Płyta uszczelniająca wymiennika ciepła – typy stałe / pływające / U-rurkowe – lite / okładzinowe / łączone metodą wybuchową – wg ASME VIII-1 / TEMA / GB/T 151
Yuhong Group jest jedną z pierwszych grup eksportujących rury chromowo-molibdenowe w Chinach, z około 30-letnim doświadczeniem w dostawie rur i kształtek ze stali stopowej. Produkty są wytwarzane zgodnie z ASME SA335 / ASTM A335 P1, P11, P12, P22, P5, P9, P91, P92 oraz ASME SA213 / ASTM A213 T1, T11, T12, T22, T5, T9, T91, T92. Rury i kształtki ze stali stopowej są szeroko stosowane w przemyśle petrochemicznym, rafineriach ropy naftowej, elektrowniach i powiązanych gałęziach przemysłu wysokotemperaturowego.
Typy płyt uszczelniających – klasyfikacja strukturalna
- Płyta uszczelniająca stała (TEMA L / M / N) – spawana lub przykręcana bezpośrednio do płaszcza po obu stronach; rury są zamocowane po obu stronach. Wymaga zastosowania kompensatora na płaszczu, gdy różnica temperatur (ΔT) między rurą a płaszczem przekracza limity (zazwyczaj >60°C dla stali węglowej, >40°C dla stali nierdzewnej). Nadaje się do czystych płynów po stronie płaszcza, małych ΔT i zastosowań bez osadzania się zanieczyszczeń. Czyszczenie po stronie płaszcza nie jest możliwe bez wyjęcia całego pakietu.
- Płyta uszczelniająca pływająca (TEMA P / S / T / W) – jedna płyta uszczelniająca jest zamocowana do kołnierza płaszcza; druga może swobodnie się poruszać (pływać), aby skompensować rozszerzalność cieplną. Płyta uszczelniająca pływająca nie jest spawana do płaszcza, co umożliwia ruch osiowy pakietu. Nadaje się do dużych ΔT (>60°C) i zastosowań z osadzaniem się zanieczyszczeń, które wymagają wyjęcia pakietu. Wymaga zastosowania pokrywy pływającej do uszczelnienia, co zwiększa koszty i złożoność konserwacji.
- Płyta uszczelniająca U-rurkowa (TEMA U) – pojedyncza płyta uszczelniająca wspiera oba końce rur w kształcie litery U. Nie występuje różnicowa rozszerzalność cieplna między rurami a płaszczem, ponieważ każda rura rozszerza się niezależnie. Nadaje się do wysokich ΔT (do 200°C), zastosowań z gazami pod wysokim ciśnieniem, wodorem i szokiem termicznym. Rury nie mogą być czyszczone mechanicznie (tylko chemicznie); minimalny promień gięcia U ogranicza wybór średnicy zewnętrznej rury.
Materiały konstrukcyjne (ASME Section II)
Materiał płyty uszczelniającej jest dobierany w zależności od warunków pracy, odporności na korozję oraz ciśnienia/temperatury projektowej. Dostępne materiały obejmują:
- Stal węglowa – SA105, SA266 Cl.2 / Cl.3 / Cl.4, SA516 Gr.60 / 65 / 70, SA350 LF1 / LF2
- Stal stopowa – SA182 F1, F5, F9, F11, F12, F22
- Stal nierdzewna – SA182 F304 / 304L / 304H, F316 / 316L / 316H / 316Ti, F317L, F321 / 321H, F347 / 347H
- Duplex / Super Duplex – SA182 F44, F45, F51, F53, F55, F60, F61
- Tytan – SB265 Gr.1 / Gr.2 (zazwyczaj jako okładzina)
- Stopy niklu – SB564 UNS N04400 (Monel), N06600 (Inconel 600), N06625 (Inconel 625), N08800 (Incoloy 800), N08825 (Incoloy 825), N10276 (Hastelloy C-276)
Opcje okładzinowania
W przypadku środowisk korozyjnych, gdzie lite płyty uszczelniające ze stopów są nieopłacalne, płyty uszczelniające okładzinowe są dostarczane z metalurgicznie połączoną warstwą odporną na korozję na bazie stali węglowej lub niskostopowej:
- Okładzinowanie metodą wybuchową – wytwarza lite połączenie metalurgiczne w stanie stałym poprzez kontrolowaną detonację. Preferowane dla grubych lub dużych elementów. Możliwość łączenia tytanu ze stalą. Grubość okładziny: 3 mm do 12 mm (zazwyczaj minimum 3,5 mm). Typowe kombinacje: Ti/Stal (SB265 Gr.1 / SA266 Gr.2 lub SA516 Gr.70N), stop niklu/stal.
- Okładzinowanie walcowane – uzyskuje połączenie metalurgiczne poprzez walcowanie pod wysokim ciśnieniem. Nadaje się do cieńszych okładzin i mniejszych średnic.
- Nawarstwianie spawalnicze – stop odporny na korozję nanoszony metodą SAW lub GTAW. Elastyczność w wyborze materiału i grubości.
Wszystkie płyty uszczelniające okładzinowe przechodzą testy integralności połączenia zgodnie z ASME VIII-1, w tym badania ultradźwiękowe i weryfikację wytrzymałości na ścinanie.
Proces produkcji
- Kucie lub walcowanie blach – mniejsze średnice i wyższe ciśnienia wykorzystują dyski kute (SA266 lub SA182); większe średnice wykorzystują blachy walcowane (SA516 lub odpowiednik).
- Wiercenie CNC – wzór otworów jest wiercony za pomocą sprzętu CNC w celu uzyskania precyzyjnej średnicy otworu, rozstawu i tolerancji położenia. Wiercenie głębokich otworów stosowane dla grubych płyt.
- Wykończenie otworów – rozwiercanie lub wytaczanie do określonej chropowatości powierzchni (Ra ≤1,6 µm dla połączeń rozprężnych, ≤3,2 µm dla połączeń spawanych).
- Rowkowanie – otwory na rury mogą być rowkowane lub ząbkowane w celu poprawy wytrzymałości mechanicznej połączeń rozprężnych. Liczba i głębokość rowków zgodnie z TEMA RCB-4.3.
Wymiary płyty uszczelniającej
| Parametr |
Zakres |
Standard / Uwaga |
| Średnica (zewnętrzna) |
200 mm – 4 000 mm |
Ograniczone możliwościami kucia/walcowania i transportu |
| Grubość |
15 mm – 350 mm |
Określona przez ASME VIII-1 UG-34 / TEMA RCB-4.3 |
| Średnica okręgu śrub |
Dopasowana do kołnierza płaszcza lub kanału |
Zgodnie z ASME B16.5 / B16.47 |
| Liczba otworów na śruby |
Zgodna ze standardem kołnierza |
Zgodnie z ASME / TEMA |
| Średnica otworu na śrubę |
Średnica śruby + 1,5 mm – 3,0 mm luzu |
Zgodnie ze standardem kołnierza |
| Powierzchnia uszczelnienia uszczelki |
Podniesiona powierzchnia (RF) lub połączenie pierścieniowe (RTJ) |
Zgodnie z ASME B16.5 |
Projekt grubości płyty uszczelniającej (wg ASME VIII-1)
Minimalna wymagana grubość płyty uszczelniającej jest obliczana zgodnie z ASME VIII-1 Appendix A lub TEMA RCB-4.3. Uproszczone wzory do wstępnego wymiarowania:
Płyta uszczelniająca stała (wg ASME VIII-1 Appendix A)
- t = F * (P * D) / (2 * S * E – 0,2 * P) * C (korekta o sprawność międzyotworową)
- Gdzie: F = współczynnik projektowy (zazwyczaj 1,0 – 1,5 w zależności od typu połączenia rura-płyta uszczelniająca), P = ciśnienie projektowe (wyższe z ciśnienia po stronie rury lub płaszcza, lub różnicowe), D = średnica płyty uszczelniającej, S = dopuszczalne naprężenie w temperaturze projektowej, E = sprawność międzyotworowa (powierzchnia międzyotworowa / całkowita powierzchnia skokowa)
- Sprawność międzyotworowa η = (p – d) / p (dla rozstawu trójkątnego), gdzie p = rozstaw, d = średnica otworu
Płyta uszczelniająca pływająca (wg TEMA RCB-4.3)
- t = d * sqrt(C * P / S * E)
- Gdzie: d = średnica płyty uszczelniającej (dla płyt okrągłych), C = współczynnik ograniczenia krawędzi (0,3 – 0,5 w zależności od warunku podparcia)
Minimalne ograniczenia grubości
- Dla rozprężnych połączeń rur: Minimalna grubość płyty uszczelniającej ≥ 1,5 * średnica zewnętrzna rury lub ≥ średnica zewnętrzna rury + 20 mm (w zależności od tego, która wartość jest większa)
- Dla spawanych połączeń rur: Minimalna grubość ≥ 1,0 * średnica zewnętrzna rury lub ≥ 20 mm (w zależności od tego, która wartość jest większa)
- Dla połączeń łączonych (spawanych + rozprężnych): Minimalna grubość ≥ średnica zewnętrzna rury + 15 mm
Skład chemiczny (typowe dla stali węglowej SA266 Gr.2)
| Pierwiastek |
Skład (%) |
| C |
0,20 maks. |
| Mn |
0,80 – 1,20 |
| P |
0,035 maks. |
| S |
0,040 maks. |
| Si |
0,15 – 0,40 |
Właściwości mechaniczne (SA266 Gr.2)
| Właściwość |
Wymaganie |
| Wytrzymałość na rozciąganie, min. |
480 MPa (70 ksi) |
| Granica plastyczności, min. |
275 MPa (40 ksi) |
| Wydłużenie na 50 mm |
22% |
| Przewężenie |
35% |
Dokumentacja na przesyłkę
- Certyfikaty badań materiałowych (EN 10204 3.1 lub 3.2) – płyta bazowa, materiał okładziny, materiały spawalnicze
- Raport danych z pieczęcią ASME U (jeśli dotyczy) – w tym obliczenia projektowe
- Karta danych TEMA (Klasa R/B/C) – jeśli dotyczy
- Raport z inspekcji wymiarowej (średnica otworu, rozstaw, odchylenie międzyotworowe, płaskość, grubość)
- Raporty NDT – UT (laminacja), UT (połączenie okładziny), PT (powierzchnia), boroskop
- Raport z testu wytrzymałości na ścinanie połączenia okładziny (jeśli okładzinowana – łączona metodą wybuchową lub walcowana)
- Raport z wykończenia powierzchni otworu rury (zapisy profilometru – próbka 5% otworów)
- Specyfikacja procedury spawania (WPS) i kwalifikacja procedury (PQR) – jeśli zastosowano nawarstwianie spawalnicze lub spawanie płyty uszczelniającej do płaszcza
- Wykres obróbki cieplnej po spawaniu (PWHT) – jeśli wykonano (rejestracja czasu i temperatury)
- Rysunek (stan faktyczny) – z współrzędnymi wzoru otworów, rozstawem i wymiarami
Lista kontrolna wyboru płyty uszczelniającej
Przy zamawianiu płyty uszczelniającej (nowej, zamiennej lub zapasowej) należy podać:
- Typ płyty uszczelniającej – stała / pływająca / U-rurkowa
- Średnica wewnętrzna płaszcza i kanału – określa średnicę płyty uszczelniającej
- Liczba rur i wzór rozmieszczenia rur – trójkątny / kwadratowy / obrócony kwadratowy
- Średnica zewnętrzna i grubość ścianki rury – określa średnicę otworu i rozstaw
- Rozstaw rur (odległość od środka do środka) – zgodnie z TEMA lub GB/T 151
- Średnica otworu na rurę – tolerancja H11 zgodnie z ISO 286
- Typ połączenia rura-płyta uszczelniająca – rozprężne / spawane / łączone / pełne wtopienie
- Grubość płyty uszczelniającej – zgodnie z ASME VIII-1 Appendix A lub TEMA RCB-4.3
- Materiał płyty uszczelniającej – stal węglowa / stal nierdzewna / Duplex / Tytan / stop (lity lub okładzinowy)
- Wymaganie dotyczące okładzinowania (jeśli dotyczy) – materiał, grubość, metoda (łączona metodą wybuchową / walcowana / nawarstwianie spawalnicze)
- Ciśnienie projektowe – po stronie rury i płaszcza (określić również ciśnienie różnicowe)
- Temperatura projektowa – po stronie rury i płaszcza
- Typ połączenia kołnierzowego – RF (podniesiona powierzchnia) lub RTJ (połączenie pierścieniowe) – jeśli płyta uszczelniająca jest kołnierzowa
- Standard wiercenia kołnierza – ASME B16.5 / B16.47 lub HG/T 20615
- Wymaganie PWHT – w zależności od grubości materiału i zastosowania (zgodnie z UCS-56)
- Wymaganie NDT – zgodnie z ASME VIII-1 lub specyfikacją projektu
- Obróbka powierzchniowa (jeśli wymagana) – trawienie / pasywacja / powlekanie / polerowanie elektro.
