หน้าแปลนเหล็กคาร์บอน: ประเภท การใช้งาน และคู่มือวัสดุ

หน้าแปลนเป็นส่วนประกอบทางกลที่มีรูปร่างแบนและมีรูโบลต์อยู่รอบๆ เส้นรอบวง มันถูกเชื่อม ร้อยเกลียว หรือเลื่อนไปที่ปลายท่อ วาล์ว ปั๊ม หรือหัวฉีดอุปกรณ์ จากนั้นจึงขันโบลต์แบบเผชิญหน้ากันด้วยหน้าแปลนผสมพันธุ์ — โดยทั่วไปจะมีปะเก็นอยู่ระหว่างพวกมัน — เพื่อสร้างข้อต่อที่ปิดผนึกและทนต่อแรงดัน

หน้าแปลนทำหน้าที่หลักสี่ประการในระบบท่อใดๆ:

• การเชื่อมต่อส่วนของท่อ โดยไม่ต้องเชื่อมถาวร ทำให้สามารถถอดชิ้นส่วนเพื่อตรวจสอบหรือเปลี่ยนใหม่ได้
• การต่อท่อเข้ากับวาล์ว ปั๊ม และอุปกรณ์ ที่จุดเปลี่ยน
• ปิดผนึกป้องกันการรั่วซึม ภายใต้แรงดันและอุณหภูมิสูงผ่านการบีบอัดปะเก็นแบบเกลียว
• จัดให้มีจุดเข้าใช้งาน เพื่อการบำรุงรักษา ทำความสะอาด หรือดัดแปลงท่อ

ประเภทหน้าแปลนที่พบบ่อยที่สุดตามรูปทรงได้แก่: Weld Neck (WN), Slip-On (SO), Socket Weld (SW), Blind, Lap Joint และ Threaded แต่ละประเภทได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับพิกัดแรงดัน ขนาดท่อ และข้อกำหนดการติดตั้งที่กำหนดโดยมาตรฐาน เช่น ASME B16.5, ASME B16.47 และ EN 1092-1

หน้าแปลนเหล็กคาร์บอน 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.

ในน้ำมันและก๊าซเพียงอย่างเดียว เหล็กกล้าคาร์บอนคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 70% ของหน้าแปลนทั้งหมดที่ใช้ในระบบท่อบนบก ตามการสำรวจการจัดซื้อจัดจ้างอุตสาหกรรม การผสมผสานระหว่าง ASTM A105 (ฟอร์จ) และ ASTM A234 WPB (เกรดฟิตติ้ง) ยังคงเป็นชื่อวัสดุเหล็กกล้าคาร์บอนที่ระบุกันอย่างแพร่หลายทั่วโลก

ปริมาณคาร์บอน — แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก — เป็นตัวแปรที่กำหนดประสิทธิภาพของเหล็กกล้าคาร์บอน หน้าแปลนไม่ได้ทำจากเกรดเดียว ระดับคาร์บอนที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับความต้องการทางกลและวิธีการผลิตที่ต้องการ

ASTM A105 ซึ่งเป็นวัสดุหน้าแปลนเหล็กคาร์บอนหลอมที่โดดเด่น อยู่ในช่วงคาร์บอนปานกลาง โดยมีปริมาณคาร์บอนสูงสุด 0.35% และความต้านทานแรงดึงขั้นต่ำ 485 MPa ความสมดุลระหว่างความแข็งแรงและความสามารถในการเชื่อมเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงครอบงำการจัดซื้อหน้าแปลนระดับความดันตั้งแต่คลาส 150 ถึงคลาส 2500

แนะนำให้ใช้เกรดคาร์บอนต่ำ เช่น ASTM A516 Gr.70 ในกรณีที่มีการเชื่อมบ่อยครั้งและต้องลดการบำบัดความร้อนหลังการเชื่อมให้เหลือน้อยที่สุด ซึ่งพบได้ทั่วไปในการเชื่อมต่อภาชนะรับความดันและหน้าแปลนถังเก็บ เหล็กกล้าคาร์บอนสูงแทบไม่มีอยู่ในข้อกำหนดหน้าแปลนมาตรฐาน เนื่องจากมีความเปราะบางภายใต้การรับแรงกระแทก และมีความไวสูงต่อการแตกร้าวบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนระหว่างการเชื่อม

หน้าแปลนเหล็กอัลลอยด์มีองค์ประกอบอัลลอยด์เพิ่มเติม เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม วานาเดียม นิกเกิล ซึ่งเกินกว่าองค์ประกอบพื้นฐานระหว่างเหล็กและคาร์บอน การเพิ่มเติมเหล่านี้ไม่ใช่การตกแต่งที่สวยงาม พวกเขาปลดล็อคซองประสิทธิภาพที่เหล็กกล้าคาร์บอนไม่สามารถเข้าถึงได้

กฎการปฏิบัติในการจัดซื้อทางวิศวกรรม: ใช้หน้าแปลนเหล็กคาร์บอนสูงถึง 425 องศา C และคลาส 2500 ระบุโลหะผสมเฉพาะเมื่ออุณหภูมิหรือเคมีกระบวนการต้องการเท่านั้น การทดแทนเหล็กกล้าโลหะผสมโดยที่เหล็กกล้าคาร์บอนเพียงพอจะเพิ่มต้นทุนโดยไม่มีประโยชน์ทางวิศวกรรม และทำให้กระบวนการตรวจสอบคุณสมบัติของกระบวนการเชื่อมยุ่งยากขึ้น

นี่เป็นประเด็นที่วิศวกรเปรียบเทียบและทีมจัดซื้อถกเถียงกันบ่อยที่สุด หน้าแปลนสแตนเลสมีราคาสูงกว่าหน้าแปลนเหล็กคาร์บอนที่เทียบเท่ากันถึง 3 เท่าถึง 5 เท่า ซึ่งเป็นตัวขับเคลื่อนต้นทุนอย่างมากสำหรับโครงการขนาดใหญ่ การทำความเข้าใจว่าเบี้ยประกันนั้นสมเหตุสมผลในระดับใดจะช่วยป้องกันทั้งความล้มเหลวที่เกินข้อกำหนดและค่าใช้จ่ายสูง

เลือกหน้าแปลนเหล็กคาร์บอน เมื่อของไหลในกระบวนการไม่มีฤทธิ์กัดกร่อน (ไฮโดรคาร์บอน ก๊าซแห้ง ไอน้ำ น้ำที่เป็นกลาง) สภาพแวดล้อมจะถูกควบคุมหรือเคลือบ และการเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุนถือเป็นลำดับความสำคัญของโครงการ เลือกหน้าแปลนสแตนเลส เมื่อกระบวนการเกี่ยวข้องกับกรด คลอไรด์ น้ำทะเล ของเหลวเกรดอาหารหรือยา หรือเมื่อการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศภายนอกเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้และการเข้าถึงการบำรุงรักษามีจำกัด

ข้อผิดพลาดทางวิศวกรรมทั่วไปคือการระบุสเตนเลสสตีลสำหรับงานท่อกลางแจ้งที่หันหน้าออกสู่ทะเล โดยที่ของเหลวไม่มีฤทธิ์กัดกร่อน ฉนวนภายนอกพร้อมแผงกั้นไอน้ำและหน้าแปลนเหล็กคาร์บอนมีอายุการใช้งานที่เท่ากันโดยมีค่าใช้จ่ายเพียงเล็กน้อย

เมื่อระบุ หน้าแปลนเหล็กคาร์บอน การกำหนดวัสดุในใบสั่งซื้อไม่สามารถใช้แทนคำอธิบายทั่วไปได้ เกรด ASTM แต่ละเกรดมีหน้าต่างองค์ประกอบทางเคมีเฉพาะ ข้อกำหนดคุณสมบัติทางกลขั้นต่ำ และวิธีการบำบัดความร้อนที่ได้รับอนุญาต

• ASTM A105 — เหล็กคาร์บอนหลอมสำหรับบริการอุณหภูมิแวดล้อมถึง 425 องศาเซลเซียส เกรดที่พบมากที่สุดสำหรับหน้าแปลนเชื่อมคอ ข้อต่อสวม มู่ลี่ และหน้าแปลนเชื่อมแบบซ็อคเก็ต อัตราผลตอบแทนขั้นต่ำ 250 MPa, แรงดึงขั้นต่ำ 485 MPa
• มาตรฐาน ASTM A350 LF2 — เหล็กกล้าคาร์บอนอุณหภูมิต่ำ ทดสอบแรงกระแทกถึง -46 องศาเซลเซียส จำเป็นสำหรับการใช้งานด้านความเย็นเยือกแข็งและอาร์กติก
• มาตรฐาน ASTM A694 F65 / F70 — เหล็กกล้าคาร์บอนที่ให้ผลตอบแทนสูงสำหรับหน้าแปลนท่อ ใช้ในท่อส่งแรงดันสูงที่การลดความหนาของผนังเป็นสิ่งสำคัญ
• ASTM A181 Cl.70 — เหล็กกล้าคาร์บอนหลอมใช้งานทั่วไปสำหรับบริการที่มีแรงดันต่ำและอุณหภูมิปานกลาง โดยทั่วไปจะระบุไว้น้อยกว่า A105 ในโครงการสมัยใหม่
• ห้องน้ำในตัว 1092-1 P250GH — เทียบเท่ากับยุโรปสำหรับหน้าแปลนเหล็กคาร์บอนเกรดภาชนะรับความดัน ซึ่งพบได้ทั่วไปในการออกแบบโรงงานของยุโรป