ASTM A240 304/304L 316/316L Đầu đĩa thép không gỉ cho các bình áp suất ASME Phần VIII Phần 1/2 phù hợp Kháng ăn mòn

Đầu thép không gỉ như thành phần đóng bình áp suất

Một đầu thép không gỉ là một cái đóng cuối được hình thành cho các bình áp suất, trao đổi nhiệt, lò phản ứng, cột và bể lưu trữ.Các loại thép không gỉ cung cấp khả năng chống ăn mòn trên một loạt các môi trường quy trình, bao gồm axit, kiềm, clorua (trong giới hạn lớp), hợp chất hữu cơ và chất lỏng độ tinh khiết cao.

Đầu được hình thành từ tấm hoặc tấm thép không gỉ bằng cách ép nóng hoặc lạnh, xoay hoặc đan. Sản phẩm này được thiết kế và sản xuất theo ASME Phần VIII Phần 1 hoặc Phần 2,và GB/T 25198 (Các đầu tàu áp suất)Các đầu có thể được cung cấp dưới dạng trống hình thành, với sự chuẩn bị cạnh để hàn, hoặc hoàn toàn được chế tạo với các vòm hàn, vòi phun và lỗ kiểm tra.

Loại đầu ️ Phân loại hình học

2Đầu hình elip (Half-ellipsoidal)

• Loại đầu bình áp suất phổ biến nhất

• Độ sâu bên trong (h) = ID / 4

• Phân tích xương khớp (r) ≈ 0,17 × ID

• Xanh vương miện (R) ≈ 0,90 × ID

• Ứng dụng: Thùng áp suất chung, kênh trao đổi nhiệt, đáy lò phản ứng, bể lưu trữ

• Ưu điểm: Phân phối áp suất hiệu quả; chi phí hình thành thấp cho đường kính tiêu chuẩn

• Hạn chế: Động lực hình thành cao hơn ở khu vực khớp tay; không phù hợp với áp suất rất cao mà không tăng độ dày

Đầu torispherical (Flanged và Dished)

• bán kính vương miện (R): 0,80 × ID đến 1,00 × ID (thường là R = ID)

• Khoảng bán kính khớp tay (r): 6% đến 10% của ID (tối thiểu 3% theo ASME VIII-1)

• Ứng dụng: Thùng áp suất thấp, bể khí quyển, nắp đường băng

• Ưu điểm: Độ sâu nông (giảm chiều cao đầu); chi phí hình thành thấp hơn so với đầu elip

• Hạn chế: Căng thẳng cao hơn ở khớp tay; đòi hỏi vật liệu dày hơn cho cùng một áp suất so với hình elip

Đầu bán cầu

• Xanh = ID / 2 (bầu thực)

• Độ sâu bên trong (h) = ID / 2

• Ứng dụng: Thùng chứa áp suất cao (cao hơn 10 MPa), lưu trữ lạnh, thùng chứa hạt nhân

• Ưu điểm: Độ dày tối thiểu cho áp suất và đường kính nhất định; hiệu quả giữ áp suất tốt nhất

• Hạn chế: Yêu cầu hình thành hai phần (hai nửa hàn với nhau) cho đường kính lớn > 1,500mm; chi phí sản xuất cao hơn

Đầu hình nón

• góc đỉnh nón: 30 ° đến 120 ° (thường là 60 ° cho các bình áp suất)

• Ứng dụng: đáy hopper, bể phân bón, thùng lắng đọng, khu vực lấy chất xúc tác

• Ưu điểm: Cung cấp chuyển đổi dòng chảy trơn tru cho chất rắn hoặc bùn

• Hạn chế: Căng thẳng cao hơn tại giao điểm nón-đô; yêu cầu chuyển đổi vòng củng cố hoặc nút

Đầu phẳng (bảng tròn)

• Độ dày được tính theo ASME VIII-1 UG-34

• Ứng dụng: Thùng áp suất thấp, nắp kiểm tra, nắp đường người, nắp kênh trao đổi nhiệt

• Ưu điểm: Sản xuất đơn giản; chi phí thấp nhất cho đường kính nhỏ

• Hạn chế: Cần vật liệu dày hơn để áp suất; nồng độ căng thẳng cao ở cạnh

Các loại vật liệu thép không gỉ ️ Chọn theo dịch vụ

Thép không gỉ austenit

Thép không gỉ kép

Thép không gỉ cứng do mưa

Phương pháp hình thành ️ Chọn quy trình

Hình thành lạnh

• Nhiệt độ: môi trường xung quanh (20°C ∼ 40°C)

• Thiết bị: Bấm phanh, bấm bấm, hoặc bấm thủy lực với matrix phù hợp

• Độ dày điển hình: 2mm ️ 20mm (có thể tạo dạng lạnh)

• Trả thù hồi phục: Kích thước đệm được điều chỉnh bằng 0,5% ∼ 2,0% của bán kính vương miện cho sức mạnh năng suất vật liệu

• Động lực hình thành tối đa: ≤ 15% cho SS austenitic; ≤ 10% cho SS duplex (để ngăn ngừa nứt)

• Đo Ferrite (duplex sau khi hình thành lạnh): Hàm lượng Ferrite phải ở trong khoảng 35% - 65% theo ASTM E562.

• Sau khi hình thành lạnh: Sản phẩm sưởi dung dịch (nhiệt đến 1.040 °C ∼ 1.100 °C, làm nguội bằng nước) cho SS austenitic nếu căng hình thành > 10% hoặc nếu dịch vụ đòi hỏi khả năng chống ăn mòn tối đa (theo ASME VIII-1 UG-79)

Hình thành nóng

• Nhiệt độ: 900 °C ∼ 1,100 °C (SS austenitic); 1,000 °C ∼ 1,150 °C (SS kép)

• Tốc độ sưởi ấm: ≤ 150 °C/giờ (để ngăn chặn sự phát triển của ngũ cốc)

• Khí tạo thành: Xử lý khí trơ hoặc lớp phủ bảo vệ để ngăn ngừa oxy hóa và nếp nhăn

• Sau khi hình thành nóng:

  • SS Austenitic: Sản phẩm sưởi dung dịch ở 1,040 °C ∼ 1,060 °C, làm nguội hoặc làm mát không khí nhanh

  • Duplex SS: Sản phẩm sưởi dung dịch ở 1,040 °C ∼ 1,080 °C, làm dịu bằng nước (để khôi phục lại sự cân bằng ferrite / austenite)

• Đối với độ dày > 20 mm: Chất tắt cần thiết để ngăn chặn sự kết tủa carbide và hình thành pha sigma (duplex)

Xây dựng dòng chảy (Flow Forming)

• Quá trình: Bảng được xoay và ép qua một cái nón để tạo ra đường viền đầu

• Nhiệt độ: Lạnh hoặc nóng (lòng quay ấm ở 200 °C ∼ 400 °C cho bộ đôi)

• Độ dày điển hình: 2mm ️ 12mm

• Ứng dụng: Đầu tường mỏng cho bể lưu trữ, bình áp suất thấp, đường kính lớn

• Ưu điểm: Chi phí đúc thấp; phù hợp với đường kính > 2,000mm

• Hạn chế: Giảm độ dày tại khu vực vương miện (thường là 5% ∼ 10% mỏng tường); độ dày phải được đo và bù đắp trong thiết kế trống

Thiết kế độ dày ️ Độ dày tối thiểu yêu cầu

Độ dày tối thiểu cho mỗi loại đầu được tính theo ASME VIII-1:

201 Đầu elip (mỗi UG-32 ((d))

• Công thức: t = (P × D) / (2 × S × E ?? 0,2 × P) × hệ số điều chỉnh

• Trong đó: P = áp suất thiết kế, D = đường kính bên trong, S = căng thẳng cho phép, E = hiệu suất khớp

• Nhân tố điều chỉnh cho hình elip 2: 1: 1,0 ( nhân tố tiêu chuẩn được áp dụng cho D / 2h = 2.0)

• Đối với D/2h ≠ 2.0: Áp dụng tính toán chỉ số căng thẳng theo phụ lục 1-4

Đầu torispherical (mỗi UG-32 ((e))

• Công thức: t = (0,885 × P × L) / (S × E 1 × P)

• Trong đó L = bán kính vương miện (thường là L = D cho các đầu torispherical tiêu chuẩn)

• Khoảng bán kính khớp tay phải ≥ 6% của D (tối thiểu 3% theo ASME VIII-1)

Đầu bán cầu (mỗi UG-32 ((f))

• Công thức: t = (P × R) / (2 × S × E)

• Trong đó R = bán kính bên trong (D/2)

Đầu phẳng (mỗi UG-34)

• Công thức: t = d × sqrt ((C × P / S × E)

• Trong đó: d = đường kính, C = yếu tố hạn chế cạnh (0,33

• Giá trị C phụ thuộc vào phương pháp gắn cạnh (đào, đệm hoặc tích hợp)

Độ dung nạp độ dày (trái đầu được thực hiện)

• Độ dày hình thành tối thiểu sau khi hình thành: ≥ 90% độ dày danh nghĩa theo ASME VIII-1 UG-79

• Phí giảm mỏng phải được bao gồm trong lựa chọn độ dày tấm trắng

• Đo độ dày: 10% diện tích bề mặt (tối thiểu 5 điểm)

Độ khoan dung kích thước (theo ASME VIII-1 UG-81 / GB/T 25198)

hàn và chế tạo ️ Chuẩn bị hàn

Khớp hàn đầu đến vỏ

• Cấp độ trục: 30° ∼ 37,5° (một V hoặc hai V)

• Khoảng cách rễ: 2mm 4mm

• Mặt rễ: 1mm 2mm

• Kim loại nhồi:

  • 304L ER308L

  • 316L ER316L

  • 321 ER321

  • 347H ER347

  • Duplex 2205 ¥ ER2209

• Quá trình hàn: GTAW (TIG) hoặc SMAW (cây) hoặc SAW (vòng cung chìm)

• Khí hỗ trợ: Argon thanh lọc để vượt qua rễ trên SS austenitic và duplex

Các thiết bị gắn vòi và đệm củng cố

• Các vòi phun: Được hàn vào vùng đầu hoặc xương khớp

• Khoảng cách tối thiểu giữa trung tâm vòi phun và đường tiếp xúc đầu: ≥ 0,5 × OD vòi phun (để ngăn chặn sự chồng chất của vùng khớp tay)

• Tất cả các thiết bị gắn: 100% PT trên bề mặt hàn cuối cùng

PWHT cho đầu thép không gỉ

• SS Austenitic (304L/316L): PWHT thường không cần thiết; tuy nhiên, sưởi dung dịch ở 1,040 °C,100 °C với làm nguội bằng nước được khuyến cáo sau khi hình thành nóng hoặc sau khi hàn các phần mỏng (> 20mm) để khôi phục khả năng chống ăn mòn

• Duplex SS: Sản phẩm sưởi dung dịch ở 1,040 °C ∼ 1,080 °C với làm nguội bằng nước sau khi hình thành nóng hoặc hàn các phần mỏng để khôi phục sự cân bằng ferrite / austenite và ngăn ngừa giai đoạn sigma

• 321/347H: Sản phẩm hòa tan tại 1,040 °C 1,060 °C sau khi hình thành nóng hoặc hàn nếu nhạy cảm là một mối quan tâm

• Giảm căng thẳng (400 °C ∼ 450 °C) cho 17-4PH sau khi hàn ∼ theo khuyến nghị của nhà sản xuất

Xét bề mặt và thụ động

Bề mặt bên trong và bên ngoài

• Kết thúc máy xay (như hình thành): Bề mặt hình thành tiêu chuẩn, Ra 3,2μm 6,3μm

• Kết thúc ướp: tắm axit (HF / HNO3) để loại bỏ vảy và lớp oxit

• Kết thúc thụ động: Chế độ xử lý axit nitric hoặc axit citric để loại bỏ ô nhiễm sắt và tái tạo lớp thụ động cần thiết cho dược phẩm, thực phẩm và dịch vụ ăn mòn

• Kết thúc điện đánh bóng: Ra ≤ 0,4μm cho dược phẩm, công nghệ sinh học, dịch vụ nước cực sạch

• Kết thúc đánh bóng cơ học: Ra 0,8μm 1.6μm (grit 180 320) cho thực phẩm, sữa, dịch vụ mỹ phẩm

Quy trình ướp và thụ động

• Giải pháp ướp (đối với SS austenitic): 10% ∼ 20% HNO3 + 1% ∼ 3% HF, nhiệt độ 20°C ∼ 50°C, thời gian ngâm 10 ∼ 60 phút

• Giải pháp thụ động (đối với SS austenitic): 20% ∼ 40% HNO3, nhiệt độ 40°C ∼ 50°C, thời gian ngâm 30 ∼ 60 phút

• Sau khi xử lý: Rửa sạch bằng nước khử khoáng chất, sấy khô bằng không khí không dầu

• Kiểm tra thụ động: Thử nghiệm ferroxyl theo ASTM A380 không có màu xanh (cho thấy loại bỏ sắt tự do)

Kiểm tra và kiểm tra mỗi con

Kiểm tra kích thước

• Xanh vương miện: Mô hình hoặc quét 3D độ khoan dung theo ASME VIII-1 UG-81

• Độ sâu bên trong: Máy đo độ sâu ️ dung sai ±1,0%

• Độ dày: Máy đo độ dày siêu âm ở mức 10% diện tích bề mặt

• Không tròn: Dây băng đường kính ở đường tiếp xúc ≤ 1,0% của ID

• Chiều dài và độ tròn của miếng vòm thẳng: Cáp và băng đường kính ¢ dung sai cho mỗi bản vẽ

Kiểm tra không phá hủy (NDE)

Kiểm tra áp suất (khi hàn vào bình hoặc được thử nghiệm như một sự đóng độc lập)

• Thử nghiệm thủy tĩnh theo ASME VIII-1 UG-99: Áp suất thử = 1,3 × áp suất thiết kế × (S ở nhiệt độ thử nghiệm / S ở nhiệt độ thiết kế)

• Phương tiện thử nghiệm: Nước sạch hoặc nước khử khoáng chất (để tránh ăn mòn do căng thẳng clorua trên SS)

• Giới hạn clorua trong nước thử: ≤ 50ppm (đối với SS austenitic để ngăn ngừa SCC; ≤ 200ppm cho duplex

• Thời gian chờ: tối thiểu 30 phút

• Chấp nhận: Không giảm áp suất; không có rò rỉ rõ ràng tại các khớp hàn

Tài liệu cho mỗi lô hàng

• Giấy chứng nhận thử nghiệm vật liệu (EN 10204 3.1 hoặc 3.2)

• Báo cáo dữ liệu dấu U của ASME (nếu có)

• GB/T 25198 trang dữ liệu (nếu có tiêu chuẩn trong nước)

• Báo cáo kiểm tra kích thước (chiều bán kính, độ sâu, độ dày, không tròn, sườn thẳng)

• Báo cáo NDE ¢ CT scan bề mặt, CT scan lamination, CT scan hàn/UT (nếu hàn)

• Thông số kỹ thuật quy trình hình thành (FPS) và hồ sơ hình thành (nhiệt độ, tốc độ sưởi ấm, tốc độ làm mát)

• Báo cáo đo độ dày (bản ghi đo độ dày siêu âm)

• Giấy chứng nhận ướp / thụ động (nếu được thực hiện) bao gồm nồng độ tắm, nhiệt độ và thời gian

• Thử nghiệm xác minh thụ động (kiểm tra Ferroxyl) nếu cần thiết

• Biểu đồ xử lý nhiệt (bản ghi thời gian-nhiệt độ lò sưởi dung dịch)

Danh sách kiểm tra lựa chọn

1. Loại đầu ∙ 2: 1 hình elip / hình torispherical / hình bán cầu / hình nón / phẳng

2. Shell ID (chọn đường kính bên trong)

3. Áp suất thiết kế

4. Nhiệt độ thiết kế xác định độ căng thẳng được phép (S) theo ASME II-D và lớp vật liệu

5. Dàn lỏng quá trình xác định loại thép không gỉ (304L / 316L / 321 / 347H / Duplex)

6. Nồng độ clorua nếu > 200ppm, chọn 316L (≤ 250ppm), Duplex 2205 (≤ 300ppm) hoặc Super Duplex 2507 (> 300ppm)

7. Phương pháp đúc Ưu tiên ️ đúc nóng (trọng lượng > 20mm) hoặc đúc lạnh (mỏng ≤ 20mm)

8. Yêu cầu về kết thúc bề mặt

9. Cần thiết bị đính kèm vòi phun ️ cung cấp lịch trình vòi phun (kích thước, xếp hạng, định hướng, chiếu)

10. Yêu cầu về PWHT dựa trên vật liệu, độ dày và thời gian sử dụng (thường là lò sưởi dung dịch cho SS)

11. Yêu cầu về NDE theo ASME VIII-1 hoặc theo thông số kỹ thuật dự án

12. Chuẩn bị hàn ️ Loại đường cong cạnh (một V / hai V) và góc đường cong (nếu được cung cấp với chuẩn bị hàn)

13. Áp suất thử nghiệm ️ Đối với thử nghiệm thủy lực theo UG-99 (nếu được cung cấp dưới dạng đóng trước thử nghiệm)

Tuyên bố về giới hạn thiết kế

Đầu thép không gỉ như một sản phẩm độc lập phải tuân theo các hạn chế sau:

• Nó không được đánh giá cho áp suất bên trong cho đến khi hàn vào vỏ hoặc vòm; đánh giá áp suất được lấy từ bình lắp ráp hoàn chỉnh

• Không phù hợp với dịch vụ chứa clorua > 200ppm mà không chọn loại thích hợp (316L cho ≤ 250ppm, Duplex cho ≤ 300ppm, Super Duplex cho nồng độ cao hơn)

• Không phù hợp với thử nghiệm thủy chất với nước chứa clorua > 50ppm (đối với SS austenitic) ‡ nguy cơ nứt do ăn mòn do căng thẳng clorua (SCC)

• Không phù hợp với nhiệt độ hoạt động trên 600 °C (SS autenitic) hoặc trên 280 °C (SS kép)

• Không phù hợp với chu kỳ nhiệt nghiêm trọng (> 1.000 chu kỳ / năm) mà không có phân tích mệt mỏi theo ASME VIII-2

• Đối với các đầu đòi hỏi phải sơn dung dịch sau khi hình thành, bộ phận phải được tắt lại; tốc độ làm mát ảnh hưởng đến tính chất cơ học cuối cùng