14 marras 2022
Laippaliitosten tiivistys - Miksi 304-materiaalia ei suositella pulteille?
Kun hiiliteräksestä tai ruostumattomasta teräksestä valmistettuja laippoja käytetään 304-materiaalisten pulttien kanssa laippaliitosten tiivistyksessä, vuoto-ongelmia esiintyy usein käytön aikana. Tällä luennolla tehdään tästä laadullinen analyysi.
(1) Mitkä ovat peruserot 304-, 304L-, 316- ja 316L-materiaalien välillä?
304, 304L, 316 ja 316L ovat ruostumattoman teräksen laatuja, joita käytetään yleisesti laipaliitoksissa, mukaan lukien laipat, tiivisteelementit ja kiinnikkeet.
304, 304L, 316 ja 316L ovat amerikkalaisen materiaalistandardin (ANSI tai ASTM) ruostumattoman teräksen laatunimityksiä, jotka kuuluvat austeniittisten ruostumattomien terästen 300-sarjaan. Kotimaisia materiaalistandardeja (GB/T) vastaavat laadut ovat 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Tämän tyyppistä ruostumatonta terästä kutsutaan yleensä yhteisesti 18-8 ruostumattomaksi teräkseksi.
Katso taulukko 1, 304, 304L, 316 ja 316L on erilaiset fysikaaliset, kemialliset ja mekaaniset ominaisuudet seosaineiden ja määrien lisäämisen vuoksi. Tavalliseen ruostumattomaan teräkseen verrattuna niillä on hyvä korroosionkestävyys, lämmönkestävyys ja käsittelykyky. 304L:n korroosionkestävyys on samanlainen kuin 304L:n, mutta koska 304L:n hiilipitoisuus on pienempi kuin 304L:n, sen rakeiden välisen korroosion kestävyys on vahvempi. 316 ja 316L ovat molybdeeniä sisältäviä ruostumattomia teräksiä. Molybdeenin lisäämisen ansiosta niiden korroosionkestävyys ja lämmönkestävyys ovat paremmat kuin 304 ja 304L. Samalla tavalla, koska 316L:n hiilipitoisuus on pienempi kuin 316:n, sen kyky vastustaa kidekorroosiota on parempi. Austeniittisilla ruostumattomilla teräksillä, kuten 304, 304L, 316 ja 316L, on alhainen mekaaninen lujuus. Huonelämpötilan myötöraja 304 on 205 MPa, 304 litraa on 170 MPa; huonelämpötilan myötöraja 316 on 210 MPa ja 316 litran 200 MPa. Siksi niistä valmistetut pultit kuuluvat heikkolujiin pultteihin.
Taulukko 1 Hiilipitoisuus, % Huoneenlämpötilan myötöraja, MPa Suositeltu maksimikäyttölämpötila, °C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0,03 170 538
316 ≤0,08 210 816
316L ≤0,03 200 538
(2) Miksi laippaliitoksissa ei pitäisi käyttää materiaalien, kuten 304 ja 316, pultteja?
Kuten edellisissä luennoissa mainittiin, laippaliitos erottaa ensinnäkin kahden laipan tiivistepinnat sisäisen paineen vaikutuksesta, mikä johtaa vastaavaan tiivisteen jännityksen vähenemiseen, ja toiseksi pulttivoiman rentoutumiseen tiivisteen virumisrentoutumisen tai itse pultin virumisen vuoksi korkeassa lämpötilassa, vähentää myös tiivisteen rasitusta niin, että laippaliitos vuotaa ja epäonnistuu.
Todellisessa käytössä pulttivoiman rentoutuminen on väistämätöntä, ja alkukiristyspultin voima laskee aina ajan myötä. Erityisesti laippaliitoksissa korkeissa lämpötiloissa ja vaikeissa sykliolosuhteissa pultin kuormitushäviö ylittää usein 10 000 käyttötunnin jälkeen 50 %, ja se heikkenee ajan jatkuessa ja lämpötilan noustessa.
Kun laippa ja pultti on valmistettu eri materiaaleista, varsinkin kun laippa on valmistettu hiiliteräksestä ja pultti ruostumattomasta teräksestä, pultin ja laipan materiaalin lämpölaajenemiskerroin 2 on erilainen, kuten ruostumattoman teräksen lämpölaajenemiskerroin 50 °C:ssa (16.51×10-5/ °C) on suurempi kuin hiiliteräksen lämpölaajenemiskerroin (11.12×10-5/°C). Kun laite on lämmitetty, kun laipan laajeneminen on pienempi kuin pultin laajeneminen, muodonmuutoksen koordinoinnin jälkeen pultin venymä pienenee, jolloin pultin voima pienenee. Jos siinä on löysää, se voi aiheuttaa vuotoja laippaliitoksessa. Siksi, kun korkean lämpötilan laitteen laippa ja putken laippa on kytketty, erityisesti laippa- ja pulttimateriaalien lämpölaajenemiskertoimet ovat erilaiset, näiden kahden materiaalin lämpölaajenemiskertoimien tulisi olla mahdollisimman lähellä.
Kohdasta (1) voidaan nähdä, että austeniittisen ruostumattoman teräksen, kuten 304 ja 316, mekaaninen lujuus on alhainen ja huoneenlämpötilan myötöraja 304 on vain 205 MPa ja 316: n vain 210 MPa. Siksi pulttien rentoutumisenesto- ja väsymisenestokyvyn parantamiseksi ryhdytään toimenpiteisiin asennuspulttien pulttivoiman lisäämiseksi. Esimerkiksi, kun seurantafoorumissa käytetään suurinta asennuspulttivoimaa, vaaditaan, että asennuspulttien jännitys saavuttaa 70 % pulttimateriaalin myötörajasta, jotta pulttimateriaalin lujuusluokkaa on parannettava ja käytetään erikoislujia tai keskilujia seosteräspulttimateriaaleja. On selvää, että valurautaa, ei-metallisia laippoja tai kumitiivisteitä lukuun ottamatta puolimetallisille ja metallitiivisteille, joissa on korkeamman paineluokan laipat tai tiivisteet, joilla on suurempi rasitus, pultit, jotka on valmistettu heikkolujista materiaaleista, kuten 304 ja 316, pulttivoiman vuoksi Ei riitä täyttämään tiivistysvaatimuksia.
Erityistä huomiota on kiinnitettävä siihen, että amerikkalaisessa ruostumattomasta teräksestä valmistettujen pulttien materiaalistandardissa 304 ja 316 on kaksi luokkaa, nimittäin B8 Cl.1 ja B8 Cl.2 304 ja B8M Cl.1 ja B8M Cl.2 316. Cl.1 on karbideilla käsitelty kiinteä liuos, kun taas Cl.2 käy läpi kantaa vahvistavan käsittelyn kiinteän liuoksen käsittelyn lisäksi. Vaikka B8 Cl.2:n ja B8 Cl.1:n välillä ei ole perustavanlaatuista eroa kemiallisessa kestävyydessä, B8 Cl.2:n mekaaninen lujuus on huomattavasti parempi verrattuna B8 Cl.1:een, kuten B8 Cl.2:een, jonka halkaisija on 3/4" Pulttimateriaalin myötöraja on 550 MPa, kun taas B8 Cl.1 pulttimateriaalin myötöraja on vain 205 MPa, ero näiden kahden välillä on yli kaksinkertainen. Kotimaiset pulttimateriaalistandardit 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) ja B8 Cl.1 vastaavat B8M Cl.1:tä. [Huomautus: Pulttimateriaali S30408 GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design" vastaa B8 Cl.2:ta; S31608 vastaa B8M Cl.1:tä.
Edellä mainituista syistä johtuen GB/T 150.3 ja GB/T38343 "Laippaliitosasennuksen tekniset määräykset" määräävät, että painelaitteiden laippoja ja putkilaippaliitoksia ei suositella käytettäväksi tavallisia 304 (B8 Cl.1) ja 316 (B8M Cl. . 1) Materiaalipultit, erityisesti korkeissa lämpötiloissa ja vaikeissa sykliolosuhteissa, tulee korvata B8 Cl.2:lla (S30408) ja B8M Cl.2:lla alhaisen asennuspulttivoiman välttämiseksi.
On syytä huomata, että kun käytetään heikkolujia pulttimateriaaleja, kuten 304 ja 316, jopa asennusvaiheessa, koska vääntömomenttia ei säädetä, pultti on saattanut ylittää materiaalin myötörajan tai jopa murtua. Luonnollisesti, jos vuoto tapahtuu painetestin tai käytön aloittamisen aikana, vaikka pultteja kiristetään edelleen, pulttivoima ei nouse eikä vuotoa voida pysäyttää. Lisäksi näitä pultteja ei voida käyttää uudelleen purkamisen jälkeen, koska pultit ovat kokeneet pysyvän muodonmuutoksen ja pulttien poikkileikkauskoko on pienentynyt ja ne ovat alttiita rikkoutumaan uudelleenasennuksen jälkeen.
(1) Mitkä ovat peruserot 304-, 304L-, 316- ja 316L-materiaalien välillä?
304, 304L, 316 ja 316L ovat ruostumattoman teräksen laatuja, joita käytetään yleisesti laipaliitoksissa, mukaan lukien laipat, tiivisteelementit ja kiinnikkeet.
304, 304L, 316 ja 316L ovat amerikkalaisen materiaalistandardin (ANSI tai ASTM) ruostumattoman teräksen laatunimityksiä, jotka kuuluvat austeniittisten ruostumattomien terästen 300-sarjaan. Kotimaisia materiaalistandardeja (GB/T) vastaavat laadut ovat 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Tämän tyyppistä ruostumatonta terästä kutsutaan yleensä yhteisesti 18-8 ruostumattomaksi teräkseksi.
Katso taulukko 1, 304, 304L, 316 ja 316L on erilaiset fysikaaliset, kemialliset ja mekaaniset ominaisuudet seosaineiden ja määrien lisäämisen vuoksi. Tavalliseen ruostumattomaan teräkseen verrattuna niillä on hyvä korroosionkestävyys, lämmönkestävyys ja käsittelykyky. 304L:n korroosionkestävyys on samanlainen kuin 304L:n, mutta koska 304L:n hiilipitoisuus on pienempi kuin 304L:n, sen rakeiden välisen korroosion kestävyys on vahvempi. 316 ja 316L ovat molybdeeniä sisältäviä ruostumattomia teräksiä. Molybdeenin lisäämisen ansiosta niiden korroosionkestävyys ja lämmönkestävyys ovat paremmat kuin 304 ja 304L. Samalla tavalla, koska 316L:n hiilipitoisuus on pienempi kuin 316:n, sen kyky vastustaa kidekorroosiota on parempi. Austeniittisilla ruostumattomilla teräksillä, kuten 304, 304L, 316 ja 316L, on alhainen mekaaninen lujuus. Huonelämpötilan myötöraja 304 on 205 MPa, 304 litraa on 170 MPa; huonelämpötilan myötöraja 316 on 210 MPa ja 316 litran 200 MPa. Siksi niistä valmistetut pultit kuuluvat heikkolujiin pultteihin.
Taulukko 1 Hiilipitoisuus, % Huoneenlämpötilan myötöraja, MPa Suositeltu maksimikäyttölämpötila, °C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0,03 170 538
316 ≤0,08 210 816
316L ≤0,03 200 538
(2) Miksi laippaliitoksissa ei pitäisi käyttää materiaalien, kuten 304 ja 316, pultteja?
Kuten edellisissä luennoissa mainittiin, laippaliitos erottaa ensinnäkin kahden laipan tiivistepinnat sisäisen paineen vaikutuksesta, mikä johtaa vastaavaan tiivisteen jännityksen vähenemiseen, ja toiseksi pulttivoiman rentoutumiseen tiivisteen virumisrentoutumisen tai itse pultin virumisen vuoksi korkeassa lämpötilassa, vähentää myös tiivisteen rasitusta niin, että laippaliitos vuotaa ja epäonnistuu.
Todellisessa käytössä pulttivoiman rentoutuminen on väistämätöntä, ja alkukiristyspultin voima laskee aina ajan myötä. Erityisesti laippaliitoksissa korkeissa lämpötiloissa ja vaikeissa sykliolosuhteissa pultin kuormitushäviö ylittää usein 10 000 käyttötunnin jälkeen 50 %, ja se heikkenee ajan jatkuessa ja lämpötilan noustessa.
Kun laippa ja pultti on valmistettu eri materiaaleista, varsinkin kun laippa on valmistettu hiiliteräksestä ja pultti ruostumattomasta teräksestä, pultin ja laipan materiaalin lämpölaajenemiskerroin 2 on erilainen, kuten ruostumattoman teräksen lämpölaajenemiskerroin 50 °C:ssa (16.51×10-5/ °C) on suurempi kuin hiiliteräksen lämpölaajenemiskerroin (11.12×10-5/°C). Kun laite on lämmitetty, kun laipan laajeneminen on pienempi kuin pultin laajeneminen, muodonmuutoksen koordinoinnin jälkeen pultin venymä pienenee, jolloin pultin voima pienenee. Jos siinä on löysää, se voi aiheuttaa vuotoja laippaliitoksessa. Siksi, kun korkean lämpötilan laitteen laippa ja putken laippa on kytketty, erityisesti laippa- ja pulttimateriaalien lämpölaajenemiskertoimet ovat erilaiset, näiden kahden materiaalin lämpölaajenemiskertoimien tulisi olla mahdollisimman lähellä.
Kohdasta (1) voidaan nähdä, että austeniittisen ruostumattoman teräksen, kuten 304 ja 316, mekaaninen lujuus on alhainen ja huoneenlämpötilan myötöraja 304 on vain 205 MPa ja 316: n vain 210 MPa. Siksi pulttien rentoutumisenesto- ja väsymisenestokyvyn parantamiseksi ryhdytään toimenpiteisiin asennuspulttien pulttivoiman lisäämiseksi. Esimerkiksi, kun seurantafoorumissa käytetään suurinta asennuspulttivoimaa, vaaditaan, että asennuspulttien jännitys saavuttaa 70 % pulttimateriaalin myötörajasta, jotta pulttimateriaalin lujuusluokkaa on parannettava ja käytetään erikoislujia tai keskilujia seosteräspulttimateriaaleja. On selvää, että valurautaa, ei-metallisia laippoja tai kumitiivisteitä lukuun ottamatta puolimetallisille ja metallitiivisteille, joissa on korkeamman paineluokan laipat tai tiivisteet, joilla on suurempi rasitus, pultit, jotka on valmistettu heikkolujista materiaaleista, kuten 304 ja 316, pulttivoiman vuoksi Ei riitä täyttämään tiivistysvaatimuksia.
Erityistä huomiota on kiinnitettävä siihen, että amerikkalaisessa ruostumattomasta teräksestä valmistettujen pulttien materiaalistandardissa 304 ja 316 on kaksi luokkaa, nimittäin B8 Cl.1 ja B8 Cl.2 304 ja B8M Cl.1 ja B8M Cl.2 316. Cl.1 on karbideilla käsitelty kiinteä liuos, kun taas Cl.2 käy läpi kantaa vahvistavan käsittelyn kiinteän liuoksen käsittelyn lisäksi. Vaikka B8 Cl.2:n ja B8 Cl.1:n välillä ei ole perustavanlaatuista eroa kemiallisessa kestävyydessä, B8 Cl.2:n mekaaninen lujuus on huomattavasti parempi verrattuna B8 Cl.1:een, kuten B8 Cl.2:een, jonka halkaisija on 3/4" Pulttimateriaalin myötöraja on 550 MPa, kun taas B8 Cl.1 pulttimateriaalin myötöraja on vain 205 MPa, ero näiden kahden välillä on yli kaksinkertainen. Kotimaiset pulttimateriaalistandardit 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) ja B8 Cl.1 vastaavat B8M Cl.1:tä. [Huomautus: Pulttimateriaali S30408 GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design" vastaa B8 Cl.2:ta; S31608 vastaa B8M Cl.1:tä.
Edellä mainituista syistä johtuen GB/T 150.3 ja GB/T38343 "Laippaliitosasennuksen tekniset määräykset" määräävät, että painelaitteiden laippoja ja putkilaippaliitoksia ei suositella käytettäväksi tavallisia 304 (B8 Cl.1) ja 316 (B8M Cl. . 1) Materiaalipultit, erityisesti korkeissa lämpötiloissa ja vaikeissa sykliolosuhteissa, tulee korvata B8 Cl.2:lla (S30408) ja B8M Cl.2:lla alhaisen asennuspulttivoiman välttämiseksi.
On syytä huomata, että kun käytetään heikkolujia pulttimateriaaleja, kuten 304 ja 316, jopa asennusvaiheessa, koska vääntömomenttia ei säädetä, pultti on saattanut ylittää materiaalin myötörajan tai jopa murtua. Luonnollisesti, jos vuoto tapahtuu painetestin tai käytön aloittamisen aikana, vaikka pultteja kiristetään edelleen, pulttivoima ei nouse eikä vuotoa voida pysäyttää. Lisäksi näitä pultteja ei voida käyttää uudelleen purkamisen jälkeen, koska pultit ovat kokeneet pysyvän muodonmuutoksen ja pulttien poikkileikkauskoko on pienentynyt ja ne ovat alttiita rikkoutumaan uudelleenasennuksen jälkeen.