Blog

Hogyan határozza meg a flange csavarok fogóereje a tömítési teljesítményt

A tömítés elhelyezésének fizikája: miért nélkülözhetetlen a minimális csavarkerület

A jó tömítési zár elérése abból indul ki, hogy elegendő szorítóerőt alkalmazunk megfelelően meghúzott csavarok segítségével. Amikor ezeket a csavarokat meghúzzuk, összenyomják a tömítőanyagot a két flangesík között. Ez az összenyomás kitölti a felületek apró egyenetlenségeit, és így jön létre az első védelmi vonal a szivárgások ellen. A kifejtett erőnek felül kell kerekednie mind a belső nyomás által kifejtett, a flangelemeket széttoló erőn, mind pedig a tömítőanyag természetes visszacsavarodási hajlamán. A legtöbb probléma a nem elegendő meghúzásból adódik – tanulmányok szerint körülbelül az összes szivárgás 73%-a a tömítőgyűrű helytelen összenyomásából ered. A különböző tömítések eltérő mértékű erőt igényelnek, attól függően, milyen tervezésűek és milyen nyomásnak lesznek kitéve. Például a spirális tekercses tömítések általában kb. másfélszer nagyobb összenyomást igényelnek, mint a tömör fémtömítő gyűrűk, ha meg akarjuk akadályozni a folyadékok szivárgását. Ám ami valójában a legfontosabb, az az idővel fenntartott szorítóerő. Csak a telepítéskor helyes beállítás nem elegendő. A tömítésnek állania kell a sarat akkor is, amikor a hőmérséklet változik és a nyomás ingadozik a normál üzem során.

Nyomaték túl- vagy alulalkalmazása: Valós körülmények közötti szivárgások az API RP 14E és ASME PCC-1 szerint

A nyomatékváltozás a terepi szivárgások elsődleges okozója, amelyek 68%-a a megadott értékek ±15%-os határán kívül eső alkalmazásból adódik. Az API RP 14E és az ASME PCC-1 három kritikus hibamódot határoz meg:

Mindkét szabvány kalibrált eszközök és minősített személyzet alkalmazását írja elő a célterhelések eléréséhez szigorú, 5%-os tűréshatáron belül—felismerve, hogy a nyomaték pontos alkalmazása elválaszthatatlan a tömítettségi megbízhatóságtól.

A megfelelő flangacsavar-osztály kiválasztása csővezeték üzemeltetési körülményekhez

ASTM A193 B7, B16, L7 és B8M: Szilárdság, korrózióállóság és hőstabilitás összeegyeztetése az üzemeltetési környezettel

A megfelelő csavarminta kiválasztása teszi ki az egész különbséget az időben bekövetkező csatlakozások teljesítménye szempontjából. Vegyük például az ASTM A193 B7 ötvözött acélt, amely 125 ksi széles húzószere sikerrel bír, kiválóan alkalmas magas nyomású alkalmazásokra, de kezd széthullani, amint a hőmérséklet meghaladja a 400 fokot, és nem kezeli túl jól a korróziót sem. A savas gázok környezete teljesen más kihívásokat jelent. Itt az ASTM A193 L7 csavarok, amelyek edzett martenzites szerkezettel rendelkeznek, valójában jobban ellenállnak a szulfidos feszültségrepedezési problémáknak. A tengeri műveletek, amelyek sok kloridot kezelnek, egészen más megoldásra számítanak. A B8M rozsdamentes acél csodákat művel a molibdén tartalom miatt, amely megállítja azokat a bosszantó bemélyedéseket. Termikus ciklusok, mint amilyeneket finomítókban látunk, inkább a B16 csavarokat igénylik. Ezek az ASME 2022-es sztenderd szerint körülbelül 17 széles tömítőerőt tartanak meg a B7-hez képest körülbelül 550 fokos hőmérsékleten. Az ipari adatok is riasztó dolgokat mutatnak: a NACE korróziós jelentések szerint a tömítési problémák körülbelül 42 széles része a rossz minőségű csavarok használatából adódik. Láttunk olyan eseteket, amikor rendes szénacél csavarokat helyeztek el savas áramlási utakban, és később komoly hidrogénridegítési problémák léptek fel.

Flenszcsavar geometria és konfiguráció: az egyenletes terheléseloszlás biztosítása

Szerszámcavargombok vs. Menetes csavarok vs. Kétszoros anyás szerelvények – Ismételhetőségre és nagy ciklusú integritásra gyakorolt hatás

A csavarok alakja nagy szerepet játszik abban, hogy a fogóerő mennyire egyenletesen oszlik el a tömítéseken. A két végén menetes rudacsavarok lehetővé teszik az egyenletesebb feszítési erő-eloszlást, és segítenek megakadályozni a feszültségfelhalmozódást a flanccsatlakozásoknál. A menetes csavarok esetében ez másképp áll: gyakran nem egyenletes terhelési mintázatot hoznak létre, ami túlságosan összenyomott vagy helytelenül deformálódott tömítési pontokhoz vezethet. Olyan berendezések esetében, amelyek sok cikluson mennek keresztül, a dupla anyák jelentős különbséget jelentenek, mivel megakadályozzák a menetcsúszást a működés során bekövetkező hőmérsékletváltozások idején. Az iparági ASME PCC-1 szabvány szerint, ha rudacsavarokat használnak megfelelő meghúzási sorrenddel, az erőingadozások 15% alá csökkennek. Ez jelentős javulás a menetes csavaros rendszerekhez képest, ahol az ingadozások általában 25 és 40% között mozognak. A nagyobb átmérőjű csavarok használata segít az egyenletesebb nyomáseloszlásban, míg a hosszabb rudacsavarok jobban ellenállnak az ismétlődő igénybevételi ciklusoknak – ez különösen fontos az olyan csatlakozásoknál, amelyeknek rendszeresen több mint 500 nyomásciklust kell elviselniük.

Megfelelőségi alapú flaneshüvely csavarméretezés: ASME B16.5 osztály, méret és minőség követelményei

Az ASME B16.5 szabványok nemcsak javaslatok – alapvetően követelmények a szivárgásmentes és biztonságos üzemeltetés érdekében. A szabvány három figyelmen kívül hagyhatatlan tényezőt határoz meg: nyomásosztály (osztály), méretek (átmérő és hossz), valamint anyagszilárdság (minőség). Vegyünk például egy 300-as osztályú flanest, amely kb. 400 °F fokos hőmérsékleten 500 font per négyzetinch (psi) nyomás alatt működik. Ezen körülmények között lényegesen erősebb csavarokra van szükség, mint amilyenek egy 150-es osztályú változatnál elegendők lennének. Ha az alkatrészek nem felelnek meg megfelelően ezeknek a specifikációknak, a problémák gyorsan jelentkeznek. Nyomáseloszlás-hibák keletkeznek, amelyekről néhány friss iparági jelentés szerint a csővezetékek kb. 37%-ban okoznak szivárgást. Ezért teszik mindig pontatosan vizsgálat alá a jó mérnökök e három kulcsfontosságú adatot, mielőtt bármilyen döntést hoznának a berendezések kiválasztásával és telepítésével kapcsolatban.

1. Osztály követelmények : Nyomás-hőmérsékleti értékek, amelyek meghatározzák a minimális csavarszilárdságot
2. Méretezési specifikációk : Átmérő/hossz kombinációk, amelyek biztosítják a teljes menetbekapcsolódást és elegendő megnyúlást
3. Minőségi kompatibilitás : Anyagtanúsítványok (pl. ASTM A193), amelyek összhangban vannak a korrózió-, hőmérséklet- és mechanikai igénybevételekkel

A háromrészes tömítési megközelítés a csavarokat, tömítéseket és flangelemeket egy nagy rendszer egységeiként kezeli, ahol bármelyik elem problémája az egész rendszer működését veszélyeztetheti. Az új szoftvereszközök a csavarok méretének kiszámításához mostantól beépített ASME B16.5 adatokkal rendelkeznek, így a dolgozóknak már nincs szükségük kézi számításokra. A terepi technikusok kb. 23%-kal kevesebb illesztési problémát jelentenek azóta, hogy ezek a digitális megoldások elérhetővé váltak 2022-ben. Ne feledje ellenőrizni, hogy jelenleg melyik szabványverziók vonatkoznak, mivel csak tavaly, 2021-ben fontos változások történtek a magas hőmérsékletű ötvözetek tekintetében, amelyekről sokan még mindig nem tudnak, amikor telepítéseken dolgoznak.

A háromrészes tömítési rendszer: Miért kell a flangacsavarok kiválasztásának összhangban lennie a tömítés és a flansa tervezésével

A csővezeték integritása a flansok, tömítések és csavarok szinkronizált működésétől függ. Ezek között az alkatrészek közötti nem megfelelő illeszkedés a katasztrofális kötéssérülések gyökéroka. A spirálisan tekercselt tömítések például 30–50%-kal alacsonyabb csavarkeret igényelnek, mint az RTJ tömítések, hogy megfelelően lehessen őket ültetni anélkül, hogy károsodnának a fémtartozékok – az ASME B16.20 irányelveinek megfelelően.

Spirálisan tekercselt vs. RTJ tömítések: Hogyan határozza meg a tömítéstípus a szükséges flangacsavar-terhelést és a folyási határértéket

A spirálisan tekercselt tömítések olyan rugalmas anyagok, például grafit összenyomásával működnek, amelyek fémtekercsek belsejében helyezkednek el. Ezek a tömítések akkor működnek a legjobban, ha körülbelül 15 ezer és 30 ezer font per négyzethüvelyk (psi) közötti nyomás hat rájuk. Ez a tartomány ideális a jó tömítés létrehozásához, miközben az anyag elég rugalmas marad ahhoz, hogy idővel megtartsa tulajdonságait. A legtöbb spirálisan tekercselt kialakítás viszonylag jól kezeli a hőmérsékletváltozásokat, általában körülbelül 15 százalékot visszaugrik a tágulási és összehúzódási ciklusok után. Az RTJ tömítések ettől eltérőek. Ezekhez sokkal nagyobb nyomás szükséges, mivel lágy fémeket, például alumíniumot vagy lágyacélt alakítanak ki a flangelemek hornyába. Ehhez legalább 40 ezer psi nyomásra van szükség a csavaroktól, amelyek minden elemet együtt tartanak. Itt lényegében egy olyan állandó fémtömítés jön létre, amely egyáltalán nem képes visszanyúlni. Mi a hátránya? Ha a csavarok túllépik szilárdsági határaikat, az egész rendszer hajlammá válik a torzulásra és későbbi meghibásodásra.

A csavarok kiválasztása tükröznie kell ezt az alapvető különbséget: a spirálcsigás rendszerek magasabb rugalmasságú csavaroktól profitálnak, amelyek képesek terhelést tartani hőmérsékletváltozás közben; az RTJ rendszerek nagy folyáshatású csavarokat igényelnek, amelyek képesek extrém deformációs nyomások fenntartására. Az ASME B31.3 esettanulmányai szerint a nem megfelelő illesztések a magas nyomású csővezetékek tömítési hibáinak 23%-áért felelősek.