مهندسان و متخصصان تدارکات در هنگام مشخص کردن با تصمیمات حیاتی مواجه می شوند فلنج فولاد کربنی برای سیستم های لوله کشی صنعتی این اجزای مکانیکی لولهها، شیرها، پمپها و تجهیزات را به هم متصل میکنند و در عین حال یکپارچگی فشار را حفظ میکنند و دسترسی تعمیر و نگهداری را ممکن میسازند. درک مشخصات مواد، استانداردهای ابعادی و درجه بندی فشار-دما، طراحی سیستم ایمن و سازگار را در کاربردهای نفت و گاز، پتروشیمی، تولید برق و تصفیه آب تضمین می کند.
آشنایی با اصول فلنج فولاد کربنی
فلنج فولاد کربنی به عنوان نقاط اتصال در زیرساخت های لوله کشی عمل می کنند که عمدتاً از طریق فرآیندهای آهنگری برای دستیابی به تراز ساختار دانه و استحکام مکانیکی تولید می شوند. ترکیب مواد به طور معمول شامل محتوای کربن تا 0.35٪، منگنز برای افزایش استحکام، و سطوح سیلیکون کنترل شده برای اکسیداسیون است. این فلنج ها دارای اندازه لوله از 15 میلی متر (½ اینچ) قطر اسمی تا 2000 میلی متر (80 اینچ) در کاربردهای با قطر بزرگ هستند.
فرآیند تولید شامل گرم کردن شمشهای فولاد کربنی تا دمای آهنگری، سپس تشکیل آنها تحت فشار مکانیکی برای دستیابی به هندسههای مورد نیاز است. عملیات ماشینکاری بعدی، چهره های آب بندی، سوراخ های پیچ و پیکربندی هاب را ایجاد می کند. عملیات حرارتی - نرمال کردن، خاموش کردن و معتدل کردن، یا بازپخت - خواص مکانیکی را برای شرایط خدمات خاص بهینه می کند.
مشخصات مواد و نمرات
انتخاب مواد به طور مستقیم بر عملکرد فلنج تحت فشار و دما تأثیر می گذارد. رایج ترین مشخصات برای فلنج فولاد کربنی ASTM A105 است که اجزای لوله های فولادی کربن فورج شده را برای سرویس های محیطی و دمای بالا پوشش می دهد. این مشخصات حداکثر استحکام کششی 485 مگاپاسکال (70 ksi) و استحکام تسلیم 250 مگاپاسکال (36 ksi) را با حداقل کشیدگی 22 درصد تضمین میکند.
جدول زیر مواد فلنج فولاد کربنی رایج و ویژگیهای خدماتی آنها را مقایسه میکند:
فلنج فولاد کربنی ASTM A105 مواد نشان دهنده استاندارد صنعتی برای کاربردهای عمومی لوله کشی است. مشخصات اجازه می دهد تا ریخته گری معادل ASTM A216 درجه WCB برای پیکربندی فلنج های کور خاص. محتوای کربن تا 0.35٪ قابلیت ماشینکاری و جوش پذیری عالی را فراهم می کند و در عین حال استحکام کافی را برای کلاس های فشار تا کلاس 2500 حفظ می کند. این ماده دارای نقطه ذوب تقریباً 1420 درجه سانتیگراد (2590 درجه فارنهایت) و سختی برینل بین 137-187 HBW است. این ویژگی ها سازگاری با عملیات استاندارد برش، حفاری و جوش را تضمین می کند و در عین حال مقاومت سایش کافی را برای اتصالات پیچ و مهره ای ایجاد می کند. کاربردهای زیر 29- درجه سانتی گراد به مواد ASTM A350 LF2 برای جلوگیری از شکستگی شکننده نیاز دارند. این مشخصات آزمایش ضربه در دماهای مشخص را برای تأیید چقرمگی بریدگی الزامی می کند. کلاس 1 قابلیت استاندارد دمای پایین را ارائه می دهد، در حالی که کلاس 2 ویژگی های بهبود یافته ای را برای خدمات برودتی شدید ارائه می دهد. فلنج های ASTM A105 نیازی به عملیات حرارتی ندارند مگر در شرایط خاص: فلنج های بالاتر از کلاس 300، فلنج های طراحی خاص با پارامترهای فشار یا دما نامشخص، یا فلنج های بیش از 4 اینچ NPS در کلاس 300 و بالاتر. در صورت نیاز، گزینههای عملیات حرارتی شامل بازپخت، غیرعادیسازی و نرمکردن، یا خاموش کردن و تلطیف برای دستیابی به خواص مکانیکی مشخص میشود. انتخاب هندسه فلنج به الزامات سیستم لوله کشی، کلاس فشار و ملاحظات نگهداری بستگی دارد. هر نوع مزایای متمایزی را برای کاربردهای خاص ارائه میکند، از پیکربندیهای گردن جوش با فشار بالا تا طرحهای لغزشی اقتصادی [^74^]. جدول مقایسه زیر مشخصات انواع فلنج های اصلی را نشان می دهد: فلنج گردن جوش فولاد کربنی پیکربندی ها بالاترین یکپارچگی ساختاری را برای برنامه های کاربردی فراهم می کنند. طراحی هاب مخروطی با ضخامت دیواره لوله مطابقت دارد، تنش ها را به تدریج توزیع می کند و ناپیوستگی های شدید را حذف می کند. جوش لب به لب اتصالات با نفوذ کامل با قدرتی معادل لوله پایه ایجاد می کند. این فلنجها بر لولهکشی فرآیند بحرانی، سیستمهای بخار پرفشار، و خدمات هیدروکربنی که در آن قابلیت اطمینان از اهمیت بالایی برخوردار است، تسلط دارند. فلنج های لغزنده روی قطر بیرونی گودال می لغزند و با جوش فیله در هر دو سطح فلنج داخلی و خارجی محکم می شوند. این طرح تراز را ساده می کند و زمان نصب را کاهش می دهد و برای کاربردهای عمومی صنعتی و آبرسانی مقرون به صرفه است. با این حال، نیاز به دو جوش و مقاومت در برابر خستگی کمتر در مقایسه با طرحهای گردن جوش، مناسب بودن را برای سرویس چرخهای یا نوسانات فشار شدید محدود میکند [^74^]. فلنج های کور به عنوان بسته های محکم برای انتهای لوله ها، نازل های مخزن و نقاط جداسازی عمل می کنند. این قطعات دیسکی شکل بدون سوراخ های مرکزی، فشار کامل سیستم را تحمل می کنند و تست هیدرواستاتیک را تسهیل می کنند. صورت برآمده یا پیکربندی اتصالات حلقه ای، از نشستن مناسب واشر اطمینان می دهد. فلنج های کور به راحتی برای توسعه خطوط آینده یا دسترسی به تعمیر و نگهداری حذف می شوند. فلنج های جوش سوکت لوله های با قطر کمتر (معمولا NPS 2 و پایین تر) را از طریق سوکت های داخلی که درج لوله را می پذیرند، جای می دهند. جوشکاری فیله در قطر بیرونی هاب، اتصالات محکم فشاری مناسب برای کاربردهای پرفشار و با سوراخ کوچک ایجاد می کند. فلنج های رزوه ای دارای رزوه های NPT داخلی برای اتصالات غیر جوشی هستند که معمولاً در مکان های خطرناکی که جوشکاری خطر اشتعال دارد مشخص می شود. پردازش هیدروکربن با فشار بالا به پیکربندی گردن جوش برای یکپارچگی ساختاری نیاز دارد. سیستم های تصفیه آب و تهویه مطبوع از فلنج های لغزنده برای صرفه جویی استفاده می کنند. عملیات فشرده تعمیر و نگهداری از فلنج های مفصلی با انتهای خرد قابل تعویض بهره می برند. مهندسان مشخصات باید چرخه فشار، تغییرات دما و الزامات بازرسی را هنگام انتخاب انواع فلنج ارزیابی کنند. استانداردهای جهانی فلنج قابلیت تعویض و انطباق در پروژه های بین المللی را تضمین می کند. دو سیستم غالب عبارتند از ASME/ANSI B16.5 برای بازارهای آمریکای شمالی و EN 1092-1/DIN برای کاربردهای اروپایی. جدول زیر استانداردهای ابعادی اصلی را مقایسه می کند: ابعاد فلنج ANSI B16.5 تعریف گسترده ترین هندسه فلنج در سطح جهانی. این استاندارد اندازههای لوله را از ½ اینچ تا 24 اینچ اندازه اسمی لوله در کلاسهای فشار 150 تا 2500 پوشش میدهد. هر کلاس نشاندهنده ترکیب خاصی از قطر خارجی، قطر دایره پیچ، تعداد پیچها و ضخامت فلنج است. پارامترهای کلیدی ابعادی عبارتند از: استانداردهای اروپایی به جای رتبه بندی کلاس، از عناوین (Pressure Nominal) استفاده می کنند. فلنج فولاد کربنی PN16 مشخصات رایجترین کلاس فشار اروپایی، تقریباً معادل کلاس ANSI 150 را نشان میدهد. استاندارد EN 1092-1 استانداردهای قبلی DIN، NF، و BS را در یک استاندارد اروپایی یکپارچه ادغام میکند. نامگذاریهای نوع تحت EN 1092-1 عبارتند از: در حالی که هم ارزی مستقیم بین سیستمهای PN و کلاس تقریبی است، روابط زیر مشخصات را راهنمایی میکند: PN6 به کلاس 75، PN10/16 به کلاس 150، PN25/40 به کلاس 300، PN63 به کلاس 600، و PN100 با درجهبندی مجدد ردهبندی رده 900 بر روی موتورها مربوط میشود. معادل های اسمی درجه بندی کلاس فشار حداکثر فشار کاری مجاز را در دماهای مرجع تعیین می کند، که برای شرایط سرویس بالا مورد نیاز است. این درجه بندی ها یکپارچگی فلنج را تحت بارگذاری ترکیبی مکانیکی و حرارتی تضمین می کند جدول زیر رتبه بندی فشار-دما را برای فلنج های فولاد کربنی ASTM A105 نشان می دهد: درجه فشار فلنج فولاد کربنی انتخاب نیاز به تجزیه و تحلیل فشار و دمای عملیاتی حداکثر دارد. کلاس 150 مناسب سیستم های آب کم فشار و لوله کشی صنعتی عمومی تا 285 psig در شرایط محیطی است. کلاس 300 فشارهای متوسط تا 740 psig را برای لوله کشی فرآیند و هوای فشرده تحمل می کند. خدمات هیدروکربنی با فشار بالا به کلاس 600 (1480 psig) یا بالاتر نیاز دارد. کاربردهای فوق فشار بالا، از جمله نازل های راکتور، کلاس 1500 یا 2500 را مشخص می کنند. فشار مجاز با افزایش دمای عملیاتی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در دمای 800 درجه فارنهایت (427 درجه سانتیگراد)، فلنج ASTM A105 کلاس 300 تنها 55 درصد از درجه فشار محیط خود را حفظ می کند. این کاهش نشان دهنده کاهش قدرت تسلیم مواد در دماهای بالا است. طراحان سیستم باید فلنج ها را بر اساس شرایط عملیاتی واقعی به جای رتبه بندی کلاس های اسمی مشخص کنند. ASME B16.5 مواد را در گروه هایی با جداول فشار-دمای خاص سازماندهی می کند. فولادهای کربنی، از جمله ASTM A10,5 در گروه مواد 1.1 قرار می گیرند. فولادهای کم آلیاژ گروه 1.2 تا 1.18 را اشغال می کنند، در حالی که فولادهای ضد زنگ در گروه های 2.1 تا 2.12 قرار دارند. هر گروه روابط قدرت و دما مشخصی را نشان می دهد که به جداول درجه بندی خاصی نیاز دارد مشخصات مناسب فلنج مستلزم تعیین فشار طراحی، دمای طراحی، مواد لوله و بارگذاری خارجی است. فشار طراحی باید با حاشیه های ایمنی مناسب از حداکثر فشار عملیاتی تجاوز کند. ملاحظات دما شامل عملکرد مداوم و شرایط گذرا در هنگام راه اندازی یا سناریوهای ناراحت کننده است. کمک هزینه خوردگی ممکن است به فلنج های ضخیم تری نسبت به ابعاد استاندارد نیاز داشته باشد. پیکربندی صورت آب بندی بر انتخاب واشر و قابلیت فشار تأثیر می گذارد. صورت برجسته (RF) پیکربندی استاندارد برای خدمات عمومی است که سطوح نشیمنگاهی با ارتفاع 2-7 میلی متر را ارائه می دهد. Flat Face (FF) برای کاربردهای کم فشار با واشرهای تمام صورت مناسب است. اتصال نوع حلقه (RTJ) از شیارهای ماشینکاری شده دقیق برای واشرهای حلقه فلزی در خدمات فشار بالا و دمای بالا استفاده می کند که در آن واشرهای معمولی خراب می شوند. روش های مناسب پیچ و مهره یکپارچگی اتصال فلنج را تضمین می کند. دستورالعمل های ASME PCC-1 توالی پیچ و مهره، مقادیر گشتاور و روش های سفت کردن مجدد را مشخص می کند. انتخاب واشر باید با پوشش سطح فلنج، کلاس فشار و سازگاری سیال فرآیند مطابقت داشته باشد. واشرهای مارپیچی در اکثر کاربردهای صنعتی برای فلنج های RF مناسب هستند، در حالی که شیارهای RTJ به واشرهای حلقه ای بیضی یا هشت ضلعی منطبق نیاز دارند. تأیید کیفیت شامل بازرسی ابعادی در ASME B16.5، گواهی مواد مطابق با مشخصات ASTM، و آزمایش غیر مخرب برای کاربردهای حیاتی است. تست هیدرواستاتیک در فشار طراحی 1.5 برابر یکپارچگی سیستم را تایید می کند. بستههای اسناد باید شامل گواهیهای آزمایش مواد (MTC)، سوابق عملیات حرارتی، و گزارشهای NDE بر اساس EN 10204 3.1 یا 3.2 باشد. ASTM A105N نشاندهنده درمان غیرعادیشده است، در حالی که استاندارد A105 ممکن است در شرایط جعلی عرضه شود. نرمال سازی ساختار دانه را اصلاح می کند، یکنواختی خواص مکانیکی را بهبود می بخشد و چقرمگی را افزایش می دهد. A105N برای فلنج های بالاتر از کلاس 300، فلنج های طراحی خاص، یا هر فلنج بیش از 4 اینچ NPS در کلاس 300 و بالاتر مورد نیاز است. نام "N" خواص ثابت را در سراسر قطعه تضمین می کند و برای کاربردهایی که شامل چرخه دما یا بارگذاری ضربه هستند توصیه می شود. قابلیت تعویض مستقیم ابعادی بین فلنج های ANSI B16.5 و EN 1092-1 محدود است. در حالی که PN16 تقریباً کلاس 150 و PN40 تقریباً کلاس 300 است، قطر دایره پیچ، اندازه پیچ و ضخامت فلنج متفاوت است. فلنج کلاس 150 را نمی توان به فلنج PN16 حتی در فشارهای معادل پیچ کرد. پروژه هایی که نیاز به استانداردهای ترکیبی دارند باید فلنج های انتقالی یا استانداردسازی کامل سیستم را مشخص کنند. برای ساخت و ساز جدید، ANSI B16.5 بر پروژه های نفت/گاز آمریکای شمالی و جهانی تسلط دارد، در حالی که EN 1092-1 در تصفیه آب اروپا و کاربردهای صنعتی عمومی حاکم است. در دمای 300 درجه سانتی گراد (572 درجه فارنهایت)، فلنج های ASTM A105 به کاهش قابل توجهی از درجه بندی های محیطی نیاز دارند. کلاس 150 برای تقریباً 140 psig (9.7 بار) در این دما درجه بندی شده است - برای سرویس 20 بار کافی نیست. کلاس 300 تقریباً 550 psig (38 بار) را در دمای 300 درجه سانتیگراد حفظ می کند و حاشیه کافی را برای فشار کاری 20 بار با فاکتورهای ایمنی مناسب فراهم می کند. فلنج های گردن جوش کلاس 300 با وجه های برجسته و واشرهای مارپیچی حداقل مشخصات را نشان می دهد. برای سرویس بخار بحرانی، کلاس 600 را برای حاشیه اضافی در برابر فشارهای گذرا و اثرات خزش طولانی مدت در نظر بگیرید. فلنج های گردن جوش برای کاربردهای خدماتی با فشار بالا، دمای بالا یا چرخه ای اجباری هستند. توپی مخروطی توزیع تنش معادل خود لوله را فراهم می کند و تمرکز تنش ذاتی در طرح های لغزشی را حذف می کند. گردن جوش را برای کلاس 600 و بالاتر، سیستم های بخار بالای 10 بار، خدمات هیدروکربنی با چرخه فشار، و هر کاربرد نیاز به مقاومت در برابر خستگی مشخص کنید. فلنجهای لغزنده مناسب سرویسهای عمومی آب، سیستمهای هوای کم فشار و کاربردهایی هستند که در آن صرفهجویی در نصب بر نگرانیهای مربوط به خستگی بیشتر است. اتصال لب به لب فلنج های گردن جوش نیز امکان بازرسی کامل رادیوگرافی را فراهم می کند، در حالی که جوش های فیله لغزشی گزینه های محدود NDE را ارائه می دهند.
مشخصات مواد استاندارد ASTM استحکام کششی قدرت تسلیم محدوده دما برنامه های کاربردی اولیه A105 ASTM A105 ≥485 مگاپاسکال ≥250 مگاپاسکال -29 درجه سانتی گراد تا 425 درجه سانتی گراد عمومی صنعتی، نفت و گاز A105N (نرمالیزه ASTM A105 ≥485 مگاپاسکال ≥250 مگاپاسکال -29 درجه سانتی گراد تا 425 درجه سانتی گراد ساختار دانه بهبود یافته است A350 LF2 کلاس 1 ASTM A350 ≥485 مگاپاسکال -46 درجه سانتی گراد تا 343 درجه سانتی گراد سرویس دمای پایین A350 LF2 کلاس 2 ASTM A350 ≥485 مگاپاسکال ≥260 مگاپاسکال -46 درجه سانتی گراد تا 343 درجه سانتی گراد کاربردهای برودتی A694 F52-F70 ASTM A694 ≥455-585 مگاپاسکال ≥360-485 مگاپاسکال -29 درجه سانتی گراد تا 260 درجه سانتی گراد انتقال با بازده بالا فولاد کربنی فورج ASTM A105
ASTM A350 LF2 دمای پایین
الزامات عملیات حرارتی
انواع فلنج و تنظیمات طراحی
نوع فلنج روش اتصال قابلیت فشار مقاومت در برابر خستگی پیچیدگی نصب برنامه های کاربردی اولیه گردن جوش جوش لب به لب کلاس 150-2500 عالی بالا (نیاز به جوشکاری) فرآیند بحرانی، فشار بالا Slip-On جوش فیله (داخل/خارج) کلاس 150-2500 متوسط کم (تراز آسان) خدمات عمومی، آبرسانی کور فقط پیچ و مهره کلاس 150-2500 N/A (بسته شدن) کم خاتمه خط، جداسازی جوش سوکت جوش فیله سوکت کلاس 150-1500 خوب متوسط قطر کوچک، فشار بالا نخ دار اتصال NPT کلاس 150-600 محدود کم (no welding) کاربردهای غیر جوشی لپ مفصل جوش لب به لب (stub end) کلاس 150-2500 متوسط متوسط جداسازی مکرر مورد نیاز است فلنج گردن جوش
فلنج های لغزنده
فلنج های کور
سوکت جوش و فلنج رزوه دار
تطبیق برنامه
استانداردهای ابعادی و طبقه بندی
استاندارد محدوده اندازه تعیین فشار نوع فلنجs Covered شیوع جغرافیایی ASME B16.5 NPS ½ تا 24 اینچ کلاس 150-2500 WN، SO، BL، SW، TH، LJ آمریکای شمالی، نفت/گاز جهانی ASME B16.47 NPS 26 اینچ تا 60 اینچ کلاس 75-900 WN، BL خطوط لوله با قطر بزرگ EN 1092-1 DN 10 تا DN 4000 PN 2.5 تا PN 400 نوع 01، 02، 05، 11، 12، 13 اروپا، پروژه های بین المللی DIN 2631-2638 DN 10 تا DN 4000 از 6 تا 100 پ.ن گردن جوش، لغزنده، کور آلمان، سیستم های میراث JIS B2220 10 آمپر تا 1500 آمپر 5 هزار، 10 هزار، 16 هزار، 20 هزار، 30 هزار، 40 هزار SO، BL، WN ژاپن، آسیا و اقیانوسیه استانداردهای ASME/ANSI B16.5
استانداردهای EN 1092-1 و DIN
PN در مقابل معادلهای رتبهبندی کلاس
رتبه بندی فشار و دما
کلاس ASME فشار در 100 درجه فارنهایت (psig) فشار در 400 درجه فارنهایت (psig) فشار در 800 درجه فارنهایت (psig) حداکثر دما 150 285 200 80 538 درجه سانتی گراد 300 740 635 410 538 درجه سانتی گراد 400 985 845 550 538 درجه سانتی گراد 600 1480 1265 825 538 درجه سانتی گراد 900 2220 1900 1235 538 درجه سانتی گراد 1500 3705 3170 2055 538 درجه سانتی گراد 2500 6170 5280 3430 538 درجه سانتی گراد رتبه بندی کلاس 150 تا 2500
عوامل کاهش دهنده دما
طبقه بندی گروه مواد
روش انتخاب برای تدارکات B2B
محاسبه سیستم مورد نیاز
انتخاب نوع چهره (RF، FF، RTJ)
ملاحظات نصب و کیفیت
الزامات پیچ و مهره و واشر
استانداردهای بازرسی و آزمایش
سوالات متداول
تفاوت بین ASTM A105 و A105N چیست؟ فلنج فولاد کربنی ?
چگونه بین را تبدیل کنم ابعاد فلنج ANSI B16.5 و استانداردهای DIN/EN؟
چی رتبه بندی فشار فلنج فولاد کربنی آیا برای سرویس بخار 20 بار در دمای 300 درجه سانتیگراد نیاز دارم؟
چه زمانی باید مشخص کنم فلنج های گردن جوش فولاد کربنی در مقابل فلنج های لغزنده؟
مراجع
Previous
