Výroba bezševových nerezových oceľových potrubí pre prevádzku pri zvýšených teplotách

Správne rozostupy podpôr zabraňujú prehýbaniu, vibrovaniu alebo opotrebovaniu systému rúr z nehrdzavejúcej ocele. Najčastejšie používané referenčné dokumenty sú MSS SP-58 a MSS SP-69, ktoré definujú materiály, návrh a postup inštalácie závesov pre rúry. Jedna špecifická záležitosť týkajúca sa nehrdzavejúcej ocele je tu dôležitá: modul pružnosti austenitickej nehrdzavejúcej ocele je približne o 10–15 % nižší ako u uhlíkovej ocele, preto sa pri rovnakom rozpätií výraznejšie pretína a tabuľky rozostupov vypracované pre uhlíkovú oceľ nie sú pre nehrdzavejúcu oceľ konzervatívne. Ak k tomu pridáme tepelné posuny a potrebu zabrániť priamemu kontaktu medzi nehrdzavejúcou a uhlíkovou oceľou, návrh podpôr sa stáva skutočnou inžinierskou úlohou. Spoločnosť Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. odporúča svojim zákazníkom plánovať podpory už od začiatku s ohľadom na tuhosť, teplotu a galvanickú izoláciu.

Prečo nehrdzavejúca oceľ vyžaduje väčšiu pozornosť ako uhlíková oceľ
Ohyb spôsobený vlastnou hmotnosťou závisí od rozpätia, zaťaženia, momentu zotrvačnosti a modulu pružnosti materiálu. Austenitické nehrdzavejúce ocele majú hodnoty približne 193–200 GPa, zatiaľ čo u uhlíkových ocelí sú tieto hodnoty približne 205–210 GPa. Keďže ohyb je nepriamo úmerný modulu pružnosti, rovnaká rúrka pri rovnakom rozpätí sa v prípade nehrdzavejúcej ocele ohybá výraznejšie. Ak sa prenesie tabuľka vzdialeností podpor pre uhlíkovú oceľ priamo na nehrdzavejú oceľ, môže sa ohyb nehrdzavejúcej rúrky prekročiť bežný limit ohybu, ktorý sa zvyčajne stanovuje približne na 2,5 mm medzi podporami, aby sa zachoval sklon na odvodnenie a zabránilo sa tvorbe stojacej vody.
Nerezová oceľ sa tiež často uvádza s tenším stenovým profilom ako uhlíková oceľ pri rovnakom tlaku, pretože jej pevnosť a korózna rezerva sa vypočítajú inak. Tenší stenový profil zníži moment zotrvačnosti a zvýši priehyb. Nižší modul pružnosti v kombinácii s tenším stenovým profilom znamená, že rozpätia z nerezovej ocele by mali všeobecne byť kratšie ako ekvivalentné rozpätia z uhlíkovej ocele, alebo je potrebné rúru explicitne skontrolovať vo vzťahu k limitom priehybu a napätia namiesto použitia všeobecných tabuliek.

Pokyny týkajúce sa vzdialenosti podpôr a ich použitia
Štandard MSS SP-69 uvádza maximálne vzdialenosti podpôr pre vodorovné priame úseky podľa menovitého priemeru a druhu prepravovaného média, pričom rozlišuje vodné služby od plynových alebo parných služieb, pretože potrubia naplnené kvapalinou majú vyššiu hmotnosť. Tieto hodnoty predpokladajú rovnomerne rozložené zaťaženie a kombinovaný limit ohybového napätia a priehybu. Pre nerezovú oceľ sa publikované vzdialenosti podpôr považujú za východiskový bod, pričom je potrebné overiť priehyb alebo mierne skrátiť rozpätia, aby sa kompenzoval nižší modul pružnosti.

Tieto hodnoty zodpovedajú vzoru MSS SP-69 pre oceľové rúry so štandardnou stenou; pre tenkostenné nerezové rúry ich znížte alebo potvrďte kritérium priehybu 2,5 mm pri prevádzkovej teplote. Zaťaženia sústredeného typu, ako sú uzávery, príruby a meracie stanice, vyžadujú podporu umiestnenú čo najbližšie k zaťaženiu, nie podľa tabuľky pre rovné úseky. Vertikálne stúpačky vyžadujú vodiace prvky na kontrolu bočného posunu a nosnú podporu v blízkosti základne.

Správa tepelného pohybu
Nerezová oceľ sa rozpína viac ako uhlíková oceľ. Austenitické triedy majú koeficient tepelnej rozťažnosti približne 16–18 mikrometrov na meter a stupeň C, čo je približne o 40–50 % vyššie ako u uhlíkovej ocele (približne 12). Austenitická potrubná úsek dĺžky 30 m zohriaty o 200 °C sa môže predĺžiť približne o 100 mm, preto musí byť systém podpory navrhnutý tak, aby umožnil potrubiu pohyb, pričom stále nesie vlastnú hmotnosť. Bežný prístup spočíva v pevných ukotveniach na vybraných miestach, axiálnom posúvaní potrubia cez vodiace prvky, ktoré bránia bočnému pohybu, a kompenzácií tepelnej rozťažnosti pomocou expanzných slučiek alebo pružnosti samotnej trasy.
Nesprávne umiestnenie ukotvení a vodidiel spôsobuje prenos veľkých tepelných zaťažení do prípojok zariadení alebo vyvoláva vybočenie potrubia. Podpery pre posúvajúce sa potrubie vyžadujú povrchy s nízkym trením a odolné voči korózii; pružinové alebo konštantné zavesenia sa používajú tam, kde by vertikálny tepelný pohyb inak odľahčil tuhé zavesenie.

Vyhnúť sa kontaktu s uhlíkovou oceľou a medzerám
Jemná, no bežná príčina predčasného zlyhania je priamy kontakt medzi nerezovou rúrkou a podperami z uhlíkovej ocele. Železo prenesené z upínacej svorky, U-klincu alebo nosníka sa zabuduje do povrchu nerezovej ocele a hrdzavie, čím sa miesto kontaktu mení na štrbinu, kde sa koncentrujú chloridy a začína sa bodová alebo štrbinová korózia. Riešením je izolácia rúrky od železných podpier pomocou podložiek z nerezovej ocele alebo nekovových materiálov, elastomérových alebo PTFE vložiek alebo lepených ochranných opotrovných podložiek a zabránenie uchyteniu sa vlhkosti v mieste kontaktu.
Vibrácie zhoršujú opotrebovanie v miestach podpory. Ak potrubie prenáša čerpadlá alebo zdvihové zariadenia, alebo ak je pravdepodobná vibrácia spôsobená tokom, zmenšenie vzdialenosti medzi podperami zvyšuje vlastnú frekvenciu a zníži riziko rezonancie, zatiaľ čo tlmiace svorky obmedzujú fretting. Každý tvrdý bod, ktorý umožňuje rúrke trenie kovu o kov, postupne ztenčí stenu, preto ochranné vložky zároveň chránia pred koróziou aj pred opotrebovaním.

Vibrácie, vodiace prvky a kotviace body v praxi
Podporové vzdialenosti tiež určujú prirodzenú frekvenciu systému. Pri dlhších rozpätí je väčší ohyb a kmitajú pri nižších frekvenciách, čo je bližšie k budiacemu pôsobeniu rotujúcich strojov; skracovanie rozpätí je preto priamym spôsobom odladenia kmitajúceho potrubia. Vodiace prvky zabraňujú bočnému rozkmitávaniu a kotvy určujú miesta, kde sa absorbuje tepelné rozťažovanie. Súdržný návrh sa prejavuje ako reťaz kotiev, vodidiel a nosných podpôr tak, aby každé rozpätie spĺňalo svoj limit ohybu, každý bod zaťaženia bol podopretý a každý tepelný posun mal definovanú cestu.

Praktická kontrolná zoznam
Navrhnúť nehrdzavejúce oceľové podpery s limitom priehybu približne 2,5 mm namiesto kópiovania rozpätí z uhlíkovej ocele a znížiť vzdialenosť medzi podperami pre tenkostenné výrobky. Umiestniť podpery vedľa ventilov, prírub a iných miest so sústredeným zaťažením. Poskytnúť kotvy, vodiace prvky a flexibilitu na kompenzáciu vyššej tepelnej rozťažnosti austenitických tried. Izolovať potrubie od podpier z uhlíkovej ocele pomocou netekutých alebo nehrdzavejúcich podložiek, aby sa zabránilo vniknutiu železných častíc, štrbinovej korózii a opotrebovaniu vibráciou. Wenqiang dodáva bezšvíkové a zvárané nehrdzavejúce potrubie v požadovaných triedach a hrúbkach stien, pričom poskytuje rozmerové a materiálové osvedčenia, aby sa potrubie zhodovalo s inžinierskymi predpokladmi použitými pri návrhu vzdialeností podpier.

Často kladené otázky
Q: Prečo potrebuje nehrdzavejúce oceľové potrubie menšiu vzdialenosť medzi podperami ako potrubie z uhlíkovej ocele?
A: Austenitická nehrdzavejúca oceľ má modul pružnosti približne o 10–15 % nižší ako uhlíková oceľ a často sa dodáva s tenším stenovým profilom, preto pri rovnakej rozpätí dochádza k väčšiemu ohybu. Použitie tabuliek rozostupov určených pre uhlíkovú oceľ môže prekročiť bežnú medznú hodnotu ohybu 2,5 mm.
Q: Ako zabrániť korózii v miestach podpory potrubia?
A: Izolujte nehrdzavejúce potrubie od uhlíkových oceľových svoriek a nosníkov pomocou netekutých alebo nehrdzavejúcich opierok alebo vložiek z PTFE. Tým sa zabráni zabudovaniu železa, odstráni sa štrbina, v ktorej sa koncentrujú chloridy, a zároveň sa zníži opotrebovanie spôsobené vibráciami.

Ak potrebujete bezševné alebo zvárané nehrdzavejúce potrubie vyhovujúce vašim požiadavkám na podporu a ohyb, kontaktujte spoločnosť Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. na čísle +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/