Блог

Как силата на стягане на фланцовия болт определя ефективността на уплътнението

Физиката на поставяне на уплътнението: Защо минималната натовареност на болта е задължителна

Добро уплътнение на фланеца започва с прилагането на достатъчна стягаща сила чрез правилно затегнати болтове. Когато затегнем тези болтове, те притискат уплътнителния материал между двете повърхности на фланеца. Това компресиране запълва всички микроскопични неравности по повърхността и създава първата линия на защита срещу течове. Количеството сила трябва да надвишава както налягането, което отвън опитва да раздели фланцовете, така и степента, до която уплътнението естествено се стреми да се върне в първоначалното си състояние след компресиране. Повечето проблеми идват от недостатъчно затегане – проучвания показват, че около 73% от всички течове възникват, защото уплътнението не е било достатъчно компресирано. Различните уплътнения изискват различни количества сила, в зависимост от конструкцията им и налягането, на което ще бъдат подложени. Например, спирално навиваните уплътнения обикновено изискват около половината повече компресия в сравнение с масивните метални пръстеновидни уплътнения, ако искаме да спрем процеждането на течности. Важното обаче е да се поддържа тази стягаща сила в продължение на време. Само правилното настройване по време на монтаж не е достатъчно. Уплътнението трябва да остане ефективно, дори и когато температурите се променят, а налягането колебае по време на нормална експлоатация.

Превишено или недостатъчно прилагане на въртящ момент: Причини за изтичане в реални условия според API RP 14E и ASME PCC-1

Отклонението на въртящия момент е основна причина за изтичания на терен, като 68% се дължат на стойности извън ±15% от зададените. API RP 14E и ASME PCC-1 посочват три критични начина на повреда:

И двете стандарта изискват калибрирани инструменти и сертифициран персонал, за да се постигнат целевите натоварвания в строга допускова граница от 5% — като се признава, че точността при прилагането на въртящ момент е неразделна от надеждността на уплътняването.

Избор на подходящ клас болтове за фланци в зависимост от условията на експлоатация на тръбопровода

ASTM A193 B7, B16, L7 и B8M: Съответствие на якостта, корозионната устойчивост и топлинната стабилност спрямо работната среда

Изборът на правилния материал за болтове прави голяма разлика, когато се стигне до начина, по който връзките работят с времето. Например, сплавен стоманен болт по ASTM A193 B7 има впечатляваща якост при опън от 125 ksi, което го прави подходящ за високо налягане, но започва да се разгражда, когато температурите надвисят 400 градуса Целзий, и също не издържа много добре на корозия. Среди с кисел газ създават напълно различни предизвикателства. В този случай болтовете ASTM A193 L7 с техния закален мартенситна структура всъщност се справят по-добре срещу проблемите от напрежение на сулфидно напрежение. Операциите в открито море, които се сблъскват с много хлориди, се нуждаят от нещо съвсем различно. Болтовете от неръждаема стомана B8M са изключително ефективни благодарение на молибденовото съдържание, което спира образуването на дразнещи ямки. Ситуациите с термично циклиране, като тези в рафинериите, изискват болтове B16. Те запазват около 17% повече затегащо натоварване в сравнение с B7 при температура от около 550 градуса Целзий, според стандарти ASME от 2022 година. Данните от индустрията показват и нещо тревожно – докладите на NACE за корозия сочат, че приблизително 42% от проблемите с уплътнения идват от използването на болтове с погрешен клас. Имали сме случаи, при които хора са поставяли обикновени въглеродни стоманени болтове в кисели тръбопроводи и в крайна сметка са имали сериозни проблеми с водородна крехкост по-късно.

Геометрия и конфигурация на фланцови болтове: Осигуряване на равномерно разпределение на натоварването

Студ болтове срещу тап болтове срещу сглобки с двойни гайки – Влияние върху повтаряемостта и цикличната издръжливост

Формата на болтовете има голямо значение за това колко добре се разпределя силата на затегнатост върху пръстените. Студ болтовете, които са с нишки на двата края, осигуряват по-равномерно разпределение на напрежението и помагат да се предотврати натрупването на напрежение в точките на фланцовото съединение. Болтовете с вътрешна нишка обаче показват различна картина — те често създават неравномерни натоварвания, които могат да доведат до прекомерно компресирани или неправилно деформирани участъци на пръстена. При оборудване, което преминава през много цикли, двойните гайки правят голяма разлика, тъй като предотвратяват плъзгане по нишката при промяна на температурата по време на работа. Според индустриалния стандарт ASME PCC-1, при използване на студ болтове заедно с правилна последователност на затегчване, вариациите в натоварването падат под 15%. Това е значително подобрение в сравнение с системите с болтове с вътрешна нишка, при които вариациите обикновено са между 25 и 40%. Увеличаването на диаметъра на болтовете помага по-равномерно разпределяне на налягането, а по-дългите студ болтове по-добре издържат на повтарящи се цикли на напрежение — нещо от особено значение за съединения, които трябва редовно да понасят над 500 цикъла на налягане.

Оразмеряване на фланцови болтове в съответствие с изискванията: Клас, размер и класови изисквания по ASME B16.5

Стандартите ASME B16.5 не са просто препоръки – те всъщност са задължителни, когато става дума за осигуряване на безопасна работа без течове. Стандартът обхваща три основни фактора, които не могат да бъдат игнорирани: номинално налягане (клас), размери (диаметър и дължина) и якост на материала (клас). Например, фланец от клас 300, работещ при 500 паунда на квадратен инч и температура около 400 градуса по Фаренхайт, изисква значително по-силни болтове в сравнение с такива за фланец от клас 150. Когато компонентите не отговарят правилно на тези изисквания, проблемите настъпват бързо. Възниква неравномерно разпределение на налягането, което според някои скорошни отраслови доклади е причина за приблизително 37% от всички течове в тръбопроводите. Затова добри инженери винаги проверяват трите ключови параметъра заедно, преди да вземат решения относно подбора и монтажа на оборудването.

1. Изисквания за клас : Давлението-температурни класове определят минималната якост на болтовете
2. Размерни спецификации : Комбинации от диаметър/дължина, осигуряващи пълен засеч и достатъчно разтегляне
3. Съвместимост по клас : Материални сертификати (например ASTM A193), съобразени с изискванията за корозия, температура и механична устойчивост

Тричастният подход към уплътняването разглежда болтовете, пръстените и фланшовете като части от една голяма система, където проблеми с който и да е отделен елемент могат да доведат до повреда на цялата конструкция. Новите софтуерни инструменти за изчисляване на размери на болтове идват с вградени данни от ASME B16.5, така че работниците вече не трябва да извършват тези пресмятания ръчно. Полеви техници докладват около 23% по-малко проблеми с фитингите, откакто тези цифрови решения станаха достъпни през 2022 г. И не забравяйте да проверите коя версия на стандарта важи в момента, защото миналата година – 2021 г., имаше важни промени във високотемпературните сплави, за които все още много хора не са наясно, когато работят по инсталации.

Трикомпонентната система за уплътнение: Защо изборът на фланцови болтове трябва да съответства на конструкцията на уплътнението и фланеца

Цялостността на тръбопровода зависи от синхронизираната работа на фланци, уплътнения и болтове. Несъответствията между тези компоненти са основна причина за катастрофални повреди на връзките. Например спирално навитите уплътнения изискват с 30–50% по-ниско натоварване на болтовете в сравнение с RTJ уплътненията, за да се осигури правилно засядане без повреждане на металните навивки — съгласно насоките на ASME B16.20.

Спирално навити срещу RTJ уплътнения: Как типът уплътнение определя необходимо натоварване на фланцовите болтове и границата на овластване

Спирално навитите уплътнения работят чрез компресиране на гъвкави материали като графит вътре в метални намотки. Тези уплътнения постигат най-добри резултати, когато са компресирани между около 15 хиляди и 30 хиляди паунда на квадратен инч. Този диапазон е идеален за създаване на добро уплътнение, като в същото време запазва достатъчна еластичност на материала, за да поддържа свойствата си в продължение на време. Повечето спирални конструкции понасят промените на температурата доста добре, като обикновено възстановяват около 15 процента след цикли на разширяване и свиване. Уплътненията RTJ обаче са различни. Те изискват много по-високо налягане, тъй като всъщност деформират меки метали като алуминий или нежна стомана в пазовете на фланшовете. Това изисква поне 40 хиляди psi от болтовете, които държат всичко заедно. Какво се случва тук е създаването на постоянно метално контактно уплътнение, което изобщо не се възстановява. Недостатъкът? Ако тези болтове бъдат разтегнати над техните граници, цялата система става податлива на деформация и последващ отказ.

Изборът на болтове трябва да отразява тази основна разлика: спирално намотаните системи се възползват от болтове с по-голяма еластичност, за да поддържат натоварването по време на термични промени; системите RTJ изискват болтове с висока якост на овиване, способни да поддържат екстремни налягане за деформация. Според казуси по ASME B31.3, несъответствията са причина за 23% от повредите при запечатването във високонапорни тръбопроводи.