ASTM A516 GR. 70 +ASTM B171 C71500 COBON STEEL CLAD DISHED Spherical HEAD FOR EQUIPMENT (Bagi peralatan, kepala bola yang terbuat dari baja karbon)
Ringkasan
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 surfaceBentuk semi-elips 2: 1 adalah konfigurasi kepala torisferal / elips yang paling umum di penukar panas cangkang dan tabung, wadah tekanan, reaktor dan tangki penyimpanan,memberikan keseimbangan yang optimal antara efisiensi penahan tekanan dan biaya pembentukan.
Lapisan pelapis memberikan ketahanan korosi terhadap cairan proses, sementara bahan dasar memberikan kekuatan struktural dan integritas tekanan.Produk ini dirancang dan diproduksi sesuai dengan ASME Bagian VIII Divisi 1 atau Divisi 2, dan GB/T 25198 (kepala kapal bertekanan) untuk aplikasi domestik.
Definisi Geometri 2:1 Kepala Elips
Kepala semi-elliptik 2: 1 memiliki kedalaman bagian dalam (di tengah) sama dengan seperempat diameter bagian dalam (ID) cangkang di mana ia dilampirkan:
Aksi utama (D) = Shell ID
sumbu minor (h) = D/4 (dalam dari garis tangen ke pusat mahkota)
Radius siku (r) ≈ 0,17 × D (zona transisi antara mahkota dan flange lurus)
Jarak mahkota (R) ≈ 0,90 × D (bagian pusat bola)
| Shell ID (mm) | kedalaman dalam h (mm) | Radius pergelangan tangan (mm) | Radius mahkota (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 |
Kombinasi bahan pelapis dan bahan dasar
Kepala elips berlapis diproduksi dengan menerapkan lapisan paduan tahan korosi (CRA) ke base plate baja karbon atau baja paduan melalui salah satu metode berikut:
Plat lapis tahan ledakan: Ledakan muatan peledak terkontrol menciptakan ikatan metalurgi antara CRA dan bahan dasar (menurut ASME SA-263 / SA-264 / SA-265)
Piring lapis bergelombang: CRA dan bahan dasar digulung panas bersama-sama di bawah tekanan untuk membentuk ikatan metalurgi
Overlay las (lapisan strip): Bahan CRA diselapkan pada permukaan base plate dalam pita yang tumpang tindih (per ASME IX)
Pilihan Bahan Dasar
| Bahan dasar | Spesifikasi | Kisaran suhu | Aplikasi |
|---|---|---|---|
| Baja karbon SA-516 Gr.70 | ASTM A516 | -20°C sampai +425°C | Layanan umum untuk kapal bertekanan |
| Baja karbon SA-516 Gr.65 / 60 | ASTM A516 | -20°C sampai +425°C | Bagian-bagian yang lebih tebal dan lebih kuat |
| Baja karbon 16MnR / Q345R | GB 713 | -20°C sampai +400°C | Standar domestik setara |
| Low-alloy SA-387 Gr.11 / 22 | ASTM A387 | -20°C sampai +540°C | Layanan suhu tinggi (hydrocracking, hydrotreatment) |
| Low-alloy SA-387 Gr.5 | ASTM A387 | -20°C sampai +550°C | Layanan hidrogen suhu tinggi |
Pilihan bahan pelapis
| Bahan Lapisan | Spesifikasi | Batas suhu | Toleransi Klorida | Aplikasi |
|---|---|---|---|---|
| 304L stainless steel | ASTM A240 | ≤ 400°C | ≤ 200 ppm | Sedikit korosif, uap bersih, kelas makanan |
| Baja tahan karat 316L | ASTM A240 | ≤ 425°C | ≤ 200 ppm | Asam organik, larutan garam, asam lemah |
| Duplex 2205 | ASTM A240 | ≤ 280°C | ≤ 300 ppm pada 80°C | Hidrokarbon yang mengandung klorida, lepas pantai |
| Titanium Gr.1 / Gr.2 | ASTM B265 | ≤ 230°C | Hingga 20.000 ppm | Air laut, garam, layanan tinggi klorida |
| Alloy 625 (Inconel) | ASTM B443 | ≤ 540°C | Hingga 500 ppm | Gas asam, korosif suhu tinggi, unit amin |
| Alloy C276 (Hastelloy) | ASTM B575 | ≤ 400°C | Hingga 1.000 ppm | Layanan asam dan klorida berat |
Ketebalan Lapisan (Lapisan CRA)
Ketebalan plating standar: 2mm 6mm (biasanya minimal 3mm per ASME VIII-1 UW-13)
Toleransi ketebalan pelapis: +0,5mm / -0,0mm (tidak di bawah toleransi)
Rasio pelapis: ketebalan pelapis sebagai persentase dari total ketebalan (pelapis + dasar).
Total Ketebalan Nominal
Ketebalan dasar: 6mm 80mm (dipilih sesuai dengan ASME VIII-1 UG-27 / UG-32 untuk penahan tekanan)
Ketebalan total = Ketebalan dasar + Ketebalan lapis (lapis termasuk dalam perhitungan tekanan hanya jika diikat secara metalurgi; sesuai dengan ASME VIII-1 Lampiran AA)
Ketebalan terbentuk minimum setelah terbentuk: ≥ 90% dari ketebalan nominal (per GB/T 25198 / ASME VIII-1 UG-79)
Proses pembentuk
Kepala elips berlapis dibentuk dari pelat berlapis menggunakan salah satu metode berikut.
Membentuk dengan panas
Suhu pembentukan: 900°C ∼ 1,050°C (untuk baja karbon + stainless plated)
Perlindungan sisi pelapis: Atmosfer oksidasi dikendalikan untuk mencegah skala yang berlebihan; pembersihan gas inert atau lapisan pelindung yang diterapkan pada permukaan pelapis
Kecepatan pemanasan: ≤ 150°C/jam untuk mencegah kejut termal dan delaminasi pelapis
Pemadam / pendinginan: pendinginan udara atau pendinginan tungku terkontrol (untuk bahan dasar paduan yang membutuhkan PWHT)
Pembentukan Dingin
Suhu pembentukan: Lingkungan (20°C ∼ 40°C)
Peralatan pembentuk: Pencet rem atau pencet dishing dengan mati yang cocok
Kompensasi springback: Ukuran die disesuaikan untuk springback yang dibentuk dingin (biasanya 0,5% ∼ 1,5% dari radius mahkota per diameter kepala dan kekuatan hasil material)
Tekanan terbentuk dingin maksimum: Terbatas untuk mencegah delaminasi plating dan retakan bahan dasar.Recommended forming strain ≤ 15% (per prosedur forming pabrikan).
Setelah pembentukan dingin: Pengolahan panas pasca las penuh (PWHT) yang diperlukan sesuai dengan ASME VIII-1 UCS-56 jika ketebalan bahan dasar > 38 mm atau jika layanan membutuhkan pengurangan tekanan.
Toleransi pembentukan (per ASME VIII-1 UG-81 / GB/T 25198)
| Parameter | Toleransi |
|---|---|
| Radius mahkota (R) | ±1,5% dari radius desain |
| Radius pergelangan tangan (r) | ± 5% dari radius desain |
| kedalaman bagian dalam (h) | ± 1,0% dari kedalaman desain |
| Diameter luar (OD) pada garis sempit | ± 0,5% dari shell ID |
| Kebulatan di garis tangen | ≤ 1,0% dari shell ID (untuk shell-to-head fit-up) |
| Gelombang permukaan | ≤ 2mm lebih dari 1m span (lapisan permukaan) |
Integritas Lapisan ¢ Kualitas dan Pengujian Ikatan
Ikatan metalurgi antara bahan plated dan bahan dasar harus diverifikasi sesuai dengan ASME VIII-1 UW-13 dan ASME SA-263 / SA-264 / SA-265.
Kriteria Integritas Obligasi
Kekuatan pemotongan (ikatan lapisan-ke-dasar): ≥ 140 MPa (untuk pelat yang terikat ledakan) per ASTM B898
Luas ikatan: ≥ 99% dari total permukaan plating (luas permukaan plating yang diikat secara metalurgi)
Permit area yang tidak terikat: Patch yang tidak terikat individual ≤ 100mm2; total area yang tidak terikat ≤ 1% dari permukaan (per ASME VIII-1)
Pemeriksaan non-destruktif (NDE) permukaan lapis
Pengujian ultrasonik (UT) ️ 100% pemindaian antarmuka plat-to-base untuk cacat ikatan dan delaminasi (sesuai dengan ASME V, Pasal 5)
Kriteria penerimaan: Tidak ada indikasi linier > 20mm; tidak ada indikasi berkelompok; tidak ada indikasi dengan amplitudo ≥ 50% dari tingkat referensi
Penetrant Cairan (PT) 100% dari permukaan lapis dan sendi las untuk retakan permukaan (menurut ASME V, Pasal 6)
Penerimaan: Tidak ada retakan, tidak ada porositas lebih besar dari 0,8 mm, tidak ada porositas berkelompok
Pengelasan ke Shell
Kepala elips berlapis dilas ke cangkang atau flange pada garis tangen.
Persediaan bersama (Per ASME VIII-1 UW-13)
Sudut bevel: 30° ∼ 37,5° (V tunggal atau V ganda)
Celah akar: 2 mm 4 mm
Langkah mundur lapisan berlapis:Bahan pelapis dipotong kembali sekitar 2mm 3mm dari tepi alur las untuk memungkinkan lulus pertama (base material weld) untuk disimpan tanpa melelehkan lapisan pelapis ke dalam las
Pengelasan transisi: Lapisan penyamakan bahan pelapis ditempatkan pada permukaan alur pengelasan (jika diperlukan) untuk mencapai permukaan pengelasan tahan korosi
Urutan Las (Disarankan)
Bahan dasar las (baja karbon / paduan) ️ ditempatkan pertama, 100% RT atau UT per ASME VIII-1 UW-52
Pengelasan sisi berlapis (tidak berkarat atau CRA) ️ ditempatkan setelah pengelasan dasar selesai dan diperiksa
Lapisan berlapis pada permukaan las ️ lapisan akhir dari bahan CRA yang ditempatkan untuk mengembalikan ketahanan korosi di seluruh sendi
Pemeriksaan PT akhir permukaan plating dan overlay las
PWHT (Pengolahan Panas Pasca Las)
Dibutuhkan menurut ASME VIII-1 UCS-56 ketika:
Ketebalan bahan dasar > 38 mm
Layanan mengandung H2S basah (NACE MR0175 / ISO 15156)
Bahan dasar adalah baja paduan rendah (SA-387) yang membutuhkan tempering
Suhu PWHT: 620°C ± 15°C untuk baja karbon; 680°C ∼ 760°C untuk baja paduan rendah (per tabel UCS-56)
Waktu tahan: 1 jam per ketebalan dasar 25 mm; minimal 1 jam
Kecepatan pendinginan: ≤ 50°C/jam hingga 400°C (untuk baja karbon) untuk mencegah presipitasi karbida atau retakan tegangan
Perlindungan pelapis selama PWHT: Pembersihan gas inert (argon) diterapkan pada permukaan pelapis untuk mencegah oksidasi; perisai termal dipasang jika diperlukan untuk meminimalkan skala permukaan pelapis
Pemeriksaan dan pengujian per kepala
Pemeriksaan Dimensi
Jarak mahkota: Diukur dengan templat atau pemindaian 3D Toleransi ±1,5%
kedalaman bagian dalam (h): Diukur dari garis tangen ke pusat mahkota
Pencocokan Shell ID pada garis tangen: Tidak bulat ≤ 1,0% dari Shell ID
Panjang flange lurus: Biasanya 25mm 100mm (per desain); toleransi ± 2mm
Ketebalan lapis: alat pengukur ketebalan ultrasonik pada 10% dari permukaan permukaan ️ ketebalan minimum ≥ ketebalan lapis nominal ️ 0,5 mm
Pemeriksaan Non-Destruktif (NDE)
| Pemeriksaan | Metode | Ruang lingkup | Penerimaan (menurut ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| Integritas ikatan berlapis | UT (ultrasonik) | 100% dari permukaan lapis | Tidak ada delaminasi > 20mm; tidak ada indikasi berkelompok |
| Celah permukaan berlapis | PT (penetrant cair) | 100% permukaan plat + lapisan las | Tidak ada retakan; porositas < 0,8 mm |
| Laminasi bahan dasar | UT (cahaya lurus) | 100% dari area dasar (kepala kosong) | Laminasi ≤ 20mm2 total per 100cm2 |
| Las (head-to-shell jika sudah dilas sebelumnya) | RT atau UT (shear wave) | 100% dari jahitan las atau titik per spesifikasi | Per ASME VIII-1 UW-51 (lengkap) atau UW-52 (spot) |
Uji tekanan (ketika dilas ke wadah)
Uji hidrostatik: 1,3 × tekanan desain × (S pada suhu uji / S pada suhu desain) per ASME VIII-1 UG-99
Waktu tunggu: minimal 30 menit
Penerimaan: Tidak ada penurunan tekanan; tidak ada kebocoran yang terlihat pada sendi las atau antarmuka plating
Permukaan berlapis setelah pengujian hidrotest: Pemeriksaan visual untuk adanya gelembung atau delaminasi ️ tidak ada gelembung yang terlihat yang diizinkan
Dokumen per Pengiriman
Sertifikat pengujian bahan (EN 10204 3.1 atau 3.2)
Laporan pembuatan pelat lapis (bond ledakan atau roll-bond) termasuk hasil uji kekuatan pemotongan ikatan
Laporan data ASME U-stamp (jika berlaku)
GB/T 25198 lembar data (jika standar domestik)
Laporan inspeksi dimensi (radius mahkota, kedalaman, ketebalan, tidak bulat)
Laporan NDE ‡ UT bond scan, PT surface scan, RT/UT weld scan (jika dilas)
Catatan grafik PWHT (kurva waktu-suhu)
Spesifikasi prosedur pembentukan (FPS) dan laporan pembentukan (catatan pembentukan panas/dingin)
Laporan pengukuran ketebalan pelapis (catatan pengukur ketebalan ultrasonik)
Daftar Pemeriksaan Seleksi
Shell ID (diameter bagian dalam) menentukan ukuran kepala
Tekanan desain menentukan ketebalan dasar per ASME VIII-1 UG-32
Suhu desain menentukan bahan dasar kelas dan persyaratan PWHT
Korosifitas fluida proses menentukan bahan pelapis dan ketebalan minimal pelapis
Bahan pelapis yang dibutuhkan 304L / 316L / Duplex / Ti / Alloy 625 / Alloy C276
Ketebalan pelapis yang dibutuhkan berdasarkan toleransi korosi (biasanya minimal 3 mm)
Bahan dasar yang dibutuhkan CS SA-516 Gr.70 / Q345R / SA-387 Gr.11/22
Metode pembentukan yang disukai pembentukan panas atau pembentukan dingin
Persyaratan PWHT berdasarkan ketebalan dasar dan layanan
Persyaratan NDE ¢ per ASME VIII-1 atau per spesifikasi proyek (misalnya, pemindaian ikatan 100% UT, 100% PT)
Perlengkapan flange atau nozzle ️ jika sudah dilas ke kepala, berikan rincian sendi las
Spesifikasi cat/lapisan ?? untuk permukaan luar (basis baja karbon) jika tidak terisolasi
Pernyataan pembatasan desain
Kepala elips berlapis tidak berlaku untuk:
Layanan di mana suhu operasi menyebabkan delaminasi pelapis karena ketidakcocokan ekspansi termal (bahan pelapis dan dasar memiliki koefisien ekspansi termal yang berbeda).Menurut ASME VIII-1 Appendix AA, tegangan termal antara pelapis dan dasar harus dimasukkan dalam perhitungan desain.
Siklus termal yang parah (> 1.000 siklus/tahun) di mana ikatan plat-to-base mungkin lelah. Ketebalan plat dan integritas ikatan harus dievaluasi kembali per analisis kelelahan sesuai dengan ASME VIII-2.
Suhu yang sangat tinggi (> 540°C) di mana bahan pelapis kehilangan ketahanan korosi atau mengalami transformasi fase. paduan 625 atau paduan 800 dianjurkan untuk layanan tersebut.
Layanan dengan siklus tekanan yang cepat (layanan berdenyut) ️ ikatan lapis dapat mengalami tekanan peling; konsultasikan dengan produsen untuk pengujian ikatan tambahan.
