الشفاه المصنوعة من الفولاذ الكربوني: الأنواع والاستخدامات ودليل المواد

الفلنجة عبارة عن مكون ميكانيكي مسطح على شكل قرص مع فتحات مسامير حول محيطها. يتم لحامها أو ربطها أو انزلاقها في نهاية الأنبوب أو الصمام أو المضخة أو فوهة المعدات، ثم يتم تثبيتها وجهًا لوجه باستخدام شفة متزاوجة - عادةً مع حشية مثبتة بينهما - لتشكيل وصلة محكمة الغلق ومقاومة للضغط.

تخدم الشفاه أربع وظائف أساسية في أي نظام أنابيب:

• الانضمام إلى أقسام الأنابيب بدون لحام دائم، مما يسمح بالتفكيك للفحص أو الاستبدال
• توصيل الأنابيب بالصمامات والمضخات والأدوات في نقاط التحول
• الختم ضد التسربات تحت ضغط عالٍ ودرجة حرارة عالية من خلال ضغط الحشية المثبت بمسامير
• توفير نقاط الوصول لصيانة أو تنظيف أو تعديل خطوط الأنابيب

أنواع الفلنجات الأكثر شيوعًا حسب الشكل الهندسي هي: اللحام العنقي (WN)، الانزلاقي (SO)، اللحام المقبس (SW)، العمياء، المفصل المفصلي، والملولب. تم تصميم كل نوع وفقًا لتصنيفات الضغط المحددة وأحجام الأنابيب ومتطلبات التثبيت المحددة وفقًا لمعايير مثل أسم B16.5 وأسم B16.47 وEN 1092-1.

الشفاه من الصلب الكربوني are specified wherever a piping system requires high mechanical strength without the premium cost of corrosion-resistant alloys. Their operating range typically covers temperatures from -29 degrees C to 425 degrees C and pressure classes from 150 to 2500 LB under ASME B16.5.

في النفط والغاز وحدهما، يمثل الفولاذ الكربوني أكثر من 70% من جميع الفلنجات المستخدمة في أنظمة خطوط الأنابيب البرية ، وفقا لاستطلاعات المشتريات الصناعة. يظل الجمع بين أستم A105 (المشكل) وASTM A234 WPB (درجة التركيبات) هو أكثر المواد المحددة على نطاق واسع من الفولاذ الكربوني على مستوى العالم.

محتوى الكربون - معبرًا عنه كنسبة مئوية بالوزن - هو المتغير المحدد في أداء الفولاذ الكربوني. الشفاه ليست مصنوعة من درجة واحدة؛ يعتمد مستوى الكربون المناسب على المتطلبات الميكانيكية وطريقة التصنيع المطلوبة.

ASTM A105، مادة شفة الفولاذ الكربوني المهيمنة، تقع في نطاق الكربون المتوسط مع الحد الأقصى لمحتوى الكربون بنسبة 0.35% والحد الأدنى لقوة الشد 485 ميجا باسكال. هذا التوازن بين القوة وقابلية اللحام هو بالتحديد سبب هيمنته على شراء الفلنجات من فئة الضغط من الفئة 150 إلى الفئة 2500.

يُفضل استخدام الدرجات منخفضة الكربون مثل ASTM A516 Gr.70 حيث يكون اللحام متكررًا ويجب التقليل من المعالجة الحرارية بعد اللحام - وهو أمر شائع في وصلات شفة أوعية الضغط وخزان التخزين. الفولاذ عالي الكربون غائب تقريبًا عن مواصفات الحافة القياسية بسبب هشاشته تحت تأثير التحميل وقابليته العالية لتكسير المنطقة المتأثرة بالحرارة أثناء اللحام.

تشتمل فلنجات سبائك الصلب على عناصر سبائك إضافية - الكروم، والموليبدينوم، والفاناديوم، والنيكل - بما يتجاوز تركيبة الحديد والكربون الأساسية. هذه الإضافات ليست تجميلية؛ إنهم يفتحون مظاريف الأداء التي لا يستطيع الفولاذ الكربوني الوصول إليها.

القاعدة العملية في المشتريات الهندسية: استخدام الشفاه المصنوعة من الفولاذ الكربوني حتى 425 درجة مئوية والفئة 2500؛ تحديد سبائك الصلب فقط عندما تتطلب درجة الحرارة أو كيمياء العملية ذلك. إن استبدال سبائك الفولاذ حيث يكون الفولاذ الكربوني كافيًا يضيف تكلفة دون فائدة هندسية ويعقد عملية تأهيل إجراءات اللحام.

هذا هو ما يناقشه مهندسو المقارنة وفرق المشتريات في أغلب الأحيان. تتمتع الفلنجات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بعلاوة سعرية تتراوح بين 3x إلى 5x مقارنة بالفلنجات المصنوعة من الفولاذ الكربوني المكافئة - وهو ما يمثل دافعًا كبيرًا للتكلفة في المشاريع الكبيرة. إن فهم المكان الذي يتم فيه تبرير هذا القسط يمنع الإفراط في المواصفات والفشل المكلف.

اختر الشفاه المصنوعة من الفولاذ الكربوني عندما يكون سائل العملية غير قابل للتآكل (الهيدروكربونات، الغاز الجاف، البخار، الماء المحايد)، يتم التحكم في البيئة أو تغليفها، ويكون تحسين التكلفة من أولويات المشروع. اختر الشفاه المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ عندما تتضمن العملية الأحماض، أو الكلوريدات، أو مياه البحر، أو السوائل الغذائية أو الصيدلانية، أو عندما يكون التآكل الجوي الخارجي أمرًا لا مفر منه ويكون الوصول إلى الصيانة محدودًا.

من الأخطاء الهندسية الشائعة تحديد الفولاذ المقاوم للصدأ للأنابيب الخارجية المواجهة للبحر حيث يكون السائل نفسه غير قابل للتآكل - ويحقق العزل الخارجي بحاجز البخار وحواف الفولاذ الكربوني عمر خدمة مكافئًا بجزء صغير من التكلفة.

عند تحديد الشفاه من الصلب الكربوني ، فإن تسمية المادة في أمر الشراء غير قابلة للتبديل مع الوصف العام. تحمل كل درجة ASTM نافذة محددة للتركيب الكيميائي، والحد الأدنى من متطلبات الخاصية الميكانيكية، وطريقة المعالجة الحرارية المسموح بها.

• ASTM A105 — فولاذ كربوني مُشكل للخدمة في درجة حرارة محيطة تصل إلى 425 درجة مئوية. الدرجة الأكثر شيوعًا لرقبة اللحام، والشفة الملحومة، والمكفوفة، والمقبس. الحد الأدنى للعائد 250 ميجا باسكال، الحد الأدنى للشد 485 ميجا باسكال.
• أستم A350 LF2 — فولاذ كربوني منخفض الحرارة، تم اختبار تأثيره حتى -46 درجة مئوية. مطلوب لتطبيقات الخدمة المبردة والقطب الشمالي.
• أستم A694 F65 / F70 - فولاذ كربوني عالي الإنتاجية لفلنجات خطوط الأنابيب. يستخدم في خطوط أنابيب نقل الضغط العالي حيث يكون تقليل سمك الجدار أمرًا بالغ الأهمية.
• أستم A181 Cl.70 — الفولاذ الكربوني المطروق للأغراض العامة لخدمة الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المعتدلة. أقل تحديدًا شيوعًا من A105 في المشاريع الحديثة.
• إن 1092-1 P250GH — المعادل الأوروبي للفلنجات المصنوعة من الفولاذ الكربوني من فئة أوعية الضغط، وهي شائعة في تصميم مصانع المعالجة الأوروبية.