Hvaða hámarks leyfilega vinnuþrýsting þolir 316 ryðfríu stálhúðað hitunarrör áður en það gefur eftir við soðnu lokunarlokuna

Suðusamskeytin - Veiki hlekkurinn í hönnun pípulaga hitara undir þrýstingi

Hámarks leyfilegur vinnuþrýstingur (MAWP) 316 ryðfríu stálhúðaðra rafhitunarröra sem notuð eru í þrýstibúnaði eins og -línu vinnsluhitara, háþrýstiautoclave eða gufuframleiðandi ílát er sjaldan takmarkaður af beinum rörveggnum. Íhluturinn með mesta álagsstyrkinn og lægstu mörkin til að gefa eftir eða rofna er hins vegar soðið endalokalokun sem innsiglar slíðrið til að takmarka innri mótstöðuvírinn og magnesíumoxíð einangrun. Rúmfræði suðu, gegnumdýpt, mýking á hitaáhrifasvæðinu (HAZ) og leifar álagssviða frá suðu sameinast til að ákvarða þrýstinginn sem endalokið losnar við eða slíðurveggurinn nálægt suðunni afmyndast. Þessi grein sýnir mælanlega aðferð til að ákvarða öruggan vinnuþrýsting 316 hlífðarhitara byggt á suðuhönnunarviðmiðum, sem gerir verkfræðingnum kleift að tilgreina hitara fyrir þrýstingsnotkun með reiknanlegum öryggisstuðlum.

Álagsstyrkur við soðið endalokamót

Venjuleg 316 lokun hitari endaloka er flatur eða hvelfdur 316 ryðfríu stáli diskur soðinn í ummál við beina slíður slíðunnar. Suðan gæti verið flöksuða (skarast ytra þvermál rörsins) eða rasssuðu (sem passar við þykkt hettunnar við rörvegginn). Dreifing álags í vegg rörsins undir innri þrýstingi er gefin út af þunnri-þrýstingi-spennuformúlu skipa: \\sigma_{hoop}={\\rm P}D_{mean}/ 2t þar sem P er innri þrýstingur, D_{mean} er meðalþvermál og t er þykkt veggsins. Fyrir 10 mm OD rör með 1,5 mm vegg (meðalþvermál 8,5 mm, t=1.5 mm) er hringspennan við 10 MPa (100 bör) u.þ.b. 28 MPa -vel undir 316 flæðistyrknum sem er 205 MPa, sem gefur öryggisstuðul sem er yfir 7. Í fyrsta lagi myndar suðutáin (gatnamótin milli suðumálms og röryfirborðsins) rúmfræðilegt hak með álagsstyrkstuðli (K t ) sem er venjulega á bilinu 2,5 til 4,0, allt eftir suðusniði. Í öðru lagi hefur komið í ljós að nærsuðuhitasvæðið (HAZ) hefur minnkað uppskeruþol vegna korngræðslu og taps á kalda vinnu, úr 205 MPa niður í 150-170 MPa í illa stjórnuðum suðu. Í þriðja lagi bætist togspenna sem eftir er af suðukælingu, venjulega 100–200 MPa, við beitt þrýstingsálag og getur valdið því að staðbundin heildarspenna fari yfir afkastagetu, jafnvel við þrýsting sem er langt undir fræðilegum rofþrýstingi röra. Niðurstaðan er sú að soðið endalokasamskeyti fellur saman við þrýsting sem er yfirleitt 30-50% af þrýstingnum sem myndi valda eftirgjöf í beina rörhlutanum.

Magnþrýstingseinkunn byggt á rúmfræði suðu og gæðastigi

316 innbyggður hitari er með soðnu endaloki og öruggur rekstrarþrýstingur ræðst af rúmfræði suðu og gæðum suðugengs. Suðu í hitaraframleiðslu eru almennt flokkaðar í þrjár gerðir. Lágmarks flaksuðu (lengd suðufóta 0,7 x rörveggþykkt) með ófullnægjandi gegnumgangi gefur lægsta þrýstingsgildi, venjulega takmarkar hitarinn við 2-3 MPa (20-30 bör), jafnvel þó að rörið sjálft geti þolað 15-20 MPa. Rúfsuða með fullri gegnumsuðu með sléttri útlínu og án undirskurðar, fylgt eftir með spennuafléttingu eftir suðu getur náð þrýstingi allt að 70-80% af einkunn beinu rörsins. Lykilbreytan er skilvirknistuðull suðusamskeytisins sem lýst er í kóða þrýstihylkja (td ASME kafla VIII, deild 1) sem hlutfall suðustyrks og grunnmálmsstyrks. Dæmigert samskeyti skilvirkni fyrir röntgenmyndaða fullsuðu án þess að hafa uppgötvað galla er 0,85 til 1,00. Nýtni fyrir flakesuðu án röntgenskoðunar minnkar í 0,50-0,65. Þessir þættir hafa verið þýddir yfir í leyfilegan hámarksvinnuþrýsting fyrir hefðbundna 10 mm OD x 1,5 mm vegg 316 slíður við stofuhita með öryggisstuðli 3,0 miðað við afrakstur.

Tegund suðu Skoðunaraðferð á skilvirkni suðumóts Hitameðferð eftir suðu MAWP @ 20 gráður (MPa / bar) MAWP @ 200 gráður (MPa / bar, niðursett fyrir tap á styrk) Þjónustuumsóknir Mælt með
0,35 Lágmarksflak, skarpskyggni að hluta Einungis sjónrænt Ekkert 2,5 MPa (25 bör) 1,8 MPa (18 bar) Opnir tankar, lágþrýstihringrásarhitarar
Hefðbundið flak Fótlengd Full 0,50 Sjónræn + litarefnisgengur Enginn 3,5 MPa (35 bar) 2,5 MPa (25 bar) Vatn/glýkólkerfi, meðalþrýstingur
Stúfsuðu með fullri gegndræpi, slétt slétt 0,70 Dye penetrant + röntgenmyndataka (blettur)Álagslosun (400 gráður, 1 klst.) 5,0 MPa (50 bar) 3,5 MPa (35 bar) Háþrýstihitarar, vökvakerfi
Stúfsuða með fullri gegndræpi með bakhring 0.85 100 % röntgenmynda Hreinsun í fullri lausn (1040 gráður + slökkva). 6.0 MPa (60 bar). 4.2 MPa (42 bar). Autoclaves, ofhitað vatn, gufa
Hvolfótt endalok (samþætt, engin suðu) 1,00 N/A (óaðfinnanlegur) N/A (eins og-teiknað eða glæðað) 7,5 MPa (75 bar) 5,2 MPa (52 bar) Hámarksþrýstingsmat Sérhönnun
Áhrif hitastigs á MAWP og skriðrof

Þrýstistigið í töflunni hér að ofan er fyrir þjónustu við stofuhita. 316 ryðfríu stáli hefur mun lægri uppskeruþol og skriðþol við hækkað hitastig. Fyrir 100 gráður minnkar flæðistyrkurinn um 5-10%, fyrir 200 gráður um 15-20%, fyrir 300 gráður um 30-35% og fyrir 400 gráður um 45-55%. Fyrir hitara sem eru í notkun undir þrýstingi við hærra hitastig skal lækka MAWP með því að nota hlutfallið milli flæðistyrks við hitastig og flæðistyrks við venjulegt hitastig. Meira um vert, fyrir samfellda notkun við hitastig sem fer yfir 450 gráður (óvenjulegt í innbyggðum hitara en hugsanlegt í gashitunarnotkun), verður skriðbrot frekar en að gefa eftir takmarkandi málið. 10.000 klst. skriðbrotsstyrkur 316 ryðfríu stáli við 500 gráður er um 100 til 120 MPa, samanborið við flæðistyrk upp á um 140 MPa. Fyrir dæmigerða hönnunarspennu fyrir hitara (með öryggisstuðli 3,0 á afkastagetu) verður leyfilegt álag við 500 gráður 140/3=47 MPa, en skriðbrotsálagið í 10.000 klst við 500 gráður er um það bil 100 MPa - þannig að skrið ræður ekki ríkjum. Hins vegar lækkar 10.000 klst. skriðrofstyrkur við 550 gráður niður í 60-70 MPa, sem gæti verið minna en hönnunarálagið. Ef verkfræðingur er að tilgreina þjónustu undir þrýstingi yfir 400 gráður, þá verður hann að biðja um skriðbrotsgögn eða draga frekar úr gildi.

Aðferðir til að tryggja suðuheilleika og þrýstingshald

Til sannprófunar á soðnum endalokum hitara með þrýstihönnun eru fjórar aðferðir notaðar til að ganga úr skugga um að þrýstingsmatið sé eins og krafist er. Fyrsta og ákveðnasta er vatnsstöðuprófun. Hitaranum er þrýst á 1,5× MAWP með vatni eða olíu og honum haldið í 10-30 mínútur, þar sem horft er á þrýstingsfall eða augljósan leka. Þessi prófun er skaðleg fyrir hitarann ​​(innri MgO mun gleypa raka ef einhver leki, jafnvel pínulítill, gerist) og er venjulega gerð á sýniseiningum frekar en framleiðsluhiturum. Önnur aðferðin er helíum lekapróf. Hitarinn er settur undir þrýsting með helíum og settur í lofttæmishólf sem er tengt við massarófsmæli. Lekahraði sem er minni en 1×10⁻⁷ mbar·L/s gefur til kynna loftþétta innsigli sem hæfir háþrýstingsþjónustu. Þriðja aðferðin felur í sér röntgenmyndamat á suðunni með tilliti til ófullkomins gegnumbrots, grops eða sprungna. Sambland af 100% röntgenmyndatöku og helíum lekaprófun á hverjum hitara veitir hámarkstraust í mikilvægum forritum. Fjórða aðferðin er málmvinnsluþverskurður- á sýnissuðu úr hverri framleiðslulotu til að mæla skarpskyggni og athuga hvort HAZ sprungur séu eða ekki samruni. Fyrir viðskiptavini sem vilja hitara fyrir þrýstikerfi, veitir vottorð um samræmi við tiltekna suðutækni hæfi (td ASME kafla IX) framfylgjanlega gæðatryggingu.

Weld Distress Field Vísar og yfirþrýstingsbilunarstillingar

316 innbyggður hitari sem verður fyrir meiri innri þrýstingi en MAWP mun bila á einn af þremur vegu, allt eftir suðuhönnun og þrýstingi. Hið fyrra er hægfara eftirgjöf við suðutána, sem sést af varanlegri bungunni eða aflögun slíðunnar strax nærri suðunni, en án leka. Þetta ástand gefur til kynna að hitarinn hafi verið ofþrýstingur en hann gæti enn verið í notkun, hins vegar er kalt vinnuefnið við bunguna næmari fyrir sprungum gegn tæringu. Önnur aðferðin er suðulos, þar sem suðun sjálf brotnar og endalokið losnar af rörinu. Venjulega er það brothætt brot í gegnum suðumálminn eða HAZ sem á sér stað fljótt án fyrirfram augljósrar röskunar. Þriðja aðferðin er gat sem lekur út úr suðugropagalla. Það er venjulega fínn straumur af gasi eða vökva þegar hitarinn er undir þrýstingi. Útlit ryð-litaðrar blettar umhverfis suðuna (fyrir vatnskennda vökva) eða kolefnisútfellingar (fyrir lífræna vökva) fyrir hitara sem eru í notkun- getur bent til sögu um hóflegan leka. Sérhver hitari sem er viðkvæmur fyrir þekktu yfirþrýstingsfalli eins og dælustoppi eða lokuðum loki verður að endurvotta með vatnsstöðuprófun eða skipta út ef það er ekki augljóst tjón.

Ályktun: Að tilnefna suðuhönnun sem þrýstings-stýringareiginleikann

Fyrir 316 hlífðar hitarör úr ryðfríu stáli sem notuð eru í þrýstikerfi, er rörveggurinn ekki takmarkandi þátturinn fyrir hámarks leyfilegan rekstrarþrýsting; frekar, það er soðið endalokun. Örugg virkni lítillar flakasuðus með hluta gegndrægni er takmörkuð við 2–3 MPa (20–30 bör), en full-stúfsuða, skoðuð með röntgenmyndafræði og álagslétt, nær 5–6 MPa (50–60 bör). Fyrir notkun sem þarfnast þrýstings yfir 6 MPa (60 bör) við hærra hitastig, ætti að tilgreina óaðfinnanlega hettuhönnun (mynduð úr rörinu sjálfu, kúpta endar án sérstakrar suðu), en þær eru dýrari og framleiðsluframboð takmarkaðar. Við kaup á hitara ættu verkfræðingar að krefjast gagna um gerð suðu, skoðunaraðferð og eftir{15}}suðuhitameðferð fyrir þrýstingsþjónustu. Núverandi nálgun gerir kaupendum kleift að velja 316 hlífðarhitara sem geta á öruggan hátt tekið við nauðsynlegum innri þrýstingi án þess að gefa eftir við suðuna með því að tengja rúmfræði suðu og gæðastig við mælanlegt þrýstingsstig sem er allt frá leka til aðskilnaðar sprengiefnis endaloka, þ.e. hamfarabilunarhams.