ASTM A516 GR. 70 +ASTM B171 C71500 KOOLSTOFSTAAL BEKLEDE BOLVORMIGE KOP VOOR APPARATUUR
Overzicht – Beklede Elliptische Kop als Afsluiting van Drukapparatuur
Een beklede elliptische kop is een gevormde afsluiting van een drukvat, bestaande uit een koolstofstaal of legeringstaal basisplaat met een corrosiebestendige legeringslaag (CRA) metallurgisch gebonden aan het procesgerichte oppervlak. De 2:1 semi-elliptische vorm is de meest voorkomende torisferische/ellipsoïdale kopconfiguratie in warmtewisselaars van het buis- en manteltype, drukvaten, reactoren en opslagtanks, en biedt een optimale balans tussen efficiëntie van drukbeheersing en vormkosten.
De bekledingslaag biedt corrosiebestendigheid tegen het procesmedium, terwijl het basismateriaal structurele sterkte en drukintegriteit biedt. Dit product is ontworpen en vervaardigd volgens ASME Section VIII Division 1 of Division 2, en GB/T 25198 (Drukapparaathoofden) voor binnenlandse toepassingen.
Geometrische Definitie – 2:1 Elliptische Kop
De 2:1 semi-elliptische kop heeft een binnendiepte (in het midden) gelijk aan een kwart van de binnendiameter (ID) van de mantel waaraan deze is bevestigd:
Hoofdas (D) = Mantel ID
Kleine as (h) = D/4 (binnendiepte van tangentlijn tot krooncentrum)
Knikradius (r) ≈ 0,17 × D (overgangszone tussen kroon en rechte flens)
Kroonradius (R) ≈ 0,90 × D (sferisch centraal deel)
| Mantel ID (mm) | Binnendiepte h (mm) | Ca. Knikradius (mm) | Ca. Kroonradius (mm) |
|---|---|---|---|
| 500 | 125 | 85 | 450 |
| 800 | 200 | 136 | 720 |
| 1000 | 250 | 170 | 900 |
| 1200 | 300 | 204 | 1080 |
| 1500 | 375 | 255 | 1350 |
| 2000 | 500 | 340 | 1800 |
| 2500 | 625 | 425 | 2250 |
| 3000 | 750 | 510 | 2700 |
Combinaties van Bekledingsmateriaal en Basismateriaal
De beklede elliptische kop wordt vervaardigd door een corrosiebestendige legeringslaag (CRA) aan te brengen op een koolstofstaal of legeringstaal basisplaat via een van de volgende methoden:
Explosief gebonden beklede plaat: Detonatie van een gecontroleerde explosieve lading creëert een metallurgische binding tussen CRA en basismateriaal (volgens ASME SA-263 / SA-264 / SA-265)
Walsgebonden beklede plaat: CRA en basismateriaal worden samen onder druk warmgewalst om een metallurgische binding te vormen
Lasbekleding (stripbekleding): CRA-materiaal wordt op het oppervlak van de basisplaat aangebracht in overlappende strips (volgens ASME IX)
Opties voor Basismateriaal
| Basismateriaal | Specificatie | Temperatuurbereik | Toepassing |
|---|---|---|---|
| Koolstofstaal SA-516 Gr.70 | ASTM A516 | -20°C tot +425°C | Algemene drukvatdienst |
| Koolstofstaal SA-516 Gr.65 / 60 | ASTM A516 | -20°C tot +425°C | Lagere sterkte, dikkere secties |
| Koolstofstaal 16MnR / Q345R | GB 713 | -20°C tot +400°C | Binnenlandse standaard equivalent |
| Laaggelegeerd SA-387 Gr.11 / 22 | ASTM A387 | -20°C tot +540°C | Dienst bij verhoogde temperatuur (hydrokraken, hydrobehandeling) |
| Laaggelegeerd SA-387 Gr.5 | ASTM A387 | -20°C tot +550°C | Dienst bij hoge temperatuur met waterstof |
Opties voor Bekledingsmateriaal
| Bekledingsmateriaal | Specificatie | Temperatuurlimiet | Chloridebestendigheid | Toepassing |
|---|---|---|---|---|
| Roestvrij 304L | ASTM A240 | ≤ 400°C | ≤ 200 ppm | Licht corrosief, stoom, voedselkwaliteit |
| Roestvrij 316L | ASTM A240 | ≤ 425°C | ≤ 200 ppm | Organische zuren, zoutoplossingen, zwakke zuren |
| Duplex 2205 | ASTM A240 | ≤ 280°C | ≤ 300 ppm bij 80°C | Koolwaterstoffen met chloride, offshore |
| Titanium Gr.1 / Gr.2 | ASTM B265 | ≤ 230°C | Tot 20.000 ppm | Zeewater, pekel, dienst met hoog chloridegehalte |
| Legering 625 (Inconel) | ASTM B443 | ≤ 540°C | Tot 500 ppm | Zuur gas, corrosief bij hoge temperatuur, amine-eenheden |
| Legering C276 (Hastelloy) | ASTM B575 | ≤ 400°C | Tot 1.000 ppm | Ernstige zuur- en chloordienst |
Dikte Bekleding (CRA-laag)
Standaard bekledingsdikte: 2 mm – 6 mm (doorgaans minimaal 3 mm volgens ASME VIII-1 UW-13)
Tolerantie bekledingsdikte: +0,5 mm / -0,0 mm (geen ondermaat)
Bekledingsverhouding: Bekledingsdikte als percentage van de totale dikte (bekleding + basis). Voor corrosieve dienst wordt de bekledingsdikte gekozen op basis van de vereiste corrosie-toeslag.
Totale Nominale Dikte
Basislengte: 6 mm – 80 mm (gekozen volgens ASME VIII-1 UG-27 / UG-32 voor drukbeheersing)
Totale dikte = Basislengte + Bekledingsdikte (bekleding alleen in drukberekening opgenomen indien metallurgisch gebonden; volgens ASME VIII-1 Appendix AA)
Minimale gevormde dikte na vorming: ≥ 90% van nominale dikte (volgens GB/T 25198 / ASME VIII-1 UG-79)
Vormproces – Warm of Koud Vormen
Beklede elliptische koppen worden gevormd uit beklede plaat met een van de volgende methoden. De keuze van het proces is afhankelijk van het bekledingsmateriaal, de totale dikte en de vereiste precisie.
Warm Vormen
Vormtemperatuur: 900°C – 1.050°C (voor koolstofstaal basis + roestvrijstalen bekleding)
Bescherming bekledingszijde: Oxidatieve atmosfeer gecontroleerd om overmatige schaalvorming te voorkomen; inerte gasstroom of beschermende coating aangebracht op het bekledingsvlak
Verwarmingssnelheid: ≤ 150°C/uur om thermische schok en delaminatie van de bekleding te voorkomen
Afschrikken / afkoelen: Luchtkoeling of gecontroleerde ovenkoeling (voor legeringsbasismaterialen die PWHT vereisen)
Koud Vormen
Vormtemperatuur: Omgeving (20°C – 40°C)
Vormapparatuur: Kantbank of dieptrekpers met bijpassende matrijzen
Compensatie voor terugvering: Matrijzenafmetingen aangepast voor terugvering bij koud vormen (doorgaans 0,5% – 1,5% van de kroonradius per kopdiameter en materiaalvloeigrens)
Maximale koudvormingsrek: Beperkt om delaminatie van de bekleding en scheurvorming in het basismateriaal te voorkomen. Voor koolstofstaal basis met roestvrijstalen bekleding, aanbevolen vormrek ≤ 15% (volgens procedure van de fabrikant).
Na koud vormen: Volledige nabrandbehandeling (PWHT) vereist volgens ASME VIII-1 UCS-56 indien de dikte van het basismateriaal > 38 mm is of indien de dienst spanningsontlasting vereist.
Vormtoleranties (volgens ASME VIII-1 UG-81 / GB/T 25198)
| Parameter | Tolerantie |
|---|---|
| Kroonradius (R) | ±1,5% van ontwerpradius |
| Knikradius (r) | ±5% van ontwerpradius |
| Binnendiepte (h) | ±1,0% van ontwerpdiepte |
| Buitendiameter (OD) op tangentlijn | ±0,5% van mantel-ID |
| Uit-rondheid op tangentlijn | ≤ 1,0% van mantel-ID (voor passing mantel-kop) |
| Oppervlaktegolving | ≤ 2 mm over 1 m spanwijdte (bekledingsvlak) |
Integriteit Bekleding – Bindkwaliteit en Testen
De metallurgische binding tussen bekleding en basismateriaal moet worden geverifieerd volgens ASME VIII-1 UW-13 en ASME SA-263 / SA-264 / SA-265.
Criteria Bindingsintegriteit
Afschuifsterkte (bekleding-basis binding): ≥ 140 MPa (voor explosief gebonden plaat) volgens ASTM B898
Bindoppervlak: ≥ 99% van het totale bekledingsvlak (bekledingsvlak dat metallurgisch gebonden is)
Toegestane ongebonden oppervlakte: Individuele ongebonden plekken ≤ 100 mm²; totale ongebonden oppervlakte ≤ 1% van het oppervlak (volgens ASME VIII-1)
Niet-destructief Onderzoek (NDE) van Bekledingsvlak
Ultrasoon testen (UT) – 100% scan van de bekleding-basis interface op bindingsdefecten en delaminatie (volgens ASME V, Artikel 5)
Acceptatiecriteria: Geen lineaire indicaties > 20 mm; geen geclusterde indicaties; geen indicatie met amplitude ≥ 50% van referentieniveau
Vloeistof penetrant (PT) – 100% van het bekledingsvlak en lasnaden op oppervlaktescheuren (volgens ASME V, Artikel 6)
Acceptatie: Geen scheuren, geen porositeit groter dan 0,8 mm, geen geclusterde porositeit
Lassen aan Mantel – Lasnaadontwerp en Voorbereiding
De beklede elliptische kop wordt aan de mantel of flens gelast op de tangentlijn. De naad moet zowel structurele integriteit als corrosiebestendigheid over de bekledingsinterface behouden.
Voorbereiding Lasnaad (Volgens ASME VIII-1 UW-13)
Afschuinhoek: 30° – 37,5° (enkele V of dubbele V)
Wortelopening: 2 mm – 4 mm
Afstapeling bekledingslaag: Het bekledingsmateriaal wordt ongeveer 2 mm – 3 mm teruggesneden vanaf de rand van de lasgroef om de eerste laag (basismateriaal las) te laten afzetten zonder de bekledingslaag in de las te smelten
Overgangslas: Een boterlaag van bekledingsmateriaal wordt aangebracht op het oppervlak van de lasgroef (indien vereist) om een corrosiebestendig lasoppervlak te verkrijgen
Lasvolgorde (Aanbevolen)
Basismateriaal las (koolstofstaal / legering) – eerst aangebracht, 100% RT of UT volgens ASME VIII-1 UW-52
Bekledingszijde las (roestvrij staal of CRA) – aangebracht na voltooiing en inspectie van de basismateriaal las
Bekledingslaag op lasoppervlak – laatste laag CRA-materiaal aangebracht om corrosiebestendigheid over de naad te herstellen
Definitieve PT-inspectie van bekledingsvlak en lasbekleding – 100%
PWHT (Nabrandbehandeling)
Vereist volgens ASME VIII-1 UCS-56 wanneer:
Dikte basismateriaal > 38 mm
Dienst bevat nat H₂S (NACE MR0175 / ISO 15156)
Basismateriaal is laaggelegeerd staal (SA-387) dat tempering vereist
PWHT-temperatuur: 620°C ± 15°C voor koolstofstaal; 680°C – 760°C voor laaggelegeerd staal (volgens UCS-56 tabellen)
Houdtijd: 1 uur per 25 mm basismateriaal dikte; minimaal 1 uur
Afkoelsnelheid: ≤ 50°C/uur tot 400°C (voor koolstofstaal) om carbiedneerslag of spanningsscheurvorming te voorkomen
Bescherming bekleding tijdens PWHT: Inert gasstroom (argon) aangebracht op bekledingsvlak om oxidatie te voorkomen; thermische schilden geïnstalleerd indien nodig om schaalvorming op bekledingsvlak te minimaliseren
Inspectie en Testen per Kop
Dimensionale Inspectie
Kroonradius: Gemeten met mallen of 3D-scanning – tolerantie ±1,5%
Binnendiepte (h): Gemeten van tangentlijn tot krooncentrum – tolerantie ±1,0%
Passend Mantel-ID op tangentlijn: Uit-rondheid ≤ 1,0% van mantel-ID
Lengte rechte flens: Doorgaans 25 mm – 100 mm (volgens ontwerp); tolerantie ±2 mm
Dikte bekleding: Ultrasone diktemeter op 10% van het oppervlak – minimale dikte ≥ nominale bekledingsdikte – 0,5 mm
Niet-destructief Onderzoek (NDE)
| Onderzoek | Methode | Omvang | Acceptatie (volgens ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| Integriteit bekledingsbinding | UT (ultrasoon) | 100% van bekledingsvlak | Geen delaminatie > 20 mm; geen geclusterde indicaties |
| Scheuren bekledingsvlak | PT (vloeistof penetrant) | 100% van bekledingsvlak + lasbekleding | Geen scheuren; porositeit < 0,8 mm |
| Laminaties basismateriaal | UT (rechte straal) | 100% van basisoppervlak (kop blank) | Laminaties ≤ 20 mm² totaal per 100 cm² |
| Las (kop-naar-mantel indien vooraf gelast) | RT of UT (schuinstaande straal) | 100% van lasnaad of punt volgens specificatie | Volgens ASME VIII-1 UW-51 (volledig) of UW-52 (punt) |
Druktest (indien aan vat gelast)
Hydrostatische test: 1,3 × ontwerpdruk × (S bij testtemperatuur / S bij ontwerptemperatuur) volgens ASME VIII-1 UG-99
Houdtijd: Minimaal 30 minuten
Acceptatie: Geen drukval; geen zichtbare lekkage bij lasnaden of bekledingsinterface
Bekledingsvlak na hydrotest: Visuele inspectie op blaarvorming of delaminatie – geen zichtbare blaarvorming toegestaan
Documentatie per Zending
Materiaaltestcertificaten (EN 10204 3.1 of 3.2) – basisplaat en bekledingsmateriaal
Productierapport beklede plaat (explosief gebonden of walsgebonden) – inclusief resultaten van afschuifsterkte test van de binding
ASME U-stempel gegevensrapport (indien van toepassing)
GB/T 25198 gegevensblad (indien binnenlandse standaard)
Rapport dimensionale inspectie (kroonradius, diepte, dikte, uit-rondheid)
NDE-rapporten – UT-bindingsscan, PT-oppervlaktescan, RT/UT las-scan (indien gelast)
PWHT-grafiekopname (tijd-temperatuurcurve) – indien uitgevoerd
Specificatie vormprocedure (FPS) en vormrapport (hete/koude vormingsgegevens)
Rapport meting bekledingsdikte (ultrasone diktemetergegevens)
Selectie Checklist – Beklede Elliptische Kop
Mantel ID (binnendiameter) – bepaalt kopmaat
Ontwerpdruk – bepaalt dikte basis volgens ASME VIII-1 UG-32
Ontwerptemperatuur – bepaalt basismateriaal gradatie en PWHT-vereiste
Corrosiviteit procesmedium – bepaalt bekledingsmateriaal en minimale bekledingsdikte
Vereist bekledingsmateriaal – 304L / 316L / Duplex / Ti / Legering 625 / Legering C276
Vereiste bekledingsdikte – gebaseerd op corrosie-toeslag (doorgaans minimaal 3 mm)
Vereist basismateriaal – CS SA-516 Gr.70 / Q345R / SA-387 Gr.11/22
Voorkeur vormmethode – warm vormen of koud vormen
PWHT-vereiste – gebaseerd op dikte basis en dienst
NDE-vereiste – volgens ASME VIII-1 of volgens projectspecificatie (bijv. 100% UT-bindingsscan, 100% PT)
Flens- of nozzle-aansluitingen – indien reeds aan kop gelast, verstrek lasnaaddetails
Verf/coating specificatie – voor buitenoppervlak (koolstofstaal basis) indien niet geïsoleerd
Ontwerpbeperking Verklaring – Beklede Elliptische Kop
De beklede elliptische kop is niet van toepassing voor:
Diensten waarbij de bedrijfstemperatuur leidt tot delaminatie van de bekleding als gevolg van een mismatch in thermische uitzetting (bekledings- en basismaterialen hebben verschillende uitzettingscoëfficiënten). Volgens ASME VIII-1 Appendix AA moet de thermische spanning tussen bekleding en basis worden opgenomen in de ontwerpberekeningen.
Ernstige thermische cycli (> 1.000 cycli/jaar) waarbij de bekleding-basis binding kan vermoeien. Bekledingsdikte en bindingsintegriteit moeten opnieuw worden geëvalueerd volgens vermoeiingsanalyse per ASME VIII-2.
Zeer hoge temperatuur (> 540°C) waarbij het bekledingsmateriaal corrosiebestendigheid verliest of faseovergangen ondergaat. Legering 625 of Legering 800 wordt aanbevolen voor dergelijke dienst.
Diensten met snelle drukcycli (pulserende dienst) – de bekledingsbinding kan onderhevig zijn aan afpelspanning; raadpleeg de fabrikant voor aanvullende bindings testen.
