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फ्लैंज बोल्ट क्लैंपिंग बल सीलिंग प्रदर्शन को कैसे निर्धारित करता है

गैस्केट सीटिंग की भौतिकी: न्यूनतम बोल्ट लोड अटल क्यों है

एक अच्छी फ्लैंज सील प्राप्त करना उचित ढंग से कसे हुए बोल्ट का उपयोग करके पर्याप्त क्लैम्पिंग बल लगाने से शुरू होता है। जब हम इन बोल्ट को कसते हैं, तो वे दोनों फ्लैंज सतहों के बीच स्थित गैस्केट सामग्री को दबाते हैं। इस संपीड़न से सतह के सभी सूक्ष्म उभार भर जाते हैं और रिसाव के खिलाफ पहली पंक्ति का गठन होता है। बल की मात्रा इतनी होनी चाहिए कि वह अंदर से फ्लैंज को अलग करने वाले दबाव के साथ-साथ संपीड़न के बाद गैस्केट द्वारा स्वाभाविक रूप से वापस फैलने की प्रवृत्ति को भी पार कर सके। अधिकांश समस्याएं अपर्याप्त कसावट के कारण होती हैं—अध्ययनों से पता चलता है कि लगभग 73% रिसाव गैस्केट के उचित ढंग से संपीड़ित न होने के कारण होते हैं। विभिन्न गैस्केट को उनके डिज़ाइन और उन्हें झेलने वाले दबाव के आधार पर विभिन्न मात्रा में बल की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, तरल के रिसने को रोकने के लिए स्पाइरल वाउंड गैस्केट को आमतौर पर ठोस धातु वलय गैस्केट की तुलना में लगभग डेढ़ गुना अधिक संपीड़न की आवश्यकता होती है। हालाँकि, वास्तविक महत्व उस क्लैम्पिंग बल को समय के साथ बनाए रखने में है। सिर्फ स्थापना के समय इसे सही करना पर्याप्त नहीं है। सील को सामान्य संचालन के दौरान तापमान में परिवर्तन और दबाव में उतार-चढ़ाव के बावजूद भी बरकरार रहना चाहिए।

टॉर्क का अतिरिक्त या अपर्याप्त प्रयोग: API RP 14E और ASME PCC-1 के अनुसार वास्तविक दुनिया में रिसाव के कारण

क्षेत्र में रिसाव के प्रमुख कारणों में टॉर्क विचलन शामिल है, जिसमें 68% मामले निर्दिष्ट मानों के ±15% के बाहर आने वाले प्रयोगों से जुड़े हैं। API RP 14E और ASME PCC-1 तीन महत्वपूर्ण विफलता मोड की पहचान करते हैं:

दोनों मानकों के तहत लक्षित भार को सख्त 5% सहिष्णुता के भीतर प्राप्त करने हेतु कैलिब्रेटेड उपकरणों और प्रमाणित कर्मचारियों की आवश्यकता होती है—यह स्वीकार करते हुए कि टोक़ लागू करने में सटीकता सीलिंग विश्वसनीयता से अविभाज्य है।

पाइपलाइन सेवा की स्थितियों के लिए उचित फ्लैंज बोल्ट ग्रेड का चयन

ASTM A193 B7, B16, L7, और B8M: संचालन वातावरण के अनुरूप शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध और तापीय स्थिरता का मिलान

समय के साथ जोड़ों के प्रदर्शन के मामले में सही बोल्ट सामग्री का चयन करने से सब कुछ बदल जाता है। उदाहरण के लिए ASTM A193 B7 मिश्र इस्पात लें, जिसमें 125 ksi की उत्कृष्ट तन्य शक्ति होती है, जो उच्च दबाव वाले अनुप्रयोगों के लिए उत्तम है, लेकिन 400 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर पहुंचते ही यह खराब होने लगता है और संक्षारण को भी अच्छी तरह से संभाल नहीं पाता। अम्लीय गैस वातावरण पूरी तरह से अलग चुनौतियां प्रस्तुत करते हैं। यहां, सल्फाइड तनाव फ्रैक्चरिंग की समस्याओं के खिलाफ टेम्पर किए गए मार्टेंसिटिक संरचना वाले ASTM A193 L7 बोल्ट वास्तव में बेहतर प्रतिरोध प्रदान करते हैं। क्लोराइड्स की अधिकता वाले ऑफशोर ऑपरेशन्स को पूरी तरह अलग चीज की आवश्यकता होती है। मॉलिब्डेनम सामग्री के कारण B8M स्टेनलेस स्टील बहुत अच्छा काम करता है, जो उन परेशान करने वाले गड्ढों के बनने को रोकता है। रिफाइनरियों में देखे जाने वाले तापीय चक्रण जैसी स्थितियों के लिए B16 बोल्ट की आवश्यकता होती है। ASME मानकों के अनुसार 2022 में, लगभग 550 डिग्री सेल्सियस पर B7 की तुलना में ये लगभग 17 प्रतिशत अधिक क्लैंप लोड बनाए रखते हैं। उद्योग के आंकड़े एक चिंताजनक बात भी दिखाते हैं—NACE संक्षारण रिपोर्ट्स के अनुसार लगभग 42% सीलिंग समस्याएं गलत ग्रेड के बोल्ट के उपयोग से उत्पन्न होती हैं। हमने ऐसे मामले देखे हैं जहां लोगों ने अम्लीय प्रवाह मार्गों में सामान्य कार्बन स्टील बोल्ट लगा दिए और बाद में गंभीर हाइड्रोजन भंगुरता की समस्या का सामना करना पड़ा।

फ्लैंज बोल्ट की ज्यामिति और विन्यास: एकसमान भार वितरण सुनिश्चित करना

स्टड बोल्ट, टैप बोल्ट और डबल-नटेड असेंबली के बीच तुलना—दोहराव और उच्च-चक्र अखंडता पर प्रभाव

बोल्ट्स के आकार का गैस्केट्स पर क्लैम्पिंग बल के समान रूप से वितरित होने में बहुत बड़ी भूमिका होती है। दोनों सिरों पर थ्रेड किए हुए स्टड बोल्ट, तनाव के अधिक समान वितरण की अनुमति देते हैं और फ्लैंज संयोजन बिंदुओं पर तनाव बनने से रोकने में मदद करते हैं। टैप बोल्ट्स की कहानी अलग है, क्योंकि वे असमान लोडिंग पैटर्न बनाने की प्रवृत्ति रखते हैं, जिसके कारण गैस्केट पर अत्यधिक संपीड़न या गलत तरीके से विकृति हो सकती है। जिन उपकरणों को कई चक्रों से गुजरना पड़ता है, उनमें डबल नट्स बहुत अंतर लाते हैं क्योंकि वे संचालन के दौरान तापमान में परिवर्तन के साथ थ्रेड स्लिपेज को रोकते हैं। उद्योग मानक ASME PCC-1 के अनुसार, उचित कसने के क्रम के साथ स्टड बोल्ट्स का उपयोग करने पर लोड में भिन्नता 15% से कम हो जाती है। यह टैप बोल्ट प्रणालियों की तुलना में एक महत्वपूर्ण सुधार है, जहाँ भिन्नताएँ आमतौर पर 25 से 40% के बीच होती हैं। बड़े व्यास के बोल्ट्स का उपयोग करने से दबाव अधिक समान रूप से फैल जाता है, और लंबे स्टड्स बार-बार के तनाव चक्रों के लिए अधिक सहनशील होते हैं, जो उन जोड़ों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जो नियमित रूप से 500 से अधिक दबाव चक्रों को संभालने की आवश्यकता रखते हैं।

अनुपालन-आधारित फ्लैंज बोल्ट आकार: ASME B16.5 क्लास, आकार और ग्रेड आवश्यकताएँ

ASME B16.5 मानक केवल सुझाव नहीं हैं, सुरक्षित संचालन के लिए बिना रिसाव के ये मूल रूप से आवश्यकताएँ हैं। यह मानक तीन मुख्य कारकों को कवर करता है जिन्हें नज़रअंदाज़ नहीं किया जा सकता: दबाव रेटिंग (क्लास), आयाम (आकार और लंबाई), और सामग्री की शक्ति (ग्रेड)। उदाहरण के लिए, 500 पाउंड प्रति वर्ग इंच के तहत लगभग 400 डिग्री फारेनहाइट पर एक क्लास 300 फ्लैंज पर विचार करें। इस सेटअप के लिए क्लास 150 संस्करण के लिए उपयुक्त बोल्टों की तुलना में काफी मजबूत बोल्टों की आवश्यकता होती है। जब घटक ठीक से इन विनिर्देशों को पूरा नहीं करते हैं, तो चीजें तेजी से समस्याग्रस्त हो जाती हैं। दबाव वितरण में असमानता होती है, जो कुछ हाल की उद्योग रिपोर्टों के अनुसार सभी पाइपलाइन रिसावों का लगभग 37% का कारण बनती है। इसलिए अच्छे इंजीनियर हमेशा उपकरण चयन और स्थापना के बारे में कोई निर्णय लेने से पहले उन तीन मुख्य संख्याओं की जाँच करते हैं।

1. क्लास आवश्यकताएँ : न्यूनतम बोल्ट शक्ति को निर्धारित करने वाले दबाव-तापमान रेटिंग
2. आकार विन्यास : व्यास/लंबाई संयोजन जो पूर्ण थ्रेड एन्गेजमेंट और पर्याप्त तनाव सुनिश्चित करते हैं
3. ग्रेड संगतता : संक्षारण, तापमान और यांत्रिक मांगों के अनुरूप सामग्री प्रमाणन (उदाहरण के लिए, ASTM A193)

त्रिपक्षीय सीलिंग दृष्टिकोण बोल्ट, गैस्केट और फ्लैंज को एक बड़ी प्रणाली के भागों के रूप में एक साथ देखता है, जहां किसी एक भाग की समस्या पूरी स्थापना को प्रभावित कर सकती है। बोल्ट आकारों की गणना के लिए नए सॉफ्टवेयर उपकरण अब ASME B16.5 डेटा के साथ अंतर्निर्मित आते हैं, ताकि कार्यकर्ताओं को अब इन गणनाओं को हाथ से करने की आवश्यकता न हो। क्षेत्र तकनीशियनों का कहना है कि 2022 में इन डिजिटल समाधानों के उपलब्ध होने के बाद से फिटिंग से जुड़ी समस्याएं लगभग 23% कम हुई हैं। और याद रखें कि वर्तमान में कौन से संस्करण मानक लागू होते हैं, क्योंकि उच्च तापमान मिश्र धातुओं में महत्वपूर्ण बदलाव 2021 में हुए थे, जिनके बारे में अभी भी कई लोगों को जानकारी नहीं है जब वे स्थापनाओं पर काम कर रहे होते हैं।

त्रिपक्षीय सीलन प्रणाली: फ्लैंज बोल्ट चयन को गैस्केट और फ्लैंज डिज़ाइन के अनुरूप क्यों होना चाहिए

पाइपलाइन अखंडता फ्लैंज, गैस्केट और बोल्ट के समन्वित प्रदर्शन पर निर्भर करती है। इन घटकों के बीच असंगति आघातक जोड़ विफलता का मूल कारण है। उदाहरण के लिए, स्पाइरल-वाउंड गैस्केट को ASME B16.20 दिशानिर्देशों के अनुसार धातु वाइंडिंग को नुकसान पहुँचाए बिना ठीक से सीट करने के लिए RTJ गैस्केट की तुलना में 30–50% कम बोल्ट लोड की आवश्यकता होती है।

स्पाइरल-वाउंड बनाम RTJ गैस्केट: गैस्केट प्रकार कैसे आवश्यक फ्लैंज बोल्ट लोड और यील्ड मार्जिन को निर्धारित करता है

स्पाइरल वाउंड पैकिंग, धातु के कुंडलियों के अंदर ग्रेफाइट जैसी लचीली सामग्री को संपीड़ित करके काम करती है। इन पैकिंग का प्रदर्शन लगभग 15 हजार से 30 हजार पाउंड प्रति वर्ग इंच के बीच संपीड़न पर सबसे अच्छा होता है। यह सीमा सील बनाने के लिए उपयुक्त है और साथ ही सामग्री को समय के साथ अपने गुणों को बनाए रखने के लिए पर्याप्त लोचदार भी रखती है। अधिकांश स्पाइरल वाउंड डिज़ाइन तापमान में परिवर्तन को अच्छी तरह सहन करते हैं, आमतौर पर विस्तार और संकुचन चक्रों के बाद लगभग 15 प्रतिशत तक वापस लौट आते हैं। आरटीजे पैकिंग अलग होती हैं। इन्हें अधिक दबाव की आवश्यकता होती है क्योंकि ये एल्यूमीनियम या मृदु इस्पात जैसी नरम धातुओं को फ्लेंज के ग्रूव में विकृत कर देती हैं। इसके लिए सब कुछ एक साथ रखने वाले बोल्ट्स से कम से कम 40 हजार पीएसआई की आवश्यकता होती है। यहाँ जो होता है वह एक स्थायी धातु संपर्क सील का निर्माण है जो बिल्कुल भी पुनर्प्राप्त नहीं होती। नकारात्मक पक्ष? यदि उन बोल्ट्स को उनकी सीमा से अधिक खींच दिया जाता है, तो पूरी प्रणाली आगे चलकर विकृति और विफलता के लिए संवेदनशील हो जाती है।

बोल्ट का चयन इस मौलिक अंतर को ध्यान में रखकर किया जाना चाहिए: थर्मल परिवर्तन के दौरान भार बनाए रखने के लिए स्पाइरल-वाउंड प्रणालियों को उच्च लोच (इलास्टिसिटी) वाले बोल्ट की आवश्यकता होती है; वहीं आरटीजे प्रणालियों को चरम विरूपण दबाव बनाए रखने में सक्षम उच्च यील्ड-स्ट्रेंथ बोल्ट की आवश्यकता होती है। एएसएमई बी31.3 के केस अध्ययनों के अनुसार, उच्च दबाव वाली पाइपलाइनों में सीलिंग विफलताओं का 23% गलत मिलान के कारण होता है।