表号为：标准壁厚（STD）、特加重（XS）、双倍特加重（XXS），尽管这种表示方法已属于一种老的被称为钢铁管尺寸（IPS）的标识方法。IPS编号与NPS编号方法是一样的。对于NPS1/8到NPS10（包括NPS10）之间的尺寸，STD与SCH40S是一样的；XS与SCH80S是一样的；不同的是XXS，其与SCH160通常更厚一些。管表号数字后加注的“S”，比如“NPSSch10S”最常用于不锈钢管的壁厚标识中，但也有一些不锈钢管的壁厚也用不加“S”的碳钢－合金钢（对应标准ASMEB36.10M）标准选用，因此说加注了“S”只是区别ASMEB36.19M中不同于ASMEB36.10M。对于PVC和CPVC管来说它们都采用NPS的尺寸标识。NominalPipeSizeNominalPipeSize(NPS)isaNorthAmericansetofstandardsizesforpipesusedforhighorlowpressuresandtemperatures.[1]Pipesizeisspecifiedwithtwonon-dimensionalnumbers:anominalpipesize(NPS)basedoninches,andaschedule(Sched.orSch.).NPSisoftenincorrectlycalledNationalPipeSize,duetoconfusionwithnationalpipethread(NPT).Forotherpipesizestandards,seepipe(material)-sizes.TheEuropeandesignationequivalenttoNPSisDN(diamètrenominal/nominaldiameter),inwhichsizesaremeasuredinmillimetres.[2]ThetermNB(nominalbore)isalsofrequentlyusedinterchangeablywithNPS.HistoryInMarch1927,theAmericanStandardsAssociationauthorizedacommitteetostandardizethedimensionsofwroughtsteelandwroughtironpipeandtubing.Atthattimeonlyasmallselectionofwallthicknesseswereinuse:standardweight(STD),extra-strong(XS),anddoubleextra-strong(XXS),basedontheironpipesize(IPS)systemoftheday.Howeverthesethreesizesdidnotfitallapplications.Thecommitteesurveyedtheindustryandcreatedasystemofschedulenumbersthat3designatedwallthicknessesbasedonsmallerstepsbetweensizes,[3]althoughIPSandNPSnumbersremainequivalent.Theoriginalintentwasthateachschedulewouldrelatetoagivenpressurerating,howeverthenumbersdeviatedsofarfromwallthicknessesincommonusethatthisoriginalintentcouldnotbeaccomplished.[3][4]Also,in1939,itwashopedthatthedesignationsofSTD,XS,andXXSwouldbephasedoutbyschedulenumbers,howeverthoseoriginaltermsarestillincommonusetoday(althoughsometimesreferredtoasstandard,extra-heavy(XH),anddoubleextra-heavy(XXH),respectively).Sincetheoriginalscheduleswerecreated,therehavebeenmanyrevisionsandadditionstothetablesofpipesizesbasedonindustryuseandonstandardsfromAPI,ASTM,andothers.[3]Stainlesssteelpipes,whichwerecomingintomorecommonuseinthemid20thcentury,permittedtheuseofthinnerpipewallswithmuchlessriskoffailureduetocorrosion.By1949thinnerschedules5Sand10S,whichwerebasedonthepressurerequirementsmodifiedtothenearestBWGnumber,hadbeencreated,andotherSsizesfollowedlater.Duetotheirthinwalls,thesmallerSsizescannotbethreadedtogetheraccordingtoASMEcode,butmustbefusionwelded.[5]ApplicationBasedontheNPSandscheduleofapipe,thepipeoutsidediameter(OD)andwallthicknesscanbeobtainedfromreferencetablessuchasthosebelow,whicharebasedonASMEstandardsB36.10MandB36.19M.Forexample,NPS14Sch40hasanODof14inchesandawallthicknessof0.437inches.HowevertheNPSandODvaluesarenotalwaysequal,whichcancreateconfusion.ForNPS⅛to12inches,theNPSandODvaluesaredifferent.Forexample,theODofanNPS12pipeisactually12.75inches.TofindtheactualODforeachNPSvalue,refertothetablesbelow.(Notethatfortubing,thesizeisalwaystheactualOD.)ForNPS14inchesandup,theNPSandODvaluesareequal.Inotherwords,anNPS14pipeisactually14inchesOD.ThereasonforthediscrepancyforNPS⅛to12inchesisthattheseNPSvalueswereoriginallysettogivethesameinsidediameter(ID)basedonwallthicknessesstandardatthetime.However,asthesetofavailablewallthicknessesevolved,theIDchangedandNPSbecameonlyindirectlyrelatedtoIDandOD.4ForagivenNPS,theODstaysfixedandthewallthicknessincreaseswithschedule.Foragivenschedule,theODincreaseswithNPSwhilethewallthicknessstaysconstantorincreases.UsingequationsandrulesinASMEB31.3ProcessPiping,itcanbeshownthatpressureratingdecreaseswithincreasingNPSandconstantschedule.[4]Somespecificationsusepipeschedulescalledstandardwall(STD),extrastrong(XS),anddoubleextrastrong(XX