Tupý svar vs. Socket Weld vs. závitové potrubní tvarovky

Každý potrubní systém -, zda vede 300-bar kyselého plynu, 3 bary chladicí vody nebo 98% kyseliny sírové – závisí na armaturách, které mění směr, odbočují, snižují nebo uzavírají potrubí. Tři základní způsoby spojování jsou tupý svar (BW), hrdlový svar (SW) a závitový (THD), které se řídí dvěma základními normami ASME: B16.9 pro tvarovky pro svar na tupo (NPS 1/2–48) a B16.11 pro hrdlové svarové a závitové tvarovky (NPS 1/8–4).

​​​​​​​

Volba mezi nimi není otázkou preferencí -, jedná se o rozhodnutí s přímými důsledky pro integritu tlaku, riziko úniku, odolnost proti korozi, přístup ke kontrole, náklady na instalaci a dlouhodobou{1}}náročnost údržby. Přesto je to rozhodnutí, které mnoho specifikací zadávání veřejných zakázek deleguje na jednu-poznámku: „Kování podle ASME B16.9 nebo B16.11.“ Tato příručka vysvětluje, co tato poznámka ve skutečnosti znamená, jazykem, který mohou používat konstruktéři, montéři potrubí, manažeři nákupu a inspektoři QA/QC.

Tři typy kování na první pohled

Tvarovky pro přivařování na tupoposkytují nejpevnější, nejlépe kontrolovatelný a nejvíce korozi{0}}odolný spoj -, ale v mnoha službách vyžadují zkušené svářeče a 100% NDE. Koncovky s hrdlovým svarem se instalují rychleji, ale vytvářejí vnitřní štěrbinu a nelze je rentgenovat. Závitové fitinky jsou nejrychlejší a nejlevnější, ale jsou omezeny na malý-průměr, nízký-tlak, zdravotně nezávadný-servis podle většiny potrubních předpisů.

ASME standardy: B16.9 vs B16.11

ASME B16.9 upravuje tvarovky pro přivařování na tupo se jmenovitými hodnotami tlaku, které odpovídají tloušťce stěny trubky (není nezávislým jmenovitým). ASME B16.11 upravuje hrdlový svar a závitové fitinky s nezávislými tlakovými{3}}teplotami (třída 2000/3000/6000 pro závitové, 3000/6000/9000 pro hrdlové svary). Nejjednodušší chybou při nákupu tvarovek je objednání tvarovky s hrdlovým svarem třídy 3000 pro potrubní systém Sch 80, aniž byste ověřili, že Sch 80 má při projektované teplotě skutečně jmenovitý tlak v rámci třídy 3000 -, dva jmenovité systémy nejsou zaměnitelné.

Armatury pro přivařování na tupo ASME B16.9 -

• Pokrývá továrně-vyráběné tvarovky pro svařování na tupo: kolena, T-kusy, redukce, krytky, přeplátované-konce spojů, kříže - NPS 1/2 až 48
• Tloušťka stěny armatury musí být stejná nebo větší než odpovídající tloušťka stěny trubky. Žádná samostatná tlaková třída - armatura zdědí jmenovitý tlak potrubí podle příslušného kódu potrubí (ASME B31.1, B31.3, B31.4, B31.8)
• Příprava konců: zkosené konce podle ASME B16.25 (37,5 stupně ± 2,5 stupně zkosení, 1,6 mm ± 0,8 mm kořenové čelo), pokud není uvedeno jinak
• Materiál: vyroben z trubky, desky, výkovku nebo tyče - materiál musí odpovídat uvedené specifikaci ASTM (A234, A403, A420, B366 atd.)
• Označení: název výrobce/ochranná známka, jakost materiálu, tabulka/stěna, velikost, standard "B16.9"
• Tolerance: rozměry od středu{0}}do{1}}konce, úhlovost a -nez{3}}kulatosti, vše se řídí tabulkami B16.9; kritické pro montáž-do prefabrikovaných cívek

ASME B16.11 - nátrubkové přivařovací a závitové fitinky

• Kryje kované objímkové-svařovací a závitové tvarovky: kolena, T-kusy, kříže, spojky, krytky, spojky, zástrčky, průchodky - NPS 1/8 až 4
• Tlakové třídy (hrdlový svar): Třída 3000, 6000, 9000. Číslo třídy zhruba odpovídá maximálnímu povolenému pracovnímu tlaku za studena v psi pro uhlíkovou ocel (např. Třída 3000 ≈ 3 000 psi při 100 stupních F pro A105 CS). Hodnoty klesají s teplotou a se slitinovým materiálem - viz B16.11 tabulky I-1 a I-2.
• Třídy tlaku (závitové): Třída 2000, 3000, 6000 - o jednu třídu nižší než SW pro stejnou velikost kvůli koncentraci napětí kořene závitu
• Hloubka patice: definována v B16.11 Tabulka I-5. Mezera 1,6 mm (1/16") mezi koncem trubky a dnem hrdla je POVINNÁ - trubku nespouštějte dnem. Tato mezera se přizpůsobuje tepelné roztažnosti při svařování a zabraňuje tlačení trubky na dno hrdla, což by při chlazení popraskalo koutový svar.
• Materiál: výkovek podle uvedených specifikací ASTM (A105, A182, A350, B564 atd.)
• Označení: výrobce, třída materiálu, tlaková třída, velikost, standard "B16.11"

​​​​​​​Hodnocení tlaku

Trubka Sch 40S z nerezové oceli při 200 stupních (400 stupních F) má zcela odlišný přípustný tlak než přivařovací tvarovka třídy 3000 při stejné teplotě -, i když konvence říkají "Sch 40S ≈ třída 3000." Vždy zkontrolujte jak jmenovitý tlak potrubí podle ASME B31.3, tak jmenovitý tlak armatury podle B16.11 tabulky I-1/I-2 při konstrukční teplotě pro váš konkrétní druh materiálu. Nižší z obou vlád.

* Jmenovitý tlak potrubí vypočtený podle ASME B31.3 odst.. 304.1.2 s použitím povoleného napětí pro A312 TP316L při 200 stupních (S=117 MPa / 17,0 ksi). Skutečné hodnoty závisí na korozní toleranci a toleranci tloušťky stěny výrobce. Jasné poselství: pro NPS 2 a nižší tvarovky s hrdlovým svarem B16.11 nebo závitové tvarovky často omezují MAWP systému dříve, než to udělá potrubí -, zejména u nerezové oceli, kde je hodnocení tvarovky- strmější s teplotou než uhlíková ocel.

Skrytá hrozba v systémech z nerezové oceli -

Mezera 1,6 mm (1/16") nařízená normou ASME B16.11 mezi koncem trubky a dnem hrdla vytváří nevyhnutelnou vnitřní štěrbinu v každém spoji hrdlového svaru. V potrubí z nerezové oceli a slitiny niklu, která přenášejí chlorid-obsahující kyselé nebo biologicky aktivní kapaliny, se tato štěrbina stává místem iniciace koroze, které však nemůže eliminovat žádný největší technický důvod. svar - i přes vyšší výrobní náklady.

Mechanismus: stagnující tekutina zachycená ve štěrbině se ochuzuje o kyslík vzhledem k objemovému toku. Výsledný článek koncentrace kyslíku pohání anodický vnitřek štěrbiny a urychluje rozpouštění kovu. V proudech obsahujících chlorid-migrují chloridové ionty do štěrbiny, aby udržely neutralitu náboje, hydrolyzovaly na HCl a snížily pH štěrbiny na 1 – 2 - klasický autokatalytický štěrbinový korozní článek. 316Svarové spoje L hrdlového hrdla v chladicích vedeních s mořskou vodou byly zdokumentovány jako perforované, zatímco servisní štěrbina byla ve stejném systému 2–18 měsíců nulový útok.

Riziko štěrbiny při svaru podle materiálu (od nejhoršího po nejlepší):

• 316L - Nejvyšší riziko. PREN 24–26; štěrbinové koroze při > 20 stupňů v ekvivalentu mořské vody
• Duplexní 2205 - Střední riziko. PREN 34–36; lepší než 316L, ale zdokumentované štěrbinové poruchy
• 904L / 254SMO - Nižší riziko. PREN 36–45; vhodný pro většinu průmyslové chladicí vody, ale není odolný vůči usazeninám
• Inconel 625 - Nízké riziko. PREN Větší nebo rovno 45; prakticky imunní vůči okolní mořské vodě, ale štěrbinová koroze možná nad 85 stupňů v okyseleném chloridu
• Hastelloy C22 - Extrémně nízké riziko. PREN 65–70; CCT Větší nebo rovno 60 stupňům podle ASTM G48 Metoda C
• Hastelloy C276 - Velmi nízké riziko. Podobně jako C22; CCT Větší nebo rovno 55 stupňům

NDE & Inspection: The Radiography Showstopper

Pokud váš potrubní kód vyžaduje nějaké množství radiografického vyšetření (RT), hrdlové svary a závitové spoje jsou vyloučeny z rozsahu RT - a pro mnoho kritických služeb je toto vyloučení důvodem, proč jsou výhradně určeny tvarovky pro tupé svary. Hrdlové svarové spoje lze zkoumat pouze povrchovými metodami (MT/PT) a vizuální kontrolou, které neposkytují žádné informace o vnitřní neporušenosti svaru. Závitové spoje nemají žádný svar ke kontrole.

Požadavky ASME B31.3 RT - Když se BW stane povinným:

Kategorie M Fluidní služba (smrtelná/toxická): 100% RT obvodových tupých svarů (B31.3 odst. . 341.4.2). Hrdlové svary jsou obecně zakázány v provozu kategorie M.

Vysokotlaká{0}}kapalina (B31.3 Kapitola IX, > ekvivalent třídy ASME 2500): 100 % RT nebo UT všech tupých svarů; hrdlové svary jsou omezené a vyžadují speciální kvalifikaci.

Normální kapalinová služba - Náhodné RT: B31.3 odstavec. 341.4.1 uvádí minimálně 5% náhodné RT pro obvodové tupé svary. Hrdlové svary: pouze MT/PT + VT.

Cyclic service (>7 000 cyklů): B31.3 odst. . 304.7.2 účinně nařizuje BW pro únavovou životnost - špičky koutového svaru jsou místa iniciace únavových trhlin.

Závažné cyklické podmínky (definice B31.3 odst. . 300.2): Soklové svary jsou obecně zakázány, pokud není profil zaoblení vybroušen hladce a není zkontrolováno PT-.

Závitové fitinky - Kdy použít, kdy spustit

Závěr: Závitové tvarovky mají přesně jedno obhajitelné použití v moderním průmyslovém potrubí: malý-vrtání (menší nebo rovno NPS 2), zdravotně nezávadné, -nebezpečné, nízko{3}}tlakové (méně než nebo rovno Třída 300), užitkové služby s okolní -teplotou, kde jsou náklady na svářečku a vzduchem nečitelný vzduch{6} nespravedlivé a odvodnění. Pro každou další službu platí kodexy, pojistitelé a poučení z nashromážděných zkušeností závodu: nenavlékej.

Proč selžou závitové fitinky

Koncentrace napětí v patě závitu: Kořen závitu NPT ve tvaru V - vytváří faktor koncentrace napětí (Kt) 3–5 v závislosti na geometrii a materiálu závitu. Při cyklickém tlaku nebo tepelném zatížení se únavové trhliny iniciují u kořene závitu a šíří se-stěnou.

Odírání závitů v nerezové oceli: Austenitické nerezové oceli (304, 316) jsou známé tím, že mezi dosedajícími plochami závitu dochází k zadírání - studeným svařováním pod utahovacím momentem. Zadřenou armaturu nelze rozebrat a často se v polovině montáže zadře, což vyžaduje vyříznutí a výměnu celé vsuvky potrubí. Slitiny niklu jsou na tom ještě hůř: Alloy 20, Monel 400 a Inconel 625 galer vážně, pokud nejsou pečlivě aplikovány sloučeniny proti zadření (nikdy grafit na nerez!).

Štěrbinová koroze u kořenů závitu: Spirálová štěrbina z profilu závitu NPT není možné úplně utěsnit - PTFE páska a pasta zmenšují, ale neodstraňují mezeru. V chloridové službě je dominantním způsobem selhání důlková tvorba kořenů závitů.

Degradace tmelu teplotou: Páska PTFE je dimenzována na 260 stupňů (500 stupňů F), ale ztrácí účinnost těsnění při cyklických teplotách kvůli relaxaci při tečení. Pastové tmely mají různou chemickou kompatibilitu - tmel, který funguje pro vodu, se může v procesním rozpouštědle okamžitě rozpustit.

Uvolňování vibracemi: Závitové spoje v rotačních spojích zařízení (čerpadla, kompresory) se vlivem vibrací uvolňují, pokud nejsou po montáži uzamčeny-zapojeny nebo přivařeny-svařením -, kdy jste efektivně zaplatili jak náklady na závitové, tak svařované montážní prvky.

Porovnání nákladů - Počáteční vs. životní cyklus

Závěr: Závitové tvarovky mají nejnižší počáteční náklady na instalaci. Fitinky pro svařování na tupo mají nejnižší celkové náklady na vlastnictví za 20 let v jakékoli službě, kde úniky, koroze nebo prostoje mají finanční důsledky. Bod přechodu nákladů se posouvá dříve (ve prospěch tupého svaru), jak se zvyšuje velikost potrubí, tlak, teplota nebo klasifikace nebezpečí.

Poznámka: Celkové náklady na vlastnictví-závisí na scénáři. Tabulka předpokládá provoz průmyslových chemikálií/vody s pravidelnými odstávkami. V čisté, okolní, nízkotlaké vodě- mohou být závitové šroubení nejekonomičtější na základě životního cyklu. V jakékoli službě s důsledky pro únik (H₂S, HF, kyselina, vysokotlaká- pára, hořlavé kapaliny) dominuje BW po první zabráněné nehodě.

Specifikace nerezové oceli a slitiny niklu

Závěr: Pokud je materiál spojky nerezová ocel nebo slitina niklu (nikoli uhlíková ocel), pouzdro pro svar natupo se zesílí - a pouzdro se závitem zeslabí - kvůli třem specifickým problémům slitiny: (1) zadření při montáži závitu, (2) riziko senzibilizace při tlakovém svaru HAZ bez následného-odstranění svaru. při zvýšených teplotách u austenitických slitin ve srovnání s uhlíkovou ocelí.

Materiál{0}Specifické požadavky na svařování pro hrdlové svary

Často kladené otázky

Tupý svar (ASME B16.9): plný-pronikající drážkový svar ke koncům trubek - nejpevnější, plně rentgenovatelný, bez štěrbin-. Socket weld (ASME B16.11): trubkové vložky do hrdla, koutové-svařované na náboji - rychleji, levnější, ale má vnitřní štěrbinu a nelze je RT'd. Závitové (ASME B16.11): šrouby na trubkové závity NPT - nejrychlejší, žádné svařování, ale nejnižší tlak, nejvyšší riziko úniku a omezeno většinou předpisů pro potrubí pro nebezpečný provoz.

Kdy musím místo hrdlového svaru použít tvarovky pro svařování na tupo?

Použijte svar na tupo, pokud platí některá z těchto podmínek: (1) velikost potrubí > NPS 2, (2) tlak vyšší než ekvivalent třídy 3000, (3) kód vyžaduje radiografické vyšetření, (4) provoz je smrtelný/toxický/cyklický, (5) teplota > 425 stupňů (800 stupňů F), (6) štěrbina-volný vnitřek je nezbytný (koroze, specifická čistota produktu7) výslovně zakázáno/koroze, CIP zásuvkové svary - stejně jako mnoho specifikací EPC pro chemické, offshore a vysokotlaké{13}}svary.

Jsou závitové spojky povoleny ve vysokotlakém-plynu?

Obecně ne. ASME B31.3 zakazuje závitové spoje v provozu na kapaliny kategorie M (smrtící/toxické) a většina specifikací EPC/vlastníka zakazuje závitování nad třídu 300 pro hořlavé plyny nebo provoz H₂S, pokud nejsou závity po sestavení utěsněny-. I s těsnícím svarem jsou závitové fitinky omezeny na NPS 2 a menší. U vysokotlakého plynu je standardem tupý svar; Socket Weld je přijatelný pouze ve specifických ne-cyklických,-letálních aplikacích Menší nebo rovno NPS 2.

Jaký je problém se štěrbinou u tvarovek pro přivařovací hrdlo?

Každý hrdlový svar má povinnou mezeru 1,6 mm mezi koncem trubky a dnem hrdla (požadováno ASME B16.11 pro tepelnou roztažnost během svařování). Tato mezera vytváří zachycenou štěrbinu, kde může stagnující procesní kapalina koncentrovat korozivní látky, iniciovat důlkovou korozi, štěrbinovou korozi nebo mikrobiologicky ovlivněnou korozi (MIC). U potrubí z nerezové oceli a slitin niklu je tato štěrbina nejčastějším důvodem, proč inženýři určují svar na tupo i přes vyšší výrobní náklady. Štěrbina je vlastní designu hrdlového svaru - a nelze ji odstranit lepší technikou svařování.

Lze provést rentgenový snímek tvarovek pro hrdlové svary?

Ne. Geometrie koutového svaru hrdlového svarového spoje neumožňuje smysluplnou radiografickou interpretaci. ASME B31.3 specifikuje kritéria přijatelnosti RT pro tupé svary (tabulka 341.3.2), ale neposkytuje kritéria RT pro koutové svary. Kontrola hrdlových svarů je omezena na kapalinový penetrant (PT), magnetické částice (MT, pro uhlíkovou ocel) a vizuální kontrolu. Pokud váš kód vyžaduje jakékoli RT, vaše tvarovky musí být svařeny na tupo.

Jak zjistím jmenovitý tlak tvarovky s tupým svarem?

Tvarovka pro přivařování na tupo nemá nezávislý jmenovitý tlak -, zdědí jmenovitý tlak odpovídající trubky. Vypočítejte MAWP trubky podle ASME B31.3 odst. . 304.1.2 pomocí přípustného napětí materiálu trubky při návrhové teplotě, stanovené minimální tloušťky stěny (počítající s 12,5% tolerancí frézy) a přídavku na korozi. Tvarovka, pokud je její tloušťka stěny stejná nebo větší než trubka, je vhodná pro stejný tlak. V případě hrdlových svarových a závitových tvarovek si přečtěte ASME B16.11 tabulky I-1 (SW) a I-2 (THD) pro konkrétní jakost materiálu a konstrukční teplotu – nižší z jmenovité hodnoty trubky a jmenovité hodnoty tvarovky se řídí MAWP systému.

Který typ kování stojí nejméně?

Závitové tvarovky mají nejnižší{0}}náklady na instalaci spoje (23–40 USD za NPS 2 316L), protože zde není žádné svařování ani NDE. Objímkový svar je střední (29–49 USD). Tupý svar je nejvyšší (48–78 USD). Náklady životního cyklu však vyprávějí jiný příběh: u jakékoli průmyslové služby s následky netěsností je nulová spolehlivost svaru na tupo{11}}obvykle nejlevnější na základě celkových nákladů na vlastnictví za 20 let. Závitové fitinky, přestože jsou nejlevnější na instalaci, se často stávají nejdražšími po prvních dvou neplánovaných odstávkách kvůli opravě netěsnosti závitu.

Mohu svařit závitovou tvarovku a převést ji na tupý spoj-?

Ne - a toto je nebezpečná praxe. Závitové fitinky mají tenčí stěnu těla u paty závitu (konstrukčně pro přizpůsobení profilu závitu). Svařením závitového konce za účelem vytvoření „tupého spoje“ nevznikne tupý svar v souladu s normou-, protože tvarovka nebyla navržena ani testována jako tvarovka pro svar natupo. Pokud potřebujete tupý svarový spoj, kupte si tvarovku pro tupý svar (B16.9). Utěsnění -svařovacích závitových fitinků (koutový těsnící svar na rozhraní matice/trubka po montáži) je povoleno mnoha předpisy, aby se zabránilo úniku závitu, ale nemění tlakovou třídu tvarovky ani ji nerovná tvarovce s hrdlovým svarem.

Jaké typy kování dodává JN Alloy?

JN Alloy dodává všechny tři typy tvarovek z nerezové oceli a slitin niklu: (1) tvarovky pro přivařování na tupo pro kolena ASME B16.9 / ASTM A403 / B366 -, T-kusy, redukce, uzávěry, koncovky, kříže v NPS 1/2–24; (2) nátrubkové návarky pro ASME B16.11 - kolena, T-kusy, spojky, krytky, spojky v NPS 1/8–4, třída 3000/6000; (3) závitové fitinky podle ASME B16.11 - stejné řady, třída 3000/6000. Vše s EN 10204 3.1 MTR jako standard; 3.2 s k dispozici-svědectví třetí strany. KontaktMarket@jnalloy.compro cenovou nabídku.