واشر فلزی راه راه: راهنمای انتخاب، دما و آب بندی

مرجع فنی

A واشر فلزی راه راه یک عنصر آب بندی است که از ورقه فلزی نازک - معمولاً فولاد ضد زنگ، فولاد کربنی یا آلیاژ - تشکیل شده است که به صورت یک سری برآمدگی های متحدالمرکز یا موازی فشرده شده است. این برجستگی ها بار پیچ را در خطوط باریک آب بندی متمرکز می کنند و به اتصالات نشتی محکم در تنش کلی فلنج کمتر از جایگزین های فلزی جامد دست می یابند. این راهنما هر تصمیم انتخاب کلیدی را پوشش می‌دهد: زمان‌بندی کاربرد، قابلیت دما، تنش آب‌بندی مورد نیاز، و مناسب بودن مبدل حرارتی.

چه زمانی باید از واشرهای فلزی راه راه استفاده کرد؟

ترکیبات فشار و دمای بالا

هر زمان که شرایط عملکرد سیستم از قابلیت فیبر فشرده یا ورق PTFE فراتر رود - معمولاً بالای 260 درجه سانتیگراد (500 فارنهایت) یا بالاتر از 100 بار (1450 psi) واشرهای فلزی راه راه انتخاب صحیحی هستند. پروفیل موجدار تنش باقیمانده را در سراسر برآمدگی های آب بندی حتی تحت چرخه حرارتی حفظ می کند که یک واشر نرم را شل می کند.

رسانه های شیمیایی مهاجم

در جایی که سیال فرآیند به الاستومرها یا پرکننده‌های غیرفلزی حمله می‌کند - اسیدهای غلیظ، حلال‌های کلردار، سرویس هیدروژن، بخار بالای 400 درجه سانتی‌گراد - یک واشر موجدار فلزی یا غلاف فلزی، هر جزء آلی را از مسیر آب‌بندی حذف می‌کند. انتخاب درجه (316L، اینکونل 625، تیتانیوم) مستقیماً به مقاومت در برابر خوردگی مورد نیاز نقشه می‌دهد.

فلنج با بار محدود پیچ

از آنجایی که واشرهای موجدار به جای توزیع آن در تمام سطح واشر، تنش را در خطوط تماس برآمدگی متمرکز می‌کنند، در بارهای پیچ و مهره مونتاژ پایین‌تر نسبت به انواع اتصالات حلقوی یا حلقه‌ای، به آب‌بندی کافی دست می‌یابند. این باعث می شود که آنها برای فلنج های کانال مبدل حرارتی که تعداد پیچ ها محدود است و سفتی فلنج محدود است ترجیح داده شوند.

چرخه حرارتی و محیط های ارتعاشی

واشرهای فلزی راه راه رفتار برگشت فنری از خود نشان می دهند - برآمدگی ها به عنوان فنرهای مکانیکی عمل می کنند که پس از شل شدن حرارتی یا کاهش بار پیچ ناشی از ارتعاش، تنش تماس نسبی را بازیابی می کنند. این رفتار خود جبرانی به آنها مزیت قابل اعتمادی نسبت به واشرهای فلزی مسطح جامد در فلنج های کمپرسور رفت و برگشتی، خطوط بخار و اتصالات بخاری آتش زده می دهد.

استانداردهای فلنج با صورت صاف و صورت برجسته

واشرهای موجدار از نظر ابعادی با فلنج‌های ASME B16.5 و B16.47، فلنج‌های سری EN 1092 PN و فلنج‌های مبدل حرارتی API 660 بدون شیارهای ماشین‌کاری شده سازگار هستند، که باعث می‌شود در مواردی که واشرهای الیافی یا گرافیتی در نصب‌های موجود قابل اتصال مجدد به فلنج نیستند، به‌روزرسانی شوند.

کدام واشر فلزی موجدار دمای بالا را کنترل می کند؟

قابلیت دما بوسیله آلیاژ فلز پایه و مواد روکش نرم - در صورت وجود - که روی هسته موجدار قرار گرفته اند تعیین می شود. جدول زیر انتخاب آلیاژ را به حداکثر دمای سرویس مداوم نشان می دهد:

فلز / آلیاژ	حداکثر دمای مداوم	ویژگی کلید	برنامه معمولی
فولاد کربنی (A36 / SS400)	450 C (840 F)	هزینه کم؛ قدرت خوب	بخار کم آلیاژ، سرویس آب
فولاد ضد زنگ 316 لیتر	600 C (1112 فارنهایت)	مقاومت در برابر اکسیداسیون خوردگی	لوله کشی فرآیند، مبدل های حرارتی
فولاد ضد زنگ 321 / 347	650 درجه سانتی گراد (1200 فارنهایت)	در برابر حساسیت تثبیت شده است	بخاری با دمای بالا، بخاری
آلیاژ 800H / 800HT	870 C (1600 فارنهایت)	مقاومت در برابر خزش بالا	خروجی های اصلاح کننده، خطوط پیرولیز
Inconel 625	980 C (1800 فارنهایت)	مقاومت در برابر اکسیداسیون کلرید	اسید نیتریک، در دریا، گرمای اتلاف
هاستلوی C-276	1000 C (1832 F)	گسترده ترین مقاومت شیمیایی	اسیدهای تهاجمی، سیستم های FGD

مواد روبرو و محدودیت های دمایی آنها

بسیاری از واشرهای فلزی راه راه با یک روکش نرم - گرافیت، PTFE یا میکا - که روی سطوح برآمدگی لمینت شده اند تا سازگاری روی سطوح فلنج کمی آسیب دیده را بهبود بخشد. انتخاب رو به رو، دمای قابل استفاده را مستقل از هسته فلزی محدود می کند:

روکش گرافیتی انعطاف پذیر: دارای درجه حرارت 550 درجه سانتیگراد (1022 فارنهایت) در خدمات اکسید کننده. تا 3000 درجه سانتیگراد در اتمسفرهای کاهنده/بی اثر
روکش PTFE: محدود به 260 درجه سانتیگراد (500 فارنهایت)؛ برای خدمات اسیدی و دارویی تهاجمی ترجیح داده می شود
روبروی میکا: دارای درجه حرارت 900 درجه سانتیگراد (1650 فارنهایت)؛ مورد استفاده در کوره های با دمای بالا و فلنج های بخاری گرم
فلز لخت (بدون رو): حداکثر دمای تعیین شده توسط آلیاژ به تنهایی؛ به روکش فلنج صاف‌تری نیاز دارد (Ra 1.6 تا 3.2 میکرون)

یک واشر فلزی راه راه به چه میزان فشار آب بندی نیاز دارد؟

الزامات تنش آب بندی برای واشرهای فلزی راه راه با دو پارامتر ASME تعریف می شود: حداقل تنش نشستن طراحی y (مونتاژ اولیه) و فاکتور واشر m (عامل تعمیر و نگهداری). این مقادیر کمتر از واشرهای فلزی جامد هستند، دقیقاً به این دلیل که برآمدگی های موجدار فشار تماس موضعی را تقویت می کنند.

حداقل استرس نشستن (y)

برای یک واشر موجدار 316 لیتری، تنش نشیمنگاه معمولی y از 55 تا 90 مگاپاسکال (8000 تا 13000 psi) بسته به گام برآمدگی و ضخامت ورق متغیر است. واشرهای موجدار با روکش گرافیتی به مقادیر y کمتری نیاز دارند - معمولاً 28 تا 55 مگاپاسکال (4000 تا 8000 psi) - زیرا روکش نرم تحت تنش متوسط مطابقت دارد.

ضریب واشر m (در حال کار)

ضریب m برای واشرهای فلزی موجدار معمولاً بین 2.75 و 3.75 قرار دارد. این بدان معناست که تنش باقیمانده واشر تحت فشار کاری باید حداقل 2.75 تا 3.75 برابر فشار داخلی سیال باشد. این به طور قابل توجهی کمتر از واشرهای اتصال حلقه است (m = 5.5 تا 6.5)، که باعث کاهش بارهای پیچ و ضخامت فلنج مورد نیاز می شود.

محاسبه بار پیچ

بار پیچ مورد نیاز W = y x Ag (شرایط نشیمنگاه) یا W = 2b x pi x G x m x P (شرایط عملیاتی)، که در آن Ag ناحیه تماس واشر، b پهنای نشیمن موثر، G میانگین قطر واشر و P فشار طراحی است. مقدار کنترل کننده (بالاتر) بر اندازه گل میخ حاکم است. برای اکثر فلنج های مبدل حرارتی DN100 تا DN400، واشرهای موجدار امکان کاهش یک تا دو اندازه پیچ را در مقایسه با اتصالات حلقه ای فراهم می کنند.

مورد نیاز پایان سطح فلنج

واشرهای فلزی موجدار لخت به سطح فلنج Ra 1.6 تا 3.2 میکرون (63 تا 125 AARH) نیاز دارند. واشرهای موجدار با روکش گرافیتی، Ra تا 6.3 میکرون (250 AARH) را تحمل می کنند، و آنها را برای استفاده مجدد بر روی فلنج های فرسوده بدون ماشینکاری مجدد مناسب می کند. پایان کمتر از Ra 0.8 میکرون توصیه نمی شود - سطح بسیار صاف اصطکاک را کاهش می دهد و اجازه می دهد تا واشر تحت ارتعاش عملیاتی خزش کند.

کدام واشر برای مبدل های حرارتی مناسب تر است؟

مبدل‌های حرارتی سخت‌ترین محیط واشر را در کارخانه فرآیند ارائه می‌دهند: اتصالات فلنجی متعدد در مجاورت نزدیک، انبساط حرارتی تفاضلی بین پوسته و بسته‌بندی لوله، دسترسی محدود به پیچ، و جداسازی مکرر تعمیر و نگهداری. این واشر فلزی راه راه هر چهار چالش را موثرتر از انواع رقیب برای اکثر برنامه های کاربردی پوسته و لوله حل می کند.

توصیه می شود

واشر فلزی راه راه

استرس نشستن کم - بدون اعوجاج فلنج در پوشش های کانال سبک وزن
فنر بک انبساط دیفرانسیل کششی بسته نرم افزاری را جبران می کند
انواع روکش گرافیت پس از جداسازی تعمیر و نگهداری به طور قابل اعتمادی دوباره آب بندی می شوند
ابعاد سازگار با API 660 و TEMA به عنوان استاندارد
مقرون به صرفه برای سایزهای DN25 تا DN1200

جایگزین

واشر زخم مارپیچی

تنش نشستن بیشتر مورد نیاز - خطر اعوجاج فلنج کانال
پس از فشرده سازی قابل استفاده مجدد نیست. تعویض در هر جدا شدن
برای فشار بسیار بالا بالای 250 بار در فلنج های دیوار سنگین برتر است
حلقه های داخلی و خارجی محدودیت های فضای شعاعی را اضافه می کنند
هزینه واحد بالاتر؛ زمان طولانی تر برای آلیاژهای ویژه

برای فلنج های پوسته مبدل حرارتی در کلاس 150 تا کلاس 600 (PN20 تا PN100) زیر دمای 600 درجه سانتیگراد، واشرهای موجدار 316 لیتری با روکش گرافیتی، تعادل بهینه قابلیت آب بندی، راحتی نگهداری و هزینه نصب را نشان می دهند. بالاتر از کلاس 900 یا در سرویس فشار جزئی هیدروژن بالای 50 بار، انواع مفصل مارپیچی یا حلقه ای باید به صورت موردی ارزیابی شوند.

سوالات متداول

آیا می توان از واشرهای فلزی راه راه پس از جدا کردن فلنج دوباره استفاده کرد؟

واشرهای فلزی موجدار با روکش گرافیتی معمولاً می توانند یک بار مورد استفاده مجدد قرار گیرند، اگر روکش گرافیتی پارگی نداشته باشد، هسته فلزی به طور دائم زیر ضخامت طراحی خود خرد نشده باشد و سطوح فلنج در شرایط قابل قبولی باشند. واشرهای موجدار فلزی لخت نباید دوباره مورد استفاده قرار گیرند - نشیمنگاه اولیه به طور دائم نوک برجستگی را تغییر شکل می دهد و فشار باقیمانده روی صندلی در مونتاژ مجدد برای سرویس ضد نشتی کافی نیست.

تفاوت بین واشر فلزی راه راه و دندانه دار چیست؟

یک واشر دندانه دار دارای شیارهای پروفیل V متحدالمرکز است که در یک حلقه فلزی جامد ماشینکاری شده اند - دندانه ها ویژگی های سطحی روی یک بستر ضخیم هستند. یک واشر موجدار از ورقه فلزی نازک تشکیل شده است که کل مقطع آن موجی است و به آن قابلیت ارتجاعی فنری می دهد. واشرهای دندانه دار به تنش نشستن به میزان قابل توجهی نیاز دارند و معمولاً در فلنج های شیار حلقه ای استفاده می شوند. واشرهای موجدار روی فلنج های استاندارد با صفحه برجسته در بارهای پیچ کمتر استفاده می شود.

ضخامت واشر فلزی راه راه چگونه مشخص می شود؟

واشرهای فلزی راه راه با ضخامت فشرده (نصب شده) مشخص می شوند، نه ضخامت حالت آزاد. ضخامت های فشرده استاندارد از 1.5 میلی متر تا 4.5 میلی متر است. ارتفاع حالت آزاد معمولاً 1.5 تا 2.5 برابر ضخامت فشرده است. استانداردهای ابعادی واشرهای مبدل حرارتی بسته به مشخصات پروژه از ASME B16.20، EN 1514-6 و API 660 ضمیمه G پیروی می کنند.

آیا واشرهای فلزی موجدار به دنباله گشتاور نصب خاصی نیاز دارند؟

بله. واشرهای فلزی راه راه نیاز به یک توالی گشتاور متقاطع دارند که در حداقل سه پاس اعمال می شود: 30٪ گشتاور هدف، 70٪، سپس 100٪، به دنبال آن عبور نهایی در 100٪ پس از تهویه حرارتی اتصال در دمای عملیاتی. این بارگذاری تدریجی فشرده سازی یکنواخت برآمدگی را در سراسر محیط کامل واشر تضمین می کند و از له شدن بیش از حد موضعی جلوگیری می کند که مزیت برگشت فنری را از بین می برد.