فیتینگ فرول چیست؟ راهنمای اتصالات دو فرول فولادی ضد زنگ در پردازش شیمیایی

فیتینگ فرول یک اتصال فشاری است که از یک یا دو حلقه فلزی (فرول) برای مهر و موم کردن و گرفتن لوله هنگام بستن مهره بر روی بدنه اتصالات استفاده می کند - بدون نیاز به جوش یا لحیم کاری. در اتصالات لوله دو فرول، فرول جلویی مهر و موم ضد نشتی ایجاد می کند در حالی که حلقه عقب لوله را می گیرد، و این طراحی دو قسمتی به همین دلیل است که آنها روش اتصال استاندارد برای سیستم های مقاوم در برابر خوردگی و فشار بالا در کارخانه های فرآوری شیمیایی باقی می مانند.

این مقاله دقیقاً نحوه عملکرد اتصالات فرول و چرایی را توضیح می دهد اتصالات دو قلاب فولادی ضد زنگ برای خدمات خورنده و با خلوص بالا، نحوه مقایسه درجه‌های مواد برای مقاومت در برابر خوردگی، و اینکه چه داده‌هایی واقعاً اتصالات لوله با کیفیت بالا را از اتصالاتی که در اوایل سرویس خراب می‌شوند، جدا می‌کند، مشخص شده‌اند.

فیتینگ فرول چیست و چگونه لوله را آب بندی می کند

اتصالات فرول لوله ها را در یک سیستم سیال یا گاز با استفاده از فشرده سازی مکانیکی به جای اتصال دائمی مانند جوشکاری متصل و آب بندی می کند. مجموعه دارای سه بخش اصلی است: یک مهره فشاری، یک یا دو فرول و بدنه اتصال. همانطور که مهره بر روی بدنه رزوه می شود، فرول (یا فرول ها) را به جلو می راند و آنها را بر روی سطح بیرونی لوله و مخروط داخلی بدنه اتصال فشرده می کند. این فشرده سازی چیزی است که مهر و موم را ایجاد می کند.

تک فرول در مقابل طراحی فرول دوتایی

اتصالات تک فرول از یک فرول برای انجام هر دو کار به طور همزمان استفاده می کند: آب بندی و گرفتن. این باعث می شود طراحی ساده و هزینه کمتری داشته باشد، اما یک فرول منفرد می تواند در طول زمان به طور ناهموار فشرده شود، به خصوص در اثر لرزش، که خطر نشت یا گیرکردن اجزا را افزایش می دهد.

اتصالات فرول دوتایی این دو عملکرد را بین دو حلقه جداگانه تقسیم می کند. را فرول جلویی بین بدنه اتصالات و لوله قرار می گیرد تا مهر و موم اولیه را تشکیل دهد ، در حالی که فرل پشتی به قطر بیرونی لوله می زند تا آن را محکم در جای خود نگه دارد. تقسیم بار به این ترتیب تنش مکانیکی را به طور یکنواخت‌تر توزیع می‌کند و احتمال تغییر شکل لوله را در مقایسه با طراحی تک‌فرول به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

چرا کارخانه های فرآوری شیمیایی به اتصالات دو فرول متکی هستند

سیستم‌های پردازش شیمیایی با سه شرط که اتصالات ضعیف را مجازات می‌کنند تعریف می‌شوند: فشار بالا، لرزش ثابت و چرخه حرارتی مکرر. اتصالات جوش داده شده می توانند تحت این نوع خستگی مکانیکی پایدار ترک بخورند، اما اتصال فرول که به درستی نصب شده است به پیوند همجوشی متکی نیست - این اتصال به فشرده سازی مکانیکی متکی است که در هزاران چرخه فشار و دما دست نخورده باقی می ماند.

همچنین به همین دلیل است که اتصالات نشتی به طور مداوم به عنوان یکی از دلایل اصلی خرابی در سیستم های لوله های پالایشگاه و فرآیند ذکر می شود. خستگی ناشی از ارتعاش به طور خاص یک خطر دائمی در این محیط‌ها است و یکی از دلایل خاصی است که صنعت از اتصالات لوله دوتایی به جای جوش در خطوط ابزار دقیق استفاده می‌کند. در اثر ارتعاش مکرر ترک می خورد. فرول های به درستی نصب شده معمولاً این کار را نمی کنند.

سه مزیت عملی باعث می‌شود اتصالات دو فرول به انتخاب پیش‌فرض برای اتصالات لوله‌های پردازش شیمیایی تبدیل شود:

1. بدون نیاز به جوشکاری اتصالات را می توان با آچار ایجاد و بازسازی کرد و مجوزهای کار گرم و تاخیر در بازرسی جوش را حذف کرد.
2. قابلیت استفاده مجدد بسیاری از اتصالات فرول دوتایی را می توان بدون نیاز به بدنه اتصال کاملاً جدید با تعویض فرول ها جدا کرد و دوباره سرهم کرد.
3. محدوده اندازه گسترده اتصالات به طور گسترده ای از قطر بیرونی حدود 1/8 اینچ تا 2 اینچ و 6 میلی متر تا 42 میلی متر در دسترس هستند که اکثریت قریب به اتفاق ابزار دقیق و لوله های فرآیند با سوراخ کوچک را پوشش می دهند.

چه چیزی یک اتصالات لوله را در برابر خوردگی مقاوم می کند

مقاومت در برابر خوردگی در اتصالات لوله تقریباً به طور کامل به شیمی آلیاژ کاهش می یابد - به ویژه محتوای کروم، مولیبدن و نیتروژن. مهندسان این مقدار را با استفاده از عدد معادل مقاومت حفره ای (PREN) محاسبه شده به صورت PREN = %Cr 3.3(%Mo) 16(%N). نمره PREN بالاتر به معنای مقاومت بهتر در برابر خوردگی حفره‌ای و شکاف موضعی است که حالت‌های شکست غالب در سیالات فرآیند حاوی کلرید هستند.

مقایسه مواد اتصالات رایج بر اساس عملکرد خوردگی

فولاد ضد زنگ 304 درجه آستنیتی پایه است، با PREN معمولاً در محدوده 18 تا 20. فولاد ضد زنگ 316 و 316 لیتر مولیبدن را به آلیاژ اضافه می کند، که PREN را تا حدود 24-26 هل می دهد و یک تغییر گام معنی دار در مقاومت در برابر حفره های ناشی از کلرید در مقایسه با 304 ایجاد می کند. هاستلوی C-276 همچنان جلوتر رفته و به PREN در حدود 45 می رسد.

دما نیز مستقل از PREN مهم است. آزمایش نشان می دهد که در غلظت 500 ppm کلرید، دمای حفره بحرانی فولاد ضد زنگ 316 (CPT) حدود 70 درجه سانتیگراد (158 درجه فارنهایت) است. - در زیر این آستانه، خطر حفره شدن به شدت کاهش می یابد، اما عملکرد پایدار بالای آن در سیال غنی از کلرید، خوردگی موضعی را تسریع می کند، صرف نظر از اینکه درجه بندی PREN آلیاژ روی کاغذ چقدر قوی به نظر می رسد.

316 در مقابل 316L: انتخاب درجه مناسب برای اتصالات دو فرول فولادی ضد زنگ

316 و 316L مقاومت خوردگی تقریباً یکسانی در اجزای جوش‌نشده دارند - هر دو در یک محدوده PREN قرار می‌گیرند زیرا محتوای کروم، نیکل و مولیبدن آنها یکسان است. تفاوتی که اهمیت دارد محتوای کربن است و تنها زمانی که جوشکاری در میان باشد قابل توجه است.

محتوای کربن کمتر 316L از رسوب کاربید در مرزهای دانه در حین جوشکاری جلوگیری می کند - پدیده ای که در غیر این صورت می تواند منطقه متاثر از حرارت جوش را در برابر خوردگی آسیب پذیر کند، حتی اگر فلز پایه اطراف کاملاً محافظت شود. برای بدنه های اتصالات لوله که در حین نصب جوش داده نمی شوند، استاندارد 316 لبه کمی در استحکام کششی ارائه می دهد (حداقل 515 مگاپاسکال در مقابل 485 مگاپاسکال برای 316 لیتر). اما برای کشتی های دارویی، لوله های جوش داده شده، یا هر تجهیزات کارخانه شیمیایی که با اتصالات جوشی ساخته شده است، 316L مشخصات استاندارد است دقیقاً به این دلیل که نقطه ضعف ناحیه جوش را که استاندارد 316 می تواند ایجاد کند، حذف می کند.

عملاً به این معنی است:

• انتخاب کنید 316 برای اتصالات بدنه و فرول هایی که جوش داده نشده و نیاز به مقاومت مکانیکی کمی دارند.
• انتخاب کنید 316L برای هر مونتاژی که شامل جوشکاری باشد، یا در مواردی که الزامات تماس با محصول FDA و USP کلاس VI اعمال می شود.
• از شکاف های تنگ، اتصالات همپوشانی، و مناطق راکد در طراحی لوله خودداری کنید - هندسه و پرداخت به اندازه انتخاب آلیاژ بر مقاومت در برابر خوردگی در دنیای واقعی تأثیر می گذارد.

رتبه بندی فشار و استانداردهای پشت اتصالات لوله با کیفیت بالا

درجه فشار کاری اتصالات لوله به ضخامت دیواره لوله ای که به آن متصل می شود، بستگی دارد، نه فقط بدنه اتصال. به عنوان مثال، لوله فولادی ضد زنگ بدون درز با قطر خارجی 10 میلی‌متر با ضخامت دیواره 1.5 میلی‌متری می‌تواند فشار کاری تقریباً 380 بار را تحمل کند - و یک اتصال فرول دوتایی که به درستی منطبق شده است طوری طراحی شده است که همان لوله را تا فشار نامی کامل آن فشرده و مهر و موم کند، بنابراین اتصال هرگز به نقطه ضعف سیستم تبدیل نمی‌شود.

ASME B31.3 کد اصلی حاکم بر طراحی لوله‌کشی فرآیند در پالایشگاه‌های نفت، کارخانه‌های شیمیایی و تأسیسات دارویی است و مستقیماً نحوه تعیین و واجد شرایط بودن اتصالات لوله برای خدمات را شکل می‌دهد. طبق B31.3، اجزای لوله‌کشی به‌عنوان «فهرست‌شده» طبقه‌بندی می‌شوند، به این معنی که با جداول رتبه‌بندی فشار/دما مرجع مطابقت دارند و می‌توانند در شرایط رتبه‌بندی شده‌شان بدون تجزیه و تحلیل طراحی بیشتر استفاده شوند، یا «فهرست نشده»، به این معنا که مالک و طراح مسئولیت کامل تأیید طراحی، مواد و آزمایش قطعه را به‌طور مستقل بر عهده دارند. برای اتصالات لوله فرآوری شیمیایی، خرید از خطوط تولید گواهی شده و فهرست شده، بار انطباق قابل توجهی را در مقایسه با تامین قطعات فهرست نشده یا تایید نشده از بین می برد.

علل رایج شکست در اتصال لوله - و نحوه جلوگیری از آنها

حتی اتصالات لوله با کیفیت بالا زمانی که شیوه‌های نصب متناقض هستند، خراب می‌شوند. داده های صنعت به طور مداوم به دو دلیل اصلی در سیستم های سیال شیمیایی و صنعتی اشاره می کند: نصب نامناسب و انتخاب یا آماده سازی ضعیف لوله.

خطاهای نصب که باعث نشت می شود

سفت شدن کم یکی از شایع ترین علل نشتی است، اغلب به این دلیل که تکنسین ها به جای بررسی گیج اندازه گیری شده، به احساس تکیه می کنند. از آنجایی که متغیرهای لوله مانند اندازه، ضخامت دیواره و سختی میزان نیروی واقعی مورد نیاز را تغییر می‌دهند، سفت کردن "غریزی" حتی برای نصاب‌های باتجربه غیرقابل اعتماد است. راه حل ساده است: تکنسین ها باید فرول ها را به درستی جهت دهی کنند، به تعداد دورهای مشخص شده توسط سازنده محکم کنند و اتصال را با یک گیج بازرسی شکاف بررسی کنند تا اینکه به احساس تنهایی اعتماد کنند.

آماده سازی لوله و سازگاری مواد

لوله های برش ناهموار یا جدا شده نادرست می توانند توانایی آب بندی اتصالات را از همان اولین نصب به خطر بیندازند، صرف نظر از اینکه خود اتصالات چقدر خوب ساخته شده اند. به همان اندازه مهم تأیید این است که مواد لوله از نظر شیمیایی با سیال فرآیند سازگار است - لوله‌هایی که در معرض سیال یا محیط خارجی ناسازگار قرار می‌گیرند، حتی زمانی که اتصالات به درستی نصب شده باشند، مستعد خوردگی، شکست زودرس و نشت می‌شوند.

چک لیست کوتاه قبل از نصب بیشتر این خطر را کاهش می دهد:

• لوله را به صورت مربع برش دهید و لبه های داخل و خارج را کاملاً جدا کنید.
• سازگاری مواد لوله را با سیال فرآیند خاص، نه فقط مقاومت در برابر خوردگی عمومی، تأیید کنید.
• قبل از سفت کردن اتصالات را علامت بزنید و به جای قضاوت بر اساس احساس، از یک فاصله سنج برای تأیید کشیدن صحیح استفاده کنید.
• هرگز فرول‌ها، مهره‌ها یا بدنه‌های سازنده‌های مختلف را با هم مخلوط نکنید، زیرا هیچ استاندارد جهانی وجود ندارد که تضمین کند قطعات به طور ایمن تعویض می‌شوند.

انتخاب اتصالات لوله مناسب برای برنامه شما

تطبیق اتصالات با شرایط خدمات واقعی هم از خرج کردن بیش از حد و هم از خرابی زودرس جلوگیری می کند. از این به عنوان یک راهنمای تصمیم گیری سریع استفاده کنید:

• خطوط هوا یا آب همه منظوره کم فشار: اتصالات برنجی یا پلاستیکی تک فرول.
• پردازش شیمیایی با قرار گرفتن در معرض کلرید متوسط: اتصالات دو قلاب فولادی ضد زنگ 316.
• مجموعه های جوش داده شده، سیستم های دارویی یا با خلوص بالا: اتصالات دو قلاب فولادی ضد زنگ 316L.
• خدمات شدید کلرید، آب نمک، یا خدمات مجاور آب دریا: اتصالات فولادی ضد زنگ دوبلکس یا Hastelloy C-276.
• خطوط ابزار دقیق با لرزش بالا در پالایشگاه ها: برای جلوگیری از ترک خوردگی ناشی از لرزش-خستگی، اتصال دو فرول روی یک اتصال جوش داده شده.

خوراکی های کلیدی

اتصالات فرول یک مشکل مهندسی خاص را حل می کند: ایجاد یک اتصال لوله محکم و مکانیکی قابل اطمینان بدون جوشکاری. اتصالات فرول دوگانه با جدا کردن عملکردهای آب بندی و گرفتن در دو حلقه به جای یک حلقه، این قابلیت اطمینان را به محیط های پردازش شیمیایی با فشار بالا و لرزش بالا گسترش می دهد.

اتصالات لوله مقاوم در برابر خوردگی ابتدا به شیمی آلیاژ بستگی دارد - فولاد ضد زنگ 316 و 316L PREN تقریباً 24-26 ارائه می دهد ، یک گام مهم از استاندارد 304 - اما انتخاب مواد به تنهایی عملکرد را تضمین نمی کند. اتصالات لوله با کیفیت بالا تنها زمانی فشار نامی و عمر خوردگی خود را ارائه می دهند که با ضخامت دیواره لوله لوله مطابقت داشته باشند، با بررسی گیج شکاف تأیید شده نصب شده باشند و هرگز در بین سازندگان با هم مخلوط نشوند. درست کردن هر سه مورد، چیزی است که اتصالاتی را که عمر کامل یک کارخانه شیمیایی را دوام می‌آورد از اتصالی که به نشت برنامه‌ریزی نشده بعدی تبدیل می‌شود، جدا می‌کند.