Блог

Съгласуване на спецификациите на фланцовите болтове с изискванията към уплътнителната лента и фланцовата повърхност

Съгласуване на предела на текучестта и дължината на болта с изискванията за компресия на уплътнителната лента (RF, FF, RTJ)

Изборът на правилната якост при опън за фланцовите болтове и подходящата им дължина е от голямо значение за постигане на добро компресиране на уплътнителната лента. При фланци с издадена уплътнителна повърхност (RF) по-голямата част от натоварването се концентрира върху тази малка уплътнителна кръгова зона, поради което са необходими по-силни болтове, за да се поддържа равномерно налягане и да се предотвратят онези досадни течове, които всички мразим в системи с високо налягане. Фланците с плоска уплътнителна повърхност (FF) функционират по различен начин, тъй като разпределят натоварването по цялата повърхност на уплътнителната лента. Това означава, че точното определяне на дължината на болтовете става изключително важно, за да се предотврати огъването на фланците, особено при работа с материали като чугун, който изобщо не се огъва добре. Фланците с пръстеновидно уплътнение (RTJ) създават уплътнения чрез метални уплътнителни ленти, които се поставят в специално изработени пазове. За тях са необходими болтове с достатъчна якост, за да се осигури правилно и плътно поемане в тези пазове — което става особено важно при екстремни температурни или налягащии условия. Използването на болтове с недостатъчна якост може да доведе до катастрофални повреди на уплътнителните ленти, докато прекалено силните болтове могат всъщност да повредят неметалните уплътнителни ленти. Според индустриални стандарти проучвания показват, че това може да увеличи проблемите с течовете с 15 до 30 процента при многократни цикли.

Как геометрията на фланцовата повърхност влияе върху разпределението на болтовата нагрузка и равномерността на уплътняването

Формата на фланцовите повърхности определя колко от болтовата сила всъщност се преобразува в подходящо уплътнително налягане. Фланците с издигната повърхност (RF) създават около 40–50 % по-високо концентрирано напрежение точно в тази издигната област, което означава, че по-плътни уплътнения могат да се постигнат с по-малко болтове общо. Но има и уловка: те изискват много внимателна последователност при затягане, за да се предотвратят досадните участъци, където компресията не е равномерна по цялата повърхност на уплътнението. Фланците с плоска повърхност (FF) разпределят натоварването по-равномерно и намаляват тези „горещи точки“ с високо налягане, поради което работят доста добре в системи, функциониращи при по-ниски налягания. Въпреки това, ако болтовете не са правилно подравнени по време на монтажа, цялата конструкция се разпада поради проблеми с неравномерната компресия. Фланците с пръстеново уплътнение (RTJ) използват съвсем различен подход — те използват специфични форми на пазове, за да заключат физически уплътнението на място. Те изискват около 25 % по-голяма начална сила за затягане в сравнение с RF-вариантите, но при правилно изпълнение осигуряват напълно безтечностна работа дори при температури над 600 °C. Комбинирането на различни типове фланци, например RF с FF, води до множество трудности, тъй като контактното налягане става непостоянно навсякъде. Това противоречи на целите, заложени в стандарта ASME B31.3 за такива съединения, а практическият опит показва, че несъвместимите фланцови повърхности водят до повреди при термично циклиране приблизително с 70 % по-често в сравнение с правилно съчетаните двойки.

Осигурете размерна съвместимост: брой на болтовите отвори, диаметър и диаметър на болтовата окръжност

Избягване на несъответствие между стандарти за фланци (ASME B16.5 срещу AWWA C110) и разположение на болтовете за фланец

Когато болтовите шаблони не съвпадат по размери, това често води до проблеми с разрушаването на фланцовите съединения. Промишлените стандарти за тръбопроводи, като ASME B16.5, определят конкретни изисквания за броя на болтовете, който трябва да се използва, диаметъра на отворите и тяхното разположение около фланцовата повърхност (последното измерване се нарича диаметър на болтовия кръг или BCD). Вземете за пример стандартен 12-инчов фланец от клас 150 – според тези спецификации очакваме точно 12 болта, разположени по кръг с диаметър 19,5 инча, като всеки отвор има точно 1 инч ширина. Но ако погледнем вместо това стандарта AWWA C110, който е разработен специално за градски водоснабдителни системи, нещата изведнъж се променят. За същия 12-инчов размер този стандарт предвижда всъщност 16 болта, а не 12. Защо? Защото проектирането на водоснабдителни системи поставя приоритет върху допълнителните болтове като резервен безопасен фактор, а не само върху усърдното задържане на налягането. Ако се смесват тези различни стандарти на място, възникват сериозни проблеми. Болтовете просто няма да се подравнят правилно и резултантната неподравеност води до неравномерно напрежение в уплътнителния материал. В крайна сметка това води до течове и деформирани фланци, с които никой не желае да се занимава по време на техническите прегледи.

Когато има вариации в диаметрите на болтовите окръжности, нещата бързо стават сложни. Според стандарта ASME B16.5 диаметърът на болтовата окръжност (BCD) всъщност нараства с увеличаване на номиналното налягане и размера на тръбата. Внимавайте обаче за спецификациите AWWA C110, които могат да се различават до 15 %. Например фланец с размер 4 инча и клас 300 според ASME има диаметър на болтовата окръжност от 9,25 инча. Същият по размер фланец, изпълняващ стандарта AWWA, може да има значително различен диаметър, което води до потенциални проблеми при хидростатично изпитване — фланцовите повърхности могат да се деформират или огънат. Преди закупуване или монтаж на каквито и да е компоненти, внимателно проверете тези размери. Статистиката от промишлеността показва, че правилното подравняване на болтовите шаблони спрямо изискванията на уплътненията може да намали течовете с около 40 %. Това напълно се обяснява — тези малки детайли имат голямо значение за предотвратяване на проблеми по-късно по време на техническото обслужване.

Несъвпадащите шарки ускоряват корозията в отворите за болтове и предизвикват преждевременно изтичане от съединенията — често само след няколко месеца от пускането в експлоатация.

Изберете подходящия материал и клас на якост на фланцовите болтове според условията на експлоатация

ASTM A193 B7 срещу A320 L7: Избор на фланцови болтове за приложения с термично циклиране и високо налягане, клас 300+

Болтовете ASTM A193 B7, изработени от термообработена легирана стомана, осигуряват изключителна здравина на опън, както и добра устойчивост срещу крип-деформация. Тези характеристики ги правят подходящи за приложения, свързани с термично циклиране до около 1000 градуса по Фаренхайт, а също така добре функционират в системи с високо налягане, класифицирани като клас 300 или по-висок. Това, което отличава тези болтове, е способността им да запазват както здравината, така и ударната вязкост при многократни цикли на разширение и свиване, без да загубят структурната си цялост. От друга страна, болтовете ASTM A320 L7 са специално формулирани за студени среди, където температурите могат да спаднат до минус 150 градуса по Фаренхайт. Те запазват пластичността си и устойчивостта си срещу образуване на пукнатини дори при използване в криогенни складови съоръжения или по време на транспортиране на течния природен газ. Използването на болтове B7 в изключително студени условия обикновено води до проблеми с крехко разрушение. По подобен начин, монтирането на болтове L7 в горещи рафинерийни среди, където те са изложени на интензивни механични напрежения, ще доведе до постепенна загуба на необходимата здравина с течение на времето. Изборът на правилния материал за болтове, адекватно съчетан с реалните експлоатационни условия, намалява с приблизително 30 процента отказите на съединенията, причинени от умора на метала, в различни типове критични инфраструктурни проекти.

Рискове от излишно висока якост на фланцовите болтове: прекомерно компресиране на уплътнението и течност в съединението

Използването на болтове, които са по-здрави от необходимите за дадената задача – например болтове от клас 10.9 или ASTM A193 B16 в нисконалягащи системи от клас 150, – води до прекомерно компресиране на уплътнителните пръстени. Когато се приложи твърде голяма сила, по-меките уплътнителни пръстени се сплескват над границите на своята устойчивост, което води до изтласкване на материала им извън фланците, пукане или постоянна деформация. Резултатът? По-лоши уплътнения и съединения, които протичат повече от обичайното – понякога дори двойно по-силно. Понякога, когато болтовете са прекалено жестки, особено при чугунени или тънки стоманени фланци, цялата фланцева повърхност се деформира. Изборът на правилна якост на болтовете е от решаващо значение, тъй като никой не иска течове. Повечето инженери вече знаят това. За системи, работещи при налягане под 300 psi, най-добре обикновено се използват болтове със стандартна якост, като ASTM A193 B7 или A307 Grade B. Те осигуряват достатъчно здраво стягане, без да унищожават уплътнителния материал.

Прилагайте контролирани процедури за стягане на болтовете, за да постигнете надеждно механично уплътняне

Изчисляване на минималния въртящ момент и предварителното натоварване, необходими за преодоляване на хидростатичната крайна сила и осигуряване на правилно посаждане на уплътнението

Постигането на добри механични уплътнения силно зависи от правилните процедури за затегане на болтовете, които излизат извън простото прилагане на въртящ момент и включват контролирано предварително натоварване. При фланците болтовете трябва да създадат достатъчно голяма сила, за да преодолеят т.нар. хидростатична крайна сила — това е основно разделяща сила, създадена от вътрешното налягане, което действа върху повърхностите на фланците. Освен това след монтажа трябва да остане достатъчно остатъчно напрежение, за да се запази уплътнението правилно посадено при работни условия. Как изчисляваме това минимално предварително натоварване? Основното изчисление изглежда по следния начин: вземаме вътрешното налягане и го умножаваме по площта, върху която се намира уплътнението, след което добавяме допълнителното напрежение, необходимо за правилно посаждане на уплътнението, като се имат предвид материалните му свойства. Правилното определяне на тези стойности е решаващо за получаването на безтечно съединение или такова, което се поврежда преждевременно.

Когато болтовете не са затегнати достатъчно, уплътнението не се поставя правилно върху повърхността на фланеца. От друга страна, прекомерното затягане може да изкриви фланеца, да разтегне болтовете над техните граници или дори да повреди самото уплътнение. Техниците на терена добре познават този проблем, тъй като индустриалните доклади показват, че около 70 % от тези досадни течове през фланците всъщност се дължат на неправилна последователност при затягане на болтовете, а не на дефектни части. Следването на стъпковия кръстосан модел, описан в Приложение А към ASME PCC-1, помага за равномерно разпределение на налягането по цялото съединение и предотвратява деформиране на фланците по време на монтажа. При високонапрежени приложения, където болтовете трябва да издържат напрежения от около 50 000 psi, правилните стойности за въртящ момент имат голямо значение. Използването на калибрирани ключове за въртящ момент вместо обикновени ударни ключове намалява вариацията в степента на затягане на всеки болт с около 30 %, особено когато се използват смазки с известни трибологични свойства. И не забравяйте да проверите отново затягането след около четири часа работа. Второто затягане компенсира естественото усаждане, което настъпва, когато уплътненията се релаксират и температурите се променят, което гарантира правилното функциониране на уплътненията по време на нормална експлоатация.

Често задавани въпроси

Какви фактори трябва да се вземат предвид при избора на фланцови болтове?

Вземете предвид границата на текучест, дължината и материала на фланцовите болтове, за да се осигури съответствие с изискванията за компресия на уплътнението и работните условия.

Как влияе геометрията на фланцовата повърхност върху уплътняването с уплътнение?

Формата на фланцовата повърхност влияе върху разпределението на болтовата товарна сила и равномерността на уплътняването с уплътнение; фланцовете с изпъкнала повърхност (RF), плоска повърхност (FF) и пазови фланцове (RTJ) изискват различни подходи за оптимална експлоатация.

Какво е значението на размерната съвместимост при фланцовите съединения?

Размерната съвместимост гарантира, че болтовите шаблони отговарят на стандартите за фланцове, като предотвратява проблеми като течове и деформации на фланците по време на монтаж и проверки в процеса на поддръжка.

Защо е от решаващо значение да се използва правилният материал и клас на якост на фланцовите болтове?

Правилният материал и клас на якост предотвратяват повреди, причинени от умора на метала при конкретни експлоатационни условия, като например екстремни температурни промени или среди с високо налягане.

Какви са рисковете при използването на фланцови болтове с прекалено висока спецификация?

Използването на прекалено здрави болтове може да доведе до прекомерно компресиране на уплътнителната прокладка, течове в съединението и други механични повреди.

Защо контролираните процедури за затягане на болтовете са важни?

Контролираните процедури гарантират правилно прилагане на момент на затягане и предварително натоварване, които са от съществено значение за постигане на надеждно механично уплътнение и предотвратяване на преждевременни повреди на фланците.