بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به طراحی یک نمونه از فلنج های فولادی موجود در جداول استاندارد ASME B16 بر اساس فرمول های استخراج شده از ASME SEC VIII DIV1 و سپس مقایسه تنش های محاسبه شده با محدوده های مجاز در استاندارد و بررسی فاکتورهای مؤثر جهت تأیید و کنترل ایمنی طراحی پرداخته می شود. اهمیت این مقاله ، طراحی بهینه فلنج هایی است که در جداول سایزینگ شده استاندارد موجود می باشند.
با فرض دمای محیط برابر با 25œC محدوده دمایی -29œC تا 38œC تحت عنوان Medium Temperature مبنای کار می باشد . نوع فلنج انتخابی ، Integral و مدل آن گردن جوشی - Welding Neck - می باشد. جنس فلنج ASTM A105 و جنس پیچ متناظر با آن در حالت High Strength ، A193-B7 در نظر گرفته می شود . رویه فلنج از نوع Raised و گسکت از نوع Spiral Wound با رینگ داخلی و خارجی فرض می شود. از بارهای خارجی صرفنظر می گردد و محاسبات بر اساس سیستم یکاهای انتخابی - Metric - S. I می باشد.
-1 مقدمه
با توجه به توسعه صنایع نفت و گاز و پتروشیمی و حجم گسترده پروژه های این صنایع در زمینه خطوط انتقال ، طراحی تجهیزات مورد استفاده با ضرایب ایمنی مناسب و قابل قبول از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از پرکاربردترین تجهیزات پایپینگ ، فلنج می باشد که در انواع مختلف در دسترس است. فلنج ، یک دیسک یا حلقه است که به لوله متصل می شود و هدف آن افزایش استحکام ، سهولت و یکسان سازی انواع اتصال ، بالا بردن ایمنی ، کاهش امکان بروز نشتی ، مسدود نمودن خط لوله ، دسترسی آسان تر به تجهیزات نصب شده در خط لوله جهت تعمیر و نگهداری ، تغییر سایز خط لوله و به صورت کلی فراهم آوردن شرایط اتصال آسان و ایمن می باشد. فلنج های لولهمعمولاً از جنس لوله یا اتصالاتی که قرار است بدان متصل گردند ساخته می شوند ؛ در صنایع نفت و گاز ، فلنج های فولادی بیشترین کاربرد را دارند
در طراحی وساخت فلنج ها بایستی نیروها و ممان ها را با حداکثر دقت محاسبه نمود - مطابق با محدوده های مجاز - تا بار وارد بر فلنج ها و تنش های حاصله باعث کمانش و تغییرشکل آنها و یا از بین رفتن آب بندی اتصال نگردد. در طراحی اتصالات فلنجی پیچی ، محاسبات باید برای هر دو حالت از شرایط طراحی یعنی عملیاتی1 و نشست گسکت2 صورت گیرد و سخت گیرانه ترین حالت انتخاب شود .
شرایط عملیاتی عبارت است از شرایط لازم جهت پایداری در برابر نیروهای لبه ای هیدوراستاتیک در فشار طراحی جهت اطمینان از یک اتصال محکم و آب بند ؛ شرایط نشست گسکت زمانی وجود دارد که گسکت - واشر - یا سطح تماس اتصال با اعمال یک بار اولیه توسط پیچ ها در زمان روی هم سوار کردن اتصال در دما و فشار اتمسفر نشانده می شود؛ حداقل پیش فشار بایستی به نحوی باشد که گسکت نشتی نداشته باشد ، هرچند که حفظ آب بندی به سختی گسکت نیز بستگی دارد. فلنج هایی کهصرفاً بر اساس محدوده های تنش مجاز طراحی شده اند ممکن است به اندازه کافی جهت کنترل نشتی صلب نباشند از این رو نیاز است که فاکتورهای سختی فلنج 3 نیز بررسی شوند.
-2کلاس کاری
کلاس کاری فلنج که کمیتی بدون بعد است عبارت است از ماکزیمم فشار کاری مجاز ، در دمای کاری خط که این مقدار با توجه به مواد گوناگون مجازی که برای ساخت فلنج ها به کار می رود متفاوت می باشد. در استانداردهای مختلف رده بندی های متفاوتی برای کلاس کاری آورده شده است ؛ به عنوان مثال مطابق استانداردASME B16.5 فلنج های فولادی و آلیاژهای آن به کلاس های 2500-1500-900-600-400-300-150 تقسیم بندی می شوند.
-3 طبقه بندی فلنج ها
-1-3 طبقهبندی فلنجها بر اساس سطح آنها
فلنج با سطح ساده - FF=Flat Face - ، فلنج با سطح برجسته - RF=Raised Face - ، فلنج نر و ماده - M/F =Male - &Female، فلنج با صفحه دارای زبانه و شیاردار - - T/G=Groove facing Tongue ، فلنج با صفحه اتصال رینگی - RTJ=Ring Type Joint -
-2-3 طبقهبندی فلنجها بر اساس نوع اتصال به لوله
فلنج کور - Blind Flange - ، فلنج گردندار جوشی - Welding Neck Flange - ، فلنج روکار - - Slip on Flange ، فلنج
لبهدار - Lap Joint Flange - ، فلنج با جوش محفظهای - Socket Weld Flange - ، فلنج رزوه ای Screwed Flange - یا
- Threaded، فلنج مهار کننده - Anchor Flange - ، اریفیس فلنج Flange - - Orifice ، فلنج تغییردهنده سایز
- Reducing/Increasing Flange -
-3-3 طبقه بندی فلنج ها براساس پرداخت نهایی سطح
نوع پرداخت Stock ، نوع پرداخت صیقلی/دندانه دار - - Serrated / Smoot ، نوع پرداخت فوق صیقلی
-4 اجزای تشکیل دهنده یک اتصال فلنجی
یک اتصال فلنجی از سه قسمت اصلی تشکیل شده است که عبارتند از فلنج ، گسکت - واشر - و پیچ؛ در این بخش به شرح خلاصه ای از هریک می پردازیم.
-1-4 فلنج گردن جوشی و ساختارآن
در شکل شماره 1 می توان ساختار این نوع فلنج را مشاهده کرد.
شکل -1 ساختارفلنج Welding Neck
-2-4 معرفی گسکت
گسکت یک درزبند مکانیکی می باشد و به گونه ای طراحی شده تا در فضای خالی بین دو شیء - اتصالات فلنجی - که تحت فشار یک سیال هستند قرارگرفته و از نشتی جلوگیری بعمل آورد و به اصطلاح آببندی گردد.
-1- 2-4 تقسیم بندی گسکت بر اساس فلزی یا غیر فلزی بودن
فلزی - - Metallic - نیمه فلزی - - Semi Metallic - غیر فلزی - Non Metallic - از جمله لاستیکی - - Rubber ، گرافیت - - Graphite ، تفلون - - PTFE ، ترکیبی - Synthetic - ، آزبستی - 1 - C.A.F، لاستیک های نیتریل 2 - NBR - و...
Metallic & Semi Metallic - مانند گسکت های آزبستی تقویت شده با رشته های فلزی
