TESTATA SFERICA CLAD IN ACCIAIO AL CARBONIO ASTM A516 GR. 70 + ASTM B171 C71500 PER APPARECCHIATURE
Panoramica – Testata ellittica clad come chiusura per recipienti a pressione
Una testata ellittica clad è una chiusura sagomata per recipienti a pressione, costituita da una piastra di base in acciaio al carbonio o in lega con uno strato di lega resistente alla corrosione (CRA) legato metallurgicamente alla superficie rivolta verso il processo. La forma semi-ellittica 2:1 è la configurazione di testata torisferica/ellissoidale più comune in scambiatori di calore a fascio tubiero, recipienti a pressione, reattori e serbatoi di stoccaggio, offrendo un equilibrio ottimale tra efficienza di contenimento della pressione e costo di formatura.
Lo strato di rivestimento fornisce resistenza alla corrosione al fluido di processo, mentre il materiale di base fornisce resistenza strutturale e integrità della pressione. Questo prodotto è progettato e fabbricato secondo ASME Sezione VIII Divisione 1 o Divisione 2, e GB/T 25198 (Testate per recipienti a pressione) per applicazioni domestiche.
Definizione geometrica – Testata ellittica 2:1
La testata semi-ellittica 2:1 ha una profondità interna (al centro) pari a un quarto del diametro interno (ID) del mantello a cui è collegata:
Asse maggiore (D) = ID del mantello
Asse minore (h) = D/4 (profondità interna dalla linea tangente al centro della calotta)
Raggio di raccordo (r) ≈ 0,17 × D (zona di transizione tra calotta e flangia dritta)
Raggio della calotta (R) ≈ 0,90 × D (porzione centrale sferica)
| ID del mantello (mm) | Profondità interna h (mm) | Raggio approssimativo del raccordo (mm) | Raggio approssimativo della calotta (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 |
Combinazioni di materiali di rivestimento e materiali di base
La testata ellittica clad è prodotta applicando uno strato di lega resistente alla corrosione (CRA) a una piastra di base in acciaio al carbonio o in lega attraverso uno dei seguenti metodi:
Piastra clad a esplosione: La detonazione di una carica esplosiva controllata crea un legame metallurgico tra la CRA e il materiale di base (secondo ASME SA-263 / SA-264 / SA-265)
Piastra clad laminata a caldo: La CRA e il materiale di base vengono laminati a caldo insieme sotto pressione per formare un legame metallurgico
Rivestimento saldato (cladding a strisce): Il materiale CRA viene depositato per saldatura sulla superficie della piastra di base in strisce sovrapposte (secondo ASME IX)
Opzioni di materiale di base
| Materiale di base | Specifica | Intervallo di temperatura | Applicazione |
|---|---|---|---|
| Acciaio al carbonio SA-516 Gr.70 | ASTM A516 | -20°C a +425°C | Servizio generale per recipienti a pressione |
| Acciaio al carbonio SA-516 Gr.65 / 60 | ASTM A516 | -20°C a +425°C | Sezioni più spesse e a minore resistenza |
| Acciaio al carbonio 16MnR / Q345R | GB 713 | -20°C a +400°C | Equivalente standard domestico |
| Acciaio basso legato SA-387 Gr.11 / 22 | ASTM A387 | -20°C a +540°C | Servizio ad alta temperatura (idrocracking, idrotrattamento) |
| Acciaio basso legato SA-387 Gr.5 | ASTM A387 | -20°C a +550°C | Servizio ad alta temperatura con idrogeno |
Opzioni di materiale di rivestimento
| Materiale di rivestimento | Specifica | Limite di temperatura | Tolleranza ai cloruri | Applicazione |
|---|---|---|---|---|
| Acciaio inossidabile 304L | ASTM A240 | ≤ 400°C | ≤ 200 ppm | Leggermente corrosivo, vapore pulito, grado alimentare |
| Acciaio inossidabile 316L | ASTM A240 | ≤ 425°C | ≤ 200 ppm | Acidi organici, soluzioni saline, acidi deboli |
| Duplex 2205 | ASTM A240 | ≤ 280°C | ≤ 300 ppm a 80°C | Idrocarburi contenenti cloruri, offshore |
| Titanio Gr.1 / Gr.2 | ASTM B265 | ≤ 230°C | Fino a 20.000 ppm | Acqua di mare, salamoia, servizio ad alto contenuto di cloruri |
| Lega 625 (Inconel) | ASTM B443 | ≤ 540°C | Fino a 500 ppm | Gas acido, corrosivo ad alta temperatura, unità di ammine |
| Lega C276 (Hastelloy) | ASTM B575 | ≤ 400°C | Fino a 1.000 ppm | Servizio severo con acidi e cloruri |
Spessore del rivestimento (strato CRA)
Spessore standard del rivestimento: 2 mm – 6 mm (tipicamente 3 mm minimo secondo ASME VIII-1 UW-13)
Tolleranza dello spessore del rivestimento: +0,5 mm / -0,0 mm (nessuna sottotolleranza)
Rapporto di rivestimento: Spessore del rivestimento come percentuale dello spessore totale (rivestimento + base). Per servizi corrosivi, lo spessore del rivestimento è selezionato in base alla tolleranza alla corrosione richiesta.
Spessore nominale totale
Spessore di base: 6 mm – 80 mm (selezionato secondo ASME VIII-1 UG-27 / UG-32 per il contenimento della pressione)
Spessore totale = Spessore di base + Spessore del rivestimento (rivestimento incluso nel calcolo della pressione solo se legato metallurgicamente; secondo ASME VIII-1 Appendice AA)
Spessore minimo formato dopo la formatura: ≥ 90% dello spessore nominale (secondo GB/T 25198 / ASME VIII-1 UG-79)
Processo di formatura – Formatura a caldo o a freddo
Le testate ellittiche clad sono formate da piastre clad utilizzando uno dei seguenti metodi. La selezione del processo dipende dal materiale di rivestimento, dallo spessore totale e dalla precisione richiesta.
Formatura a caldo
Temperatura di formatura: 900°C – 1.050°C (per base in acciaio al carbonio + rivestimento in acciaio inossidabile)
Protezione del lato di rivestimento: Atmosfera ossidante controllata per prevenire un'eccessiva formazione di scaglie; spurgo con gas inerte o rivestimento protettivo applicato alla superficie di rivestimento
Velocità di riscaldamento: ≤ 150°C/ora per prevenire shock termico e delaminazione del rivestimento
Tempra / raffreddamento: Raffreddamento ad aria o raffreddamento controllato in forno (per materiali di base in lega che richiedono PWHT)
Formatura a freddo
Temperatura di formatura: Ambiente (20°C – 40°C)
Attrezzatura di formatura: Piegatrice o pressa per dischi con matrici abbinate
Compensazione del ritorno elastico: Dimensioni della matrice regolate per il ritorno elastico formato a freddo (tipicamente 0,5% – 1,5% del raggio della calotta per diametro della testata e resistenza allo snervamento del materiale)
Deformazione massima a freddo: Limitata per prevenire la delaminazione del rivestimento e la fessurazione del materiale di base. Per base in acciaio al carbonio con rivestimento in acciaio inossidabile, deformazione consigliata ≤ 15% (secondo procedura di formatura del produttore).
Dopo la formatura a freddo: Trattamento termico post-saldatura (PWHT) completo richiesto secondo ASME VIII-1 UCS-56 se lo spessore del materiale di base > 38 mm o se il servizio richiede distensione.
Tolleranze di formatura (secondo ASME VIII-1 UG-81 / GB/T 25198)
| Parametro | Tolleranza |
|---|---|
| Raggio della calotta (R) | ±1,5% del raggio di progetto |
| Raggio del raccordo (r) | ±5% del raggio di progetto |
| Profondità interna (h) | ±1,0% della profondità di progetto |
| Diametro esterno (OD) alla linea tangente | ±0,5% dell'ID del mantello |
| Ovalizzazione alla linea tangente | ≤ 1,0% dell'ID del mantello (per accoppiamento mantello-testata) |
| Ondulazione superficiale | ≤ 2 mm su una campata di 1 m (superficie di rivestimento) |
Integrità del rivestimento – Qualità del legame e test
Il legame metallurgico tra il rivestimento e il materiale di base deve essere verificato secondo ASME VIII-1 UW-13 e ASME SA-263 / SA-264 / SA-265.
Criteri di integrità del legame
Resistenza al taglio (legame rivestimento-base): ≥ 140 MPa (per piastra legata a esplosione) secondo ASTM B898
Area di legame: ≥ 99% della superficie totale del rivestimento (area della superficie del rivestimento che è legata metallurgicamente)
Tolleranza area non legata: Singole aree non legate ≤ 100 mm²; area totale non legata ≤ 1% della superficie (secondo ASME VIII-1)
Esame non distruttivo (NDE) della superficie di rivestimento
Test ultrasonico (UT) – scansione al 100% dell'interfaccia rivestimento-base per difetti di legame e delaminazione (secondo ASME V, Articolo 5)
Criteri di accettazione: Nessuna indicazione lineare > 20 mm; nessuna indicazione raggruppata; nessuna indicazione con ampiezza ≥ 50% del livello di riferimento
Penetrant test (PT) – 100% della superficie di rivestimento e giunti saldati per cricche superficiali (secondo ASME V, Articolo 6)
Accettazione: Nessuna cricca, nessuna porosità superiore a 0,8 mm, nessuna porosità raggruppata
Saldatura al mantello – Progettazione e preparazione del giunto
La testata ellittica clad viene saldata al mantello o alla flangia alla linea tangente. Il giunto deve mantenere sia l'integrità strutturale che la resistenza alla corrosione attraverso l'interfaccia del rivestimento.
Preparazione del giunto (secondo ASME VIII-1 UW-13)
Angolo di smusso: 30° – 37,5° (singolo V o doppio V)
Spazio alla radice: 2 mm – 4 mm
Arretramento dello strato di rivestimento: Il materiale di rivestimento viene tagliato indietro di circa 2 mm – 3 mm dal bordo della scanalatura di saldatura per consentire il deposito del primo passaggio (saldatura del materiale di base) senza fondere lo strato di rivestimento nella saldatura
Saldatura di transizione: Uno strato di rivestimento di materiale di rivestimento viene depositato sulla superficie della scanalatura di saldatura (se richiesto) per ottenere una superficie di saldatura resistente alla corrosione
Sequenza di saldatura (raccomandata)
Saldatura del materiale di base (acciaio al carbonio / lega) – depositata per prima, 100% RT o UT secondo ASME VIII-1 UW-52
Saldatura lato rivestimento (acciaio inossidabile o CRA) – depositata dopo il completamento e l'ispezione della saldatura di base
Rivestimento sulla superficie di saldatura – strato finale di materiale CRA depositato per ripristinare la resistenza alla corrosione attraverso il giunto
Ispezione PT finale della superficie di rivestimento e del rivestimento saldato – 100%
PWHT (Trattamento termico post-saldatura)
Richiesto secondo ASME VIII-1 UCS-56 quando:
Spessore del materiale di base > 38 mm
Il servizio contiene H&sub2;S umido (NACE MR0175 / ISO 15156)
Il materiale di base è acciaio basso legato (SA-387) che richiede tempra
Temperatura PWHT: 620°C ± 15°C per acciaio al carbonio; 680°C – 760°C per acciaio basso legato (secondo tabelle UCS-56)
Tempo di mantenimento: 1 ora per 25 mm di spessore di base; minimo 1 ora
Velocità di raffreddamento: ≤ 50°C/ora fino a 400°C (per acciaio al carbonio) per prevenire precipitazione di carburi o cricche da stress
Protezione del rivestimento durante il PWHT: Spurgo con gas inerte (argon) applicato alla superficie del rivestimento per prevenire l'ossidazione; scudi termici installati se necessario per minimizzare la formazione di scaglie sulla superficie del rivestimento
Ispezione e test per testata
Ispezione dimensionale
Raggio della calotta: Misurato con sagome o scansione 3D – tolleranza ±1,5%
Profondità interna (h): Misurata dalla linea tangente al centro della calotta – tolleranza ±1,0%
Corrispondenza ID del mantello alla linea tangente: Ovalizzazione ≤ 1,0% dell'ID del mantello
Lunghezza flangia dritta: Tipicamente 25 mm – 100 mm (secondo progetto); tolleranza ±2 mm
Spessore del rivestimento: Misuratore di spessore ultrasonico al 10% dell'area superficiale – spessore minimo ≥ spessore nominale del rivestimento – 0,5 mm
Esame non distruttivo (NDE)
| Esame | Metodo | Ambito | Accettazione (secondo ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| Integrità del legame del rivestimento | UT (ultrasonico) | 100% della superficie del rivestimento | Nessuna delaminazione > 20 mm; nessuna indicazione raggruppata |
| Cricche superficiali del rivestimento | PT (penetrant test) | 100% della superficie del rivestimento + rivestimento saldato | Nessuna cricca; porosità < 0,8 mm |
| Laminazioni del materiale di base | UT (fascio dritto) | 100% dell'area di base (disco della testata) | Laminazioni ≤ 20 mm² totali per 100 cm² |
| Saldatura (testata-mantello se pre-saldato) | RT o UT (onda obliqua) | 100% del cordone di saldatura o punto secondo specifica | Secondo ASME VIII-1 UW-51 (completo) o UW-52 (a punti) |
Test di pressione (se saldato al recipiente)
Test idrostatico: 1,3 × pressione di progetto × (S alla temperatura di prova / S alla temperatura di progetto) secondo ASME VIII-1 UG-99
Tempo di mantenimento: Minimo 30 minuti
Accettazione: Nessuna caduta di pressione; nessuna perdita visibile ai giunti saldati o all'interfaccia del rivestimento
Superficie del rivestimento dopo il test idrostatico: Ispezione visiva per vesciche o delaminazione – nessuna vescica visibile consentita
Documentazione per spedizione
Certificati di prova dei materiali (EN 10204 3.1 o 3.2) – piastra di base e materiale di rivestimento
Rapporto di produzione della piastra clad (legata a esplosione o laminata a caldo) – inclusi risultati dei test di resistenza al taglio del legame
Rapporto dati ASME U-stamp (se applicabile)
Scheda dati GB/T 25198 (se standard domestico)
Rapporto di ispezione dimensionale (raggio calotta, profondità, spessore, ovalizzazione)
Rapporti NDE – scansione legame UT, scansione superficie PT, scansione saldatura RT/UT (se saldato)
Registrazione del grafico PWHT (curva tempo-temperatura) – se eseguito
Specifiche della procedura di formatura (FPS) e rapporto di formatura (registrazioni formatura a caldo/freddo)
Rapporto di misurazione dello spessore del rivestimento (registrazioni misuratore di spessore ultrasonico)
Checklist di selezione – Testata ellittica clad
ID del mantello (diametro interno) – determina la dimensione della testata
Pressione di progetto – determina lo spessore di base secondo ASME VIII-1 UG-32
Temperatura di progetto – determina il grado del materiale di base e il requisito PWHT
Corrosività del fluido di processo – determina il materiale di rivestimento e lo spessore minimo del rivestimento
Materiale di rivestimento richiesto – 304L / 316L / Duplex / Ti / Lega 625 / Lega C276
Spessore del rivestimento richiesto – basato sulla tolleranza alla corrosione (tipicamente 3 mm minimo)
Materiale di base richiesto – CS SA-516 Gr.70 / Q345R / SA-387 Gr.11/22
Preferenza metodo di formatura – formatura a caldo o a freddo
Requisito PWHT – basato sullo spessore di base e sul servizio
Requisito NDE – secondo ASME VIII-1 o secondo specifica di progetto (es. scansione legame UT al 100%, PT al 100%)
Attacchi flangia o ugello – se già saldati alla testata, fornire dettagli del giunto saldato
Specifiche vernice/rivestimento – per superficie esterna (base in acciaio al carbonio) se non isolata
Dichiarazione di limitazione di progettazione – Testata ellittica clad
La testata ellittica clad non è applicabile per:
Servizi in cui la temperatura operativa causa la delaminazione del rivestimento a causa della discrepanza di espansione termica (i materiali di rivestimento e di base hanno diversi coefficienti di espansione termica). Secondo ASME VIII-1 Appendice AA, lo stress termico tra rivestimento e base deve essere incluso nei calcoli di progettazione.
Cicli termici severi (> 1.000 cicli/anno) in cui il legame rivestimento-base può affaticarsi. Lo spessore del rivestimento e l'integrità del legame devono essere rivalutati secondo l'analisi di fatica secondo ASME VIII-2.
Temperature molto elevate (> 540°C) in cui il materiale di rivestimento perde resistenza alla corrosione o subisce trasformazioni di fase. Per tali servizi si raccomanda la lega 625 o la lega 800.
Servizi con cicli di pressione rapidi (servizio pulsante) – il legame del rivestimento può essere soggetto a stress di pelatura; consultare il produttore per ulteriori test di legame.
