كل شفة أنبوب لحام المقبسيترك المصنع بمواصفات واحدة غير مرئية لا يقيسها معظم المهندسين مطلقًا في-الموقع: فجوة توسع تبلغ 1.6 مم (1/16-بوصة) بين نهاية الأنبوب وكتف المقبس. هذا الرقم - الذي فرضته ASME B31.1 الفقرة . 127.3 وASME B31.3 الفقرة . 311.2.4 - هو متغير التثبيت الأكثر أهمية لهذا النوع من الفلنجة. قم بذلك بشكل صحيح ويمكن للمفصل أن يدوم أكثر من نظام الأنابيب بأكمله. إذا أخطأت في التعامل معه، أو قم بإقرانه بمادة خاطئة في بيئة قابلة للتآكل، فسوف تواجه تشققات بسبب الإجهاد، أو تآكل الشقوق، أو إيقاف التشغيل غير المجدول في غضون أشهر.
لا يشرح هذا الدليل ببساطة ماهية شفة الأنبوب الملحومة بالمقبس -، بل يشرح الفيزياء الهندسية وراء الفجوة البالغة 1.6 مم، ومنطق اختيار المواد الذي يحول نقطة الضعف المعروفة إلى خطر مُدار، والظروف المحددة التي يكون فيها هذا النوع من الحافة هو الأداة المناسبة للمهمة وعندما لا تكون كذلك. بعد القراءة، سيكون لديك إطار اختيار يمكن الدفاع عنه وفهم لأنماط الفشل التي تفاجئ معظم مهندسي الأنابيب.
ما هي شفة الأنابيب الملحومة بالمقبس - ولماذا توجد الفجوة
1.1 الآلية الأساسية
A شفة الأنابيب الملحومةعبارة عن قرص فولاذي مشكل-مزود بمقبس ذو تجويف عكسي على جانب الأنبوب. يتم إدخال الأنبوب في هذا المقبس ويتم تثبيته بواسطة شريحة لحام واحدة حول محيط المحور الخارجي. يؤدي كتف المقبس الداخلي وظيفتين في وقت واحد: فهو يسجل الأنبوب إلى عمق الإدخال الصحيح، و- بعد سحب الأنبوب عمدًا بمقدار 1.6 مم - فإنه يخلق فجوة حلقية يمكن التحكم فيها في نهاية الأنبوب.
هذه الفجوة ليست سهواً. إنها هندسة تحمل الأحمال-. عندما يتم ترسيب لحام الشرائح، فإن مدخلات الحرارة ترفع درجة حرارة معدن الأنبوب المحلي إلى 1400-1500 درجة. درجة الفولاذ المقاوم للصدأ 316 لها معامل تمدد حراري يبلغ حوالي 16 × 10⁻⁶ م/م· درجة. بالنسبة لأنبوب DN25 بعمق إدخال 100 مم، فإن دلتا درجة الحرارة البالغة 1200 درجة من المحيط إلى حوض اللحام يولد تمددًا محوريًا يبلغ 1.9 مم تقريبًا. بدون الفجوة، يضغط الأنبوب بقوة على كتف التجويف، ويبرد اللحام تحت حمل ضغط مقيد، ويظل إجهاد الشد المتبقي محبوسًا في المفصل. كل دورة حرارية لاحقة تتراكم أضرار التعب من حالة البداية تلك.
1.2 قوة التعب - ميزة 50%
تحدد بيانات التصميم ASME B16.5 لمفصل لحام المقبس قوة كلال أعلى بنسبة 50% من -الانزلاق الملحوم المزدوج- على الحافة. توجد هذه الميزة لأن المقبس يقيد نهاية الأنبوب بشكل قطري، مما يقلل من انتقال لحظة الانحناء إلى اللحام، ولأن اللحام الخارجي المفرد لديه هندسة تركيز إجهاد أكثر ملاءمة من إصبع اللحام الداخلي للانزلاق - على الحافة. ومع ذلك، فإن هذه الميزة مشروطة: فهي تفترض الحفاظ على الفجوة البالغة 1.6 ملم بشكل صحيح. الفجوة الضيقة تقضي على الميزة وتعكس المقارنة.
مشكلة تآكل الشقوق - التكلفة الخفية للفجوة
2.1 لماذا تخلق الفجوة خطر التآكل
نفس الفجوة الحلقية التي تمنع تشقق التعب تخلق شقًا محدودًا. في هندسة الشقوق، يتم استهلاك الأكسجين من خلال تفاعل التآكل بشكل أسرع مما يمكن تجديده عن طريق الانتشار من السائل السائب. والنتيجة هي بيئة مستنفدة ومحمضة ومركّزة بالكلوريد - محليًا - - وهي الإعداد الكهروكيميائي الكلاسيكي لتآكل الشقوق. وهذا هو السبب في أن ASME B31.3 الفقرة. 311.2.4 يقيد بشكل صريح وصلات لحام المقبس في الخدمات المعرضة لتآكل الشقوق أو حيث قد يتسارع هجوم الشقوق بواسطة السائل
2.2 اختيار المواد باعتبارها التخفيف الأساسي
لا يمكن القضاء على تآكل الشقوق من خلال هندسة لحام المقبس، ولكن يمكن إدارته من خلال اختيار المواد. المعلمة الرئيسية هي الرقم المكافئ لمقاومة التنقر (PREN)، المحدد على النحو التالي: PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N. تشير قيم PREN الأعلى إلى مقاومة أكبر للتآكل الموضعي.
|
درجة المادة |
برين (نموذجي) |
مقاومة التآكل للشقوق |
الخدمة الموصى بها |
|
SS304 / 1.4301 |
~18 |
قليل |
مياه عامة، خالية من-الكلوريد |
|
SS316L / 1.4404 |
~25 |
واسطة |
كلوريد معتدل،<50 ppm Cl⁻ |
|
904L / 1.4539 |
~35 |
عالي |
حمض العدوانية / مياه البحر |
|
دوبلكس 2205 / 1.4462 |
~35 |
عالية + قوة عالية |
حقن المياه البحرية / مياه البحر |
|
سوبر دوبلكس 2507 / 1.4410 |
~43 |
عالية جدًا |
عملية تحت سطح البحر/الكلور |
2.3 -حالة الفشل العالمي الحقيقية
تم نشر تحليل الفشل لعام 2019 فيتحليل الفشل الهندسي(ScienceDirect, doi: 10.1016/j.engfailanal.2019.104297) وثقت شفة ملحومة من الفولاذ المقاوم للصدأ لخدمة مياه البحر البحرية والتي فشلت بسبب الشق - الناجم عن التآكل الميكروبيولوجي (MIC). كانت مادة الحافة عبارة عن تقنية UNS S32760 - فائقة الازدواج مع PREN بقيمة 40+ - وتم تأكيد تركيبها وبنيتها الدقيقة بشكل ملائم وفقًا لمعايير ASTM A182. لم يبدأ الفشل بسبب نقص المواد ولكن من هندسة الشق نفسها، مما أدى إلى خلق ظروف راكدة مواتية لبكتيريا اختزال الكبريتات-. وخلصت الدراسة إلى أنه حتى الفولاذ-الذي يحتوي على سبائك عالية من الفولاذ المقاوم للصدأ يكون عرضة لشق MIC عندما تكون هندسة المفصل بطبيعتها عبارة عن شقوق-.
الآثار الهندسية:إن ترقية المواد وحدها لا تكفي للخدمات الأكثر عدوانية. عندما يحتوي السائل على بكتيريا اختزال الكبريتات - (SRB)، أو هاليدات أعلى من 1000 جزء في المليون، أو يشتمل على مياه البحر الراكدة، أعد النظر فيما إذا كانت هندسة اللحام بالمقبس - بغض النظر عن السبيكة - مناسبة. تعمل حواف الرقبة الملحومة بمفاصل اللحام المؤخرة- على إزالة الشق بالكامل.
المواصفات الفنية والمعايير الدولية
3.1 مواصفات الأبعاد
|
المعلمة |
القيمة / المدى |
|
نطاق الحجم |
NPS 1/2" إلى NPS 4" (DN15–DN100) |
|
فئة الضغط |
فئة 150 / 300 / 600 / 900 / 1500 (وليس فئة 2500) |
|
تصنيف الضغط |
PN6 / PN10 / PN16 / PN25 / PN40 / PN63 / PN100 |
|
فجوة التوسع |
1.6 ملم (1/16 بوصة) لكل ASME B31.1 / B31.3 |
|
عمق المقبس |
عادة 1.25 × سمك جدار الأنبوب |
|
أنواع الوجه |
وجه مرتفع (RF)، وجه مسطح (FF)، وصلة من النوع الدائري (RTJ) |
|
ارتفاع الوجه المرتفع |
1/16" للفئة<400 lb; 1/4" for Class 400 lb and above |
|
طريقة NDT |
MPI (الجسيمات المغناطيسية) أو LPI (نفاذية الصبغة)؛ RT غير عملي |
|
الحجم الأقصى الموصى به |
NPS 1-1/2" للخدمة الدورية/عالية التعب |
3.2 المقارنة القياسية الدولية
|
معيار |
منطقة |
الفرق الرئيسي |
الرابط الرسمي |
|
أسم B16.5-2017 |
الأمريكتين / النفط والغاز العالمي |
فئة 150-2500؛ SW ليس في الفئة 2500 |
https://www.asme.org/codes-standards/find-أكواد-standards/b16-5-أنابيب-فلنجات ذات حواف وتركيبات |
|
إن 1092-1:2018 |
مشاريع أوروبا / الاتحاد الأوروبي |
PN6-PN100؛ الأبعاد المترية اكتب 03=SW |
https://www.en-standard.eu/bs-en-1092-1 |
|
الدين 2501 / الدين 2543 |
ألمانيا / أوروبا الوسطى |
سابق لـ EN 1092-1؛ لا يزال يشار إليها في المشاريع القديمة |
https://www.din.de |
|
جيس B2220:2012 |
اليابان / جنوب شرق آسيا |
فئات الضغط 5K – 63K؛ SW=نوع لحام المقبس |
https://www.jisc.go.jp |
|
سابس / سانس 1123:2017 |
جنوب أفريقيا / جنوب الصحراء الكبرى-أفريقيا |
الجدول 600/3 إلى الجدول 4000/3؛ على غرار BS 4504 |
https://store.sabs.co.za |
|
غوست 12820/12821 |
روسيا / رابطة الدول المستقلة |
PN6-PN160؛ الشفاه SW وفقًا لـ GOST 16038 |
https://www.gostinfo.ru |
|
أس 2129:2000 |
أستراليا / المحيط الهادئ |
الجداول من أ إلى ت؛ متري؛ نوع sw لكل تعيين الجدول |
https://www.standards.org.au |
|
أستم A182 / A182M |
عالمي (معيار المواد) |
درجات F304/F316/F316L/F51/F53 لجميع الشفاه |
https://www.astm.org/a0182_a0182m-23.html |
إطار قرار الاختيار المكون من 5 خطوات
بدلاً من سرد الخصائص وترك قرار الاختيار للقارئ، يوفر هذا القسم إطار عمل منظمًا مكونًا من خمس خطوات-يعكس الطريقة التي ينبغي لمهندس الأنابيب اتخاذ القرار بشأن ما إذا كان سيتم تحديد شفة أنبوب ملحومة بمقبس لتطبيق معين.
الخطوة 1 - تحقق من حجم الأنبوب
يتم تعريف وصلات لحام المقبس لـ NPS 1/2" إلى NPS 4" بموجب ASME B16.5. فوق NPS 4"، تصبح الهندسة-غير فعالة من حيث التكلفة بالنسبة لعنق اللحام ولا تغطيها المعايير الرئيسية. بالنسبة لخدمة الفئة 1500، فإن الحد الأعلى العملي هو NPS 2-1/2". بالنسبة للخدمة الدورية الحرجة (على سبيل المثال، مطرقة البخار، تفريغ المضخة الترددية)، حدد الحد الأقصى لـ NPS 1-1/2" بغض النظر عن فئة الضغط. إذا تجاوز الأنبوب الخاص بك NPS 1-1/2" وكانت الخدمة دورية - حدد عنق اللحام.
الخطوة 2 - تصنيف السوائل
|
فئة السوائل |
خطر تآكل الشقوق |
شفة SW مسموح بها؟ |
|
مياه نظيفة، بخار،-غاز غير قابل للتآكل |
قليل |
نعم - SS304/316 مقبول |
|
معالجة المياه، والأحماض الخفيفة،<100 ppm Cl⁻ |
واسطة |
نعم - حدد الحد الأدنى SS316L |
|
Seawater, chlorine compounds, >500 جزء في المليون Cl⁻ |
عالي |
تنبيه - مزدوج 2205/2507 أو فكر في WN |
|
سائل مشع، شديد التآكل |
عالية جدًا |
لا يوصى - باستخدام اللحام التناكبي (ASME B31.3 الفقرة. 311.2.4) |
|
السائل البيولوجي/SRB-المعرض للركود |
عالية جدًا |
لا يوصى بوجود خطر - MIC حتى في السبائك المزدوجة |
الخطوة 3 - تأكيد فئة الضغط ودرجة الحرارة
مرجع متقاطع لضغط التشغيل ودرجة الحرارة مقابل ASME B16.5 الجدول 2-1.1 (للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي) أو تقييمات EN 1092-1 PN. تذكر أن معدل الضغط ينخفض عند درجات الحرارة المرتفعة. SS316L عند 200 درجة لديه ما يقرب من 65% من تصنيفه المحيطي. لا تتوفر فلنجات اللحام المقبس في فئة ASME 2500 - إذا كانت العملية تتطلب الفئة 2500، فحدد عنق اللحام.
الخطوة 4 - تقييم متطلبات الفحص
نظرًا لأن هندسة لحام الشرائح تمنع الاختبار الشعاعي (RT)، يتم فحص وصلات لحام المقبس بواسطة الجسيمات المغناطيسية (MPI) أو طرق اختراق الصبغة (LPI). إذا كانت مواصفات مشروعك تتطلب 100% RT لجميع اللحامات - الشائعة في خدمة الموائع من الفئة M بموجب ASME B31.3، أو الأنابيب النووية أو البحرية من الفئة 1 -، فلا يجوز لحام المقبس. تحديد عنق اللحام مع وصلة اللحام التناكبي.
الخطوة 5 - التحقق من لحام المادة ومعالجة السطح-
بعد اللحام، تفقد المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) طبقة أكسيد الكروم السلبية. بالنسبة لدرجات SS304/316، فإن -التخميل والتخميل اللاحق للحام وفقًا لمعيار ASTM A380 / ASTM A967 يستعيد المقاومة الكاملة للتآكل. بالنسبة للدرجات المزدوجة، يعد التحكم في مدخلات الحرارة (أقل من أو يساوي 1.5 كيلوجول/مم) ودرجة الحرارة البينية (أقل من أو يساوي 150 درجة) أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على توازن طور الأوستينيت/الفريت. اطلب تأكيدًا بأن مواصفات إجراءات اللحام (WPS) تغطي هذه المعلمات.
أفضل ممارسات التثبيت - حماية الفجوة البالغة 1.6 ملم
5.1 تسلسل التثبيت
ينطبق التسلسل التالي على جميع فلنجات الأنابيب الملحومة من الفولاذ المقاوم للصدأ وفقًا لـ ASME B31.1 وASME B31.3:
|
خطوة |
فعل |
الفحص النقدي 关键检查项 |
|
1 |
نهاية أنبوب إزالة الأزيز - قم بإزالة كل القشور والنتوءات والزيت ضمن مسافة 50 مم من نهاية القطع |
تشطيب السطح Ra أقل من أو يساوي 3.2 ميكرومتر |
|
2 |
أدخل الأنبوب بالكامل حتى يلامس كتف التجويف |
تأكيد الاتصال الكامل عن طريق الشعور |
|
3 |
اسحب الأنبوب بمقدار 1.6 مم (1/16 بوصة) لإنشاء فجوة تمدد |
قياس مع مقياس المحسس |
|
4 |
قم بتطبيق 2-3 لحامات على مسافات محيطية متساوية لتثبيت الموضع |
الحفاظ على الفجوة بعد تك |
|
5 |
Preheat if required: duplex grades require 20°C min; avoid preheat >50 درجة للأوستنيتي |
درجة حرارة التداخل أقل من أو تساوي 150 درجة للطباعة على الوجهين |
|
6 |
استكمال اللحام المستمر فيليه؛ حجم الساق أكبر من أو يساوي 1.4 × سماكة جدار الأنبوب |
اندماج كامل عند الجذر - بدون تقويض |
|
7 |
ما بعد -اللحام: درجات SS المخللة والتخميلية وفقًا لمعيار ASTM A380/A967 |
التحقق من الفيلم السلبي عن طريق الاختبار |
|
8 |
الفحص بواسطة MPI أو DPI؛ اختبار مائي عند ضغط تصميمي 1.5× |
صفر تسرب |
5.2 الأخطاء الميدانية الثلاثة الأكثر شيوعًا
خطأ 1 - إغفال الفجوة:غالبًا ما يتخطّى عمال اللحام تحت ضغط الوقت خطوة التراجع. وهذا هو السبب الأكثر شيوعًا لحدوث تشققات ما بعد التثبيت، خاصة في خدمة البخار ذات درجة الحرارة المرتفعة-. الفجوة ليست اختيارية - فهي أحد متطلبات التعليمات البرمجية بموجب ASME B31.1 وB31.3.
خطأ 2 - لحام شرائح صغيرة الحجم:الحد الأدنى لحجم ساق اللحام هو 1.4 × سمك جدار الأنبوب، وليس سمك جدار الأنبوب نفسه. تعمل اللحامات ذات الحجم الصغير على تقليل عمر الكلال بنسبة 30-50% وهي نتيجة شائعة في حالات فشل الفحص.
خطأ 3 - لا توجد مشاركة-معالجة سطح اللحام:يؤدي اللحام إلى تغيير لون الفولاذ المقاوم للصدأ وإتلاف الطبقة السلبية. إن ترك صبغة حرارية على اللحام وHAZ للفلنجات غير القابلة للصدأ في الخدمة المسببة للتآكل يعادل وظيفيًا تثبيت مادة خاطئة. يستعيد التخليل + التخميل لكل ASTM A380 المقاومة الكاملة للتآكل.
متى لا تستخدم شفة أنبوب اللحام بالمقبس
هذا القسم لا يقل أهمية عن أي جدول المواصفات. إن القيمة الهندسية للدليل لا تكمن فقط في إخبارك بموعد استخدام المنتج، بل في توضيح حدوده.
|
حالة |
سبب |
البديل الموصى به |
|
مصادر القدرة النووية > 4 بوصة (DN100+) |
لا تغطيها B16.5؛ كفاءة منخفضة من حيث التكلفة-. |
الانزلاق-على الرقبة أو اللحام |
|
خدمة ASME فئة 2500 |
غير محدد في B16.5 فئة 2500 |
لحام الرقبة فقط |
|
مطلوب فحص لحام RT بنسبة 100% |
هندسة لحام الشرائح تمنع التصوير الشعاعي |
رقبة اللحام (اللحام التناكبي، إمكانية RT-) |
|
الأنابيب المشعة / النووية |
قيود ASME B31.3 + خطر تلوث الشقوق |
لحام الرقبة مع اللحام بعقب الاختراق الكامل |
|
خدمة التآكل الشديد في الشقوق |
هندسة الشقوق متأصلة في تصميم SW |
لحام الرقبة (يزيل الشق) |
|
SRB-عرضة للسوائل الراكدة |
خطر MIC حتى في سبائك-PREN العالية |
لحام الرقبة + العلاج بالمبيدات الحيوية |
|
خدمة المبردة أقل من -196 درجة |
تحتاج-صلابة درجة الحرارة المنخفضة لهندسة المقبس إلى اختبارات محددة |
رقبة ملحومة، ASTM A182 F316L مع اختبار شاربي |
التعليمات
س: لماذا تعد فجوة التوسعة البالغة 1/16 بوصة إلزامية، وماذا يحدث إذا تم حذفها؟
ج: تعوض الفجوة التمدد الحراري المحوري لمعدن الأنبوب أثناء اللحام. وبدون ذلك، يتصل الأنبوب بكتف المقبس تحت حمل ضاغط بينما يبرد اللحام، مما يؤدي إلى قفل إجهاد الشد المتبقي. في -درجة الحرارة العالية أو الخدمة الدورية، يؤدي تركيز الإجهاد هذا إلى حدوث شقوق الكلال عند نقطة اتصال الأنبوب -إلى-المقبس. يعد هذا المتطلب إلزاميًا بموجب ASME B31.1 الفقرة . 127.3 وASME B31.3 الفقرة . 311.2.4.
س: هل يمكن استخدام فلنجات اللحام المقبس في أنظمة مياه البحر المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ؟
ج: بحذر. يخلق الشق المتأصل بين نهاية الأنبوب وكتف المقبس ظروفًا لتآكل الشق والميكروفون في مياه البحر. إذا كانت الخدمة ضرورية، فحدد دوبلكس 2205 (الحد الأدنى PREN 35) أو مزدوج فائق 2507 (PREN 43)، وتأكد من تخليل ما بعد اللحام والتخميل، وفكر في المعالجة بالمبيدات الحيوية إذا كان النشاط البيولوجي ممكنًا. بالنسبة للهياكل البحرية أو السفن المصنفة DNV-، فإن استخدام وصلات اللحام في أنظمة مياه البحر يتطلب مبررًا هندسيًا صريحًا - حيث تحظر العديد من معايير الأنابيب الخاصة بالشركة ذلك تمامًا.
س: ما هو الحد الأقصى للضغط لشفة لحام المقبس في SS316L؟
ج: في درجة الحرارة المحيطة (~38 درجة)، يتم تصنيف ASME B16.5 Class 300 في المجموعة 2.3 (316/316L) عند 51.1 بار (740 رطل لكل بوصة مربعة). تم تصنيف الفئة 600 في نفس درجة الحرارة عند 102.1 بار (1480 رطل لكل بوصة مربعة). ومع ذلك، عند 200 درجة، تنخفض التقييمات إلى حوالي 63% من هذه القيم للدرجات الأوستنيتي بسبب انخفاض قوة الخضوع. قم دائمًا بمراجعة جدول ASME B16.5 2-1.1 لمعرفة مجموعة المواد الدقيقة ودرجة حرارة التشغيل.
س: هل يؤثر جدول الأنابيب على اختيار شفة لحام المقبس؟
ج: نعم، بشكل غير مباشر. يحدد ASME B16.5 تجويف المقبس الافتراضي للفئة 150 (الجدار القياسي) والفئة 300 (الجدار القياسي). بالنسبة للفئة 600 وما فوق، يجب على المشتري تحديد جدول الأنابيب لأن تجويف المقبس يجب أن يتطابق مع القطر الخارجي للأنبوب والجدار للحصول على ملاءمة مناسبة وجودة اللحام. إذا كان الأنبوب الخاص بك من نوع Sch 80S أو أثقل، فتأكد مع الشركة المصنعة من أن تجويف المقبس يناسب القطر الخارجي الخاص بك.
س: ما هي طرق NDT المطبقة على فلنجات اللحام المقبس؟
ج: يعد الاختبار الإشعاعي (RT) غير عملي بشكل عام على اللحامات الشرائحية لأن هندسة اللحام لا تسمح بتفسير الفيلم بشكل مفيد. الطرق المقبولة للاختبار غير الإتلافي هي فحص الجسيمات المغناطيسية (MPI/MT) وفحص اختراق السوائل (LPI/PT). يمكن استخدام اختبار الموجات فوق الصوتية (UT) لفحص ما بعد التثبيت-على الشكل الهندسي الذي يمكن الوصول إليه. بالنسبة للمشاريع التي تتطلب فحصًا حجميًا بنسبة 100% لجميع اللحامات، لا يمكن أن تلبي وصلات لحام المقبس هذا المتطلب - حدد عنق اللحام مع اللحامات التناكبية.
المعايير المرجعية والمصادر الفنية
ASME B31.1-2022: أنابيب الطاقة (لحام المقبس: الفقرة . 127.3)
ASME B31.3-2022: معالجة الأنابيب (تقييد لحام المقبس: الفقرة . 311.2.4)