Cabeza de acero inoxidable como componente de cierre del recipiente a presión
Una cabeza de acero inoxidable es un cierre de extremo formado para recipientes a presión, intercambiadores de calor, reactores, columnas y tanques de almacenamiento.Los grados de acero inoxidable proporcionan resistencia a la corrosión en una amplia gama de medios de proceso, incluyendo ácidos, álcalis, cloruros (dentro de los límites de grado), compuestos orgánicos y fluidos de alta pureza.
La cabeza está formada de placa o hoja de acero inoxidable por prensado en caliente o en frío, hilar o envasado.y GB/T 25198 (cabezas de los recipientes a presión)Las cabezas se pueden suministrar en blanco, con la preparación de los bordes para la soldadura, o totalmente fabricadas con bridas soldadas, boquillas y aberturas de inspección.
Tipos de cabezas Clasificación geométrica
21 Cabeza elíptica (semielipsoidal)
Tipo de cabeza de recipiente a presión más común
Profundidad interna (h) = ID / 4
Radius de los nudillos (r) ≈ 0,17 × ID
Radius de la corona (R) ≈ 0,90 × ID
Aplicación: recipientes de presión generales, canales de intercambiadores de calor, fondos de los reactores, tanques de almacenamiento
Ventajas: distribución eficiente de la presión; bajo coste de formación para diámetros estándar
Limitación: mayor deformación en el área de los nudillos; no es adecuado para presiones muy altas sin mayor grosor
Cabeza torisférica (flanqueada y en placas)
Radius de la corona (R): 0,80 × ID a 1,00 × ID (normalmente R = ID)
Radius de los nudillos (r): entre el 6% y el 10% del ID (mínimo 3% por ASME VIII-1)
Aplicación: recipientes de baja presión, tanques atmosféricos, cubiertas de calzada
Ventajas: Baja profundidad (baja altura de la cabeza); menor coste de formación que las cabezas elípticas
Limitación: mayor tensión en el nudillo; requiere un material más grueso para la misma presión en comparación con el elíptico
Cabeza hemisférica
Radius = ID / 2 (esfera verdadera)
Profundidad interna (h) = ID / 2
Aplicación: recipientes de alta presión (superiores a 10 MPa), almacenamiento criogénico, recipientes nucleares
Ventajas: espesor mínimo para una presión y un diámetro determinados; óptima eficiencia de retención de presión
Limitación: requiere de forma de dos piezas (dos mitades soldadas entre sí) para diámetros grandes > 1.500 mm; mayor costo de fabricación
Cabeza cónica
Ángulo del ápice del cono: 30° a 120° (normalmente 60° para recipientes a presión)
Aplicación: fondos de las tolvas, depósitos de estiércol, recipientes de sedimentación, zonas de extracción del catalizador
Ventajas: Proporciona una transición de flujo suave para sólidos o lodos
Limitación: mayor tensión en la unión cono-cilindro; requiere una transición de anillo o nudillo de refuerzo
Cabeza plana (placa circular)
espesor calculado según la norma ASME VIII-1 UG-34
Aplicación: recipientes de baja presión, cubiertas de inspección, cubiertas de manualidades, cubiertas de canales de intercambiadores de calor
Ventajas: Fabricación sencilla; menor coste para diámetros pequeños
Limitación: requiere un material más grueso para la presión; alta concentración de tensión en el borde
Grados de material de acero inoxidable Selección por servicio
Acero inoxidable austenítico
| Grado | El SNU | Rango de las temperaturas | Límites de cloruro | Aplicación |
|---|---|---|---|---|
| Las demás: | S30403 | Desde -196°C hasta +425°C | ≤ 200 ppm | Líquidos de proceso ligeramente corrosivos, limpios, alimentos y bebidas, productos farmacéuticos |
| 304 | S30400: el uso de la tecnología | Desde -196°C hasta +600°C (descenso superior a 425°C) | ≤ 200 ppm | Similar al 304L pero con mayor contenido de carbono (no se recomienda para el servicio de soldadura sin PWHT) |
| Las demás: | S31603 | Desde -196°C hasta +425°C | ≤ 200 ppm (servicio) / ≤ 250 ppm (ligeramente más alto con una temperatura más alta) | Ácidos orgánicos, soluciones de sal, hidrocarburos que contienen cloruro (moderados), productos farmacéuticos |
| 316 | S31600 | Desde -196°C hasta +600°C (descenso superior a 425°C) | ≤ 200 ppm | Similar al 316L; no se recomienda para el espesor de soldadura > 16 mm sin calidad baja en carbono |
| 321 | S32100 | Desde -196°C hasta +540°C | ≤ 200 ppm | Servicio a temperatura elevada (425°C ∼ 540°C); estabilizado con titanio para evitar la precipitación de carburo |
| 347H | S34709 | Desde -196°C hasta +600°C | ≤ 200 ppm | Servicio a altas temperaturas (hasta 600°C); estabilizado con niobio para su resistencia al arrastre |
| Las demás: | S31008 | Desde -196°C hasta +700°C | ≤ 200 ppm | Servicio en hornos de alta temperatura; resistencia a la oxidación > 600°C |
Acero inoxidable duplex
| Grado | El SNU | Rango de las temperaturas | Límites de cloruro | Aplicación |
|---|---|---|---|---|
| 2205 (S32205) | S32205 El uso de la energía nuclear | -40 °C a +280 °C | ≤ 300 ppm a 80 °C | Servicio de alta mar, agua de mar, cloruros, CO2/H2S |
| 2507 (super duplex) | S32750 | -40°C a +250°C | ≤ 500 ppm a 60 °C | Servicio de cloruro severo, requerimiento de alta resistencia |
Acero inoxidable resistente a las precipitaciones
| Grado | El SNU | Rango de las temperaturas | Aplicación |
|---|---|---|---|
| 17-4PH | S17400: el uso de la tecnología | -40°C a +315°C | Capaces, bridas y cierres de alta resistencia que requieren una resistencia de alto rendimiento |
Métodos de moldeado Selección del proceso
Formación en frío
Temperatura: ambiente (20°C ∼ 40°C)
Equipo: Presión de freno, presión de plastrado o presión hidráulica con matrices a juego
espesor típico: 2 mm 20 mm (formable en frío)
Compensación de resorte: dimensiones del molde ajustadas en un 0,5% ∼ 2,0% del radio de la corona por resistencia del material
Deformación máxima: ≤ 15% para el SS austenítico; ≤ 10% para el SS dúplex (para evitar el agrietamiento)
Medición de la ferrita (duplex después de la formación en frío): el contenido de ferrita debe mantenerse entre el 35% y el 65% por ASTM E562.
Después de la formación en frío: recocido de solución (calor a 1.040°C ∼ 1.100°C, amortiguación con agua) para SS austeníticas si la deformación es > 10% o si el servicio requiere una resistencia máxima a la corrosión (según la norma ASME VIII-1 UG-79)
Formación en caliente
Temperatura: 900 °C ∼ 1,100 °C (SS austenítico); 1,000 °C ∼ 1,150 °C (SS doble)
Velocidad de calentamiento: ≤ 150°C/hora (para evitar el crecimiento del grano)
Atmosfera de formación: purga de gases inertes o revestimiento protector para evitar la oxidación y la escamación
Después de la formación en caliente:
SS austenítico: recocido de solución a 1.040°C ∼ 1.060°C, apagado o enfriado con aire rápido
SS dúplex: recocido de solución a 1.040°C ∼ 1.080°C, amortiguación con agua (para restablecer el equilibrio entre ferrita y austenita)
Para espesor > 20 mm: extinción necesaria para evitar la precipitación de carburo y la formación de fase sigma (duplex)
El uso de la fibra de vidrio
Proceso: La placa se gira y se presiona sobre un mandril para formar el contorno de la cabeza
Temperatura: fría o caliente (torsión caliente a 200 °C ∼ 400 °C para el dúplex)
espesor típico: 2 mm 12 mm
Aplicación: cabezas de paredes delgadas para tanques de almacenamiento, recipientes de baja presión, de gran diámetro
Ventajas: Bajo coste de las matrices; adecuado para diámetros > 2000 mm
Limitación: reducción del grosor en el área de la corona (normalmente 5% ∼ 10% de adelgazamiento de la pared); el grosor debe medirse y compensarse en el diseño en blanco
Diseño del grosor
El espesor mínimo requerido para cada tipo de cabeza se calculará según la norma ASME VIII-1:
21 Cabeza elíptica (por UG-32 ((d))
Formula: t = (P × D) / (2 × S × E ?? 0,2 × P) × factor de corrección
Donde: P = presión de diseño, D = diámetro interior, S = tensión admisible, E = eficiencia de la articulación
Factor de corrección para el elíptico 2:1: 1,0 (factor estándar aplicado para D/2h = 2,0)
Para D/2h ≠ 2.0: aplicar el cálculo del índice de tensión según el apéndice 1-4
Cuerpo torisférico (por UG-32 ((e))
Formulario: t = (0,885 × P × L) / (S × E 1 × P)
Donde L = radio de la corona (normalmente L = D para las cabezas torisféricas estándar)
El radio de los nudillos debe ser ≥ 6% de D (mínimo 3% según la norma ASME VIII-1)
Cabeza hemisférica (por UG-32 ((f))
Formulario: t = (P × R) / (2 × S × E ?? 0,2 × P)
Donde R = radio interior (D/2)
Cabeza plana (por UG-34)
Formula: t = d × sqrt ((C × P / S × E)
Donde: d = diámetro, C = factor de restricción de los bordes (0,33 0,50)
El valor de C depende del método de fijación del borde (saldado, atornillado o integrado)
Tolerancia de espesor (cabeza realizada)
espesor mínimo del molde después del moldeado: ≥ 90% del espesor nominal de la norma ASME VIII-1 UG-79
El límite de adelgazamiento debe incluirse en la selección del grosor de la placa en blanco
Medición del grosor: 10% de la superficie (mínimo 5 puntos) ¢ medidor de grosor ultrasónico
Las tolerancias de dimensiones (según la norma ASME VIII-1 UG-81 / GB/T 25198)
| Parámetro | 21 elíptico | Las demás: | Hemisférica | Método de medición |
|---|---|---|---|---|
| Radius de la corona (R) | ± 1,5% | ± 1,5% | ± 1,0% | Plantilla / escaneo 3D |
| Radius de los nudillos (r) | ± 5 por ciento | ± 5 por ciento | No incluido | Plantilla / escaneo 3D |
| Profundidad interior (h) | ± 1,0% | ± 1,0% | ± 1,0% | Medidor de profundidad |
| No redondez en la línea tangente | ≤ 1,0% del ID | ≤ 1,0% del ID | ≤ 0,5% del ID | Cintas de diámetro |
| longitud de la brida recta | ± 2 mm | ± 2 mm | ±2 mm (si procede) | Calibre / cinta |
| Freno recto fuera de la redondez | ≤ 0,5% del ID | ≤ 0,5% del ID | ≤ 0,5% del ID | Cintas de diámetro |
Soldadura y fabricación Preparación de soldaduras
Las juntas de soldadura de cabeza a cáscara
Ángulo del bisel: 30° ∼ 37,5° (V simple o V doble)
El espacio entre las raíces: 2 mm 4 mm
La superficie de las raíces: 1 mm 2 mm
de un contenido de aluminio superior a 10%, pero no superior a 50%
Se aplicará el procedimiento siguiente:
316L ER316L
321 ER321
347H ER347
Las empresas de servicios de telecomunicaciones y telecomunicaciones
Proceso de soldadura: GTAW (TIG) o SMAW (bastón) o SAW (arco sumergido)
Gas de respaldo: purga de argón para el paso de las raíces en SS austeníticas y dúplex
Accesorios para boquillas y almohadillas de refuerzo
Boquillas: Soldadas en la zona de la cabeza o de los nudillos pad de refuerzo requerido según la norma ASME VIII-1 UG-37 si la abertura excede el tamaño permitido
Distancia mínima entre el centro de la boquilla y la línea tangente de la cabeza: ≥ 0,5 × OD de la boquilla (para evitar la superposición de la zona de los nudillos con soldadura)
Todos los accesorios: 100% PT en la superficie de soldadura final
PWHT para cabezas de acero inoxidable
SS austenítico (304L/316L): normalmente no se requiere PWHT; sin embargo, el recocido de la solución a 1,040°C,Se recomienda 100 °C con amortiguación por agua después de formar en caliente o después de soldar secciones gruesas (> 20 mm) para restablecer la resistencia a la corrosión
SS duplex: recocido de solución a 1.040°C ∼ 1.080°C con amortiguación con agua después de cualquier moldeo o soldadura en caliente de secciones gruesas para restablecer el equilibrio ferrita/austenita y prevenir la fase sigma
321/347H: Anillo de la solución a 1.040°C ∼ 1.060°C después de la formación o soldadura en caliente, si existe un problema de sensibilización
Disminución de la tensión (400°C ∼ 450°C) para 17-4PH después de la soldadura ∼ según la recomendación del fabricante
El acabado superficial y la pasivación
Superficie interna y exterior
Fin de molino (tal como está formado): superficie de moldeo estándar, Ra 3,2 μm ∼ 6,3 μm
Finalización en vinagre: baño ácido (HF/HNO3) para eliminar la escama y la capa de óxido restablece la resistencia a la corrosión
Finalización pasivada: tratamiento con ácido nítrico o ácido cítrico para eliminar la contaminación por hierro y reconvertir la capa pasiva necesaria para el servicio farmacéutico, alimentario y corrosivo
Finalización electrolibrada: Ra ≤ 0,4 μm para productos farmacéuticos, biotecnológicos y servicios de agua ultrapura
Finalización pulida mecánica: Ra 0,8 μm 1.6 μm (grit 180 320) para alimentos, productos lácteos, servicios cosméticos
Procedimiento de decapado y pasivación
Solución de decapado (para SS austenítica): 10% ∼ 20% de HNO3 + 1% ∼ 3% de HF, temperatura 20°C ∼ 50°C, tiempo de inmersión 10 ∼ 60 minutos
Solución de pasivación (para SS austenítica): 20% ∼ 40% HNO3, temperatura 40°C ∼ 50°C, tiempo de inmersión 30 ∼ 60 minutos
Después del tratamiento: Enjuagar con agua desmineralizada, secar con aire libre de aceite
Verificación de la pasivación: ensayo ferroxilo por ASTM A380 ¢ sin coloración azul (indica la eliminación de hierro libre)
Inspección y ensayo por cabeza
Inspección dimensional
Radius de la corona: plantilla o escaneo 3D, tolerancia según la norma ASME VIII-1 UG-81
Profundidad interior: medidor de profundidad tolerancia ±1,0%
espesor: medidor de espesor ultrasónico en un 10% de la superficie ± espesor mínimo ≥ 90% nominal
No redondez: cinta de diámetro en la línea tangente ≤ 1,0% del ID
longitud y redondez de la brida recta: calibre y cinta de diámetro ¢ tolerancias por dibujo
Examen no destructivo (EDN)
| El examen | Método | Ámbito de aplicación | Acceptación (según la norma ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| Las grietas superficiales | PT (penetrante líquido) | 100% de las superficies formadas + áreas de soldadura | Sin grietas, sin porosidad > 0,8 mm, sin porosidad agrupada |
| Laminados | UT (rayo recto) | 100% de placas en blanco | Laminados ≤ 20 mm2 por 100 cm2 |
| Las juntas de soldadura (si están soldadas) | RT o UT (onda de cizallamiento) | 100% (por UW-51) o al contado (por UW-52) | Según la norma ASME VIII-1 UW-51 o UW-52 |
| Verificación del espesor | UT (ultrasonido) | 10% de la superficie | ≥ 90% nominal |
Pruebas de presión (cuando se soldan en el recipiente o se ensayan como cierre independiente)
Prueba hidrostática según la norma ASME VIII-1 UG-99: presión de ensayo = 1,3 × presión de diseño × (S a temperatura de ensayo / S a temperatura de diseño)
Medio de ensayo: agua limpia o agua desmineralizada (para evitar la corrosión por cloruro en el SS)
Limite de cloruro en el agua de ensayo: ≤ 50 ppm (para SS austenítico para prevenir la SCC); ≤ 200 ppm para duplex
Tiempo de espera: 30 minutos como mínimo
Acceptación: cero caída de presión; no hay fugas visibles en las juntas de soldadura
Documentación por envío
Certificados de ensayo de materiales (EN 10204 3.1 o 3.2)
El informe de datos de sello en U ASME (si procede)
Se aplicarán las disposiciones de la Directiva 2008/57/CE.
Informe de inspección dimensional (radio de la corona, profundidad, grosor, forma fuera de redondez, brida recta)
Informes de ECM PT exploración superficial, exploración de laminación UT, exploración de soldadura RT/UT (si está soldada)
Especificación del procedimiento de moldeo (FPS) y registros de moldeo (temperatura, velocidad de calentamiento, velocidad de enfriamiento)
Informe de medición del grosor (registros de medición del grosor ultrasónico)
Certificado de decapado/pasivación (si se realiza) con concentración, temperatura y duración del baño
Prueba de verificación de pasivación (prueba de ferroxilo)
Diagrama de tratamiento térmico (registro del tiempo y la temperatura de recocido de la solución)
Lista de verificación de selección ️ Cabeza de acero inoxidable
Tipo de cabeza 2:1 Elíptico / Torisférico / Hemisférico / Cónico / Plano
ID de la cáscara (diámetro interior) determina el tamaño y la profundidad de la cabeza
La presión de diseño determinará el grosor mínimo de la norma ASME VIII-1 UG-32
La temperatura de diseño
El fluido de proceso determina el grado de acero inoxidable (304L / 316L / 321 / 347H / Duplex)
Concentración de cloruro: si es > 200 ppm, seleccionar 316L (≤ 250 ppm), Duplex 2205 (≤ 300 ppm) o Super Duplex 2507 (> 300 ppm)
Método de moldeo preferido: moldeo en caliente (de espesor > 20 mm) o moldeo en frío (delgado ≤ 20 mm)
Requisitos de acabado de la superficie Molino / Decorado / Pasivado / Electrolibrado / Polido mecánico
Se requieren accesorios para las boquillas proporcionar el programa de boquillas (tamaño, posición, orientación, proyección)
Requisito de PWHT Basado en el material, el grosor y el servicio (generalmente recocido en solución para SS)
Requisito de la END Per ASME VIII-1 o por especificación del proyecto
Preparación de la soldadura Tipo de cubo de borde (V simple / doble V) y ángulo de cubo (si se suministra con la preparación de la soldadura)
Presión de ensayo ¢ Para el ensayo hidrotest por UG-99 (si se suministra como cierre preinstalado)
Declaración de limitación del diseño √ Cabeza de acero inoxidable
La cabeza de acero inoxidable como producto independiente está sujeta a las siguientes limitaciones:
No está calificado para la presión interna hasta que esté soldado a una cáscara o brida; la calificación de presión se deriva del recipiente completo ensamblado
No es adecuado para el servicio con cloruro > 200 ppm sin seleccionar el grado adecuado (316L para ≤ 250 ppm, Duplex para ≤ 300 ppm, Super Duplex para concentraciones más altas)
No es adecuado para ensayos hidrotest con agua que contenga cloruro > 50 ppm (para SS austenítico)
No es adecuado para temperaturas de funcionamiento superiores a 600 °C (SS austenítico) o superiores a 280 °C (SS doble)
No es adecuado para ciclos térmicos severos (> 1.000 ciclos/año) sin análisis de fatiga según la norma ASME VIII-2
Para las cabezas que requieren recocido en solución después de la formación, la pieza debe ser apagada de nuevo; la velocidad de enfriamiento afecta a las propiedades mecánicas finales
