Компонент фланцевого соединения (BFJAПодключение к границам давления как ключевое в трубопроводах, сосудах под давлением и теплообменниках. Надежность этих соединений зависит не только от инженерного проектирования, но и от качества выбора, сборки и обслуживания материалов. Ослабление прокладок и болтов является ключевым фактором, влияющим на надежность. Без надлежащего управления ослабление может привести к снижению герметичности и повреждению целостности долгосрочного соединения. Соединение фланцев для подъема болтов (BFJAНадежность, необходимо глубокое понимание поведенческих характеристик прокладочного материала под напряжением, закона изменения напряжения болта со временем, а также того, когда должна быть проведена процедура повторного затягивания.

Когда происходит ослабление?

Пластинчатые прокладки (например, полифторэтилен[ПТФЭ]Как правило, при комнатной температуре происходит расслабление. Однако полуметаллические прокладки (например, металлические прокладки для намотки[СВГ]Более низкая чувствительность к ослаблению прокладки. Хотя полуметаллические прокладки часто приписываются ослаблению прокладки, когда температура болта поднимается примерно до500БF（260БСПри ослаблении прокладки уменьшается напряжение прокладки.

Элементы выбора материала прокладки

Для уплотнительных прокладок на основе полимеров, особенно из полифторэтилена (ПТФЭИзготовленные уплотнительные прокладки, механические свойства которых в напряженных условиях могут варьироваться в зависимости от типа материала и качества обработки. Оригинальное токарное или прессованноеПТФЭОбладает отличной химической толерантностью, но может быть проблема низкой механической прочности и большей ползучести при напряжении. Это приводит к большей релаксации уплотнения и потере напряжения уплотнения с течением времени. Для сравнения, модифицированный полифторэтилен (РПТФЭТетрафторэтилен (ePTFEИспользование высококачественных смол и инженерных микроструктур значительно снижает ползучесть и повышает прочность.РПТФЭНеорганические наполнители, такие как полые стеклянные микросферы, сульфат бария и диоксид кремния, также могут быть добавлены для повышения конкретных характеристик. Эти материалы, как правило, лучше работают во фланцевых соединениях и имеют практическую ценность в ключевых приложениях, требующих стабильности размеров. Когда требуется более высокая прочность на сжатие, полуметаллические прокладки (например, металлические прокладки для обмотки и металлические зубчатые прокладки) обеспечивают лучшую способность удерживать нагрузку и минимальную деформацию в динамических условиях.

ТЕАДИТТетрафтор для расширенияePTFE 24SHСтеклянный микрошарик модифицированный тетрафторонТФ1570Сульфат барияТФ1580Диоксид кремния модифицированный тетрафторТФ1590А.

Выберите прокладочный материал

Из - за различий в характеристиках материала выбор подходящего прокладочного материала должен осуществляться в соответствии с конкретными требованиями применения, включая:

* Рабочая температура и давление

* Химическая совместимость

* Ожидаемое перемещение фланца, вибрация или тепловой цикл

* Долгосрочная способность поддерживать напряжение

Рисунок 1: Тестовый стол (фото предоставлено Teadit Tedi)

После выбора прокладочного материала для обеспечения долгосрочной целостности соединения требуется строгое соблюдение установленных правил сборки, особенно в отношении времени наложения и удержания болтовых нагрузок, таких как Американское общество инженеров - механиков (АСМЕ)ПСК-1Сборка фланцевых соединений с пограничными болтами под давлением (Граница давления Болтовая фланца Совместная сборкаВ), как указано в стандарте.АСМЕОтветственныйПСК-1В настоящее время подкомиссия расширяет стандарт, чтобы охватить проблему релаксации прокладок и болтов. Следующее издание стандартов будет2026Опубликовано в 1997 году. Поскольку стандарт еще не опубликован, эта статья не может содержать соответствующий контент, но обновление будет основано на следующих практических категориях.

сборка

1. Время пребывания
Время пребывания прокладочного материала позволяет прокладке расслабиться после первоначальной загрузки. Эта пауза помогает обеспечить, чтобы любая потеря предварительного натяжения болтов на ранней стадии была устранена до применения « обработки высвобождения напряжения», тем самым восстанавливая напряжение прокладки, которое может быть потеряно из - за расслабления. Обратите внимание, что при высвобождении напряжений используется конечное значение крутящего момента, проходящего по окружности вокруг фланца при температуре окружающей среды. Перезапустить крутящий момент (ПСК-1Это операция обработки, которая высвобождает напряжение, но применяется, когда контейнер находится в температурных или технологических условиях.

рисунок2:: Программный интерфейс. Тестовый стенд для этого исследования1Показано, из двухASME B16.5 НПС 4Состоит из дюймовой фланцевой крышки, класс давления150Оснащается восемью5 / 8Болты дюймовые.

Мониторинг напряжений болтов осуществляется в режиме реального времени с помощью тензодатчиков. Использование фланцевых материаловАСТМ А105Стандартный, болтовой материал дляSAEКласс (прочность на растяжение180Тысячи фунтов на квадратный дюйм[ksi]В)). Верхний фланец имеет отверстие, ведущее во внутреннюю камеру, которая может быть сжата. В данном исследовании эта функция не использовалась.

В соответствии с отраслевой практикой рекомендуется подождать несколько часов или дней, чтобы расслабиться. Тем не менее, исследования показывают, что более короткое время пребывания (например, только15Минута) обеспечивает реальный компромисс между временем, необходимым для повторного затягивания, и способностью прокладки поддерживать напряжение. Оптимальное время пребывания зависит от таких факторов, как тип прокладки и конкретные условия работы. Таким образом, проверка должна быть проведена на основе опыта работы на месте или в соответствии с руководящими принципами производителя.

2.Применение крутящего момента

Регулируемый и последовательный режим крутящего момента (обычно звездный) имеет решающее значение для равномерного сжатия прокладок. В руководстве по применению подчеркивается, что для нанесения крутящего момента следует использовать многоразовый звездообразный режим и заканчивать его в окончательном круговом режиме, а также использовать калибровочные инструменты для обеспечения точности нагрузки. Компенсация релаксации после времени пребывания предназначена для восстановления предварительно натянутой силы, потерянной в результате релаксации. Некоторые конечные пользователи начали записывать значения напряжений болтов (когда это возможно) с помощью ультразвуковых или цифровых инструментов проверки крутящего момента. Хотя правильная сборка закладывает основу для целостности соединения, для поддержания этой целостности в долгосрочной перспективе требуется активный мониторинг и последующие процедуры.

Техническое обслуживание и контроль

Для решения проблемы потери напряжения болта и ползучести прокладки были приняты две ключевые меры: операция высвобождения напряжения и повторное затягивание после запуска.

Однако для систем, которые нагреваются во время работы, происходит дополнительное ослабление из - за теплового расширения и деформации прокладки. В этом случае рекомендуется провести повторное затягивание после запуска, чтобы восстановить соответствующую нагрузку на болт и обеспечить долгосрочные герметичные свойства.

Для высокотемпературных систем рекомендуется, чтобы температура компонентов оставалась ниже450БF（232БСПри повторном затягивании. После превышения этого порога коэффициент износа смазочных материалов и трения (КФакторы) Изменения могут значительно повлиять на точность крутящего момента, что приводит к ненадежным расчетам напряжений. Поэтому, если фланец, как ожидается, достигнет высокой температуры, операции повторного затягивания должны быть запланированы на этапе предварительного нагрева до появления этих неблагоприятных эффектов1.Нужно обратить внимание на то,АСМЕ PCC-1Слово "горячий крутящий момент" было заменено на "пусковой повторный затяжка", чтобы избежать путаницы с "горячим болтом" (замена отдельных болтов). Речь идет о плановом техническом обслуживании, а не об операциях по техническому обслуживанию под напряжением. Хотя эти программы основаны на передовой практике и отраслевых стандартах, их эффективность будет варьироваться в зависимости от материала прокладки и условий применения. Полевые испытания и проверка на основе данных имеют решающее значение для оптимизации стратегий восстановления и обеспечения надежности долгосрочных соединений.

Проверка с помощью полевых испытаний

Недавно было проведено несколько недель контролируемых испытаний различных прокладочных материалов, чтобы лучше понять, как различные типы прокладок реагируют со временем под действием сжатой нагрузки и релаксации напряжения. Исследование, в котором прокладки анализировались при комнатной температуре, было направлено на то, чтобы определить, требуется ли для всех типов прокладок обычно рекомендуемое четырехчасовое пребывание до повторного затягивания или же более короткие интервалы обеспечивают аналогичные характеристики уплотнения и уменьшают время простоя. Основные выводы включают:

-Полуматаллические прокладки (например, металлические прокладки для обмотки и металлические зубчатые прокладки) показали очень низкие потери напряжения болтов во всех испытательных периодах пребывания. Даже без повторного затягивания прокладки сохраняют большую часть первоначальной нагрузки. Например, потеря напряжения на металлической прокладке без повторного затягивания и целостности24Между часовыми циклами изменяется только около1,6%Это показывает, что для полуметаллических прокладок преимущества повторного затягивания через несколько часов минимальны.

-С другой стороны, ТФУ (ПТФЭБазовые прокладки демонстрируют большую разницу в релаксационном поведении, что еще больше подчеркивает необходимость разработки стратегии крепления для специфичных материалов:

• ePTFEВ случае, если они не будут перенапряжены,20Ранняя потеря напряжения произошла через час.12,6%После установки только15Минуты повторного затягивания, потеря напряжения почти вдвое7,5%И1Часы (7,0%),4Часы (5,9%) и24Часы (3,0%Последующие улучшения были лишь незначительными. Это говорит о том, что большая часть эффекта может быть достигнута за короткое время пребывания, в то время как более длительные задержки приносят регрессивные выгоды.

• Модифицированный тетрафторидРПТФЭАналогичная тенденция к ослаблению наблюдается. Потеря напряжения при повторном затягивании12,5%Снижение 15Минутный7,8%、1Часовой6,6%、4Часовой5,3%А24Часовой4.4%Хотя некоторые улучшения наблюдаются после длительного пребывания, большинство преимуществ достигаются в течение первого часа.

• Тетрафторэтилен (SPTFE) Значительно хуже, потеря напряжения самая высокая среди всех тестовых материалов: без повторного затягивания20,0%Хотя потеря напряжения стабилизировалась относительно рано (15Снижение в минуту12,3%), но1Оставайтесь в течение часа.11,7%，4Через час для11,3%Это показывает устойчиво высокие потери остаточного напряжения. Даже в24Через час потери напряжения все еще достигают8,0%Значительно вышеePTFEилиРПТФЭЭто показывает, что, несмотря наSPTFEПотери напряжения быстро стабилизируются, но их абсолютное высвобождение напряжения намного выше, чем у других материалов, поэтому надежность долгосрочного уплотнения в суровой среде применения ниже.

Хотя всегда желательно максимально увеличить время пребывания до повторного затягивания, исследования показывают, что не все прокладочные материалы требуют одинаковой обработки. Уникальный подход не отражает истинное поведение различных типов прокладок. При наличии временных ограничений полуметаллические прокладки могут вообще не нуждаться в повторном затягивании в некоторых приложениях, поскольку их выбросы напряжений минимальны. Для сравнения, ТФУ (ПТФЭБазовая прокладка извлекает выгоду из раннего повторного крепления, обычно до стандартной четырехчасовой маркировки. В зависимости от материала, большая часть потерь напряжения может быть короткой15до60Восстановление через минуту. Полученные результаты позволяют команде технического обслуживания принимать более продуманные и материалоемкие решения, оптимизировать процесс соединения болтов для повышения герметичности и минимизировать ненужное время простоя.

Воздействие высоких температур

Выше500БF（260БСПри рабочей температуре явление ослабления болтов может значительно увеличиться. Американский институт инженеров - механиков (АСМЕКонференция по сосудам под давлением и трубопроводам3Опубликованное исследование показало:

• Американская ассоциация по испытаниям и материалам (АСТМ)А193 Б7Ступень болт в725БF（385БСПотеря предварительного натяжения до60%А.

• АСТМ A193уровеньВ16Болт в25%Лучше в условиях ползучести.

• АСТМ A193уровеньБ8МБолты из нержавеющей стали даже получают предварительное натяжение из - за разницы в тепловом расширении.

Для высокотемпературных сервисных приложений тщательный выбор материала имеет решающее значение для поддержания целостности соединения при тепловом напряжении. Болтовые сборки должны быть модернизированы до материалов с надежными свойствами при высоких температурах, напримерASTM A193 B16Чтобы уменьшить риск ослабления напряжения болтов.

Кроме того, крайне важно использовать эти болты в сочетании с гайками соответствующего класса. Например,В16Спины должны сочетаться.4Уровень или7Гайка класса, чтобы свести к минимуму ослабление гайки.

Целостность фланцевого соединения болта зависит не только от значения крутящего момента и выбора прокладки, но и от глубокого понимания долгосрочного поведения материала под действием сжатия и тепловой нагрузки. Ослабление прокладок, потеря напряжения болтов и смещение фланцев - это не изолированные события, а продолжающиеся явления, требующие стратегии прогнозного обслуживания, научного понимания материалов и строгого соблюдения процесса сборки.

По мере того, как полевые данные продолжают выявлять сложные взаимодействия между типами прокладок, поддержанием нагрузки и температурой, инженеры должны принимать активные, основанные на данных стратегии для увеличения производительности соединения и сокращения незапланированного простоя с помощью конкретных испытаний материала, оптимизации времени и проверенных процедур повторного затягивания.

Благодаря использованию высококачественных герметичных материалов, стандартизированных процессов сборки и строгих мер технического обслуживания отрасли могут эффективно продлить срок службы фланцевых соединений и снизить риск незапланированных остановок.

авторГруппа Teadit Angelica Pajkovic, Scott Hamilton