Vòng đệm kim loại sóng: Hướng dẫn lựa chọn, nhiệt độ và niêm phong

Tài liệu tham khảo kỹ thuật

A miếng đệm kim loại sóng là một bộ phận bịt kín được hình thành từ tấm kim loại mỏng - thường là thép không gỉ, thép cacbon hoặc hợp kim - được ép thành một loạt các đường gờ đồng tâm hoặc song song. Những đường gờ này tập trung tải trọng của bu lông vào các đường bịt kín hẹp, đạt được các mối nối kín khít ở mức ứng suất tổng thể của mặt bích thấp hơn so với các giải pháp thay thế bằng kim loại rắn. Hướng dẫn này bao gồm mọi quyết định lựa chọn quan trọng: thời gian ứng dụng, khả năng nhiệt độ, ứng suất bịt kín cần thiết và sự phù hợp của bộ trao đổi nhiệt.

Khi nào bạn nên sử dụng miếng đệm kim loại sóng?

Sự kết hợp giữa áp suất và nhiệt độ tăng cao

Miếng đệm kim loại dạng sóng là lựa chọn chính xác bất cứ khi nào điều kiện vận hành của hệ thống vượt quá khả năng của sợi nén hoặc tấm PTFE - thường là trên 260 C (500 F) hoặc trên 100 bar (1450 psi). Cấu hình dạng sóng duy trì ứng suất dư trên các gờ bịt kín ngay cả trong chu kỳ nhiệt có thể làm giãn miếng đệm mềm.

Phương tiện tích cực về mặt hóa học

Trong trường hợp chất lỏng xử lý tấn công các chất đàn hồi hoặc chất độn phi kim loại - axit đậm đặc, dung môi clo hóa, dịch vụ hydro, hơi nước trên 400 C - một miếng đệm lượn sóng bằng kim loại trần hoặc bọc kim loại sẽ loại bỏ bất kỳ thành phần hữu cơ nào khỏi đường dẫn kín. Việc lựa chọn cấp độ phủ (316L, Inconel 625, titan) trực tiếp hướng tới khả năng chống ăn mòn cần thiết.

Mặt bích có tải trọng bu lông giới hạn

Bởi vì các miếng đệm dạng sóng tập trung ứng suất vào các đường tiếp xúc gờ thay vì phân bổ nó trên toàn bộ bề mặt miếng đệm, nên chúng đạt được độ kín thích hợp ở mức tải bu lông lắp ráp thấp hơn so với các loại mối nối xoắn ốc hoặc khớp vòng. Điều này làm cho chúng được ưu tiên sử dụng cho mặt bích kênh trao đổi nhiệt nơi số lượng bu lông bị hạn chế và độ cứng của mặt bích bị hạn chế.

Môi trường đạp xe nhiệt và rung

Các miếng đệm kim loại dạng sóng có đặc tính đàn hồi trở lại - các đường gờ hoạt động như các lò xo cơ học giúp phục hồi ứng suất tiếp xúc một phần sau khi giãn nhiệt hoặc mất tải do rung động của bu lông. Hành vi tự bù này mang lại cho chúng lợi thế đáng kể về độ tin cậy so với các miếng đệm kim loại phẳng rắn trong mặt bích máy nén pittông, đường dẫn hơi nước và các kết nối lò đốt.

Tiêu chuẩn mặt bích phẳng và mặt nâng

Các miếng đệm dạng sóng tương thích về mặt kích thước với mặt bích nâng ASME B16.5 và B16.47, mặt bích dòng EN 1092 PN và mặt bích bộ trao đổi nhiệt API 660 không có rãnh gia công, khiến chúng trở thành một bản nâng cấp thay thế cho các miếng đệm bằng sợi hoặc than chì trong các hệ thống lắp đặt hiện có khi việc gia công lại mặt bích là không khả thi.

Vòng đệm kim loại sóng nào xử lý nhiệt độ cao?

Khả năng chịu nhiệt độ được xác định bởi hợp kim kim loại cơ bản và vật liệu mặt mềm - nếu có - được dán lên lõi tôn. Bảng dưới đây ánh xạ lựa chọn hợp kim tới nhiệt độ sử dụng liên tục tối đa:

Kim loại / Hợp kim	Nhiệt độ liên tục tối đa	Thuộc tính chính	Ứng dụng điển hình
Thép cacbon (A36/SS400)	450 C (840 F)	Chi phí thấp; sức mạnh tốt	Dịch vụ nước, hơi nước hợp kim thấp
Thép không gỉ 316L	600 C (1112 F)	Chống oxy hóa ăn mòn	Xử lý đường ống, thiết bị trao đổi nhiệt
Thép không gỉ 321/347	650 C (1200 F)	Ổn định chống lại sự nhạy cảm	Lò sưởi đốt bằng hơi nước nhiệt độ cao
Hợp kim 800H / 800HT	870 C (1600 F)	Khả năng chống leo cao	Cửa hàng Reformer, dây chuyền nhiệt phân
Inconel 625	980 C (1800 F)	Khả năng chống oxy hóa clorua	Axit nitric, ngoài khơi, nhiệt thải
Hastelloy C-276	1000 C (1832 F)	Kháng hóa chất rộng nhất	Axit mạnh, hệ thống FGD

Vật liệu đối mặt và giới hạn nhiệt độ của chúng

Nhiều miếng đệm kim loại dạng sóng được cung cấp với bề mặt mềm - than chì, PTFE hoặc mica - được dán lên các mặt gờ để cải thiện khả năng phù hợp trên các bề mặt mặt bích bị hư hỏng nhẹ. Đối mặt với việc lựa chọn giới hạn nhiệt độ có thể sử dụng độc lập với lõi kim loại:

Bề mặt than chì linh hoạt: định mức ở nhiệt độ 550 C (1022 F) trong dịch vụ oxy hóa; lên đến 3000 C trong môi trường khử/trơ
Đối mặt với PTFE: giới hạn ở 260 C (500 F); ưa thích cho dịch vụ axit và dược phẩm tích cực
Mặt mica: định mức tới 900 C (1650 F); được sử dụng trong lò nhiệt độ cao và mặt bích lò sưởi
Kim loại trần (không phải đối mặt): nhiệt độ tối đa được xác định chỉ bằng hợp kim; yêu cầu mặt bích mịn hơn (Ra 1,6 đến 3,2 micron)

Một miếng đệm kim loại dạng sóng cần bao nhiêu ứng suất bịt kín?

Các yêu cầu về ứng suất bịt kín đối với các miếng đệm kim loại dạng sóng được xác định bởi hai thông số ASME: ứng suất tiếp xúc thiết kế tối thiểu y (lắp ráp ban đầu) và hệ số đệm m (hệ số bảo trì vận hành). Các giá trị này thấp hơn giá trị của các miếng đệm kim loại rắn một cách chính xác vì các đường gờ tôn khuếch đại áp lực tiếp xúc cục bộ.

Căng thẳng chỗ ngồi tối thiểu (y)

Đối với miếng đệm dạng sóng 316L trần, ứng suất tựa thiết kế điển hình y dao động từ 55 đến 90 MPa (8000 đến 13.000 psi) tùy thuộc vào độ cao của gờ và độ dày của tấm. Các miếng đệm dạng sóng có bề mặt than chì yêu cầu giá trị y thấp hơn — thường là từ 28 đến 55 MPa (4000 đến 8000 psi) — vì bề mặt mềm phù hợp với ứng suất vừa phải.

Hệ số đệm m (Vận hành)

Hệ số m cho các miếng đệm kim loại dạng sóng thường nằm trong khoảng từ 2,75 đến 3,75. Điều này có nghĩa là ứng suất dư của miếng đệm dưới áp suất vận hành phải bằng ít nhất 2,75 đến 3,75 lần áp suất chất lỏng bên trong. Giá trị này thấp hơn đáng kể so với các miếng đệm khớp vòng (m = 5,5 đến 6,5), giảm tải trọng bu lông và độ dày mặt bích cần thiết.

Tính toán tải trọng bu lông

Tải trọng bu lông yêu cầu W = y x Ag (điều kiện tựa) hoặc W = 2b x pi x G x m x P (điều kiện vận hành), trong đó Ag là diện tích tiếp xúc của miếng đệm, b là chiều rộng tựa hiệu dụng, G là đường kính trung bình của miếng đệm và P là áp suất thiết kế. Giá trị kiểm soát (cao hơn) chi phối kích thước đinh tán. Đối với hầu hết các mặt bích trao đổi nhiệt DN100 đến DN400, các miếng đệm dạng sóng cho phép giảm một đến hai kích thước bu lông so với các khớp nối vòng.

Yêu cầu hoàn thiện bề mặt mặt bích

Các miếng đệm kim loại dạng sóng trần yêu cầu độ hoàn thiện bề mặt mặt bích Ra 1,6 đến 3,2 micron (63 đến 125 AARH). Các miếng đệm dạng sóng có bề mặt than chì chịu được Ra lên tới 6,3 micron (250 AARH), khiến chúng phù hợp để tái sử dụng trên các mặt bích bị mòn do sử dụng mà không cần gia công lại. Không nên hoàn thiện dưới Ra 0,8 micron - bề mặt quá nhẵn sẽ làm giảm ma sát và khiến miếng đệm bị dãn khi vận hành rung.

Miếng đệm nào phù hợp với bộ trao đổi nhiệt nhất?

Bộ trao đổi nhiệt có môi trường đệm kín đòi hỏi khắt khe nhất trong nhà máy xử lý: nhiều mối nối mặt bích ở gần nhau, sự giãn nở nhiệt chênh lệch giữa vỏ và bó ống, khả năng tiếp cận bu lông hạn chế và các bộ phận kéo bảo trì thường xuyên. các miếng đệm kim loại sóng giải quyết tất cả bốn thách thức một cách hiệu quả hơn so với các loại cạnh tranh trong phần lớn các ứng dụng vỏ và ống.

Được đề xuất

Vòng đệm kim loại sóng

Ứng suất ngồi thấp - không bị biến dạng mặt bích trên các nắp kênh nhẹ
Spring-back bù đắp cho việc mở rộng chênh lệch kéo bó
Các biến thể có bề mặt than chì được hàn lại một cách đáng tin cậy sau khi tháo rời khi bảo trì
Kích thước tuân thủ API 660 và TEMA theo tiêu chuẩn
Tiết kiệm chi phí cho kích thước DN25 đến DN1200

Thay thế

Vòng đệm vết thương xoắn ốc

Yêu cầu áp lực chỗ ngồi cao hơn - nguy cơ biến dạng mặt bích kênh
Không thể tái sử dụng sau khi nén; thay thế mỗi lần tháo rời
Ưu việt cho áp suất rất cao trên 250 bar ở mặt bích có thành dày
Các vòng bên trong và bên ngoài thêm các hạn chế về không gian xuyên tâm
Chi phí đơn vị cao hơn; thời gian sản xuất dài hơn đối với các hợp kim đặc biệt

Đối với các mặt bích vỏ trao đổi nhiệt thuộc loại 150 đến Loại 600 (PN20 đến PN100) dưới 600 C, các miếng đệm tôn 316L mặt than chì thể hiện sự cân bằng tối ưu giữa độ tin cậy bịt kín, sự thuận tiện trong bảo trì và chi phí lắp đặt. Trên Loại 900 hoặc trong dịch vụ áp suất riêng phần hydro trên 50 bar, các loại mối nối xoắn ốc hoặc mối nối vòng phải được đánh giá theo từng trường hợp cụ thể.

Câu hỏi thường gặp

Các miếng đệm kim loại dạng sóng có thể được tái sử dụng sau khi tháo mặt bích không?

Các miếng đệm kim loại dạng sóng có bề mặt than chì thường có thể được tái sử dụng một lần nếu mặt than chì không bị rách, lõi kim loại không bị nghiền nát vĩnh viễn dưới độ dày thiết kế và bề mặt mặt bích ở tình trạng chấp nhận được. Không nên sử dụng lại các miếng đệm tôn bằng kim loại trần - chỗ ngồi ban đầu làm biến dạng vĩnh viễn các đầu gờ và ứng suất còn lại của chỗ ngồi khi lắp lại sẽ không đủ để bảo đảm kín khít.

Sự khác biệt giữa các miếng đệm kim loại dạng sóng và răng cưa là gì?

Một miếng đệm răng cưa có các rãnh hình chữ V đồng tâm được gia công thành một vòng kim loại rắn - các răng cưa là đặc điểm bề mặt trên nền dày. Một miếng đệm dạng sóng được hình thành từ tấm kim loại mỏng trong đó toàn bộ mặt cắt ngang có dạng sóng, tạo cho nó khả năng đàn hồi trở lại. Các miếng đệm có răng cưa yêu cầu ứng suất tiếp xúc cao hơn đáng kể và thường được sử dụng trong mặt bích rãnh vòng; các miếng đệm dạng sóng được sử dụng trên các mặt bích có mặt nâng tiêu chuẩn ở mức tải trọng bu lông thấp hơn.

Độ dày gioăng tôn kim loại được quy định như thế nào?

Các miếng đệm kim loại dạng sóng được xác định bởi độ dày được nén (lắp đặt), không phải độ dày ở trạng thái tự do. Độ dày nén tiêu chuẩn chạy từ 1,5 mm đến 4,5 mm. Chiều cao ở trạng thái tự do thường bằng 1,5 đến 2,5 lần độ dày nén. Các tiêu chuẩn về kích thước của miếng đệm trao đổi nhiệt tuân theo ASME B16.20, EN 1514-6 và API 660 Phụ lục G tùy thuộc vào đặc điểm kỹ thuật của dự án.

Các miếng đệm kim loại dạng sóng có yêu cầu trình tự mô-men xoắn lắp đặt đặc biệt không?

Đúng. Các miếng đệm kim loại dạng sóng yêu cầu trình tự mômen xoắn chéo được áp dụng tối thiểu ba lần: 30% mô-men xoắn mục tiêu, 70%, sau đó là 100%, tiếp theo là lần cuối cùng ở mức 100% sau khi điều hòa nhiệt của khớp ở nhiệt độ vận hành. Tải trọng lũy tiến này đảm bảo độ nén của sườn đồng đều trên toàn bộ chu vi của miếng đệm và ngăn chặn tình trạng đè quá mức cục bộ sẽ loại bỏ lợi ích đàn hồi.