Jaka jest różnica między kołnierzami klasy 300 i klasy 600? Wartości ciśnienia, specyfikacje i zastosowania

Kołnierze są kluczowymi elementami systemów rurociągowych, umożliwiającymi bezpieczne połączenie rur, zaworów i innego sprzętu. Zrozumienie różnic między kołnierzami klasy 300 i klasy 600 jest niezbędne dla inżynierów i specjalistów ds. zaopatrzenia. 

W tym artykule porównano te dwie klasy kołnierzy na podstawie wartości ciśnienia, specyfikacji i zastosowań. Takie informacje pomogą w dokonaniu właściwego wyboru dla Twojego systemu lub firmy.

Różnice w wartościach ciśnienia

Klasa ciśnienia kołnierza określa jego zdolność do wytrzymywania ciśnienia wewnętrznego w określonych temperaturach. Zarówno klasa 300, jak i klasa 600 są regulowane przez normy ASME B16.5 dotyczące kołnierzy. Definiują one ich maksymalne dopuszczalne wartości ciśnienia roboczego.

Maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze

• Klasa 300: 740 psi przy 100°F
• Klasa 600: 1480 psi przy 100°F

Oceny te odzwierciedlają zdolność każdego kołnierza do radzenia sobie z ciśnieniem w standardowych temperaturach. Wyższe wartości znamionowe dla ANSI 600 sprawiają, że nadaje się do wymagających zastosowań.

Szczegółowe wymiary kołnierza ASME B16.5>>>

Współczynniki obniżające temperaturę

Limity ciśnienia i temperatury kołnierza zależą od wzrostu temperatury. Na przykład:

• Kołnierz klasy 300 może wytrzymywać obniżone ciśnienie w podwyższonych temperaturach w porównaniu z temperaturą pokojową.
• Specyficzne dla materiałów krzywe podane w normie ASME B16.5 dla kołnierzy pomagają inżynierom w szacowaniu wpływu obniżenia parametrów znamionowych.

Wpływ gatunku materiału

Materiał kołnierza znacząco wpływa na wartości ciśnienia. Specyfikacje kołnierzy ze stali węglowej są powszechne, ale w ekstremalnych warunkach mogą być konieczne stopy wysokiej jakości.

Efekty temperatury

Temperatura ma znaczący wpływ na parametry kołnierza, dlatego należy ją dokładnie przemyśleć.

Wartości ciśnienia w podwyższonych temperaturach

Podczas gdy kołnierze klasy 300 są odpowiednie dla systemów o umiarkowanej temperaturze, kołnierze klasy 600 radzą sobie z trudniejszymi warunkami. Wynika to z ich wyższej tolerancji ciśnienia i temperatury.

Maksymalne dopuszczalne temperatury

Skład materiału określa górną granicę temperatury kołnierza. Na przykład stal węglowa wytrzymuje temperatury do około 800°F, zanim będzie wymagać alternatywnych stopów.

Krzywe obniżania wartości znamionowych dla poszczególnych materiałów

Przy wyborze pomiędzy kołnierzami klasy 300 i klasy 600 kluczowe jest zrozumienie, jak parametry ciśnienia maleją wraz ze wzrostem temperatury. 

Inżynierowie polegają na krzywych obniżania wartości znamionowych, aby przewidzieć wydajność kołnierzy w różnych temperaturach, zapewniając bezpieczną pracę. Poniżej znajduje się tabela porównawcza ilustrująca, w jaki sposób wartości ciśnienia znamionowego dla kołnierzy ze stali węglowej i stali nierdzewnej 316 różnią się między tymi dwiema klasami w różnych zakresach temperatur.

Charakterystyka fizyczna

Konstrukcja fizyczna kołnierza ma wpływ na jego zastosowanie i kompatybilność.

Różnice wymiarowe

Kluczowe czynniki przy porównywaniu wymiarów kołnierzy klasy 300 i klasy 600:

• Grubość kołnierza:Grubość kołnierza zwiększa się wraz z klasą oceny, aby wytrzymać wyższe ciśnienie. Na podstawie norm ANSI/ASME, oto przybliżone minimalne grubości kołnierzy ze stali węglowej: Klasa 300: ~1,38 cala i Klasa 600: ~2,12 cala
• Średnica okręgu śrub i liczba otworów na śruby: Kołnierze o wyższej wartości znamionowej wymagają większej liczby śrub i większego okręgu śrub, aby skutecznie rozłożyć naprężenia. Poniżej przedstawiono przykładowe specyfikacje dla kołnierzy NPS 6:

• Wymiary twarzą w twarz:Wymiary twarzą w twarz również nieznacznie różnią się między klasami, aby dostosować się do wymagań wydajnościowych. Na przykład:

Klasa 300 (NPS 6): 1/16 cala 

Klasa 600 (NPS 6): 1/4 cala

Wymagania materiałowe

• Minimalne gatunki materiałów: Kołnierze klasy 300 i klasy 600 są zazwyczaj wykonane z następujących materiałów, wybranych ze względu na ich zdolność do wytrzymywania określonych warunków pracy:

1. Stal węglowa (np. ASTM A105)

• Tolerancja ciśnienia: Do ~1480 PSIG dla klasy 600 w temperaturze otoczenia.
• Tolerancja temperatury: Nadaje się do temperatur od -20°F do ~800°F.
• Powód zastosowania: Ekonomiczne i szeroko dostępne; odpowiednie do zastosowań w niskich i średnich temperaturach i ciśnieniach.

2. Stal nierdzewna 316 (np. ASTM A182 F316)

• Tolerancja ciśnienia: Do ~1440 PSIG dla klasy 300 i ~2750 PSIG dla klasy 600 w temperaturze otoczenia.
• Tolerancja temperatury: Dobrze sprawdza się w temperaturach od -150°F do ~1500°F.
• Powód zastosowania: Doskonała odporność na korozję i tworzenie się osadów w wysokich temperaturach, co czyni produkt idealnym do stosowania w środowiskach, w których występują substancje chemiczne i wysokie temperatury.

3. Stal stopowa (np. ASTM A182 F22)

• Tolerancja ciśnienia: Porównywalna ze stalą nierdzewną o podobnych parametrach.
• Tolerancja temperatury: Wytrzymuje ekstremalne temperatury do ok. 1200°F.
• Powód zastosowania: Wysoka wytrzymałość i trwałość w wymagających środowiskach, w tym w tych o dużej częstotliwości cykli termicznych.

• Rozważania metalurgiczne

1. Kontrola składu chemicznego: Zapewnia spójną mieszankę stopów, aby zapewnić jednolite właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności i wytrzymałość. Na przykład kołnierze ze stali węglowej utrzymują niską zawartość węgla (<0,35%), aby zrównoważyć spawalność i wytrzymałość, podczas gdy stal nierdzewna zawiera chrom (~16-18%) w celu zapewnienia odporności na korozję.
2. Integralność strukturalna: Skup się na wielkości ziarna i rozkładzie faz, uzyskanym poprzez precyzyjną obróbkę cieplną, aby zapobiec awarii pod obciążeniami cyklicznymi. Kołnierze często przechodzą normalizację lub hartowanie i odpuszczanie w celu udoskonalenia struktur ziarna, zwiększając ich odporność na naprężenia i rozszerzalność cieplną.

• Specyfikacje obróbki cieplnej

Obróbka cieplna kołnierzy obejmuje normalizację, wyżarzanie lub hartowanie i odpuszczanie. Proces zależy od materiału. Kołnierze ASTM A105 są normalizowane w temperaturze ~1650°F w celu poprawy wytrzymałości. 

Kołnierze ze stali stopowej są hartowane w celu zmniejszenia naprężeń. Ścisła kontrola temperatury zapobiega odkształcaniu lub innym wadom. Stal nierdzewna może wymagać wyżarzania w roztworze w temperaturze ~1900°F w celu przywrócenia odporności na korozję.

• Protokóły testowania materiałów

Testy mechaniczne zapewniają, że kołnierze mogą wytrzymać oczekiwane obciążenia. Testy obejmują wytrzymałość na rozciąganie, granicę plastyczności i testowanie udarności. 

Na przykład kołnierz Class 600 ASTM A182 F316 musi mieć wytrzymałość na rozciąganie co najmniej 515 MPa i granicę plastyczności 205 MPa. Badania nieniszczące (NDT), takie jak metody radiograficzne lub ultradźwiękowe, wykrywają wady wewnętrzne. 

Badanie twardości potwierdza pomyślną obróbkę cieplną. Producenci muszą dostarczyć certyfikaty badań materiałów (MTC) i spełniać normy ASME B16.5 lub API 6A.

Konsekwencje finansowe

Kołnierze o wyższych parametrach ciśnienia, np. klasy 600, są z reguły droższe ze względu na wymagania materiałowe i złożoność produkcji.

Kołnierze klasy 600 są droższe ze względu na materiały wyższej jakości, zwiększoną objętość materiału i złożoność produkcji. Materiały premium, takie jak ASTM A182 F316, mogą kosztować 20–30% więcej, ponieważ oferują wytrzymałość i odporność na korozję potrzebną do zastosowań wysokociśnieniowych. Kołnierze klasy 600 wymagają grubszych ścianek, większych średnic zewnętrznych i większej liczby otworów na śruby, co skutkuje do 50% większym wykorzystaniem materiału niż w przypadku klasy 300. 

Ponadto, ściślejsza dostępność materiałów, dłuższe terminy realizacji i precyzyjne tolerancje obróbki zwiększają koszty produkcji. Obszerne obróbki cieplne i rygorystyczna kontrola jakości dodatkowo zwiększają ich cenę premium.

Koszty materiałów

• Dostępność surowców:Mniejsza dostępność materiałów wysokiej jakości zwiększa koszty.
• Wymagania dotyczące objętości:Większe serie produkcyjne mogą obniżyć koszty jednostkowe, ale są mniej powszechne w przypadku klas specjalistycznych.

Zagadnienia instalacyjne

1. GWymagania dotyczące asket

Uszczelki kołnierzowe klasy 300 i klasy 600 różnią się znacząco pod względem wymagań dotyczących ciśnienia i temperatury:

• Klasa 300:Zazwyczaj wykorzystuje się miękkie uszczelki, takie jak guma lub materiały niemetalowe, odpowiednie do niższych ciśnień i temperatur.
• Klasa 600:Wymaga uszczelek o wysokiej wydajności, takich jak uszczelki z grafitu sprężonego z wkładką ze stali nierdzewnej lub ekspandowanego PTFE, zaprojektowanych tak, aby wytrzymywać wyższe ciśnienia i temperatury.

Wytyczne dotyczące montażu: Zawsze używaj nowej uszczelki, upewnij się, że jest prawidłowo wyśrodkowana między kołnierzami, a także, że jest czysta i nieuszkodzona, aby zapobiec wyciekom i zapewnić odpowiednie uszczelnienie.

2. Specyfikacje śrub

Wymagania dotyczące śrub różnią się znacząco w przypadku kołnierzy klasy 300 i klasy 600, aby dostosować je do wyższych wartości ciśnienia:

• Liczba śrub:Kołnierze klasy 600 często wymagają większej liczby śrub w celu równomiernego rozłożenia większych naprężeń.
• Średnica śruby:Dla kołnierzy klasy 600 zwykle stosuje się większe średnice śrub, aby wytrzymywały większe obciążenia.
• Klasa śruby:Śruby klasy 600 wykonane są z mocniejszych, poddanych obróbce cieplnej gatunków, takich jak ASTM A193 klasy B7, w porównaniu do śrub niższej klasy stosowanych w klasie 300.

3. Wymagania dotyczące momentu obrotowego

Wymagania dotyczące momentu obrotowego rosną wraz z wyższymi klasami kołnierzy ze względu na grubsze kołnierze i mocniejsze uszczelki. Prawidłowe zastosowanie momentu obrotowego zapewnia szczelność uszczelnienia:

• Proces stosowania momentu obrotowego: Dokręcaj śruby na zasadzie gwiazdy lub krzyża, stopniowo zwiększając moment obrotowy, aby zapewnić równomierne ciśnienie.
• Konkretne wartości momentu obrotowego:Kołnierze klasy 600 często wymagają o 25–50% większego momentu obrotowego niż kołnierze klasy 300, w zależności od rozmiaru śruby i rodzaju uszczelki.
• Po instalacji: Po osiągnięciu przez układ temperatury roboczej należy ponownie sprawdzić i dokręcić śruby, aby wyeliminować wszelkie rozluźnienie lub ściśnięcie uszczelek.

Wytyczne dotyczące aplikacji

Wybór pomiędzy klasą 300 a klasą 600 zależy od warunków eksploatacji.

Zastosowania klasy 300

• Układy o umiarkowanym ciśnieniu
• Standardowe rurociągi procesowe
• Ogólne zastosowanie przemysłowe
• Warunki świadczenia usług wspólnych

Zastosowania klasy 600

• Systemy wysokiego ciśnienia
• Usługi procesów krytycznych
• Ciężkie warunki pracy
• Wymagania dotyczące specjalnych usług

Dlaczego warto wybrać firmę LONGAN do obsługi kołnierzy?

LONGAN jest zaufaną marką w produkcji kołnierzy, oferującą niezrównane wykonanie i zaawansowaną technologię, aby sprostać różnorodnym wymaganiom dotyczącym rurociągów.

Nasze zalety produkcyjne

• Elastyczna produkcja dostosowuje procesy w celu zapewnienia efektywności i szybkiej realizacji dostaw.
• System zarządzania 6S utrzymuje wiodące w branży standardy jakości i środowiska pracy.
• Zoptymalizowane spotkania przedprodukcyjne zapewnić perfekcyjną realizację, zwiększając jakość, produktywność i zadowolenie klienta.

Do wszystkich potrzeb związanych z kołnierzami klasy 150, klasy 300 lub ANSI 600, LONGAN gwarantuje niezawodne, wysokiej jakości rozwiązania. Niezależnie od tego, czy są to standardowe komponenty, czy niestandardowe wymagania, zapewniamy stabilne połączenia dostosowane do Twojego systemu rurociągów.

Pozwól LONGAN zostać Twoim partnerem w budowie bezpiecznej i wydajnej infrastruktury rurociągowej!

Odniesienie

1. Eksperymentalne badanie szczelności 16-calowego kołnierza klasy 300 RFWN z zewnętrznym momentem zginającym i bez niego; George Bibel, T. Fath i W. Palmer; 2001 (https://www.researchgate.net/publication/291440904)
2. Analiza elementów skończonych naprężeń kontaktowych połączeń kołnierzowych klasy 600; Min-Young Lee, Doo-Hyung Jeong i Byung-Tak Kim; 2017 (https://www.researchgate.net/publication/312078397)