ASTM A516 GR. 70 +ASTM B171 C71500 Tête sphérique en acier au carbone
Vue d'ensemble Tête elliptique plaquée comme composant de fermeture du récipient sous pression
A clad elliptical head is a formed pressure vessel end closure consisting of a carbon steel or alloy steel base plate with a corrosion-resistant alloy (CRA) layer metallurgically bonded to the process-facing surfaceLa forme semi-elliptique 2:1 est la configuration de tête torisphérique/ellipsoïdale la plus courante dans les échangeurs de chaleur à coque et à tubes, les réacteurs et les réservoirs de stockage.fournissant un équilibre optimal entre l'efficacité du confinement sous pression et le coût de formage.
La couche de revêtement fournit une résistance à la corrosion du fluide de processus, tandis que le matériau de base fournit une résistance structurelle et une intégrité sous pression.Ce produit est conçu et fabriqué conformément à la section VIII de l'ASME, division 1 ou division 2, et GB/T 25198 (têtes de récipients sous pression) pour les applications domestiques.
Définition géométrique 2 1 Tête elliptique
La tête semi-elliptique 2:1 a une profondeur intérieure (au centre) égale à un quart du diamètre intérieur (ID) de la coque à laquelle elle est fixée:
Axe majeur (D) = identifiant de la coque
Axe mineur (h) = D/4 (profondeur intérieure de la ligne tangente au centre de la couronne)
Le rayon des articulations (r) ≈ 0,17 × D (zone de transition entre la couronne et la bride droite)
Le rayon de la couronne (R) ≈ 0,90 × D (partie centrale sphérique)
| Identifiant de la coque (mm) | Profondeur intérieure h (mm) | Radius approximatif des doigts (mm) | Radius de la couronne (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 |
Combinaisons de matériaux de revêtement et de matériaux de base
La tête elliptique plaquée est fabriquée en appliquant une couche d'alliage résistant à la corrosion (CRA) sur une plaque de base en acier au carbone ou en acier allié par l'une des méthodes suivantes:
Plaque placée résistante à l'explosion: La détonation d' une charge explosive contrôlée crée une liaison métallurgique entre l' ARC et le matériau de base (selon l' ASME SA-263 / SA-264 / SA-265)
Plaques plaquées en rouleau: L'ARC et le matériau de base sont laminés à chaud sous pression pour former une liaison métallurgique
Couche de soudure (couche de bande): Le matériau CRA est soudé sur la surface de la plaque de base en bandes superposées (selon ASME IX)
Options de matériau de base
| Matériau de base | Spécifications | Plage de température | Application du projet |
|---|---|---|---|
| Acier au carbone SA-516 Gr.70 | Pour l'aéronef | -20°C à +425°C | Services généraux de récipients sous pression |
| Acier au carbone SA-516 Gr.65 / 60 | Pour l'aéronef | -20°C à +425°C | Parties plus épaisses et moins résistantes |
| Acier au carbone 16MnR / Q345R | Pour les appareils électroniques | -20°C à +400°C | Équivalent de la norme nationale |
| Légures à faible teneur en SA-387 Gr.11 / 22 | Pour l'aéronef | -20°C à +540°C | Service à température élevée (hydrocraquage, hydrotraitement) |
| L'acier à faible teneur en alliage SA-387 Gr.5 | Pour l'aéronef | -20°C à +550°C | Service d'hydrogène à haute température |
Options de matériaux de revêtement
| Matériau de revêtement | Spécifications | Limites de température | Tolérance au chlorure | Application du projet |
|---|---|---|---|---|
| d'une épaisseur n'excédant pas | Pour l'aéronef | ≤ 400°C | ≤ 200 ppm | légèrement corrosif, vapeur propre, qualité alimentaire |
| d'une épaisseur n'excédant pas 1 mm | Pour l'aéronef | ≤ 425°C | ≤ 200 ppm | Acides organiques, solutions salines, acides faibles |
| Pour les appareils à commande numérique | Pour l'aéronef | ≤ 280 °C | ≤ 300 ppm à 80°C | Hydrocarbures contenant du chlorure, en mer |
| Titane Gr.1 / Gr.2 | Pour l'utilisation dans les machines à coudre | ≤ 230°C | Jusqu'à 20 000 ppm | L'eau de mer, la saumure, le service à haute teneur en chlorure |
| Alliage 625 (Inconel) | Pour l'utilisation dans les machines à coudre | ≤ 540°C | Jusqu'à 500 ppm | Gaz acide, corrosif à haute température, unités aminées |
| alliage C276 (Hastelloy) | Pour l'utilisation des appareils électroménagers | ≤ 400°C | Jusqu'à 1 000 ppm | Service des acides et chlorures sévères |
Épaisseur du revêtement (couche CRA)
Épaisseur de revêtement standard: 2 mm 6 mm (généralement 3 mm minimum par ASME VIII-1 UW-13)
Tolérance à l'épaisseur du revêtement: +0,5 mm / -0,0 mm (pas sous tolérance)
Proportion de revêtement: épaisseur du revêtement en pourcentage de l'épaisseur totale (vêtement + base).
Épaisseur nominale totale
Épaisseur de la base: 6 mm 80 mm (sélectionnée selon ASME VIII-1 UG-27 / UG-32 pour le confinement sous pression)
Épaisseur totale = épaisseur de la base + épaisseur du revêtement (le revêtement n'est inclus dans le calcul de la pression que s'il est lié métallurgiquement; selon l'ASME VIII-1, appendice AA)
Épaisseur minimale formée après formage: ≥ 90% de l'épaisseur nominale (par GB/T 25198 / ASME VIII-1 UG-79)
Processus de formage ¥ Formage à chaud ou à froid
Les têtes elliptiques revêtues sont formées à partir de plaques revêtues en utilisant l'une des méthodes suivantes.
Formage à chaud
Température de formage: 900°C ∼ 1 050°C (pour l'acier au carbone + plaqué inoxydable)
Protection du côté du revêtement: atmosphère oxydante contrôlée pour éviter une écaillage excessive; purge de gaz inerte ou revêtement protecteur appliqué sur la surface revêtue
Taux de chauffage: ≤ 150°C/heure pour prévenir les chocs thermiques et la délamination du revêtement
Éteindre / refroidir: refroidissement à l'air ou refroidissement par four contrôlé (pour les matériaux de base en alliage nécessitant PWHT)
Formage à froid
Température de formage: ambiante (20°C à 40°C)
Équipement de formage: presses de freinage ou presses de mise en forme avec matrices assorties
Compensation de la résistance à la corrosion: dimensions ajustées pour la résistance à la corrosion formée à froid (généralement 0,5% - 1,5% du rayon de la couronne par diamètre de la tête et résistance du matériau)
Déformation à froid maximale: limitée pour empêcher la délamination du revêtement et la fissuration du matériau de base.Tensions de formage recommandées ≤ 15% (par procédure de formage du fabricant).
Après formage à froid: traitement thermique complet post-soudure (PWHT) requis selon l'ASME VIII-1 UCS-56 si l'épaisseur du matériau de base est supérieure à 38 mm ou si l'entretien nécessite un soulagement des contraintes.
Tolérances de formage (selon l'ASME VIII-1 UG-81 / GB/T 25198)
| Paramètre | La tolérance |
|---|---|
| Radius de la couronne (R) | ±1,5% du rayon de conception |
| Radius des articulations (r) | ± 5% du rayon de conception |
| Profondeur intérieure (h) | ±1,0% de la profondeur de conception |
| Diamètre extérieur (OD) à la ligne tangente | ± 0,5% de l'identifiant de coque |
| Détournée de la ligne tangente | ≤ 1,0% de l'identifiant de coquille (pour le montage coquille-tête) |
| Vague de surface | ≤ 2 mm sur une étendue de 1 m (surface revêtue) |
Intégrité du revêtement
La liaison métallurgique entre le matériau plaqué et le matériau de base doit être vérifiée conformément aux normes ASME VIII-1 UW-13 et ASME SA-263 / SA-264 / SA-265.
Critères d'intégrité des obligations
Résistance au cisaillement (ligne de revêtement à base): ≥ 140 MPa (pour les plaques liées à l'explosion) par ASTM B898
Surface de liaison: ≥ 99% de la surface de revêtement totale (surface de revêtement qui est liée métallurgiquement)
Surfaces non liées: patchs non liés individuels ≤ 100 mm2; surface totale non liée ≤ 1% de la surface (par ASME VIII-1)
Examen non destructif (EDN) de la surface revêtue
Tests ultrasoniques (UT) analyse à 100% de l'interface revêtement-base pour détecter les défauts de liaison et la délamination (selon l'ASME V, article 5)
Critères d'acceptation: pas d'indications linéaires > 20 mm; pas d'indications regroupées; pas d'indication avec une amplitude ≥ 50% du niveau de référence
Perméabilité à la pénétration par liquide (PT) 100% de surface plaquée et de joints de soudure pour fissures de surface (selon l'ASME V, article 6)
Acceptation: pas de fissures, pas de porosité supérieure à 0,8 mm, pas de porosité groupée
Soudage à la coquille Conception et préparation communes
La tête elliptique revêtue est soudée à la coque ou à la bride à la ligne tangente.
Préparation commune (selon ASME VIII-1 UW-13)
Angle de buse: 30° ∼ 37,5° (V simple ou double V)
L'écart entre les racines: 2 mm 4 mm
Retour en arrière de la couche revêtue:Le matériau de revêtement est coupé vers l'arrière d'environ 2 mm ∼ 3 mm du bord de la rainure de soudure pour permettre le premier passage (soudure de matériau de base) à être déposé sans faire fondre la couche de revêtement dans la soudure
Soudure de transition: une couche de beurre de matériau de revêtement est déposée sur la surface de la rainure de soudure (si nécessaire) pour obtenir une surface de soudure résistante à la corrosion
Séquence de soudage (recommandée)
Matériau de base soudé (acier au carbone / alliage) déposé en premier, 100% RT ou UT selon ASME VIII-1 UW-52
La soudure de face revêtue (inoxydable ou CRA) ️ déposée après que la soudure de base ait été terminée et inspectée
Couche revêtue sur la surface de soudure ️ dernière couche de matériau CRA déposée pour restaurer la résistance à la corrosion à travers le joint
Inspection PT finale de la surface placée et du revêtement de soudure 100%
Le traitement thermique post-soudure (PWHT)
Exigé conformément à l'ASME VIII-1 UCS-56 lorsque:
Épaisseur de la matière de base > 38 mm
Le service contient du H2S humide (NACE MR0175 / ISO 15156)
Matériau de base est l'acier de faible alliage (SA-387) nécessitant un trempage
Température PWHT: 620 °C ± 15 °C pour l'acier au carbone; 680 °C ∼ 760 °C pour l'acier à faible alliage (par table UCS-56)
Temps de rétention: 1 heure par épaisseur de base de 25 mm; minimum 1 heure
Taux de refroidissement: ≤ 50°C/heure à 400°C (pour l'acier au carbone) pour empêcher la précipitation de carbure ou le craquage par contrainte
Protection du revêtement pendant le PWHT: purge de gaz inerte (argon) appliquée à la surface revêtue pour empêcher l'oxydation; boucliers thermiques installés si nécessaire pour minimiser l'écaillage de la surface revêtue
Inspection et essais par tête
Inspection dimensionnelle
Radius de la couronne: mesuré à l'aide de modèles ou d'un scanner 3D ¢ tolérance ±1,5%
Profondeur intérieure (h): mesurée de la ligne tangente au centre de la couronne ± 1,0%
Coïncidence de l'identifiant de la coque à la ligne tangente: décoiffement ≤ 1,0% de l'identifiant de la coque
Longueur de la bride droite: typiquement 25 mm/100 mm (par conception); tolérance ±2 mm
Épaisseur du revêtement: jauge de l'épaisseur par ultrasons à 10% de la surface de l'appareil
Examen non destructif (EDN)
| Examen | Méthode | Portée | Acceptation (selon l'ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| Intégrité des obligations placées | UT (ultra-sonore) | 100% de la surface placée | Aucune délamination > 20 mm; aucune indication en grappes |
| Les fissures de surface revêtues | PT (pénétrant liquide) | 100% de surface placée + revêtement de soudure | Aucune fissure; porosité < 0,8 mm |
| Laminations de matériaux de base | UT (faisceau droit) | 100% de la surface de base (tête vide) | Laminations ≤ 20 mm2 au total par 100 cm2 |
| Soudure (de tête à coque si elle est pré-soudée) | RT ou UT (onde de cisaillement) | 100% de couture ou de point de soudure par spécification | Pour l'ASME VIII-1 UW-51 (complète) ou UW-52 (spot) |
Épreuves de pression (lorsqu'elles sont soudés à un récipient)
Épreuve hydrostatique: 1,3 × pression de conception × (S à température d'essai / S à température de conception) selon la norme ASME VIII-1 UG-99
Temps de rétention: 30 minutes minimum
Acceptation: chute de pression nulle; aucune fuite visible aux joints de soudure ou à l'interface revêtue
Surface revêtue après test hydrotest: inspection visuelle pour détection de la formation de cloques ou de la délamination
Documentation par expédition
Certificats d'essai des matériaux (EN 10204 3.1 ou 3.2)
Rapport de fabrication de tôles plaquées (lignes de rupture ou lignes de roulement) ‡ y compris les résultats des essais de force de cisaillement des lignes
Rapport ASME sur les données du timbre en U (le cas échéant)
Fiche de données GB/T 25198 (si la norme est nationale)
Rapport d'inspection dimensionnelle (rayon de la couronne, profondeur, épaisseur, décalage)
Les rapports d'EDN ¢ analyse de liaison UT, analyse de surface PT, analyse de soudure RT/UT (s'il est soudé)
Enregistrement de la carte PWHT (courbe temps-température) si elle est effectuée
Spécification de la procédure de formage (FPS) et rapport de formage (enregistrements de formage à chaud/à froid)
Rapport de mesure de l'épaisseur du revêtement (enregistrements de l'échelle d'épaisseur par ultrasons)
Liste de vérification de sélection
Identifiant de la coque (diamètre intérieur) ?? détermine la taille de la tête
La pression de conception détermine l'épaisseur de la base selon l'ASME VIII-1 UG-32
La température de conception détermine la qualité du matériau de base et l'exigence de PWHT
La corrosivité du fluide de procédé détermine le matériau de revêtement et l'épaisseur minimale du revêtement
Matériau de revêtement requis ¥ 304L / 316L / Duplex / Ti / Alliage 625 / Alliage C276
Épaisseur de revêtement requise basée sur la tolérance à la corrosion (généralement 3 mm minimum)
Matériau de base requis ¥ CS SA-516 Gr.70 / Q345R / SA-387 Gr.11/22
Préférence de la méthode de formage: formage à chaud ou à froid
Exigence de PWHT basée sur l'épaisseur de la base et la durée de vie
Exigences relatives à l'END ¢ par norme ASME VIII-1 ou par spécification de projet (p. ex. scanner 100% UT bond, 100% PT)
Les pièces jointes de la bride ou de la buse si elles sont déjà soudés à la tête, fournir les détails des joints de soudage
Spécification de la peinture/du revêtement ️ pour la surface extérieure (base en acier au carbone) si elle n'est pas isolée
Déclaration relative à la limitation de conception
La tête elliptique plaquée n'est pas applicable pour:
Services dans lesquels la température de fonctionnement provoque une délamination du revêtement en raison d'un déséquilibre de l'expansion thermique (les matériaux revêtus et les matériaux de base ont des coefficients d'expansion thermique différents).Pour l'ASME VIII-1, appendice AA, la contrainte thermique entre le revêtement et la base doit être prise en compte dans les calculs de conception.
Cycles thermiques sévères (> 1 000 cycles par an) où la liaison plaqué-base peut se fatiguer. L'épaisseur de la liaison plaquée et son intégrité doivent être réévaluées par analyse de la fatigue selon l'ASME VIII-2.
Température très élevée (> 540°C) où le revêtement perd sa résistance à la corrosion ou subit une transformation de phase.
Les services avec cycle de pression rapide (service pulsant)
