المخطط الكامل لجدول سماكات الأنابيب: شرح NPS وسُمك الجدار والوزن

جدول سماكات الأنابيب هو جدول ASME B36.10M المعياري الذي يربط بين المقاس الاسمي للأنبوب (NPS) ورقم جدول السماكة الاسمية لتحديد القطر الخارجي وسُمك الجدار والوزن لكل قدم للأنابيب الفولاذية الكربونية والسبائكية، ويُعرف أيضاً باسم جدول مقاسات الأنابيب أو جدول مقاسات الأنابيب الفولاذية. ويستخدمه المهندسون والمشترون لتحويل نداء أبعادي مكوّن من جزأين – “NPS 4 x Schedule 40” – إلى الأبعاد الفعلية التي يقطعها مصنع الصلب، وللتأكد من عدم استبدال أنبوب مصنّف لضغط خدمة معيّن بأنبوب ذي جدار أضعف في أمر شراء لاحق.

ما جدول سماكات الأنابيب؟

جدول مرجعي وفقاً لـ ASME B36.10M يوضح سُمك الجدار والقطر الخارجي والوزن لكل قدم لكل تركيبة من المقاس الاسمي للأنبوب (NPS) ورقم جدول السماكة الاسمية. وتلزم مثل هذه الجداول لأن تعريف الأنبوب بكلمة “قطر” فقط قد يسبب التباساً: فقد يكون “خط 4 بوصات” من Schedule 40 (جدار بسُمك 0.237 بوصة) أو Schedule 160 (جدار بسُمك 0.531 بوصة)، ويزن أحدهما أكثر من ضعف الآخر.

يوجد معياران مرتبطان بهذه البيانات: يغطي B36.10M الأنابيب الفولاذية الكربونية والسبائكية، بينما يغطي B36.19M الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ (مع نظام جداول سماكة اسميّة منفصل، يتضمن التسميات التي تحتوي على “S” والمبينة أدناه). ويجب على مشتري أنابيب الخطوط استخدام هذه المعلومات بالتزامن مع مواصفات API 5L للأنابيب المخصصة لخدمات نقل النفط والغاز.

“لا تكون الإشارة إلى جدول سماكة على رسم هندسي مفيدة إلا بقدر فائدة الجدول الذي تستند إليه. لقد رُفضت لدينا حزم أنابيب مجمعة عند فحص الاستلام لأن أحدهم طابق عمود الجدول الخطأ مع المقاس الاسمي الخطأ؛ ويجب قراءة الجدول وفق NPS أولاً ثم الجدول ثانياً، وليس العكس أبداً.”

المخطط الكامل لجدول سماكات الأنابيب (NPS 1/2″–24″، Schedule 40 و80)

إن الانتقال مباشرة إلى صف واحد من دون التحقق من عمود الجدول طريقة شائعة لانتهاء المشترين إلى طلب سُمك جدار خاطئ. ويبحث بعض القراء عن هذا الجدول باسم “جدول جداول وسماكات الأنابيب” بدلاً من اسمه الرسمي؛ وكلا الاسمين يشير إلى البيانات نفسها. يقدم الجدول أدناه بيانات للمقاسات التي تمثل الغالبية الأكبر بكثير من طلبات أنظمة الأنابيب في المصانع والمنشآت والأنابيب الناقلة، من NPS ½ إلى 24، عند Schedule 40 وSchedule 80، مع إحالة معلومات الأبعاد إلى سلسلة الأبعاد الصادرة في ASME B36.10M. وقد حُسب الوزن باستخدام معادلة الوزن الأساسية للنهاية العادية: W = 10.69 × (OD − t) × t (lb/ft)، مع قياس OD وt بالبوصات.

تمت مراجعة المقاسات 1/2 – 8 مرة ثانية مقابل مصدرين مستقلين منشورين. أما المقاس 10 وما فوق، فقد أُخذت بيانات سُمك الجدار من ASME B36.10M، وحُسب الوزن بالمعادلة أعلاه. وينشر المعيار نفسه أيضاً جداول سماكة إضافية غير معروضة أعلاه (5، 10، 20، 30، 60، 100، 120، 140، و160) باستخدام سلسلة سُمك الجدار نفسها.

سيتيح لك اشتقاق هذه الحسابات في القسمين التاليين حل أي سُمك للجدار، وكل ذلك استناداً إلى المعيار الأصلي نفسه بدلاً من البحث في ملف PDF آخر.

ما الذي يعنيه NPS فعلياً؟ (شرح المقاس الاسمي للأنبوب)

يُعد الطلب وفق NPS وحده من أكثر حالات الالتباس شيوعاً لدى المشترين: فـNPS (المقاس الاسمي للأنبوب) ليس قياساً فعلياً للقطر، بل تسمية، كما أن أي مقاس أقل من NPS 14 لا يساوي القطر الخارجي للأنبوب. وينتهي المشتري الذي يفترض أن “أنبوب 2 بوصة” يعني قطراً خارجياً قدره 2.000 بوصة إلى عدم تطابق التجويف في موقع العمل؛ إذ يبلغ القطر الخارجي الفعلي لـ”أنبوب 2 بوصة” 2.375 بوصة، بينما يبلغ القطر الخارجي لـ”أنبوب 12 بوصة” 12.750 بوصة.

من NPS 14 إلى 48، يساوي رقم NPS القطر الخارجي.

لكن اختلاف NPS 14 عن المعايير قديم وليس اعتباطياً. فقد كان طلب أنابيب الحديد يتم وفق الأبعاد الخارجية، وبالنسبة إلى المقاسات الصغيرة كان الفرق بين القطر الخارجي والقطر الداخلي كبيراً إلى حد أن الأنابيب المصنوعة وفق مقاسات أنابيب الحديد (IPS) استمرت حتى بعد اعتماد أبعاد الفولاذ وممارسات طلبه معياراً. أما في NPS 14 والأكبر، فيقترب القطران الخارجي والداخلي من الرقم نفسه، ولذلك واصل ASME مطابقة معيار القطر الخارجي الفعلي الجديد بدلاً من إعادة رسم مخططات معدات عمرها قرون.

DN وNPS: التحويل ليس مضاعفاً دقيقاً للعدد 25

DN، وهو المكافئ المتري (القطر الاسمي، من الفرنسية diamètre nominal)، يُتذكر عادةً وفق القاعدة التقريبية DN = 25 × NPS لتسهيل الحساب الذهني. وتعمل هذه القاعدة جيداً إلى حد ما في المقاسات الصغيرة (DN15 إلى 1/2 بوصة؛ DN50 إلى 2 بوصة)، لكن العلاقة لا تكون قريبة دائماً (كمضاعفات للعدد 25) في كل مقاس؛ فقد وُحّد DN وNPS كلٌّ على حدة، ثم جرى التوفيق بينهما بشكل غير كامل. هذا التقريب كافٍ للمحادثات غير الرسمية حول المقاسات، لكن يجب عليك التحقق من الرسم الأوروبي لمعرفة مقاس DN الحقيقي. وخارج أمريكا الشمالية، يُوسم البعد نفسه أحياناً بـ NB (التجويف الاسمي) بدلاً من DN؛ وكلاهما يشير إلى التجويف الاسمي المتري، وليس إلى القطر المقاس فعلياً.

كيف تُشتق أرقام جداول السماكة الاسمية؟ (معادلة الضغط إلى الجدار)

يُحدد سُمك جدار الأنبوب – ورقم جدول السماكة الاسمية المستخدم لتعريفه – بنسبة ضغط التصميم إلى إجهاد السماح للمادة وفق أكواد تصميم أنظمة الأنابيب مثل ASME B31.3، وليس بمجموعة اعتباطية من الأعداد الصحيحة: Schedule ≈ 1,000 × P / S، حيث يمثل P ضغط التصميم (MPa)، وتمثل S قيمة الإجهاد المسموح لمادة الأنبوب عند درجة حرارة التصميم (MPa).

إن جدول الأبعاد هذا في B36.10M هو بحد ذاته قائمة بسماكات الجدار وليس معادلة تشغيلية، لكن مبدأ التصميم الكامن وراء الجدول لا يزال قائماً على الحساب: تؤدي قيمة P/S الأعلى إلى رقم جدول سماكة اسميّة أعلى. ولذلك يظهر NPS واحد عبر نطاق كامل من سماكات الجدار بدلاً من قيمة واحدة فقط.

مثال تطبيقي: خط من الفولاذ الكربوني مخصص للعمل عند 6.9 MPa (1,000 psi) باستخدام أنبوب A106 Grade B وبإجهاد مسموح يقارب 137.9 MPa عند درجة حرارة التصميم يعطي: Schedule ≈ 1,000 × 6.9 / 137.9 ≈ 50. وبما أن الجداول متاحة فقط بزيادات محددة، يقرّب المهندس المحدد القيمة إلى أقرب جدول أعلى متاح – وهو 60 – وليس إلى الأسفل، بما يضمن ألا يكون جدار الأنبوب أرق من اللازم. وهذا القسْم الواحد يمثل عملياً معظم الحساب الكامن وراء كل رقم جدول سماكة اسميّة في مواصفة أنابيب.

Schedule 40 مقابل 80 و160: أيّها تحتاج؟

يُستخدم Schedule 40 لمعظم أنابيب المصانع والأنابيب الإنشائية ذات الضغط المنخفض إلى المتوسط؛ بينما ينتقل Schedule 80 إلى المستوى التالي لخدمات الضغط الأعلى أو التي تتطلب سماحية للتآكل؛ ولا يُستخدم Schedule 160 وXXS إلا لأنابيب الخطوط ذات الضغط العالي أو الخدمة القاسية التي يجب أن تحافظ على سُمك كافٍ حتى نهاية عمر خدمتها، وفق منطق إجهاد السماح في ASME B31.3 الموضح أعلاه.

الاختلافان الوحيدان في جداول السماكة الاسمية الـ3 هذه هما القطر الداخلي وسُمك الجدار لأي NPS؛ أما القطر الخارجي OD فهو نفسه، ولذلك فإن سُمك الجدار الأكبر في Schedule 80 يضيّق بالضرورة القطر الداخلي مقارنةً بـ Schedule 40 عند قيمة NPS نفسها.

إطار مُسمّى: محدِّد جدول السماكة الاسمية ذي العوامل الـ3 — قبل أن تلجأ تلقائياً إلى عقلية “لطالما استخدمنا Schedule 40”، قارن ضغط التصميم المطلوب بالإجهاد المسموح للمادة، وحدد درجة حرارة التصميم (ينخفض الإجهاد المسموح مع ارتفاع درجة الحرارة، وهو اتجاه قد يرفع جدول السماكة الاسمية لديك عند ضغط معيّن)، وطبّق سماحية للتآكل على أي خدمة ليست نظيفة وجافة وغير مسببة للتآكل تماماً. يكفي أن يعمل أي عامل من تلك العوامل الثلاثة ضدك لرفع جدول السماكة الاسمية، ولا يغني ارتفاع رقم الجدول بحد ذاته عن التحقق منها فعلياً. وكما أشار المصنّعون في نقاش عبر أحد المنتديات الإلكترونية، يمكنك تحقيق نتيجة الخدمة نفسها باستخدام جدار أنبوب SDR مصنّف أرق وأملس التجويف، كما في أنبوب الجدول ذي الرقم المناظر، لأن رقم الجدول وحده لا يعبّر بدقة عن هندسة التجويف أو اختلافات المادة.

ستندم فرق المشتريات التي تفشل في هذه الخطوة لاحقاً – مرتين. إذ يحدد دليل شراء لأحد موزعي الأنابيب الفولاذية أن “اختيار أنبوب Schedule 80 عندما يكفي أنبوب Schedule 40” من أكثر أخطاء المشتريات تكلفة؛ فالمواصفة الزائدة تهدر المال في كتلة فولاذية غير ضرورية، تماماً كما يؤدي نقص المواصفة إلى رفض مجموعة الأنابيب. وتوضح مدونة لجمعية تجارية في مجال التصنيع عواقب الحالة الأخيرة بعبارة مباشرة: “قد يؤدي عدم تطابق رقم الصهرة أو درجة الأنبوب أو الجدول إلى قبول مجموعة أنابيب كاملة أو رفضها بالكامل.”

وزن الأنبوب حسب جدول السماكة (المعادلة والجدول)

حساب كتلة الأنبوب الفولاذي ذي النهاية العادية: W = 10.69 × (OD − t) × t، حيث تمثل W الكتلة بوحدة lb/ft، ويمثل OD القطر الخارجي بالبوصات، ويمثل t سُمك الجدار بالبوصات. وتحدد معادلة الكتلة الأساسية نفسها جداول الوزن المنشورة إلى جانب سلسلة أبعاد ASME B36.10M. مثال: لأنبوب 4 NPS Sch. 40 (OD 4.500 in، وt 0.237 in): W = 10.69(4.500 – 0.237)(0.237) = 10.69(4.263)(0.237) = 10.80 lb/ft (وهي القيمة الموضحة في الجدول أعلاه وقيمة يجدر التحقق منها قبل اعتبار أي وزن لكل قدم في عرض سعر حقيقة ثابتة).

الوزن لكل قدم يتجاوز كونه مجرد مواصفة للمصنع. فهو يؤثر في فئة الشحنات؛ ويحدد سعة الرافعة ومعدات الرفع المطلوبة في موقع العمل؛ ويحدد عدد الوصلات التي تتسع لها الشاحنة من دون تجاوز حدود وزن الحمولة المختلطة. كما يساعد الوزن لكل قدم موزع الأنابيب على تحديد السعر لكل حزمة، وتحميل تكاليف النقل والمناولة على ذلك الرقم الدقيق؛ وقد يؤدي تغيير يبدو طفيفاً في جدول سماكة الأنبوب على رسم التصميم إلى تحويل ميزانية الخدمات اللوجستية للمشروع بأكثر من ميزانية المواد.

لا ترغب في حساب الوزن يدوياً؟ يطبّق حاسبة وزن الأنابيب الخاصة بـ Synbase وحاسبة وزن أنابيب SMLS الخاصة بكل مجموعة المنتجات المعادلة نفسها عبر نطاق NPS وجداول السماكة بالكامل، بما في ذلك المقاسات والمواد غير المعروضة في الجدول أعلاه.

كيفية تحديد مقاس الأنبوب وجدول السماكة في الموقع (من دون لوحة اسم)

تواجه أطقم العمل الميدانية هذه الحالة باستمرار في أعمال التعديل والإصلاح: يصل إلى الموقع مقطع أنبوب بلا شهادة اختبار مصنع أو وسم، ويتعين على الطاقم أن يقرر ما إذا كان سيلحم بديلاً مطابقاً أو يرسله للاختبار. وإذا أخطأ الطاقم ولحم بديلاً أخف من حيث جدول السماكة في خط بخار حي، فسيتعلم العواقب بالطريقة الصعبة عند اختبار الضغط الهيدروستاتيكي التالي. وعند غياب شهادة اختبار المصنع أو وسم يمكن قراءته على الأنبوب، يمكنك استنتاج NPS والجدول من خاصيتين يسهل قياسهما: القطر الخارجي وسُمك الجدار. استخدم القدمة ذات الورنية لقياس القطر الخارجي لنهاية الأنبوب وقارن النتيجة بعمود القطر الخارجي أعلاه لتحديد NPS؛ ثم قِس سُمك جدار الأنبوب عند الطرف المقطوع وقارن القيمة بالجداول المدرجة تحت NPS نفسه؛ ويجب أن تتطابق القياسات مع خلية واحدة فقط في الجدول.

طريقة التحقق الميداني من جدول السماكة: (1) قِس القطر الخارجي بالقدمة عند نهاية الأنبوب، وليس في منتصف الطول حيث يمكن لتراكم القشور أن يؤثر في القياس؛ (2) قِس سُمك الجدار في موضعين متباعدين بزاوية 90° واحسب المتوسط، لأن سماحية الدرفلة قد تختلف حول المحيط؛ (3) طابق القراءتين مع الجدول المناسب وحدد NPS ورقم الجدول؛ (4) إذا كان للأنبوب تقرير اختبار مصنع، فأكد رقم الصهرة الموجود على جسم الأنبوب مقابل شهادة اختبار المصنع قبل اعتبار التعرف مكتملاً؛ (5) إذا كان أي أنبوب مخصصاً لخدمة الضغط، فاعتبر قياس القدمة تحققاً ميدانياً وليس بديلاً عن الفحص القابل للتتبع.

تتطور مجالات الخبرة المتعلقة بالتحقق من سُمك الجدار. وتخضع طرق الكشف عن فقدان الجدار بالموجات فوق الصوتية وتسرب التدفق المغناطيسي لبراءات اختراع مستمرة (مثل US 2009/0243604، وهي طريقة لقياس سُمك جدار الأنبوب بتسرب التدفق المغناطيسي) وللمراجع الفنية الصناعية. وهذا يوضح لماذا يُعد قياس القدمة لمرة واحدة نقطة انطلاق في عملية التحديد، وليس بديلاً عن فحص موثق أثناء الخدمة.

هل تغيّر المادة جدول السماكة؟ (كربوني مقابل مقاوم للصدأ مقابل سبائكي)

عند وضع نسخة جدول سماكات الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ بجانب نسخة الفولاذ الكربوني، لا تتطابق الأرقام بالطريقة المتوقعة: فجدول سماكات الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ ليس مجرد جدول للفولاذ الكربوني مع تسمية مختلفة. ورغم أن رقم الجدول خاصية هندسية مشتركة بين جميع المواد، فإن الضغط المسموح عند ذلك الجدول يختلف من مادة إلى أخرى. كما يستخدم الأنبوب المقاوم للصدأ سلسلة مختلفة إلى حد ما من سماكات الجدار منذ البداية. ووفق ASME B36.19M (مواصفة الفولاذ المقاوم للصدأ)، تحمل الجداول لاحقة “S” (5S، 10S، 40S، 80S)، وعند المقاسات الأكبر من NPS 10 تقريباً تبدأ سلسلة سماكات جدار الفولاذ المقاوم للصدأ في الاختلاف عن سلسلة الفولاذ الكربوني في B36.10M ذات رقم الجدول نفسه. فعلى سبيل المثال، لن يكون أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ 40S مطابقاً أبعاده لأنبوب فولاذ كربوني Schedule 40 ذي NPS نفسه، وهو خطأ يظهر في صورة وصلة لا تستقر بشكل صحيح عند وصولها إلى الورشة.

يعتمد الضغط المسموح المرتبط برقم جدول معيّن أيضاً على طريقة تصنيع الأنبوب، وليس على المادة وحدها. ووفق B31.3 (كود الإنشاءات الخاص بالمصانع الكيميائية والمصافي)، يحمل الأنبوب SMLS، المثقوب من كتلة صلبة ومن دون درز لحام، معامل جودة وصلة (E) مقداره 1.00. أما الأنبوب القياسي الملحوم بالمقاومة الكهربائية (ERW) فله معامل جودة وصلة (E) مقداره 0.85. وهذا يعني أن أنبوب SMLS ذي NPS والجدول ودرجة المادة المتطابقة يمكنه تحمل ضغط داخلي أعلى بنحو 20% من أنبوب ERW. ولا يسمح B31.3 برفع هذه القيمة لأنبوب ERW بمجرد زيادة الفحص، إذ إن الدرز نفسه هو الحلقة الأضعف؛ ولذلك يمثل رقم الجدول نفسه حداً مختلفاً للضغط تبعاً لطريقة التصنيع، وليس لدرجة المادة فقط.

مرجع سريع لمجموعة المواد

جدول سماكات الأنابيب مقابل مقاس الأنبوب الدقيق: لا تخلط بين النظامين

تستخدم الأنابيب والأنابيب الدقيقة نهجًا مختلفًا جوهريًا لتحديد المقاسات، ويعني وصف 2-inch شيئَين مختلفين في كل حالة. يُحدَّد الأنبوب بمقاس NPS الاسمي (مقاس الأنبوب الاسمي) ورقم جدول السماكة الاسمية، حيث يُوحَّد القطر الخارجي وفقًا للمقاس بموجب ASME B36.10M/B36.19M. أما الأنبوب الدقيق فيُحدَّد وفق القطر الخارجي الفعلي المقاس، وغالبًا ما يُحدَّد برقم مقياس بدلًا من سُمك الجدار، من دون خطوة وسيطة للتسمية الاسمية. يبلغ القطر الخارجي لأنبوب 2 NPS مقدار 2.375 بوصة، بينما يبلغ القطر الخارجي لأنبوب 2 مقدار 2.000 بوصة بالضبط. هذا الالتباس خطأ حقيقي ومتكرر في الشراء: فالمشتري الذي يطلب وصلات أنابيب بمقاس “2-inch” لمسار أنبوب مقاس 2 بوصة، اعتمادًا على جدول سماكة الأنابيب، سيتلقى وصلات مخصّصة لأنبوب بقطر خارجي 2.375 بوصة، ولن تلائم ببساطة. ما لم تكن متأكدًا من أنك تتعامل مع أنبوب أو أنبوب دقيق، فإن مطابقة جدول الأنابيب مع جدول مقاسات الأنابيب الدقيقة ستضمن طلب وصلة الأنابيب الخاطئة.

المعايير الحاكمة: ASME B36.10M وB36.19M وAPI 5L

الاستشهاد بالمواصفة الخاطئة في أمر شراء خطأ شائع ومكلف: ASME B36.10M يحدد أبعاد أنابيب الفولاذ الكربوني والسبائكي المشغولة الملحومة وغير الملحومة؛ ASME B36.19M مخصص للفولاذ المقاوم للصدأ؛ أما API 5L (أحدث إصدار له هو الإصدار 47، المنشور في يونيو 2026، مع مواصفات إضافية لجودة لحام HFW، واختبارات الخدمة الحامضية، وخدمة خطوط نقل CO2، وغيرها) فيضيف اختبارات خاصة بأنابيب الخطوط وفق PSL1/PSL2 — اختبار الصدم، والاختبار غير المتلف لكل أنبوب، والاختبار الهيدروستاتيكي — إلى معايير الأبعاد B36.10M بدلاً من اعتماد اصطلاح مستقل للمقاسات. قد يحمل أنبوب موسوم بـ API 5L PSL2 وأنبوب موسوم فقط بـ ASME B36.10M القيمة نفسها تماماً لـ NPS وجدول السماكة الاسمية والقطر الخارجي وسُمك الجدار؛ والفرق يقتصر على الاختبارات المنفذة والمسجلة في الشهادة، وليس على الأرقام الواردة في جدول الأبعاد.

كيفية استخدام هذا الجدول عند تقديم طلب شراء (قائمة التحقق لطلب عرض السعر)

بعد تحديد مقاس الأنبوب مع رقم جدول السماكة من الجدول، فإن أسرع طريقة للحصول على عرض سعر دقيق من المصنع هي تقديم المعلومات الخمس نفسها التي يحتاج إليها المصنع لأي عرض سعر، بدلًا من الاكتفاء بتقديم المقاس الاسمي وافتراض وجود فهم مشترك لمعنى «قياسي». وسواء كنت تطلب أنبوبًا عاريًا أو وصلات الأنابيب (الأكواع والتيهات والمخفضات) التي تتصل به، فإن القاعدة نفسها تنطبق — يجب أن يطابق جدول سماكة الوصلة جدول سماكة الأنبوب.

الأسئلة الشائعة: جدول سماكة الأنابيب