Standart Dışı Deniz Flanşı: Tasarım, Dövme ve Onay

Standart flanşlar yetersiz kaldığında

5K, 10K, 16K ve 20K nominal basınçlar için JIS F7804'e veya Sınıf 150'den Sınıf 2500'e kadar ASME B16.5'e göre üretilen standart deniz flanşları, balast suyu, sintine, akaryakıt transferi ve tatlı su dahil olmak üzere gemideki hizmetlerin büyük çoğunluğunu kapsar. Bu flanşlar dünya çapındaki tamirciler ve tamirhaneler tarafından stoklanmaktadır ve bunların değiştirilebilirliği denizcilik lojistiğinin temelidir. Ancak özel çalışma koşulları mühendisi standart flanş tablasından çıkmaya zorlar.

İlk koşul, sıcaklığın standart malzeme sınırlarını aşmasıdır. Standart bir S25C karbon çeliği JIS 10K flanşı, aşağıdakiler arasında servis için derecelendirilmiştir: -10°C ve 300°C . Termal yağlı ısıtma sistemi 340°C'de çalıştığında flanş malzemesinin, standart flanş tablolarında doğrudan JIS eşdeğeri olmayan ASTM A182 F11 (1.25Cr-0.5Mo) gibi molibden taşıyan bir alaşıma yükseltilmesi gerekir. Daha sonra flanş, yüksek sıcaklıkta izin verilen gerilime göre hesaplanan duvar kalınlıkları ve cıvata boyutları ile ilk prensiplerden tasarlanmalıdır.

İkinci koşul kimyasal uyumsuzluktur. %85 konsantrasyonda konsantre fosforik asit taşıyan kimyasal tankerlerdeki kargo hatlarında flanşlar gerekir UNS S31254 süper östenitik paslanmaz çelik , herhangi bir deniz flanş standardında listelenmeyen bir kalite. Flanş boyutları, sahil manifoldu ile değiştirilebilirlik açısından standart bir JIS veya ASME modelini yansıtabilir ancak malzeme izlenebilirliği, mekanik testler ve korozyon direncinin, özel üretim spesifikasyonuna göre sertifikalandırılması gerekir.

Üçüncü koşul ise alan kısıtlamasıdır. Ana motor karterinin altındaki sintine kuyularındaki makine dairesi boruları genellikle tam boyutlu cıvatalama dairesine sahip standart yükseltilmiş yüzeyli flanş için çok dar açıklıklardan geçer. Flanş dış çapının standart boyutun altına düşürülmesi gerekir; bu durum, mevcut zarf içine takılırken conta oturma gerilimini korumak için standart olmayan bir cıvata dairesi ve daha küçük çaplı, yüksek gerilimli cıvatalar gerektirir.

Tasarım metodolojisi ve stres hesaplaması

Standart dışı bir deniz flanşı, tüm büyük sınıflandırma topluluklarında kabul edilen hesaplama standardı olan ASME Kazan ve Basınçlı Kaplar Kodu Bölüm VIII Bölüm 1 Ek 2'de kodlanan Taylor Forge yöntemi kullanılarak tasarlanmıştır. Yöntem flanş halkasını, göbeği ve bağlı boruyu veya kabuğu elastik olarak bağlanmış bir sistem olarak modeller, cıvata ön yükünden ve iç basınçtan kaynaklanan gerilimleri bağımsız olarak hesaplar ve ardından bunları uygun gerilim limitleriyle birleştirir.

Conta oturma koşulu altındaki cıvata yükü, contayı, conta üreticisi tarafından yayınlanan bir değer olan minimum oturma gerilimine sıkıştırmak için gereken kuvvettir. PTFE dolgulu ve dış halkalı spiral sarımlı conta için minimum oturma gerilimi tipik olarak 69 MPa (10.000 psi) 12 mm conta genişliği için. Toplam cıvata kuvveti bu oturma gerilimi ile conta temas alanının çarpımıdır. Cıvata kesit alanı, cıvata gerilimi aşılmayacak şekilde boyutlandırılmıştır. Tasarım sıcaklığında cıvata malzemesinin minimum akma dayanımının %50'si , ilk 500 termal döngü boyunca conta sürünmesinin gevşemesi için ek bir toleransla.

Flanş halkasının kendisi üç gerilim kategorisine göre kontrol edilir: halkanın iç çapındaki teğetsel gerilim, cıvata dairesindeki radyal gerilim ve göbek ile halka arasındaki bağlantı noktasında uzunlamasına göbek gerilimi. Sınıf 1 gemiler için ASME Bölüm VIII Bölüm 2'de tanımlanan ancak denizcilik hizmetine uyarlanan izin verilen sınırlar aşağıdaki gibidir. Teğetsel stres aşağıdakilerle sınırlıdır: Flanş malzemesinin izin verilen tasarım geriliminin 1,5 katı . Radyal gerilim, izin verilen taban tasarım gerilimi ile sınırlıdır. Göbekten halkaya filetodaki birleşik gerilim yoğunluğu aşağıda kalmalıdır İzin verilen stresin 1,5 katı . Bu üç kontrolü limitlerin altında minimum %10 marjla geçen bir flanş yapısal olarak yeterli kabul edilir.

Sınıflandırma kuruluşu onay yolu

Standart dışı bir deniz flanşı, geminin klas kuruluşunun belgelenmiş onayı olmadan monte edilemez. Onay süreci, tanınmış bir standarda ve geçerli bir malzeme sertifikasına uygunluk temelinde kabul edilen standart flanş sürecinden farklıdır. Standart dışı flanş, inceleme ve damgalama için klas sörveyörüne bir tasarım değerlendirme paketi sunulmasını gerektirir.

Tasarım değerlendirme paketi aşağıdaki zorunlu belgeleri içerir:

• Dış çap, cıvata daire çapı, cıvataların sayısı ve çapı, yükseltilmiş yüz boyutları, conta temas genişliği ve flanş arka yüzünden kaynak hazırlığına kadar olan göbek geometrisini içeren flanş boyutu çizimi.
• Geçerli ASTM, EN veya JIS standardı, ısıl işlem koşulu ve oda sıcaklığında ve tasarım sıcaklığında minimum mekanik özellikler de dahil olmak üzere flanş gövdesi, cıvatalar, somunlar ve conta için malzeme spesifikasyonu.
• ASME Bölüm VIII Bölüm 1 Ek 2 veya eşdeğer EN 13445-3 Madde 11 yöntemine göre tam gerilim hesaplaması; tüm giriş değerleri referans alınmış ve tüm ara sonuçlar gösterilmiştir. Hesaplama, tercih edilen maksimum değerle tüm gerilim oranlarının birliğin altında olduğunu göstermelidir. 0.90 göbek gerilim oranının gemideki makine titreşiminin döngüsel yorulma yükleme karakteristiğini hesaba katması için.
• Flanşı boruya birleştirecek olan kaynağa ilişkin, kaynak metalinin çekme mukavemeti ve tokluğunun ana malzemelere eşit veya daha fazla olduğunu gösteren kaynak prosedürü spesifikasyonu ve prosedür yeterlilik kaydı.
• Flanş dövmesinin ultrasonik test ile %100 hacimsel muayenesini belirten tahribatsız muayene planı ASME SA-388 Sınıf A 4 inç nominal deliğin üzerindeki veya tasarım basıncı 100 bar'ı aşan flanşlar için.

Tasarım değerlendirmesi onaylandıktan sonra, klas sörveyörü, üretimi temsil eden bir prototip flanşın, hidrostatik basınç testi de dahil olmak üzere mekanik testine tanık olur. Minimum 10 dakika boyunca tutulan tasarım basıncının 1,5 katı görünür sızıntı veya kalıcı deformasyon olmadan. Üretim flanşları ancak prototip test raporu onaylandıktan sonra üretilebilir ve klas kuruluşu sertifikasyon işaretiyle damgalanabilir.

Aşındırıcı ve kriyojenik denizcilik hizmetleri için malzeme seçimi

Standart olmayan bir flanşın malzemesi, aşındırıcı türlere, sıcaklık aralığına ve bağlı boru ve tekne yapısı ile galvanik etkileşim potansiyeline göre seçilir. Aşağıdaki tablo, JIS ve ASME katalog aralıkları dışındaki yaygın standart dışı uygulamalar için belirtilen standart malzeme sınıflarını özetlemektedir.

Dövme ve plaka imalatı

Standart olmayan bir deniz flanşı temelde iki farklı üretim yöntemiyle üretilebilir: katı kütükten dövme veya plaka stoğundan alevle kesme ve ardından işleme. Ayrım kozmetik değildir; bitmiş flanşın metalurjik bütünlüğünü ve amaçlanan hizmete uygunluğunu doğrudan etkiler.

Dövme flanş, dövme sıcaklığına kadar ısıtılan ve döküm tanecik yapısını flanşın konturunu takip eden sürekli bir tanecik akış düzenine dönüştürmek için açık kalıp presinde veya halka silindirinde işlenen, belirtilen çelik ısısında sürekli olarak dökülen bir kütük olarak başlar. Dövme işlemi, karbon çeliğinin ortalama tane boyutunu yaklaşık olarak azaltır. ASTM 4 ila ASTM 7 veya daha ince hem çekme mukavemetini hem de Charpy darbe dayanıklılığını artırır. Göbek entegre olarak dövülmüş olup, ayrı bir göbeği plaka kesimli bir halkaya bağlayacak çevresel kaynağı ortadan kaldırmaktadır. Sınıflandırma toplulukları, yukarıdaki kullanımda olan tüm flanşlar için dövme yapıyı zorunlu kılmaktadır 40 bar tasarım basıncı veya -10°C tasarım sıcaklığının altında Çünkü haddelenmiş bir levhanın kalınlık yönündeki çekme sünekliği ve darbe özellikleri, doğası gereği dövme levhanınkinden daha düşüktür.

Plakadan imal edilmiş bir flanş, yangın ana ve balast boruları gibi 16 barın altındaki düşük basınçlı su hizmetlerinde kabul edilir. Flanş halkası, plaka stoğundan alevle kesilmiş veya plazmayla kesilmiştir ve işlenmiş bir göbek, tam nüfuzlu oluk kaynağıyla halkaya kaynaklanır. Kaynak %100 radyografiye tabi tutulmalı veya ultrasonik olarak test edilmeli ve plakanın karbon eşdeğeri aşağıdaki değerleri aşıyorsa, ısıdan etkilenen bölge kaynak sonrası ısıl işleme tabi tutulmalıdır. 0.43 füzyon hattına bitişik iri taneli bölgede hidrojen kaynaklı çatlamayı önlemek için. Bu önlemlere rağmen plakadan imal edilmiş bir flanşın gücü Aynı boyutlardaki dövme flanşla karşılaştırıldığında izin verilen basınçta %15 Çoğu sınıflandırma kuruluşunun boru imalat kurallarında belirtildiği gibi.

Conta seçimi ve cıvatalama torku prosedürü

Standart dışı flanş tasarımı, conta ve cıvatalama spesifikasyonuna ayrılmaz bir şekilde bağlıdır. Flanş tasarımı sırasında hesaplanan cıvata yükü, ASME kod terminolojisinde "m" faktörü olarak bilinen, bilinen minimum oturma gerilimine ve çalışma conta faktörüne sahip belirli bir conta malzemesini varsayar. Flanş işlendikten sonra conta tipinin m faktörü olan spiral sarılı contadan değiştirilmesi 3.0 m faktörü 2,0 olan sıkıştırılmış bir fiber contaya bağlanır, gerekli cıvata yükünü azaltır ve sonuç olarak genellikle güvenli olan flanş gerilimini azaltır. Daha yüksek oturma gerilimi gerektiren bir contanın dahil edildiği ters değiştirme, flanşta aşırı gerilime neden olur ve tasarım değerlendirmesi yeniden sunulmadan buna izin verilmez.

Cıvata sıkma sırası ve hedef tork, standart dışı flanşlar için kritik öneme sahiptir çünkü azaltılmış cıvata dairesi çapı, cıvata yükünü daha küçük bir dairesel alan üzerinde yoğunlaştırarak flanş halkası bükülme momentini artırır. Cıvatalar yıldız desen sırası kullanılarak en az üç geçişte sıkılır. İlk geçiş tüm cıvataları yerine getirir Hedef torkun %30'u . İkinci geçiş %60'a çıkar, üçüncü geçiş ise %100'e ulaşır. Minimum dört saatlik bir bekleme süresinden sonra, contanın sürünme gevşemesini telafi etmek için %100 torkta dördüncü bir geçiş uygulanır. Hedef tork, diş hatvesi çapını, dişlerdeki ve somun yüzünün altındaki sürtünme katsayısını ve sertleştirilmiş rondelalı yağlanmış bir saplama için somun faktörü K'yi içeren formül kullanılarak genel bir tork tablosundan değil tasarım cıvata gerilimi üzerinden hesaplanır. 0,16 ila 0,20 .

Boyutsal değiştirilebilirlik ve yedek parça stratejisi

Tanım gereği standart olmayan bir flanş, cıvata dairesi ve yükseltilmiş yüzey boyutları çakışmadığı sürece aynı nominal boru boyutuna sahip standart bir flanşla eşleşmeyecektir. Bu, tasarım aşamasında ele alınması gereken bir yedek parça yükü yaratır. Geminin boru izometrik çizimleri ve flanş yönetimi veritabanı, standart olmayan her flanşı benzersiz bir tanımlama koduyla açıkça işaretlemeli ve geminin zorunlu yedek teçhizat envanterinin bir parçası olarak standart dışı boyut başına en az iki yedek flanş ve iki yedek conta seti gemide taşınmalıdır.

Sahil manifoldlarına bağlanan kimyasal tankerler ve ürün taşıyıcıları için, gemi tarafındaki standart olmayan flanşın, manifold sunum yüzünde standart bir flanşa geçmesi gerekir. Paslanmaz çelik kargo hattındaki, yapısal bir ağ çerçevesini temizlemek için dış çapı azaltılmış standart dışı bir flanş, sahil hortumu kaplininin cıvatalandığı terminal flanşı olmamalıdır. Bunun yerine, iç uçta standart olmayan flanşa ve dış uçta standart ASME B16.5 Sınıf 150 flanşa sahip bir yavru parçası, gemi-kıyı arayüzünde değiştirilebilirliği geri kazandırır. Yavru parça, ayrı bir grup olarak hidrostatik olarak test edilir ve kurulumdan önce her iki flanş tanımlama koduyla damgalanır.

Hizmet içi denetim ve emeklilik kriterleri

Standart olmayan flanşlar, geminin sürekli sörvey döngüsü kapsamında standart flanşlarla aynı sörvey aralıklarına tabidir; tipik olarak yıllık genel bir görsel muayene ve beş yıllık özel sörveyde daha ayrıntılı bir kalınlık ölçümü ve tahribatsız muayene. Denetimin odak noktası, hesaplanan maksimum gerilimin konumu ve yorulma çatlağı başlangıcı için en yaygın alan olan göbekten bileziğe dolgu yarıçapıdır.

Dolgu bölgesinin manyetik parçacık muayenesi, basıncın sıfırdan tasarım basıncına kadar değiştiği kargo pompası boşaltma hatları ve buhar boğma sistemleri gibi döngüsel hizmetlerde standart olmayan flanşlar üzerinde gerçekleştirilir. Yılda 10.000 döngü . Fileto yüzeyinde uzunluğu 3 mm'yi aşan herhangi bir doğrusal gösterge, flanşın reddedilmesi ve değiştirilmesi için gerekçedir, çünkü fileto gerilim konsantrasyon faktörü yaklaşık olarak 2,5 ila 3,0 küçük bir yüzey çatlağının, bir sonraki çalışma döngüsünün çok küçük bir bölümünde göbek duvar kalınlığı boyunca yayılacağı anlamına gelir. Yükseltilmiş yüz tırtıllarındaki kalınlık ölçümleri de kaydedilir; aşağıda tırtıl derinliğinde bir azalma 0,4 mm (1/64 inç) Tırtıklar contanın basınç altında patlamasını önleyen mekanik kavrama sağladığından flanş yüzeyinin yeniden işlenmesini veya flanşın değiştirilmesini gerektirir.