Basınçlı Kap Kapama Bileşeni Olarak Paslanmaz Çelik Başlık
Paslanmaz çelik başlık, basınçlı kaplar, ısı değiştiriciler, reaktörler, kolonlar ve depolama tankları için şekillendirilmiş bir uç kapamadır. Paslanmaz çelik kaliteleri, asitler, alkaliler, klorürler (kalite sınırları dahilinde), organik bileşikler ve yüksek saflıkta akışkanlar dahil olmak üzere çok çeşitli proses ortamlarında korozyon direnci sağlar.
Başlık, sıcak veya soğuk presleme, tornalama veya çanaklama yoluyla paslanmaz çelik levha veya sacdan şekillendirilir. Bu ürün, ASME Bölüm VIII Bölüm 1 veya Bölüm 2 ve GB/T 25198 (Basınçlı Kap Başlıkları) uyarınca tasarlanmış ve üretilmiştir. Başlıklar, şekillendirilmiş boşluklar, kaynak için kenar hazırlığı ile veya kaynaklı flanşlar, nozullar ve muayene açıklıkları ile tamamen imal edilmiş olarak tedarik edilebilir.
Başlık Tipleri – Geometrik Sınıflandırma
2:1 Elips Başlık (Yarı-Elipsoidal)
En yaygın basınçlı kap başlık tipi
İç derinlik (h) = İD / 4
Viraj yarıçapı (r) ≈ 0.17 × İD
Tepe yarıçapı (R) ≈ 0.90 × İD
Uygulama: Genel basınçlı kaplar, ısı değiştirici kanalları, reaktör altları, depolama tankları
Avantajları: Verimli basınç dağılımı; standart çaplar için düşük şekillendirme maliyeti
Sınırlama: Viraj bölgesinde daha yüksek şekillendirme gerilimi; kalınlık artışı olmadan çok yüksek basınç için uygun değildir
Torisferik Başlık (Flanşlı ve Çanaklı)
Tepe yarıçapı (R): 0.80 × İD ila 1.00 × İD (tipik olarak R = İD)
Viraj yarıçapı (r): İD'nin %6 ila %10'u (ASME VIII-1'e göre minimum %3)
Uygulama: Düşük basınçlı kaplar, atmosferik tanklar, menhol kapakları
Avantajları: Sığ derinlik (azaltılmış başlık yüksekliği); elips başlıklarından daha düşük şekillendirme maliyeti
Sınırlama: Virajda daha yüksek gerilim; elips başlıklarla aynı basınç için daha kalın malzeme gerektirir
Yarım Küresel Başlık
Yarıçap = İD / 2 (gerçek küre)
İç derinlik (h) = İD / 2
Uygulama: Yüksek basınçlı kaplar (10 MPa üzeri), kriyojenik depolama, nükleer kaplar
Avantajları: Verilen basınç ve çap için minimum kalınlık; en iyi basınç tutma verimliliği
Sınırlama: Büyük çaplar > 1.500 mm için iki parçalı şekillendirme gerektirir (iki yarım kaynaklanmış); daha yüksek üretim maliyeti
Konik Başlık
Koni tepe açısı: 30° ila 120° (basınçlı kaplar için tipik olarak 60°)
Uygulama: Huni altları, bulamaç tankları, çökeltme kapları, katalizör çekme bölgeleri
Avantajları: Katılar veya bulamaçlar için pürüzsüz akış geçişi sağlar
Sınırlama: Koni-silindir birleşim yerinde daha yüksek gerilim; takviye halkası veya viraj geçişi gerektirir
Düz Başlık (Dairesel Plaka)
Kalınlık ASME VIII-1 UG-34'e göre hesaplanır
Uygulama: Düşük basınçlı kaplar, muayene kapakları, menhol kapakları, ısı değiştirici kanal kapakları
Avantajları: Basit imalat; küçük çaplar için en düşük maliyet
Sınırlama: Basınç için daha kalın malzeme gerektirir; kenarda yüksek gerilim konsantrasyonu
Paslanmaz Çelik Malzeme Kaliteleri – Hizmete Göre Seçim
Östenitik Paslanmaz Çelikler
| Kalite | UNS | Sıcaklık Aralığı | Klorür Limiti | Uygulama |
|---|---|---|---|---|
| 304L | S30403 | -196°C ila +425°C | ≤ 200ppm | Hafif aşındırıcı, temiz proses akışkanları, gıda ve içecek, ilaç |
| 304 | S30400 | -196°C ila +600°C (425°C üzeri için düşürülmüş) | ≤ 200ppm | 304L'ye benzer ancak daha yüksek karbonlu (kaynaklı hizmet için TTM olmadan önerilmez) |
| 316L | S31603 | -196°C ila +425°C | ≤ 200ppm (hizmet) / ≤ 250ppm (daha yüksek sıcaklık düşürme ile biraz daha yüksek) | Organik asitler, tuz çözeltileri, klorür içeren hidrokarbonlar (orta derecede), ilaç |
| 316 | S31600 | -196°C ila +600°C (425°C üzeri için düşürülmüş) | ≤ 200ppm | 316L'ye benzer; düşük karbonlu kalite olmadan 16 mm'den kalın kaynaklı parçalar için önerilmez |
| 321 | S32100 | -196°C ila +540°C | ≤ 200ppm | Yüksek sıcaklık hizmeti (425°C – 540°C); karbür çökeltmesini önlemek için titanyum ile stabilize edilmiştir |
| 347H | S34709 | -196°C ila +600°C | ≤ 200ppm | Yüksek sıcaklık hizmeti (600°C'ye kadar); sürünme direnci için niyobyum ile stabilize edilmiştir |
| 310S | S31008 | -196°C ila +700°C | ≤ 200ppm | Yüksek sıcaklık fırın hizmeti; 600°C üzeri oksidasyon direnci |
Dubleks Paslanmaz Çelikler
| Kalite | UNS | Sıcaklık Aralığı | Klorür Limiti | Uygulama |
|---|---|---|---|---|
| 2205 (S32205) | S32205 | -40°C ila +280°C | 80°C'de ≤ 300ppm | Deniz üstü, deniz suyu, klorürler, CO₂/H₂S hizmeti |
| 2507 (Süper Dubleks) | S32750 | -40°C ila +250°C | 60°C'de ≤ 500ppm | Şiddetli klorür hizmeti, yüksek mukavemet gereksinimi |
Çökelmeyle Sertleşen Paslanmaz Çelik
| Kalite | UNS | Sıcaklık Aralığı | Uygulama |
|---|---|---|---|
| 17-4PH | S17400 | -40°C ila +315°C | Yüksek akma dayanımı gerektiren yüksek mukavemetli kapaklar, flanşlar ve kapamalar |
Şekillendirme Yöntemleri – Proses Seçimi
Soğuk Şekillendirme
Sıcaklık: Ortam (20°C – 40°C)
Ekipman: Pres freni, çanaklama presi veya eşleşen kalıplara sahip hidrolik pres
Tipik kalınlık: 2mm – 20mm (soğuk şekillendirilebilir)
Geri yaylanma telafisi: Kalıp boyutları, malzeme akma dayanımına göre tepe yarıçapının %0.5 – %2.0'si kadar ayarlanır
Maksimum şekillendirme gerilimi: Östenitik SS için ≤ %15; dubleks SS için ≤ %10 (çatlamayı önlemek için)
Ferrit ölçümü (soğuk şekillendirme sonrası dubleks): Ferrit içeriği ASTM E562'ye göre %35 – %65 arasında kalmalıdır. Soğuk şekillendirme ferriti %65'in üzerine çıkarabilir – çözelti tavlaması gerektirir.
Soğuk şekillendirme sonrası: Östenitik SS için şekillendirme gerilimi > %10 ise veya hizmet maksimum korozyon direnci gerektiriyorsa (ASME VIII-1 UG-79'a göre) çözelti tavlaması (1.040°C – 1.100°C'ye ısıtma, su verme)
Sıcak Şekillendirme
Sıcaklık: 900°C – 1.100°C (östenitik SS); 1.000°C – 1.150°C (dubleks SS)
Isıtma hızı: ≤ 150°C/saat (tane büyümesini önlemek için)
Şekillendirme atmosferi: Oksidasyonu ve ölçeklenmeyi önlemek için inert gaz süpürme veya koruyucu kaplama
Sıcak şekillendirme sonrası:
Östenitik SS: 1.040°C – 1.060°C'de çözelti tavlaması, su verme veya hızlı hava soğutma
Dubleks SS: Ferrit/östenit dengesini geri kazandırmak için 1.040°C – 1.080°C'de çözelti tavlaması, su verme
20 mm'den kalın parçalar için: Karbür çökeltmesini ve sigma fazı oluşumunu (dubleks) önlemek için su verme gereklidir
Tornalama (Akış Şekillendirme)
İşlem: Başlık konturunu oluşturmak için levha döndürülür ve bir mandren üzerine bastırılır
Sıcaklık: Soğuk veya sıcak (dubleks için 200°C – 400°C'de ılık tornalama)
Tipik kalınlık: 2mm – 12mm
Uygulama: Depolama tankları, düşük basınçlı kaplar, büyük çaplar için ince cidarlı başlıklar
Avantajları: Düşük kalıp maliyeti; 2.000 mm'den büyük çaplar için uygundur
Sınırlama: Tepe bölgesinde kalınlık azalması (tipik olarak %5 – %10 duvar incelmesi); boş levha tasarımında kalınlık ölçülmeli ve telafi edilmelidir
Kalınlık Tasarımı – Minimum Gerekli Kalınlık
Her başlık tipi için minimum gerekli kalınlık ASME VIII-1'e göre hesaplanır:
2:1 Elips Başlık (UG-32(d)'ye göre)
Formül: t = (P × D) / (2 × S × E – 0.2 × P) × düzeltme faktörü
Burada: P = tasarım basıncı, D = iç çap, S = izin verilen gerilme, E = birleşim verimliliği
2:1 elips için düzeltme faktörü: 1.0 (D/2h = 2.0 için uygulanan standart faktör)
D/2h ≠ 2.0 için: Ek 1-4'e göre gerilme indeksi hesaplaması uygulayın
Torisferik Başlık (UG-32(e)'ye göre)
Formül: t = (0.885 × P × L) / (S × E – 0.1 × P)
Burada L = tepe yarıçapı (standart torisferik başlıklar için tipik olarak L = D)
Viraj yarıçapı D'nin %6'sından büyük veya eşit olmalıdır (ASME VIII-1'e göre minimum %3)
Yarım Küresel Başlık (UG-32(f)'ye göre)
Formül: t = (P × R) / (2 × S × E – 0.2 × P)
Burada R = iç yarıçap (D/2)
Düz Başlık (UG-34'e göre)
Formül: t = d × sqrt(C × P / S × E)
Burada: d = çap, C = kenar kısıtlama faktörü (0.33 – 0.50)
C değeri kenar bağlantı yöntemine bağlıdır (kaynaklı, cıvatalı veya entegre)
Kalınlık Toleransı (Şekillendirilmiş Başlık)
Şekillendirme sonrası minimum şekillendirilmiş kalınlık: ASME VIII-1 UG-79'a göre nominal kalınlığın %90'ından büyük veya eşit
İncelme payı, boş levha kalınlığı seçiminde yer almalıdır
Kalınlık ölçümü: Yüzey alanının %10'u (minimum 5 nokta) – ultrasonik kalınlık ölçer
Boyut Toleransları (ASME VIII-1 UG-81 / GB/T 25198'e Göre)
| Parametre | 2:1 Elips | Torisferik | Yarım Küresel | Ölçüm Yöntemi |
|---|---|---|---|---|
| Tepe yarıçapı (R) | ±%1.5 | ±%1.5 | ±%1.0 | Şablon / 3D tarama |
| Viraj yarıçapı (r) | ±%5 | ±%5 | N/A | Şablon / 3D tarama |
| İç derinlik (h) | ±%1.0 | ±%1.0 | ±%1.0 | Derinlik ölçer |
| Teğet çizgisinde yuvarlaklık dışı | İD'nin %1.0'ından küçük veya eşit | İD'nin %1.0'ından küçük veya eşit | İD'nin %0.5'inden küçük veya eşit | Çap bandı |
| Düz flanş uzunluğu | ±2mm | ±2mm | ±2mm (varsa) | Kumpas / şerit metre |
| Düz flanş yuvarlaklık dışı | İD'nin %0.5'inden küçük veya eşit | İD'nin %0.5'inden küçük veya eşit | İD'nin %0.5'inden küçük veya eşit | Çap bandı |
Kaynak ve İmalat – Kaynak Hazırlığı
Başlık-Gövde Kaynak Birleşimi
Eğim açısı: 30° – 37.5° (tek V veya çift V)
Kök boşluğu: 2mm – 4mm
Kök yüzeyi: 1mm – 2mm
Dolgu metali:
304L – ER308L
316L – ER316L
321 – ER321
347H – ER347
Dubleks 2205 – ER2209
Kaynak işlemi: GTAW (TIG) veya SMAW (elektrot) veya SAW (toz altı ark) – ASME Bölüm IX'a göre
Destek gazı: Östenitik ve dubleks SS'de kök paso için Argon süpürme
Nozül Ekleri ve Takviye Pedleri
Nozüller: Başlık tepesine veya viraj bölgesine kaynaklı – açıklık izin verilen boyutu aştığında ASME VIII-1 UG-37'ye göre takviye pedi gereklidir
Nozül merkezinden başlık teğet çizgisine minimum mesafe: ≥ 0.5 × nozül Dış Çapı (viraj bölgesinin kaynak kaplamasını önlemek için)
Tüm ekler: Son kaynak yüzeyinde %100 PT
Paslanmaz Çelik Başlıklar için TTM
Östenitik SS (304L/316L): TTM tipik olarak gerekli değildir; ancak, sıcak şekillendirme sonrası veya kalın parçaların (20 mm üzeri) kaynağı sonrası korozyon direncini geri kazandırmak için 1.040°C – 1.100°C'de çözelti tavlaması su verme ile önerilir
Dubleks SS: Ferrit/östenit dengesini geri kazandırmak ve sigma fazını önlemek için herhangi bir sıcak şekillendirme veya kalın parça kaynağı sonrası 1.040°C – 1.080°C'de çözelti tavlaması su verme ile yapılır
321/347H: Hassasiyet söz konusuysa sıcak şekillendirme veya kaynak sonrası 1.040°C – 1.060°C'de çözelti tavlaması
17-4PH için kaynak sonrası gerilim giderme (400°C – 450°C) – üretici tavsiyesine göre
Yüzey Kaplaması ve Pasivasyon
İç ve Dış Yüzey
Milli kaplama (şekillendirilmiş haliyle): Standart şekillendirme yüzeyi, Ra 3.2μm – 6.3μm
Asitle temizlenmiş kaplama: Ölçek ve oksit tabakasını gidermek için asit banyosu (HF/HNO₃) – korozyon direncini geri kazandırır
Pasivasyonlu kaplama: Demir kontaminasyonunu gidermek ve pasif tabakayı yeniden oluşturmak için nitrik asit veya sitrik asit işlemi – ilaç, gıda ve aşındırıcı hizmetler için gereklidir
Elektro cilalı kaplama: Ra ≤ 0.4μm – ilaç, biyoteknoloji, ultra saf su hizmeti için
Mekanik cilalı kaplama: Ra 0.8μm – 1.6μm (grit 180 – 320) – gıda, süt ürünleri, kozmetik hizmeti için
Asitle Temizleme ve Pasivasyon Prosedürü
Asitle temizleme çözeltisi (östenitik SS için): %10 – %20 HNO₃ + %1 – %3 HF, sıcaklık 20°C – 50°C, daldırma süresi 10 – 60 dakika
Pasivasyon çözeltisi (östenitik SS için): %20 – %40 HNO₃, sıcaklık 40°C – 50°C, daldırma süresi 30 – 60 dakika
İşlem sonrası: Demineralize su ile durulama, yağsız hava ile kurutma
Pasivasyon doğrulama: ASTM A380'e göre Ferroxyl testi – mavi renklenme yok (serbest demir giderildiğini gösterir)
Başlığa Göre Muayene ve Test
Boyutsal Muayene
Tepe yarıçapı: Şablon veya 3D tarama – ASME VIII-1 UG-81'e göre tolerans
İç derinlik: Derinlik ölçer – tolerans ±%1.0
Kalınlık: Yüzey alanının %10'unda ultrasonik kalınlık ölçer – min. kalınlık ≥ %90 nominal
Yuvarlaklık dışı: Teğet çizgisinde çap bandı – İD'nin %1.0'ından küçük veya eşit
Düz flanş uzunluğu ve yuvarlaklığı: Kumpas ve çap bandı – çizime göre toleranslar
Tahribatsız Muayene (NDE)
| Muayene | Yöntem | Kapsam | Kabul (ASME VIII-1'e Göre) |
|---|---|---|---|
| Yüzey çatlakları | PT (sıvı penetrant) | Şekillendirilmiş yüzeyin ve kaynak alanlarının %100'ü | Çatlak yok, 0.8 mm'den büyük gözenek yok, kümelenmiş gözenek yok |
| Laminasyonlar | UT (düz ışın) | Levha boşluğunun %100'ü | 100 cm² başına ≤ 20 mm² laminasyon |
| Kaynak dikişleri (kaynaklıysa) | RT veya UT (kesme dalgası) | %100 (UW-51'e göre) veya nokta (UW-52'ye göre) | ASME VIII-1 UW-51 veya UW-52'ye göre |
| Kalınlık doğrulama | UT (ultrasonik) | Yüzeyin %10'u | Nominal kalınlığın %90'ından büyük veya eşit |
Basınç Testi (kap ile kaynaklandığında veya bağımsız kapama olarak test edildiğinde)
ASME VIII-1 UG-99'a göre hidrostatik test: Test basıncı = 1.3 × tasarım basıncı × (test sıcaklığındaki S / tasarım sıcaklığındaki S)
Test ortamı: Temiz su veya demineralize su (SS'de klorür gerilimli korozyonu önlemek için)
Test suyunda klorür limiti: SCC'yi önlemek için (östenitik SS için) ≤ 50ppm; dubleks için ≤ 200ppm
Bekleme süresi: Minimum 30 dakika
Kabul: Sıfır basınç düşüşü; kaynak birleşim yerlerinde görünür sızıntı yok
Sevkiyat Başına Dokümantasyon
Malzeme test sertifikaları (EN 10204 3.1 veya 3.2) – levha malzemesi ve dolgu malzemeleri
ASME U-damga veri raporu (varsa)
GB/T 25198 veri sayfası (yerel standartsa)
Boyutsal muayene raporu (tepe yarıçapı, derinlik, kalınlık, yuvarlaklık dışı, düz flanş)
NDE raporları – PT yüzey taraması, UT laminasyon taraması, RT/UT kaynak taraması (kaynaklıysa)
Şekillendirme prosedür spesifikasyonu (FPS) ve şekillendirme kayıtları (sıcaklık, ısıtma hızı, soğutma hızı)
Kalınlık ölçüm raporu (ultrasonik kalınlık ölçer kayıtları)
Asitle temizleme/pasivasyon sertifikası (yapıldıysa) – banyo konsantrasyonu, sıcaklığı ve süresi dahil
Pasivasyon doğrulama testi (Ferroxyl testi) – gerekiyorsa
Isıl işlem grafiği (çözelti tavlama süresi-sıcaklık kaydı) – yapıldıysa
Seçim Kontrol Listesi – Paslanmaz Çelik Başlık
Başlık tipi – 2:1 Elips / Torisferik / Yarım Küresel / Konik / Düz
Gövde İD (iç çap) – başlık boyutunu ve derinliğini belirler
Tasarım basıncı – ASME VIII-1 UG-32'ye göre minimum kalınlığı belirler
Tasarım sıcaklığı – izin verilen gerilme (S) ve malzeme kalitesini ASME II-D'ye göre belirler
Proses akışkanı – paslanmaz çelik kalitesini belirler (304L / 316L / 321 / 347H / Dubleks)
Klorür konsantrasyonu – 200 ppm'den fazla ise, 316L (≤250ppm), Dubleks 2205 (≤300ppm) veya Süper Dubleks 2507 (>300ppm) seçin
Şekillendirme yöntemi tercihi – Sıcak şekillendirme (kalın > 20mm) veya Soğuk şekillendirme (ince ≤ 20mm)
Yüzey kaplaması gereksinimi – Milli / Asitle temizlenmiş / Pasivasyonlu / Elektro cilalı / Mekanik cilalı
Nozül ekleri gerekli mi – nozül programını sağlayın (boyut, sınıf, yönelim, çıkıntı)
TTM gereksinimi – ASME VIII-1 veya proje spesifikasyonuna göre
Kaynak hazırlığı – Kenar eğim tipi (tek V / çift V) ve eğim açısı (kaynak hazırlığı ile tedarik edilirse)
Test basıncı – UG-99'a göre hidrotest için (önceden test edilmiş kapama olarak tedarik edilirse)
Tasarım Sınırlama Beyanı – Paslanmaz Çelik Başlık
Bağımsız bir ürün olarak paslanmaz çelik başlık aşağıdaki sınırlamalara tabidir:
Bir gövdeye veya flanşa kaynaklanana kadar iç basınca dayanıklı değildir; basınç değeri, tamamlanmış montajlı kaptan türetilir
Uygun kalite seçilmeden (316L ≤250ppm, Dubleks ≤300ppm, Süper Dubleks daha yüksek konsantrasyonlar için) 200 ppm'den fazla klorür içeren hizmet için uygun değildir
Klorür içeren su ile hidrotest için uygun değildir > 50ppm (östenitik SS için) – klorür gerilimli korozyon çatlaması (SCC) riski
600°C (östenitik SS) veya 280°C (dubleks SS) üzerindeki hizmet sıcaklıkları için uygun değildir – bu limitlerin üzerinde malzeme faz dönüşümü veya sürünme meydana gelecektir
Yorulma analizi (ASME VIII-2'ye göre) yapılmadan şiddetli termal döngüler (> 1.000 döngü/yıl) için uygun değildir – soğuk şekillendirmeden kaynaklanan artık gerilimler yorulma arızasını hızlandırabilir
Şekillendirme sonrası çözelti tavlaması gerektiren başlıklar için, parça yeniden su verilmelidir; soğutma hızı nihai mekanik özellikleri etkiler
