14 Nov 2022
Pengedap Bersama Bebibir - Mengapa bahan 304 tidak disyorkan untuk bolt?
Apabila bebibir keluli karbon atau keluli tahan karat digunakan dengan 304 bolt bahan dalam pengedap sendi bebibir, masalah kebocoran sering berlaku semasa operasi. Kuliah ini akan membuat analisis kualitatif mengenai perkara ini.
(1) Apakah perbezaan asas antara bahan 304, 304L, 316 dan 316L?
304, 304L, 316 dan 316L ialah gred keluli tahan karat yang biasa digunakan dalam sendi bebibir termasuk bebibir, elemen pengedap dan pengikat.
304, 304L, 316 dan 316L ialah sebutan gred keluli tahan karat Piawaian Amerika untuk Bahan (ANSI atau ASTM), yang tergolong dalam siri 300 keluli tahan karat austenitik. Gred yang sepadan dengan piawaian bahan domestik (GB/T) ialah 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Keluli tahan karat jenis ini biasanya secara kolektif dirujuk sebagai keluli tahan karat 18-8.
Lihat Jadual 1, 304, 304L, 316 dan 316L mempunyai sifat fizikal, kimia dan mekanikal yang berbeza disebabkan oleh penambahan unsur dan jumlah pengaloian. Berbanding dengan keluli tahan karat biasa, mereka mempunyai rintangan kakisan yang baik, rintangan haba dan prestasi pemprosesan. Rintangan kakisan 304L adalah serupa dengan 304, tetapi kerana kandungan karbon 304L lebih rendah daripada 304, ketahanannya terhadap kakisan antara butiran lebih kuat. 316 dan 316L ialah keluli tahan karat yang mengandungi molibdenum. Oleh kerana penambahan molibdenum, rintangan kakisan dan rintangan haba mereka lebih baik daripada 304 dan 304L. Dengan cara yang sama, kerana kandungan karbon 316L lebih rendah daripada 316, keupayaannya untuk menahan kakisan kristal adalah lebih baik. Keluli tahan karat austenit seperti 304, 304L, 316 dan 316L mempunyai kekuatan mekanikal yang rendah. Kekuatan hasil suhu bilik 304 ialah 205MPa, 304L ialah 170MPa; kekuatan hasil suhu bilik 316 ialah 210MPa, dan 316L ialah 200MPa. Oleh itu, bolt yang diperbuat daripadanya tergolong dalam bolt gred berkekuatan rendah.
Jadual 1 Kandungan karbon, % Kekuatan hasil suhu bilik, MPa Suhu perkhidmatan maksimum yang disyorkan, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Mengapa sambungan bebibir tidak boleh menggunakan bolt bahan seperti 304 dan 316?
Seperti yang dinyatakan dalam kuliah sebelumnya, sendi bebibir mula-mula memisahkan permukaan pengedap kedua-dua bebibir disebabkan oleh tindakan tekanan dalaman, mengakibatkan penurunan yang sepadan dalam tegasan gasket, dan kedua, kelonggaran daya bolt disebabkan oleh kelonggaran rayapan gasket atau rayapan bolt itu sendiri pada suhu tinggi, juga mengurangkan tekanan gasket, supaya sendi bebibir bocor dan gagal.
Dalam operasi sebenar, kelonggaran daya bolt tidak dapat dielakkan, dan daya bolt pengetatan awal akan sentiasa menurun dari semasa ke semasa. Terutama untuk sendi bebibir di bawah suhu tinggi dan keadaan kitaran yang teruk, selepas 10,000 jam operasi, kehilangan beban bolt selalunya akan melebihi 50%, dan ia akan melemahkan dengan kesinambungan masa dan peningkatan suhu.
When the flange and the bolt are made of different materials, especially when the flange is made of carbon steel and the bolt is made of stainless steel, the coefficient of thermal expansion 2 of the material of the bolt and the flange is different, such as the thermal expansion coefficient of stainless steel at 50°C (16.51×10-5/ ℃) is larger than the thermal expansion coefficient of carbon steel (11.12×10-5/℃). After the device is heated up, when the expansion of the flange is smaller than the expansion of the bolt, after the deformation is coordinated, the elongation of the bolt decreases, causing the force of the bolt to decrease. If there is any looseness, it may cause leakage in the flange joint. Therefore, when the high-temperature equipment flange and pipe flange are connected, especially the thermal expansion coefficients of the flange and bolt materials are different, the thermal expansion coefficients of the two materials should be as close as possible.
Dapat dilihat dari (1) bahawa kekuatan mekanikal keluli tahan karat austenit seperti 304 dan 316 adalah rendah, dan kekuatan hasil suhu bilik 304 hanya 205MPa, dan 316 hanya 210MPa. Oleh itu, untuk meningkatkan keupayaan anti-kelonggaran dan anti-keletihan bolt, langkah-langkah untuk meningkatkan daya bolt bolt pemasangan diambil. Sebagai contoh, apabila daya bolt pemasangan maksimum digunakan dalam forum susulan, ia dikehendaki bahawa tegasan bolt pemasangan mencapai 70% daripada kekuatan hasil bahan bolt, supaya gred kekuatan bahan bolt mesti dipertingkatkan, dan bahan bolt keluli aloi berkekuatan tinggi atau sederhana digunakan. Jelas sekali, kecuali besi tuang, bebibir bukan logam atau gasket getah, untuk gasket separa logam dan logam dengan bebibir gred tekanan yang lebih tinggi atau gasket dengan tekanan yang lebih besar, bolt yang diperbuat daripada bahan berkekuatan rendah seperti 304 dan 316, disebabkan oleh daya bolt Tidak cukup untuk memenuhi keperluan pengedap.
Apa yang perlu diberi perhatian khusus di sini ialah dalam piawaian bahan bolt keluli tahan karat Amerika, 304 dan 316 mempunyai dua kategori, iaitu B8 Cl.1 dan B8 Cl.2 daripada 304 dan B8M Cl.1 dan B8M Cl.2 daripada 316. Cl.1 ialah larutan pepejal yang dirawat dengan karbida, manakala Cl.2 menjalani rawatan pengukuhan ketegangan sebagai tambahan kepada rawatan penyelesaian pepejal. Walaupun tiada perbezaan asas dalam rintangan kimia antara B8 Cl.2 dan B8 Cl.1, kekuatan mekanikal B8 Cl.2 bertambah baik dengan ketara berbanding B8 Cl.1, seperti B8 Cl.2 dengan diameter 3/4" Kekuatan hasil bahan bolt ialah 550MPa, manakala kekuatan hasil bahan bolt B8 Cl.1 semua diameter hanya 205MPa, perbezaan antara kedua-duanya adalah lebih daripada dua kali. Piawaian bahan bolt domestik 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316), dan B8 Cl.1 adalah bersamaan dengan B8M Cl.1. [Nota: Bahan bolt S30408 dalam GB / T 150.3 "Reka Bentuk Bahagian Tiga Kapal Tekanan" adalah bersamaan dengan B8 Cl.2; S31608 bersamaan dengan B8M Cl.1.
Memandangkan sebab-sebab di atas, GB/T 150.3 dan GB/T38343 "Peraturan Teknikal untuk Pemasangan Bersama Bebibir" menetapkan bahawa bebibir peralatan tekanan dan sendi bebibir paip tidak disyorkan untuk menggunakan 304 (B8 Cl.1) dan 316 (B8M Cl. 1) Bolt bahan, terutamanya dalam suhu tinggi dan keadaan kitaran yang teruk, hendaklah digantikan dengan B8 Cl.2 (S30408) dan B8M Cl.2 untuk mengelakkan daya bolt pemasangan yang rendah.
Perlu diingat bahawa apabila bahan bolt berkekuatan rendah seperti 304 dan 316 digunakan, walaupun semasa peringkat pemasangan, kerana tork tidak dikawal, bolt mungkin telah melebihi kekuatan hasil bahan, atau bahkan patah. Sememangnya, jika kebocoran berlaku semasa ujian tekanan atau permulaan operasi, walaupun bolt terus diketatkan, daya bolt tidak akan naik dan kebocoran tidak boleh dihentikan. Di samping itu, bolt ini tidak boleh digunakan semula selepas dibongkar, kerana bolt telah mengalami ubah bentuk kekal, dan saiz keratan rentas bolt telah menjadi lebih kecil, dan ia terdedah kepada kerosakan selepas pemasangan semula.
(1) Apakah perbezaan asas antara bahan 304, 304L, 316 dan 316L?
304, 304L, 316 dan 316L ialah gred keluli tahan karat yang biasa digunakan dalam sendi bebibir termasuk bebibir, elemen pengedap dan pengikat.
304, 304L, 316 dan 316L ialah sebutan gred keluli tahan karat Piawaian Amerika untuk Bahan (ANSI atau ASTM), yang tergolong dalam siri 300 keluli tahan karat austenitik. Gred yang sepadan dengan piawaian bahan domestik (GB/T) ialah 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Keluli tahan karat jenis ini biasanya secara kolektif dirujuk sebagai keluli tahan karat 18-8.
Lihat Jadual 1, 304, 304L, 316 dan 316L mempunyai sifat fizikal, kimia dan mekanikal yang berbeza disebabkan oleh penambahan unsur dan jumlah pengaloian. Berbanding dengan keluli tahan karat biasa, mereka mempunyai rintangan kakisan yang baik, rintangan haba dan prestasi pemprosesan. Rintangan kakisan 304L adalah serupa dengan 304, tetapi kerana kandungan karbon 304L lebih rendah daripada 304, ketahanannya terhadap kakisan antara butiran lebih kuat. 316 dan 316L ialah keluli tahan karat yang mengandungi molibdenum. Oleh kerana penambahan molibdenum, rintangan kakisan dan rintangan haba mereka lebih baik daripada 304 dan 304L. Dengan cara yang sama, kerana kandungan karbon 316L lebih rendah daripada 316, keupayaannya untuk menahan kakisan kristal adalah lebih baik. Keluli tahan karat austenit seperti 304, 304L, 316 dan 316L mempunyai kekuatan mekanikal yang rendah. Kekuatan hasil suhu bilik 304 ialah 205MPa, 304L ialah 170MPa; kekuatan hasil suhu bilik 316 ialah 210MPa, dan 316L ialah 200MPa. Oleh itu, bolt yang diperbuat daripadanya tergolong dalam bolt gred berkekuatan rendah.
Jadual 1 Kandungan karbon, % Kekuatan hasil suhu bilik, MPa Suhu perkhidmatan maksimum yang disyorkan, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Mengapa sambungan bebibir tidak boleh menggunakan bolt bahan seperti 304 dan 316?
Seperti yang dinyatakan dalam kuliah sebelumnya, sendi bebibir mula-mula memisahkan permukaan pengedap kedua-dua bebibir disebabkan oleh tindakan tekanan dalaman, mengakibatkan penurunan yang sepadan dalam tegasan gasket, dan kedua, kelonggaran daya bolt disebabkan oleh kelonggaran rayapan gasket atau rayapan bolt itu sendiri pada suhu tinggi, juga mengurangkan tekanan gasket, supaya sendi bebibir bocor dan gagal.
Dalam operasi sebenar, kelonggaran daya bolt tidak dapat dielakkan, dan daya bolt pengetatan awal akan sentiasa menurun dari semasa ke semasa. Terutama untuk sendi bebibir di bawah suhu tinggi dan keadaan kitaran yang teruk, selepas 10,000 jam operasi, kehilangan beban bolt selalunya akan melebihi 50%, dan ia akan melemahkan dengan kesinambungan masa dan peningkatan suhu.
When the flange and the bolt are made of different materials, especially when the flange is made of carbon steel and the bolt is made of stainless steel, the coefficient of thermal expansion 2 of the material of the bolt and the flange is different, such as the thermal expansion coefficient of stainless steel at 50°C (16.51×10-5/ ℃) is larger than the thermal expansion coefficient of carbon steel (11.12×10-5/℃). After the device is heated up, when the expansion of the flange is smaller than the expansion of the bolt, after the deformation is coordinated, the elongation of the bolt decreases, causing the force of the bolt to decrease. If there is any looseness, it may cause leakage in the flange joint. Therefore, when the high-temperature equipment flange and pipe flange are connected, especially the thermal expansion coefficients of the flange and bolt materials are different, the thermal expansion coefficients of the two materials should be as close as possible.
Dapat dilihat dari (1) bahawa kekuatan mekanikal keluli tahan karat austenit seperti 304 dan 316 adalah rendah, dan kekuatan hasil suhu bilik 304 hanya 205MPa, dan 316 hanya 210MPa. Oleh itu, untuk meningkatkan keupayaan anti-kelonggaran dan anti-keletihan bolt, langkah-langkah untuk meningkatkan daya bolt bolt pemasangan diambil. Sebagai contoh, apabila daya bolt pemasangan maksimum digunakan dalam forum susulan, ia dikehendaki bahawa tegasan bolt pemasangan mencapai 70% daripada kekuatan hasil bahan bolt, supaya gred kekuatan bahan bolt mesti dipertingkatkan, dan bahan bolt keluli aloi berkekuatan tinggi atau sederhana digunakan. Jelas sekali, kecuali besi tuang, bebibir bukan logam atau gasket getah, untuk gasket separa logam dan logam dengan bebibir gred tekanan yang lebih tinggi atau gasket dengan tekanan yang lebih besar, bolt yang diperbuat daripada bahan berkekuatan rendah seperti 304 dan 316, disebabkan oleh daya bolt Tidak cukup untuk memenuhi keperluan pengedap.
Apa yang perlu diberi perhatian khusus di sini ialah dalam piawaian bahan bolt keluli tahan karat Amerika, 304 dan 316 mempunyai dua kategori, iaitu B8 Cl.1 dan B8 Cl.2 daripada 304 dan B8M Cl.1 dan B8M Cl.2 daripada 316. Cl.1 ialah larutan pepejal yang dirawat dengan karbida, manakala Cl.2 menjalani rawatan pengukuhan ketegangan sebagai tambahan kepada rawatan penyelesaian pepejal. Walaupun tiada perbezaan asas dalam rintangan kimia antara B8 Cl.2 dan B8 Cl.1, kekuatan mekanikal B8 Cl.2 bertambah baik dengan ketara berbanding B8 Cl.1, seperti B8 Cl.2 dengan diameter 3/4" Kekuatan hasil bahan bolt ialah 550MPa, manakala kekuatan hasil bahan bolt B8 Cl.1 semua diameter hanya 205MPa, perbezaan antara kedua-duanya adalah lebih daripada dua kali. Piawaian bahan bolt domestik 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316), dan B8 Cl.1 adalah bersamaan dengan B8M Cl.1. [Nota: Bahan bolt S30408 dalam GB / T 150.3 "Reka Bentuk Bahagian Tiga Kapal Tekanan" adalah bersamaan dengan B8 Cl.2; S31608 bersamaan dengan B8M Cl.1.
Memandangkan sebab-sebab di atas, GB/T 150.3 dan GB/T38343 "Peraturan Teknikal untuk Pemasangan Bersama Bebibir" menetapkan bahawa bebibir peralatan tekanan dan sendi bebibir paip tidak disyorkan untuk menggunakan 304 (B8 Cl.1) dan 316 (B8M Cl. 1) Bolt bahan, terutamanya dalam suhu tinggi dan keadaan kitaran yang teruk, hendaklah digantikan dengan B8 Cl.2 (S30408) dan B8M Cl.2 untuk mengelakkan daya bolt pemasangan yang rendah.
Perlu diingat bahawa apabila bahan bolt berkekuatan rendah seperti 304 dan 316 digunakan, walaupun semasa peringkat pemasangan, kerana tork tidak dikawal, bolt mungkin telah melebihi kekuatan hasil bahan, atau bahkan patah. Sememangnya, jika kebocoran berlaku semasa ujian tekanan atau permulaan operasi, walaupun bolt terus diketatkan, daya bolt tidak akan naik dan kebocoran tidak boleh dihentikan. Di samping itu, bolt ini tidak boleh digunakan semula selepas dibongkar, kerana bolt telah mengalami ubah bentuk kekal, dan saiz keratan rentas bolt telah menjadi lebih kecil, dan ia terdedah kepada kerosakan selepas pemasangan semula.