ASTM A516 GR. 70 +ASTM B171 C71500 فولاد کربن روکش شده سر کروی مقعر برای تجهیزات
مرور کلی – سر بیضوی روکش شده به عنوان جزء بستن مخزن تحت فشار
سر بیضوی روکش شده یک پوشش انتهایی مخزن تحت فشار شکل گرفته است که شامل یک صفحه پایه فولاد کربن یا فولاد آلیاژی با یک لایه آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی (CRA) است که به صورت متالورژیکی به سطح رو به فرآیند متصل شده است. شکل نیمه بیضوی 2:1 رایج ترین پیکربندی سر توریسفریکال/الپسوئیدال در مبدل های حرارتی پوسته و لوله، مخازن تحت فشار، راکتورها و مخازن ذخیره سازی است که تعادل بهینه ای بین راندمان مهار فشار و هزینه شکل دهی ایجاد می کند.
لایه روکش، مقاومت در برابر خوردگی را در برابر سیال فرآیند فراهم می کند، در حالی که ماده پایه استحکام ساختاری و یکپارچگی فشار را فراهم می کند. این محصول مطابق با ASME Section VIII Division 1 یا Division 2 و GB/T 25198 (سر مخازن تحت فشار) برای کاربردهای داخلی طراحی و ساخته شده است.
تعریف هندسی – سر بیضوی 2:1
سر نیمه بیضوی 2:1 دارای عمق داخلی (در مرکز) برابر با یک چهارم قطر داخلی (ID) پوسته ای است که به آن متصل می شود:
محور اصلی (D) = شناسه پوسته
محور فرعی (h) = D/4 (عمق داخلی از خط مماس تا مرکز تاج)
شعاع گره (r) ≈ 0.17 × D (منطقه انتقال بین تاج و فلنج مستقیم)
شعاع تاج (R) ≈ 0.90 × D (قسمت مرکزی کروی)
| شناسه پوسته (میلی متر) | عمق داخلی h (میلی متر) | شعاع تقریبی گره (میلی متر) | شعاع تقریبی تاج (میلی متر) |
|---|---|---|---|
| 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 |
ترکیب مواد روکش و مواد پایه
سر بیضوی روکش شده با اعمال یک لایه آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی (CRA) بر روی یک صفحه پایه فولاد کربن یا فولاد آلیاژی از طریق یکی از روش های زیر ساخته می شود:
صفحه روکش شده با انفجار: انفجار یک شارژ انفجاری کنترل شده، پیوند متالورژیکی بین CRA و ماده پایه را ایجاد می کند (طبق ASME SA-263 / SA-264 / SA-265)
صفحه روکش شده با نورد: CRA و ماده پایه با هم تحت فشار نورد گرم می شوند تا یک پیوند متالورژیکی تشکیل دهند
پوشش جوش (روکش نواری): ماده CRA بر روی سطح صفحه پایه در نوارهای همپوشان جوش داده می شود (طبق ASME IX)
گزینه های مواد پایه
| ماده پایه | مشخصات | محدوده دما | کاربرد |
|---|---|---|---|
| فولاد کربن SA-516 Gr.70 | ASTM A516 | -20°C تا +425°C | سرویس عمومی مخزن تحت فشار |
| فولاد کربن SA-516 Gr.65 / 60 | ASTM A516 | -20°C تا +425°C | بخش های با استحکام کمتر، ضخیم تر |
| فولاد کربن 16MnR / Q345R | GB 713 | -20°C تا +400°C | معادل استاندارد داخلی |
| فولاد کم آلیاژ SA-387 Gr.11 / 22 | ASTM A387 | -20°C تا +540°C | سرویس دمای بالا (هیدروکراکینگ، هیدروتریتینگ) |
| فولاد کم آلیاژ SA-387 Gr.5 | ASTM A387 | -20°C تا +550°C | سرویس هیدروژن با دمای بالا |
گزینه های مواد روکش
| ماده روکش | مشخصات | محدودیت دما | تحمل کلراید | کاربرد |
|---|---|---|---|---|
| فولاد ضد زنگ 304L | ASTM A240 | ≤ 400°C | ≤ 200ppm | بخار تمیز، درجه غذایی، خورنده خفیف |
| فولاد ضد زنگ 316L | ASTM A240 | ≤ 425°C | ≤ 200ppm | اسیدهای آلی، محلول های نمکی، اسیدهای ضعیف |
| دوبلکس 2205 | ASTM A240 | ≤ 280°C | ≤ 300ppm در 80°C | هیدروکربن های حاوی کلراید، فراساحلی |
| تیتانیوم Gr.1 / Gr.2 | ASTM B265 | ≤ 230°C | تا 20,000ppm | آب دریا، آب شور، سرویس با کلراید بالا |
| آلیاژ 625 (اینکونل) | ASTM B443 | ≤ 540°C | تا 500ppm | گاز ترش، خورنده دمای بالا، واحدهای آمین |
| آلیاژ C276 (هاستلوی) | ASTM B575 | ≤ 400°C | تا 1,000ppm | سرویس اسید و کلراید شدید |
ضخامت روکش (لایه CRA)
ضخامت روکش استاندارد: 2 میلی متر – 6 میلی متر (معمولاً حداقل 3 میلی متر طبق ASME VIII-1 UW-13)
تلرانس ضخامت روکش: +0.5 میلی متر / -0.0 میلی متر (بدون تلرانس زیر)
نسبت روکش: ضخامت روکش به عنوان درصدی از ضخامت کل (روکش + پایه). برای سرویس خورنده، ضخامت روکش بر اساس میزان خوردگی مورد نیاز انتخاب می شود.
ضخامت کل اسمی
ضخامت پایه: 6 میلی متر – 80 میلی متر (طبق ASME VIII-1 UG-27 / UG-32 برای مهار فشار انتخاب می شود)
ضخامت کل = ضخامت پایه + ضخامت روکش (روکش فقط در صورت اتصال متالورژیکی در محاسبه فشار گنجانده می شود؛ طبق ASME VIII-1 Appendix AA)
حداقل ضخامت شکل گرفته پس از شکل دهی: ≥ 90% ضخامت اسمی (طبق GB/T 25198 / ASME VIII-1 UG-79)
فرآیند شکل دهی – شکل دهی گرم یا سرد
سرهای بیضوی روکش شده از صفحه روکش شده با استفاده از یکی از روش های زیر شکل می گیرند. انتخاب فرآیند به ماده روکش، ضخامت کل و دقت مورد نیاز بستگی دارد.
شکل دهی گرم
دمای شکل دهی: 900°C – 1,050°C (برای پایه فولاد کربن + روکش فولاد ضد زنگ)
محافظت از سمت روکش: اتمسفر اکسید کننده برای جلوگیری از پوسته پوسته شدن بیش از حد کنترل می شود؛ گاز بی اثر یا پوشش محافظ روی سطح روکش اعمال می شود
نرخ گرمایش: ≤ 150°C/ساعت برای جلوگیری از شوک حرارتی و جدا شدن روکش
خاموش کردن / خنک کردن: خنک کننده هوا یا خنک کننده کوره کنترل شده (برای مواد پایه آلیاژی که نیاز به PWHT دارند)
شکل دهی سرد
دمای شکل دهی: دمای محیط (20°C – 40°C)
تجهیزات شکل دهی: پرس خم کن یا پرس دیشینگ با قالب های مطابق
جبران فنر برگشتی: ابعاد قالب برای فنر برگشتی شکل داده شده سرد تنظیم می شود (معمولاً 0.5% – 1.5% شعاع تاج به ازای قطر سر و استحکام تسلیم ماده)
حداکثر کرنش شکل دهی سرد: برای جلوگیری از جدا شدن روکش و ترک خوردگی ماده پایه محدود می شود. برای پایه فولاد کربن با روکش فولاد ضد زنگ، کرنش شکل دهی توصیه شده ≤ 15% (طبق رویه شکل دهی سازنده).
پس از شکل دهی سرد: عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT) کامل طبق ASME VIII-1 UCS-56 در صورت ضخامت ماده پایه > 38 میلی متر یا در صورت نیاز به تسکین تنش در سرویس مورد نیاز است.
تلرانس های شکل دهی (طبق ASME VIII-1 UG-81 / GB/T 25198)
| پارامتر | تلرانس |
|---|---|
| شعاع تاج (R) | ±1.5% شعاع طراحی |
| شعاع گره (r) | ±5% شعاع طراحی |
| عمق داخلی (h) | ±1.0% عمق طراحی |
| قطر خارجی (OD) در خط مماس | ±0.5% شناسه پوسته |
| بی نظمی در خط مماس | ≤ 1.0% شناسه پوسته (برای تناسب پوسته به سر) |
| ناهمواری سطح | ≤ 2 میلی متر در دهانه 1 متر (سطح روکش) |
یکپارچگی روکش – کیفیت پیوند و آزمایش
پیوند متالورژیکی بین روکش و ماده پایه باید طبق ASME VIII-1 UW-13 و ASME SA-263 / SA-264 / SA-265 تأیید شود.
معیارهای یکپارچگی پیوند
مقاومت برشی (پیوند روکش به پایه): ≥ 140 MPa (برای صفحه روکش شده با انفجار) طبق ASTM B898
مساحت پیوند: ≥ 99% از کل سطح روکش (مساحت سطح روکش که به صورت متالورژیکی پیوند خورده است)
مجوز مساحت بدون پیوند: وصله های جداگانه بدون پیوند ≤ 100 میلی متر مربع؛ کل مساحت بدون پیوند ≤ 1% سطح (طبق ASME VIII-1)
بازرسی غیر مخرب (NDE) سطح روکش
تست اولتراسونیک (UT) – اسکن 100% از رابط روکش به پایه برای عیوب پیوند و جدا شدن (طبق ASME V، ماده 5)
معیارهای پذیرش: بدون نشانه خطی > 20 میلی متر؛ بدون نشانه های خوشه ای؛ بدون نشانه با دامنه ≥ 50% سطح مرجع
مایع نافذ (PT) – 100% از سطح روکش و اتصالات جوش برای ترک های سطحی (طبق ASME V، ماده 6)
پذیرش: بدون ترک، بدون تخلخل بزرگتر از 0.8 میلی متر، بدون تخلخل خوشه ای
جوشکاری به پوسته – طراحی و آماده سازی اتصال
سر بیضوی روکش شده در خط مماس به پوسته یا فلنج جوش داده می شود. اتصال باید هم یکپارچگی ساختاری و هم مقاومت در برابر خوردگی را در سراسر رابط روکش حفظ کند.
آماده سازی اتصال (طبق ASME VIII-1 UW-13)
زاویه پخ: 30° – 37.5° (V تکی یا V دوتایی)
شکاف ریشه: 2 میلی متر – 4 میلی متر
عقب نشینی لایه روکش: ماده روکش تقریباً 2 میلی متر – 3 میلی متر از لبه شیار جوش بریده می شود تا اولین پاس (جوش ماده پایه) بدون ذوب شدن لایه روکش در جوش رسوب کند.
جوش انتقال: یک لایه پوششی از ماده روکش بر روی سطح شیار جوش رسوب داده می شود (در صورت لزوم) تا یک سطح جوش مقاوم در برابر خوردگی حاصل شود.
توالی جوش (توصیه شده)
جوش ماده پایه (فولاد کربن / آلیاژ) – ابتدا رسوب داده می شود، 100% RT یا UT طبق ASME VIII-1 UW-52
جوش سمت روکش (فولاد ضد زنگ یا CRA) – پس از اتمام و بازرسی جوش پایه رسوب داده می شود
پوشش روکش روی سطح جوش – لایه نهایی ماده CRA برای بازیابی مقاومت در برابر خوردگی در سراسر اتصال رسوب داده می شود
بازرسی نهایی PT از سطح روکش و پوشش جوش – 100%
PWHT (عملیات حرارتی پس از جوش)
طبق ASME VIII-1 UCS-56 در موارد زیر مورد نیاز است:
ضخامت ماده پایه > 38 میلی متر
سرویس حاوی H&sub2;S مرطوب (NACE MR0175 / ISO 15156)
ماده پایه فولاد کم آلیاژ (SA-387) است که نیاز به تمپرینگ دارد
دمای PWHT: 620°C ± 15°C برای فولاد کربن؛ 680°C – 760°C برای فولاد کم آلیاژ (طبق جداول UCS-56)
زمان نگه داشتن: 1 ساعت به ازای هر 25 میلی متر ضخامت پایه؛ حداقل 1 ساعت
نرخ خنک کننده: ≤ 50°C/ساعت تا 400°C (برای فولاد کربن) برای جلوگیری از رسوب کاربید یا ترک خوردگی تنش
محافظت از روکش در طول PWHT: گاز بی اثر (آرگون) برای جلوگیری از اکسیداسیون روی سطح روکش اعمال می شود؛ محافظ های حرارتی در صورت لزوم برای به حداقل رساندن پوسته پوسته شدن سطح روکش نصب می شوند
بازرسی و آزمایش بر اساس سر
بازرسی ابعادی
شعاع تاج: با استفاده از الگوها یا اسکن سه بعدی اندازه گیری می شود – تلرانس ±1.5%
عمق داخلی (h): از خط مماس تا مرکز تاج اندازه گیری می شود – تلرانس ±1.0%
تطابق شناسه پوسته در خط مماس: بی نظمی ≤ 1.0% شناسه پوسته
طول فلنج مستقیم: معمولاً 25 میلی متر – 100 میلی متر (طبق طراحی)؛ تلرانس ±2 میلی متر
ضخامت روکش: ضخامت سنج اولتراسونیک در 10% مساحت سطح – حداقل ضخامت ≥ ضخامت روکش اسمی – 0.5 میلی متر
بازرسی غیر مخرب (NDE)
| بازرسی | روش | دامنه | پذیرش (طبق ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| یکپارچگی پیوند روکش | UT (اولتراسونیک) | 100% سطح روکش | بدون جدا شدن > 20 میلی متر؛ بدون نشانه های خوشه ای |
| ترک های سطح روکش | PT (مایع نافذ) | 100% سطح روکش + پوشش جوش | بدون ترک؛ تخلخل < 0.8 میلی متر |
| لایههای ماده پایه | UT (پرتو مستقیم) | 100% مساحت پایه (ورق سر) | لایهها ≤ 20 میلی متر مربع کل در هر 100 سانتی متر مربع |
| جوش (سر به پوسته در صورت جوشکاری قبلی) | RT یا UT (موج برشی) | 100% درز جوش یا نقطه طبق مشخصات | طبق ASME VIII-1 UW-51 (کامل) یا UW-52 (نقطه ای) |
آزمایش فشار (هنگام جوشکاری به مخزن)
آزمایش هیدروستاتیک: 1.3 × فشار طراحی × (S در دمای آزمایش / S در دمای طراحی) طبق ASME VIII-1 UG-99
زمان نگه داشتن: حداقل 30 دقیقه
پذیرش: افت فشار صفر؛ عدم نشت قابل مشاهده در اتصالات جوش یا رابط روکش
سطح روکش پس از تست هیدرو: بازرسی بصری برای تاول یا جدا شدن – عدم وجود تاول قابل مشاهده
مستندات بر اساس محموله
گواهی تست مواد (EN 10204 3.1 یا 3.2) – صفحه پایه و ماده روکش
گزارش ساخت صفحه روکش (اتصال با انفجار یا اتصال با نورد) – شامل نتایج تست مقاومت برشی پیوند
گزارش داده ASME U-stamp (در صورت امکان)
برگه داده GB/T 25198 (در صورت استاندارد داخلی)
گزارش بازرسی ابعادی (شعاع تاج، عمق، ضخامت، بی نظمی)
گزارش های NDE – اسکن پیوند UT، اسکن سطح PT، اسکن جوش RT/UT (در صورت جوشکاری)
ضبط نمودار PWHT (منحنی زمان-دما) – در صورت انجام
مشخصات رویه شکل دهی (FPS) و گزارش شکل دهی (سوابق شکل دهی گرم/سرد)
گزارش اندازه گیری ضخامت روکش (سوابق ضخامت سنج اولتراسونیک)
چک لیست انتخاب – سر بیضوی روکش شده
شناسه پوسته (قطر داخلی) – اندازه سر را تعیین می کند
فشار طراحی – ضخامت پایه را طبق ASME VIII-1 UG-32 تعیین می کند
دمای طراحی – درجه ماده پایه و نیاز PWHT را تعیین می کند
خورندگی سیال فرآیند – ماده روکش و حداقل ضخامت روکش را تعیین می کند
ماده روکش مورد نیاز – 304L / 316L / دوبلکس / Ti / آلیاژ 625 / آلیاژ C276
ضخامت روکش مورد نیاز – بر اساس میزان خوردگی (معمولاً حداقل 3 میلی متر)
ماده پایه مورد نیاز – CS SA-516 Gr.70 / Q345R / SA-387 Gr.11/22
ترجیح روش شکل دهی – شکل دهی گرم یا سرد
نیاز PWHT – بر اساس ضخامت پایه و سرویس
نیاز NDE – طبق ASME VIII-1 یا طبق مشخصات پروژه (به عنوان مثال، اسکن پیوند 100% UT، PT 100%)
اتصالات فلنج یا نازل – در صورت جوشکاری قبلی به سر، جزئیات اتصال جوش را ارائه دهید
مشخصات رنگ/پوشش – برای سطح خارجی (پایه فولاد کربن) در صورت عایق نبودن
بیانیه محدودیت طراحی – سر بیضوی روکش شده
سر بیضوی روکش شده برای موارد زیر کاربرد ندارد:
سرویس هایی که دمای عملیاتی باعث جدا شدن روکش به دلیل عدم تطابق انبساط حرارتی می شود (مواد روکش و پایه دارای ضرایب انبساط حرارتی متفاوتی هستند). طبق ASME VIII-1 Appendix AA، تنش حرارتی بین روکش و پایه باید در محاسبات طراحی گنجانده شود.
چرخه حرارتی شدید (> 1000 چرخه در سال) که در آن پیوند روکش به پایه ممکن است خسته شود. ضخامت روکش و یکپارچگی پیوند باید مجدداً طبق تحلیل خستگی طبق ASME VIII-2 ارزیابی شود.
دمای بسیار بالا (> 540°C) که در آن ماده روکش مقاومت در برابر خوردگی را از دست می دهد یا دچار تغییر فاز می شود. آلیاژ 625 یا آلیاژ 800 برای چنین خدماتی توصیه می شود.
سرویس های با چرخه فشار سریع (سرویس پالسی) – پیوند روکش ممکن است تحت تنش برشی قرار گیرد؛ برای آزمایش پیوند اضافی با سازنده مشورت کنید.
