سر فولاد ضد زنگ به عنوان قطعه بسته شدن ظرف فشار
یک سر فولاد ضد زنگ یک بسته بندی نهایی برای ظروف فشار، مبادله گرما، راکتورها، ستون ها و مخازن ذخیره سازی است.فولاد ضد زنگ در طیف گسترده ای از رسانه های فرآیند مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می کند، از جمله اسید ها، قلیات، کلریدها (در محدوده درجه) ، ترکیبات آلی و مایعات با خلوص بالا.
سر از صفحه یا ورق فولاد ضد زنگ با فشار گرم یا سرد، چرخش یا پخت و پز شکل می گیرد. این محصول با توجه به بخش 1 یا بخش 2 بخش VIII ASME طراحی و تولید می شود،و GB/T 25198 (سرهای ظروف تحت فشار). سرها می توانند به عنوان شکل خالی شکل داده شده، با آماده سازی لبه برای جوش، یا به طور کامل با فلنج های جوش، نوزل ها و حفره های بازرسی تولید شوند.
انواع سر ها طبقه بندی هندسی
2۱ سر بیضی (نیم بیضی)
شایع ترین نوع سر مخزن فشار
عمق داخل (h) = ID / 4
شعاع مفصل (r) ≈ 0.17 × ID
شعاع تاج (R) ≈ 0.90 × ID
کاربرد: ظروف تحت فشار عمومی، کانال های مبادله گرما، کف راکتور، مخازن ذخیره سازی
مزایا: توزیع فشار کارآمد؛ هزینه ساخت پایین برای قطر استاندارد
محدودیت: فشار بیشتر در ناحیه مفصل؛ مناسب برای فشار بسیار بالا بدون افزایش ضخامت نیست
سر توریسفر (با فلج و بشقاب)
شعاع تاج (R): 0.80 × ID تا 1.00 × ID (معمولا R = ID)
شعاع مفاصل (r): 6 تا 10 درصد از ID (حداقل 3 درصد در ASME VIII-1)
کاربرد: ظروف با فشار پایین، مخازن جوی، پوشش های راه
مزایا: عمق کم ( ارتفاع پایین سر) ؛ هزینه ساخت پایین تر از سرهای بیضی
محدودیت: فشار بالاتر در مفصل؛ نیاز به مواد ضخیم تر برای فشار مشابه در مقایسه با بیضوی
سر نیمه کره ای
شعاع = ID / 2 (کوره واقعی)
عمق داخل (h) = ID / 2
کاربرد: ظروف با فشار بالا (بیش از 10 MPa) ، ذخیره سازی کریوجنیک، ظروف هسته ای
مزایا: حداقل ضخامت برای فشار و قطر داده شده؛ بهترین کارایی حفظ فشار
محدودیت: نیاز به شکل گیری دو قطعه (دو نیمه با هم جوش داده شده) برای قطر های بزرگ > 1500 میلی متر؛ هزینه تولید بالاتر
سر مخروطی
زاویه قله مخروط: 30° تا 120° (معمولا 60° برای ظروف تحت فشار)
کاربرد: کف هپر ها، مخازن خمیر، ظروف رسوب، مناطق جذب کاتالیزور
مزایا: انتقال جریان صاف برای مواد جامد یا خمیر را فراهم می کند
محدودیت: فشار بالاتر در اتصال مخروط به سیلندر؛ نیاز به انتقال حلقه یا مفصل تقویت شده
سر مسطح (سطح دایره ای)
ضخامت محاسبه شده بر اساس ASME VIII-1 UG-34
کاربرد: ظروف با فشار پایین، پوشش های بازرسی، پوشش های راه، پوشش های کانال مبادله گرما
مزایا: ساخت ساده؛ کمترین هزینه برای قطر کوچک
محدودیت: نیاز به مواد ضخیم تر برای فشار؛ غلظت استرس بالا در لبه
درجه های مواد فولاد ضد زنگ
فولاد های استنیتی
| درجه | UNS | محدوده دمای | محدوده کلوراید | درخواست |
|---|---|---|---|---|
| 304L | S30403 | -196°C تا +425°C | ≤ 200 ppm | مایعات فرسایشی خفیف، مایعات فرسایشی تمیز، مواد غذایی و نوشیدنی، داروسازی |
| 304 | S30400 | -196°C تا +600°C (بیشتر از 425°C) | ≤ 200 ppm | مشابه 304L اما کربن بالاتر (برای سرویس جوش بدون PWHT توصیه نمی شود) |
| 316L | S31603 | -196°C تا +425°C | ≤ 200ppm (خدمات) / ≤ 250ppm (در صورت افزایش درجه حرارت کمی بالاتر) | اسیدهای آلی، محلول های نمک، هیدروکربن های حاوی کلرید (معتدل) ، داروسازی |
| 316 | S31600 | -196°C تا +600°C (بیشتر از 425°C) | ≤ 200 ppm | مشابه 316L؛ برای ضخامت جوش > 16mm بدون درجه کربن پایین توصیه نمی شود |
| 321 | S32100 | -196°C تا +540°C | ≤ 200 ppm | خدمت با دمای بالا (425°C - 540°C) ، برای جلوگیری از بارندگی کربید با تیتانیوم ثبات یافته است |
| 347H | S34709 | -196°C تا +600°C | ≤ 200 ppm | کار با دمای بالا (تا 600°C) ؛ برای مقاومت در برابر خزیدن با نیوبیوم ثبات یافته است |
| 310S | S31008 | -196°C تا +700°C | ≤ 200 ppm | کار در کوره های با دمای بالا؛ مقاومت در برابر اکسیداسیون > 600°C |
فولاد ضد زنگ دوگانه
| درجه | UNS | محدوده دمای | محدوده کلوراید | درخواست |
|---|---|---|---|---|
| 2205 (S32205) | S32205 | -40°C تا +280°C | ≤ 300ppm در 80°C | خدمات دریایی، آب دریا، کلریدها، CO2/H2S |
| 2507 (سپر دوپلکس) | S32750 | -40°C تا +250°C | ≤ 500 ppm در 60°C | استفاده شدید از کلرید، نیاز به قدرت بالا |
فولاد ضد زنگ ضد بارندگی
| درجه | UNS | محدوده دمای | درخواست |
|---|---|---|---|
| 17-4PH | S17400 | -40°C تا +315°C | پوشش ها، فلنج ها و بسته بندی های با قدرت بالا که نیاز به قدرت بالا دارند |
روش های شکل گیری ️ انتخاب فرآیند
شکل گیری سرد
دمای محیط (۲۰ درجه سانتیگراد ۰٫۴۰ درجه سانتیگراد)
تجهیزات: فشرده سازی ترمز، فشرده سازی بشقاب یا فشرده سازی هیدرولیکی با مات مناسب
ضخامت معمولی: 2mm 20mm (تشکیل سرد)
تعویض به صورت بهبودی: ابعاد قالب با 0.5٪ ٪ 2.0٪ از شعاع تاج برای مقاومت محصول مواد تنظیم شده است
حداکثر کشش شکل گیری: ≤15٪ برای SS austenitic؛ ≤10٪ برای SS دوگانه (برای جلوگیری از ترک)
اندازه گیری فرایت (دوبلکس پس از شکل گیری سرد): محتوای فرایت باید بین 35٪ ∼ 65٪ در هر ASTM E562 باقی بماند. شکل گیری سرد می تواند فرایت را به > 65٪ افزایش دهد ∼ نیاز به جوش محلول دارد.
پس از شکل گیری سرد: جوش محلول (گرما به 1,040 °C 1,100 °C، آب خاموش) برای SS austenitic اگر فشار شکل گیری > 10٪ باشد یا اگر سرویس نیاز به حداکثر مقاومت در برابر خوردگی داشته باشد (بر اساس ASME VIII-1 UG-79)
شکل گیری گرم
دمای: 900°C ∼ 1100°C (SS austenitic) ؛ 1000°C ∼ 1150°C (SS دوگانه)
سرعت گرمایش: ≤ 150°C/ساعت (برای جلوگیری از رشد دانه)
اتمسفر تشکیل دهنده: پاکسازی گاز بی اثر یا پوشش محافظتی برای جلوگیری از اکسیداسیون و مقیاس بندی
بعد از شکل گیری گرم:
اس اس استنیتیک: حلقه ای که در ۱،۰۴۰ درجه سانتیگراد ۰،۰۶۰ درجه سانتیگراد گرم می شود، خنک کننده یا خنک کننده سریع هوا
Duplex SS: حلقه ای از محلول در ۱،۰۴۰ درجه سانتیگراد ۰،۰۸۰ درجه سانتیگراد، آب خاموش (برای بازگرداندن تعادل فرایت/آستینیت)
برای ضخامت > 20 میلی متر: خاموش کردن مورد نیاز برای جلوگیری از بارندگی کاربید و تشکیل فاز سیگما (دوپلیکس)
چرخش (شکل گیری جریان)
فرآیند: صفحه چرخش و فشار بیش از یک mandrel به شکل شکل سر
دمای: سرد یا داغ (گردش گرم در 200°C ∼ 400°C برای دو طبقه)
ضخامت معمولی: 2mm 12mm
کاربرد: سرهای دارای دیواره نازک برای مخازن ذخیره سازی، ظروف با فشار پایین، قطر بزرگ
مزایا: هزینه پایین، مناسب برای قطر > 2000 میلی متر
محدودیت: کاهش ضخامت در ناحیه تاج (معمولاً 5٪ - 10٪ نازک شدن دیوار) ؛ ضخامت باید در طراحی خالی اندازه گیری و جبران شود
طراحی ضخامت ️ حداقل ضخامت مورد نیاز
حداقل ضخامت مورد نیاز برای هر نوع سر بر اساس ASME VIII-1 محاسبه می شود:
21 سر بیضی (به هر UG-32 ((d))
فرمول: t = (P × D) / (2 × S × E 0.2 × P) × عامل اصلاح
جایی که: P = فشار طراحی شده، D = قطر داخلی، S = فشار مجاز، E = بهره وری مفصل
فاکتور تصحیح برای 2: 1 بیضوی: 1.0 (فاکتور استاندارد برای D / 2h = 2.0)
برای D/2h ≠ 2.0: محاسبه شاخص استرس بر اساس اپدکس 1-4 اعمال شود.
سر توریسفر (به هر UG-32 ((e))
فرمول: t = (0.885 × P × L) / (S × E 0.1 × P)
جایی که L = شعاع تاج (معمولا L = D برای سر torispherical استاندارد)
شعاع مفاصل باید ≥6٪ از D باشد (حداقل 3٪ برای ASME VIII-1)
سر نیمه کره ای (به هر UG-32 ((f))
فرمول: t = (P × R) / (2 × S × E 0.2 × P)
جایی که R = شعاع داخلی (D/2)
سر مسطح (به هر UG-34)
فرمول: t = d × sqrt ((C × P / S × E)
در حالی که: d = قطر، C = عامل محدودیت لبه (0.33 0.50)
مقدار C بستگی به روش اتصال لبه (لحام شده، پیچ خورده یا یکپارچه) دارد.
تحمل ضخامت (سر انجام شده)
حداقل ضخامت شکل گیری پس از شکل گیری: ≥ 90% از ضخامت اسمی بر اساس ASME VIII-1 UG-79
میزان کاهش ضخامت باید در انتخاب ضخامت صفحه خالی گنجانده شود.
اندازه گیری ضخامت: 10٪ از سطح (حداقل 5 نقطه) ️ اندازه گیری ضخامت فوق صوت
میزان تحمل ابعاد (بر اساس ASME VIII-1 UG-81 / GB/T 25198)
| پارامتر | 2۱- بیضوی | توریسفر | نصف کره ای | روش اندازه گیری |
|---|---|---|---|---|
| شعاع تاج (R) | ±1.5% | ±1.5% | ±1.0% | قالب / اسکن سه بعدی |
| شعاع مفصل (r) | ±5٪ | ±5٪ | N/A | قالب / اسکن سه بعدی |
| عمق داخل (h) | ±1.0% | ±1.0% | ±1.0% | اندازه گيري عمق |
| خارج از گردی در خط لمس | ≤ 1.0٪ از ID | ≤ 1.0٪ از ID | ≤ 0.5% از ID | نوار قطر |
| طول فلنج مستقیم | ±2mm | ±2mm | ±2mm (در صورت لزوم) | کالیپر / نوار |
| فلانژ مستقیم خارج از گردی | ≤ 0.5% از ID | ≤ 0.5% از ID | ≤ 0.5% از ID | نوار قطر |
جوشکاری و ساخت ️ آماده سازی جوشکاری
جفت جوش سر به پوسته
زاویه بیول: 30° ∼ 37.5° (یک V یا دو V)
شکاف ریشه: 2mm 4mm
سطح ریشه: 1mm 2mm
فلز پرکننده:
304L ER308L
316L ER316L
321 ER321
347H ER347
دوبلکس 2205 ER2209
فرآیند جوش: GTAW (TIG) یا SMAW (stick) یا SAW (arc submerged)
گاز پشتیبان: پاکسازی آرگون برای عبور ریشه بر روی اس اس استنیتیک و دوپلکس
اتصال نوزل و پد های تقویت کننده
نوزل ها: به ناحیه تاج سر یا مفاصل جوش داده شده اند
حداقل فاصله بین مرکز نوزل و خط لمسی سر: ≥ 0.5 × OD نوزل (برای جلوگیری از پوشش جوش منطقه مفصل)
تمام لوازم متصل: 100٪ PT بر روی سطح جوش نهایی
PWHT برای کلاه های فولاد ضد زنگ
SS آستنیتیک (304L/316L): PWHT معمولا مورد نیاز نیست؛ با این حال، حلقه گرم کردن در 1,040 °C 1،100 °C با آب خاموش توصیه می شود پس از شکل گیری گرم یا پس از جوش بخش ضخیم (> 20mm) برای بازگرداندن مقاومت در برابر خوردگی
دوپلیکس SS: حلقه ای که در درجه حرارت 1,040°C 1,080°C با آب خاموش می شود و پس از هر گونه شکل گیری گرم یا جوش بخش های ضخیم برای بازگرداندن تعادل فرایت/آستینیت و جلوگیری از مرحله سیگما
321/347H: جوش محلول در 1040 °C 1,060 °C پس از شکل گیری گرم یا جوش اگر حساسیت نگران کننده باشد
کاهش فشار (۴۰۰ درجه سانتیگراد ٫ ۴۵۰ درجه سانتیگراد) برای ۱۷ تا ۴PH پس از جوش ٫ بر اساس توصیه سازنده
پوشش سطحی و غیرفعال سازی
سطح داخلی و خارجی
پایان آسیاب (همانطور که شکل گرفته است): سطح شکل گیری استاندارد، Ra 3.2μm 6.3μm
پایان ترشی: حمام اسید (HF / HNO3) برای حذف لایه سنگ و اکسید
تکمیل غیرفعال: درمان اسید نیتریک یا اسید سیتریک برای از بین بردن آلودگی آهن و بازسازی لایه غیرفعال که برای خدمات دارویی، مواد غذایی و خوردنی مورد نیاز است
پایان الکترولیز شده: Ra ≤ 0.4μm برای داروسازی، بیوتکنولوژی، خدمات آب فوق خالص
پایان پولیش شده مکانیکی: Ra 0.8μm ️ 1.6μm (grit 180 ️ 320) ️ برای مواد غذایی، لبنیات، خدمات آرایشی
روش ترشح و غیرفعال سازی
محلول ترشی (برای SS آستنیتیک): 10٪ ️ 20٪ HNO3 + 1٪ ️ 3٪ HF، دمای 20 °C ️ 50 °C، زمان غوطه ور شدن 10 ️ 60 دقیقه
محلول پاسیویاسیون (برای اس اس استنیتیک): 20٪ ️ 40٪ HNO3، دمای 40°C ️ 50°C، زمان غوطه ور شدن 30 ️ 60 دقیقه
بعد از درمان: با آب غیرمعدن شویی و با هوا بدون روغن خشک کنید
بررسی پاسیویشن: آزمایش فیروکسیل در هر ASTM A380 بدون رنگ آبی (به نشانگر حذف آهن آزاد)
بازرسی و آزمایش در هر سر
بازرسی ابعاد
شعاع تاج: قالب یا اسکن سه بعدی ️ تحمل بر اساس ASME VIII-1 UG-81
عمق داخلی: اندازه گيري عمق ٪ تحمل ± 1.0٪
ضخامت: اندازه گیری ضخامت فوق صوتی در ۱۰ درصد از سطح ضخامت حداقل ≥ ۹۰٪ اسمی
غیر گردی: نوار قطر در خط لمسی ≤ 1.0٪ از ID
طول و گردی فلنج مستقیم: کالیپر و نوار قطر ️ تحمل در هر نقشه
بررسی غیر مخرب (NDE)
| بررسی | روش | دامنه | پذیرش (بر اساس ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| ترک های سطحی | PT (شدید نفوذ کننده) | 100٪ از سطوح شکل گرفته شده + مناطق جوش | بدون ترک، بدون منافذ > 0.8mm، بدون منافذ دسته بندی شده |
| لایه بندی | UT (نور مستقیم) | 100٪ از صفحه خالی | لایه بندی ≤ 20mm2 در هر 100cm2 |
| بخیه های جوشکاری (اگر جوشکاری شده باشند) | RT یا UT (امواج برش) | 100٪ (به هر UW-51) یا نقطه (به هر UW-52) | طبق ASME VIII-1 UW-51 یا UW-52 |
| بررسی ضخامت | UT (برقی فوق صوت) | 10 درصد از سطح | ≥90٪ اسمی |
آزمایش فشار (وقتی به مخزن جوش داده شده یا به عنوان یک بسته مستقل آزمایش شده است)
آزمایش هیدروستاتیک بر اساس ASME VIII-1 UG-99: فشار آزمایش = 1.3 × فشار طراحی × (S در دمای آزمایش / S در دمای طراحی)
محیط آزمایش: آب تمیز یا آب غیرمعدن شده (برای جلوگیری از خوردگی استرس کلورید بر روی SS)
محدودیت کلورید در آب آزمایش: ≤ 50ppm (برای SS austenitic برای جلوگیری از SCC) ؛ ≤ 200ppm برای duplex
زمان نگه داری: حداقل 30 دقیقه
پذیرش: کاهش فشار صفر؛ هیچ نشت قابل مشاهده ای در مفاصل جوش
مدارک برای هر محموله
گواهینامه های آزمایش مواد (EN 10204 3.1 یا 3.2)
گزارش داده های ASME U-stamp (در صورت لزوم)
صفحه اطلاعات GB/T 25198 (اگر استاندارد داخلی باشد)
گزارش بازرسی ابعاد (قطر تاج، عمق، ضخامت، غیر گرد بودن، فلنج مستقیم)
گزارش های NDE: اسکن سطح PT، اسکن لایه بندی UT، اسکن جوش RT/UT (اگر جوش داده شده باشد)
مشخصات روش شکل دادن (FPS) و سوابق شکل دادن (دما، سرعت گرم کردن، سرعت خنک کردن)
گزارش اندازه گیری ضخامت (حسابات ضخامت سنج فوق صوت)
گواهینامه ترشی/پسیفاسیون (اگر انجام شده باشد) شامل غلظت حمام، دمای و مدت زمان
آزمایش تأیید پاسیویشن (آزمایش فروکسیل) اگر لازم باشد
نمودار درمان حرارتی (حساب زمان و دمای گرم کردن محلول)
فهرست چک انتخاب
نوع سر 2:1 بیضوی / توریسفیری / نیمکره ای / مخروطی / صاف
ID پوسته (قطر داخلی) اندازه و عمق سر را تعیین می کند
فشار طراحی تعیین حداقل ضخامت بر اساس ASME VIII-1 UG-32
دمای طراحی تعیین فشار مجاز (S) برای ASME II-D و درجه مواد
مایع فرآیند تعیین کننده درجه فولاد ضد زنگ (304L / 316L / 321 / 347H / Duplex)
غلظت کلورید اگر > 200ppm باشد، 316L (≤250ppm) ، Duplex 2205 (≤300ppm) یا Super Duplex 2507 (>300ppm) را انتخاب کنید.
ترجیح روش قالب بندی ️ قالب بندی گرم (ضخامت > 20 میلی متر) یا قالب بندی سرد (ضخامت ≤ 20 میلی متر)
الزامات پایان سطح ️ آسیاب / ترشی / غیرفعال / الکتروپولیش / مکانیکی
لوازم لازم برای نوزل ها ارائه نمودار نوزل (سطح، درجه بندی، جهت گیری، پروژکتور)
الزامات PWHT بر اساس مواد، ضخامت و خدمات (معمولا محلول آنال برای SS)
الزامات NDE ️ بر اساس ASME VIII-1 یا بر اساس مشخصات پروژه
آماده سازی جوش ️ نوع منحنی لبه (یک V / دو V) و زاویه منحنی (اگر با آماده سازی جوش عرضه شده باشد)
فشار آزمایش برای تست هیدروتیک در UG-99 (اگر به عنوان بسته شدن پیش از آزمایش ارائه شده باشد)
اعلامیه محدودیت طراحی ️ سر فولاد ضد زنگ
سر فولاد ضد زنگ به عنوان یک محصول مستقل مشمول محدودیت های زیر است:
آن را برای فشار داخلی تا زمانی که به یک پوسته یا فلنج جوش داده نمی شود، مشخص نمی شود. درجه فشار از ظرف کامل جمع آوری شده است.
مناسب برای استفاده با مواد حاوی کلرید > 200ppm بدون انتخاب درجه مناسب نیست (316L برای ≤250ppm، Duplex برای ≤300ppm، Super Duplex برای غلظت های بالاتر)
مناسب برای آزمایش هیدرو با آب حاوی کلرید > 50ppm نیست (برای SS آستنیتیک) خطر ترک خوردگی فشار کلرید (SCC)
مناسب برای دمای کار بیش از 600 درجه سانتیگراد (SS austenitic) یا بیش از 280 درجه سانتیگراد (SS duplex) نیست
مناسب برای چرخه های حرارتی شدید (> 1000 چرخه در سال) بدون تجزیه و تحلیل خستگی بر اساس ASME VIII-2 نیست
برای سر هایی که نیاز به جوشاندن محلول پس از شکل گیری دارند، این بخش باید دوباره خاموش شود؛ سرعت خنک شدن بر خواص مکانیکی نهایی تأثیر می گذارد
