طراحی پایپینگ (بخش اول)، اصول پایپینگ (قسمت هفتم)

روسازی فلنج و فینیش های سطح:

شناسه های روسازی استاندارد فلنج (شکل 9) بدین ترتیب هستند : سطح تخت، سطح برآمده، رینگ جوینت، زبان و شیار، مرد و زن کوچک و بزرگ، مرد و زن کوچک (در انتهای لوله)، زبان و شیار بزرگ و کوچک. ارتفاع سطح برآمده برای فلنج های کلاس 150 و 300 برابر با 0.06 است. ارتفاع سطح برآمده برای کلاس 400 و بالاتر برابر با0.25 است.

در صنعت، با در نظر گرفتن فلنج لپ – جوینت و ترکیب ته – کوب، متداول ترین سطح های فلنج سطح تخت و سطح برآمده است.

فینیش سطح  فلنج های سطح برآمده و سطح تخت استاندارد، دارای یک فینیش سطح هم مرکز دندانه دار و مارپیچ دندانه دار با زبری سطح متوسط 125 الی 250 میکرو اینچ می باشد. ابزار برش مورد استفاده برای دندانه دار کردن از شعاع 0.06 اینچی یا بیشر برخوردار بوده و می بایست بین 45 الی 55 شیار به ازار هر اینچ وجود داشته باشد.

پیچ ها، مهره ها و واشرها:

پوشش مفصل فلنج، و همانطور که در ادامه خواهید دید، پوشش قید و بست بهداشتی، در یکپارچگی کل سیستم پایپینگ نقش به سزایی دارد. این با استفاده از پیچ ها، مهره ها و واشرها به دست می اید. گزینش صحیح نقش متمایز کننده را در یکپارچه بودن یا نبودن یک مفصل ایفا می کند.

ASME B16.5 لیستی از مواد پیچی مناسب را برای فلنج های ASME ارائه می نماید. ماده مخصوص پیچ در سه طبقه استحکام جای می گیرد: بالا، متوسط، پایین، که بر اساس حداقل استحکام تسلیم ماده پیچ هستند.

طبقه استحکام بالا مشتمل بر ماده پیچ با حداقل استحکام تسلیم 105 ksi است. این عدد برای طبقه متوسط بین 30 الی 105 ksi و برای طبقه پایین کمتر از 30ksi می باشد.

همانطور که در ASME B16.5 تعریف شد، مواد مختص پیچ با استحکام بالا می توانند با تمامی مواد لیست شده و واشرها مورد استفاده قرار گیرند. برای مواد با استحکام متوسط نیز همین طور است، با این شرط که تضمین شود یک مفصل پوشش داده شده قادر به تحمل فشار و دمای عملیاتی است. در رابطه با مواد با استحکام پایین می توان گفت با تمامی مواد لیست شده استفاده می شوند اما محدود به مفصل های کلاس 150 و کلاس 300 می باشند، و تنها می توانند با واشرهای تعریف شده در ASME B16.5 مورد استفاده قرار گیرند.

ASME B31.3 بیش از پیش در پاراگراف 309.2.1 شفاف سازی می کند که پیچ گذاری با حداقل استحکام تسلیم 30ksi نمی تواند برای مفصل های فلنجی که توسطASME B16.5 کلاس 400 و بالاتر درجه بندی شدند مورد استفاده قرار گیرد، این امر برای مفصل های فلنجی که از واشرهای فلزی استفاده می کنند نیز صدق می کند، مگر این که محاسبات استحکام کافی را برای حفظ تنگی مفصل به اثبات برسانند. علاوه بر این در پاراگراف 309.2.3 می خوانیم: ( اگر فلنج از مشخصات ASME B16.1 (آهن ریخته گری)، ASME B16.24 (آلیاژ مس ریخته گری)، MSS SP-42 (شیرهای فلنجی با جوش های لب به لب)، یا MSS SP-51 (فلنج های ریخته گری و اتصالات) پیروی کند، ماده پیچ قوی تر از حداقل استحکام تسلیم نخواهد بود.)، مگر این که :

1. هر دو فلنج سطوح تخت داشته باشند و یک واشر با سطح کامل استفاده شود،
2. محدودیت های گشتاور پیچشی برای پیچ تعیین می شوند با در نظر گرفتن : بارهای متحمل شده، کرنش های جا به جایی، و بارهای موقتی، و استحکام فلنج ها.

در تعیین پیچ های فلنج، همینطور واشر، لازم است که نه تنها فشار و دمای طراحی را در نظر بگیریم، بلکه می بایست سازگاری سرویس سیال، طبیعت حیاتی سرویس سیال و شرایط محیطی را همراه با یکدیگر مد نظر داشته باشیم.

به منظور فهم هر چه بیشتر رابطه بین این معیارها را لیست کرده و هر کدام را شفاف سازی می کنم :

1. عامل تعیین کننده کلاس یک مجموعه فلنج فشار و دمای طراحی است. که همراه با اندازه فلنج، تعداد و اندازه پیچ های فلنج را تعیین می کند. کلاس فلنج همینطور میزان تراکم پذیری ماده واشر را مشخص می نماید.
2. سازگاری سرویس سیال در انتخاب ماده واشر کمک شایانی می کند.
3. طبیعت حیاتی سیال درجه یکپارچگی مورد نیاز در اتصال را تعیین می کند. این هم به تعیین استحکام و ماده پیچ و هم نوع واشر کمک می کند.
4. شرایط محیطی نیز در تعیین ماده پیچ موثر می باشند (محیط خورنده، مواد شیمیایی رقیق و غیره)

تمامی عواملی که در ایجاد یک اتصال یا مفصل فلنج دست دارند باید مکمل یکدیگر باشند. انتخاب یک واشر تنها بر اساس نوع ماده و در نظر نگرفتن میزان درجه فشار می تواند منجر به انتخاب واشری گردد که تحت الزامات گشتاور پیچشی فیل می کند به جای این که بتواند بار پیچ را تحمل کرده و یک پوشش ایجاد نماید.

در انتخاب یک پیچ با استحکام پایین به منظور استفاده با یک مفصل فلنج کلاس 600 با واشربندی مناسب و صحیح، لازم است که پیچ ها فراتر از نقطه تسلیم خود مورد گشتاور پیچشی قرار گیرند، یا حداقل فراتر از محدوده الاستیک خود. به طور مختصر: پیچ ها می توانند به عنوان فنر عمل کنند وقتی که به درستی نصب و بارگذاری شوند. برای این که مفصل فلنج یک پوشش واشر را نگه دارد نیاز به بارگذاری دینامیک وجود دارد. بارگذاری دینامیک پیچ های فلنج امکان انبساط و انقباض جا به جایی در اطراف مفصل را می دهد با حفظ پوشش، این کار با اعمال تنش کافی به پیچ صورت می پذیرد تا آن را به محدوده الاستیک ماده ببرد.

اگر پیچ ها به اندازه کافی تحت تنش قرار نگیرند و به محدوده الاستیک وارد نشوند، هر گونه سست سازی یا ریلکسیشنی[1] در واشر می تواند توانایی پوشش دهی مفصل را کاهش دهد. از سوی دیگر، اگر پیچ ها به گونه ای تحت تنش قرار گیرند که محدوده الاستیک را رد کنند و وارد محدوده پلاستیک شوند، باز هم این امر صادق است. آن ها بار دینامیک خود بر روی واشر را از دست خواهند داد. در این مورد، هر ریلکسشینی در واشر منتهی به کاهش یا حذف توانایی پوشش دهی مفاصل می شود.

از لحاظ مهره، باید به منظور تکمیل پیچ انتخاب شود. درواقع مشخصات ماده پیچ شما را به طور ناقص یا کامل به گزینش صحیح مهره سوق می دهد.

ASTM A307، یک استاندارد ماده برای پیچ های طبقه استحکام پایین می باشد، بیان دارد که نمره یا گرید صحیح برای کاربردهای فلنج لوله گرید B است. A307ادامه می دهد که هنگام استفاده برای فلنج های لوله گرید B نیاز به یک مهره گرید A از نوع Heavy Hex تحت استاندارد ASTM A563 دارد.

هرچند، ASTM A193، پیچ های فولادی ضدزنگ و آلیاژ، بیان می کند که مهره ها با ASTM A194 مطابقت می کنند، اما گرید های مختلفی از مهره های A194 برای انتخاب وجود دارد. این نمونه ای است که در آن مهره همیشه به صورت استاندارد ASTM بیان نمی شود. چون استاندارد های ASTM در این حالت ناسازگار هستند و نویسینده مشخصات می بایست به این نکته توجه و لحاظ کند.

[1] Relaxation

ترجمه: پایپ کالا