Prirubnice od ugljičnog čelika: vrste, upotreba i vodič za materijale

Prirubnica je ravna mehanička komponenta u obliku diska s rupama za vijke po obodu. Zavaren je, ima navoje ili se navlači na kraj cijevi, ventila, pumpe ili mlaznice opreme, a zatim se pričvršćuje licem u lice s prirubnicom za spajanje - obično s brtvom postavljenom između njih - kako bi se formirao zabrtvljeni spoj otporan na pritisak.

Prirubnice služe četiri osnovne funkcije u bilo kojem sustavu cjevovoda:

• Spajanje dijelova cijevi bez trajnog zavarivanja, dopuštajući rastavljanje radi pregleda ili zamjene
• Spajanje cijevi na ventile, pumpe i instrumente na prijelaznim točkama
• Brtvljenje protiv curenja pod visokim tlakom i temperaturom kroz kompresiju vijčane brtve
• Pružanje pristupnih točaka za održavanje, čišćenje ili modifikaciju cjevovoda

Najčešći tipovi prirubnica prema geometriji su: zavareni vrat (WN), zavareni (SO), zavareni spoj (SW), slijepi, preklopni spoj i navojni. Svaki je tip projektiran za specifične vrijednosti tlaka, veličine cijevi i zahtjeve za ugradnju definirane standardima kao što su ASME B16.5, ASME B16.47 i EN 1092-1.

Prirubnice od ugljičnog čelika are specified wherever a piping system requires high mechanical strength without the premium cost of corrosion-resistant alloys. Their operating range typically covers temperatures from -29 degrees C to 425 degrees C and pressure classes from 150 to 2500 LB under ASME B16.5.

Samo u nafti i plinu, ugljični čelik čini preko 70% svih prirubnica koje se koriste u kopnenim cjevovodnim sustavima , prema anketama o nabavi u industriji. Kombinacija ASTM A105 (kovano) i ASTM A234 WPB (fiting-grade) ostaje globalno najraširenija oznaka materijala ugljičnog čelika.

Sadržaj ugljika - izražen kao težinski postotak - je varijabla koja definira performanse ugljičnog čelika. Prirubnice se ne izrađuju iz jednog razreda; prava razina ugljika ovisi o mehaničkim zahtjevima i potrebnoj metodi izrade.

ASTM A105, dominantni materijal prirubnice od kovanog ugljičnog čelika, spada u srednji raspon ugljika s najvećim udjelom ugljika od 0,35% i minimalnom vlačnom čvrstoćom od 485 MPa. Ova ravnoteža između čvrstoće i zavarljivosti upravo je razlog zašto dominira u nabavi prirubnica klase tlaka od klase 150 do klase 2500.

Klase s niskim udjelom ugljika kao što je ASTM A516 Gr.70 poželjne su tamo gdje je zavarivanje često i toplinska obrada nakon zavarivanja mora biti minimizirana - uobičajeno u prirubničkim priključcima tlačne posude i spremnika za skladištenje. Čelik s visokim udjelom ugljika gotovo je odsutan u standardnim specifikacijama za prirubnice zbog svoje krtosti pod udarnim opterećenjem i velike osjetljivosti na pucanje u zoni utjecaja topline tijekom zavarivanja.

Prirubnice od legiranog čelika uključuju dodatne legirajuće elemente — krom, molibden, vanadij, nikal — izvan osnovnog sastava željezo-ugljik. Ovi dodaci nisu kozmetički; otključavaju okvire performansi koje ugljični čelik ne može dosegnuti.

Praktično pravilo u inženjerskoj nabavi: koristite prirubnice od ugljičnog čelika do 425 stupnjeva C i klase 2500; navedite legirani čelik samo kada to zahtijeva temperatura ili kemija procesa. Zamjena legiranog čelika tamo gdje je ugljični čelik dovoljan povećava troškove bez inženjerske koristi i komplicira postupak kvalifikacije postupka zavarivanja.

Ovo je usporedba o kojoj inženjeri i timovi za nabavu najčešće raspravljaju. Prirubnice od nehrđajućeg čelika imaju 3x do 5x višu cijenu u odnosu na ekvivalentne prirubnice od ugljičnog čelika — značajan pokretač troškova na velikim projektima. Razumijevanje gdje je ta premija opravdana sprječava pretjerane specifikacije i skupe kvarove.

Odaberite prirubnice od ugljičnog čelika kada je procesna tekućina nekorozivna (ugljikovodici, suhi plin, para, neutralna voda), okoliš je kontroliran ili premazan, a optimizacija troškova je prioritet projekta. Odaberite prirubnice od nehrđajućeg čelika kada proces uključuje kiseline, kloride, morsku vodu, prehrambene ili farmaceutske tekućine ili kada je vanjska atmosferska korozija neizbježna, a pristup održavanju ograničen.

Uobičajena inženjerska pogreška je određivanje nehrđajućeg čelika za vanjske cjevovode okrenute prema moru gdje sama tekućina nije korozivna — vanjska izolacija s parnom branom i prirubnicama od ugljičnog čelika postiže ekvivalentan vijek trajanja uz djelić cijene.

Prilikom specificiranja prirubnice od ugljičnog čelika , oznaka materijala na narudžbenici nije zamjenjiva s općim opisom. Svaki ASTM stupanj ima određeni prozor kemijskog sastava, minimalne zahtjeve mehaničkih svojstava i dopuštenu metodu toplinske obrade.

• ASTM A105 — Kovani ugljični čelik za rad od okoline do 425 stupnjeva C. Najčešći stupanj za prirubnice za zavareni vrat, klizne, slijepe i prirubnice za zavarivanje utičnicom. Minimalno popuštanje 250 MPa, minimalno rastezanje 485 MPa.
• ASTM A350 LF2 — Niskotemperaturni ugljični čelik, ispitan na udar do -46 stupnjeva C. Potreban za kriogene i arktičke usluge.
• ASTM A694 F65 / F70 — Visokoučinkoviti ugljični čelik za prirubnice cjevovoda. Koristi se u visokotlačnim prijenosnim cjevovodima gdje je smanjenje debljine stijenke kritično.
• ASTM A181 Cl.70 — Kovani ugljični čelik opće namjene za rad pri nižim tlakovima i umjerenim temperaturama. Rjeđe se navodi od A105 u modernim projektima.
• EN 1092-1 P250GH — Europski ekvivalent za prirubnice od ugljičnog čelika za tlačne posude, uobičajene u dizajnu europskih procesnih postrojenja.