Выбор и использование болтах Закрытие глава

Правильное проектирование, изготовление, монтаж и эксплуатация закрытия емкостей высокого давления необходимы для обеспечения локализации продукта, целостность и качество.

Сосуды высокого давления с болтами закрытия головой часто используются в фармацевтической, любящий и напитков, и других отраслей промышленности процесс для обработки, фильтрации и хранения. Эти суда были доступны в различных конфигурациях, которые обеспечивают гибкость в операциях и легкость осмотра, чистки и ремонта. Они часто портативных, а также, и может перевозиться с относительной легкостью на месте и из одного места.

Правильное проектирование, изготовление и монтаж системы болтами крышка корпуса имеет решающее значение для обеспечения герметичности работу. Провал закрытия может позволить чужеродного материала внутрь судна, которые могут повлиять целостности и качества продукции. Это также может привести к потере сдерживания и потенциал здоровья, безопасности и окружающей среды. Обе неисправности может иметь значительные экономические последствия.

Несмотря на потенциальные негативные последствия отказа, разработки и использования болтовых закрытия голову не всегда уделяется должное внимание. В данной статье кратко рассматриваются некоторые соображения в области разработки и использования болтовых закрытия головы до обеспечения герметичности работу.

Верхняя голова закрытия

Верхняя крышка корпуса судна должны сохранить герметичность уплотнения в течение всего цикла эксплуатации судна. Технологической среды может быть жидкость, газ, пар или смеси. Диапазон рабочих температур может варьироваться от высокой до криогенных. Как правило, внутреннее давление типов приложений считается здесь будет относительно невелика (

Способность болтовых соединений сохранить герметичность уплотнений зависит от многих факторов. В испытании данные, как правило, необходимых для обеспечения степени доверия, необходимого Tor суставов, где риск потерпеть неудачу высок.

Жизненный цикл вареной верхней крышка корпуса можно разделить на пять различных фаз:

1. дизайн

2. изготовление

3. монтаж

4. операция

5. разборки.

Фазы 3 до 5 повторяются до окончания срока службы замыкания не будет исчерпан. В следующих разделах рассматриваются соображения в области проектирования, монтажа, и эксплуатации.

Дизайн

Суда с внутренней и / или внешних максимально допустимое рабочее давление (МДРД) от 15 фунтов на квадратный дюйм и выше считаются сосуды под давлением, а также разработаны и изготовлены в соответствии с ASME Котельное и сосудов высокого давления кодекса (BPVC) Раздел VIII, раздел 1 , а в разделе VIII, Раздел 2 предусматривает альтернативные правила, которые позволяют использовать высшего дизайн интенсивности напряжений значения, если определенных критериев (1). Присоединение к BPVC могут потребоваться в соответствии с местными нормативными требованиями.

Малые суда давления определяются как "имеющие внутренний диаметр, ширина, высота сечения или диагональные не более 6 дюймов (152 мм), без ограничения по длине судна или давления". Малые суда, не предусмотренных разделом VIII.

Типичным сосуда под давлением при помощи болтового голову закрытия будет включать в себя нижней головы, корпуса и фланцевых верхней головой. Конструкция головки зависит от МДРД судна, использования, стоимости и других факторов. Соцветия могут быть коробовое, toriconical, эллипса или полусферической. Судно также может быть оснащен рубашкой для нагрева и / или охлаждения емкости. Нижней головы и корпуса, как правило, покрыты за пиджак.

Дизайн этих компонентов, установленных в ASME BP'VC. Конструкционные материалы, размеры судна, дизайн давлениях и температурах, а также другие факторы принимаются во внимание при определении необходимых толщин компонента. Тем не менее, судно голову закрытия дизайн добавляет значительные сложности системы и требует дополнительного внимания.

Дизайн рабочего цикла

При проектировании верхних закрытия голову, важно рассмотреть ожидаемого операционного цикла. Такие вопросы, как мне после, если он рассмотрел следующие вопросы:

1. Как сосуд очищается? Будет ли потенциально коррозионных материалов, он используется? Будет ли чистка он выступал под давлением и / или при повышенных температурах? Это поможет в определении соответствующих строительных материалов для судна компонентов и сортировки товаров (O-кольца и прокладки). Несовместимость может привести к коррозии и других повреждений, а также проницаемость или деградации уплотнительными кольцами.

2. Будет ли судно быть стационарными или транспортировать? Будет ли он использоваться на месте или переведены в другие места? Будет ли судно, подверженных вибрации загрузки? Self-ослабление болтов возможно, придется решать, если он не будет значительную нагрузку вибрации.

3. Каково максимальное и минимальное давление судно столкнуться? Будет ли он сосуд под давлением, езда на велосипеде? Соединение должно быть в состоянии поддерживать номинального давления. Усталость может повредить необходимо учитывать значительные циклическое изменение давления.

4. Каковы максимальные и минимальные температуры судно столкнуться? Если отличается от температуры окружающей среды, как будет этих температурах он добился? Будет ли судно подлежит температурных циклов? Соединение должно оставаться без утечек по всем температурном диапазоне. Ожидаемые градиентов температуры также будет влиять на дизайн.

5. В каком физическом состоянии будет содержание судна должно храниться? Будет инертной одеяло быть использованы, и это так, то каким образом и когда будут инертной одеяло добавить? Эти аспекты также способствовать совместному проектированию, строительных материалов и т.д. Так, например, образование льда, возможно, потребуется быть учтены при холодном tempetatures.

6. Как сосуд заполняется и опорожняется? Как часто голову закрытия необходимости он открыл? Если судно Вайль быть открыт часто, глава закрытия должен быть рассчитан на легкий монтаж и демонтаж.

Конструкции для болтовых верхней крышка корпуса в целом можно разделить на две категории: проекты шарнирный болт, а также племенной коробочка конструкций. Существует почти бесконечное число перестановок в эти проекты.

Прокладки и уплотнительные кольца также используются в затворы для достижения герметичное уплотнение. О-образные кольца предлагаем ряд преимуществ по сравнению прокладки в кипяченой закрытия головы - например, они могут быть повторно использованы, и они выполняют также в широком диапазоне условий эксплуатации. В данной статье рассматриваются проекты с использованием уплотнительными кольцами.

Swing конструкции болт

В типовую конструкцию болта качания (рис. 1a), качели болтами крепятся к фланец на судне. Болты подходят через выступы на верхней головы и гайки затягиваются с наконечниками. Ужесточили болты обеспечивают уплотнение силу. O-кольцо находится в паз обрабатывается в корпусе и / или верхней головки для уплотнения стыков. Эта канавка называется железы.

1, b показывает изменение этой конструкции, когда качели болты подрезаны на крючках приварены к судна оболочки. Качели болты зацепить верхний фланец голову и ужесточил для уплотнения стыков.

Преимущества конструкции шарнирный болт относятся: простота монтажа и демонтажа, снижение вероятности недостающих частей (рис. 1a дизайн), и более широкие допуски для фланцев перекосов. К недостаткам можно отнести необходимость индивидуальных болта / выступ конструкции и изготовления.

конструкции Стад болт

В типичной стад дизайн болт (рис. 2а), верхняя голова опускается на корпус и 2 фланцы вязка. Совместных заверяется шпильки и гайки через predrilled болт отверстия в фланцев.

2, б показано изменение этой конструкции, где судно оснащено шпильки и отверстия для болтов, являются постучал в верхней головой. Верхняя голова опускается на судно и гайки затягиваются.

Преимущества конструкции стержень болта относятся: использование легкодоступных деталей и стандартных конструкций. К недостаткам можно отнести более сложной сборки.

O-кольцо выбора

Собственные кольцом выбора имеет решающее значение для поддержания leakfree сустава. Некоторые важные физические и химические параметры O-кольца:

* Химическая совместимость

* Твердости

* Предел прочности на разрыв

* Сжатии

* Проницаемости

* Истиранию / сопротивления разрыву.

O-кольцо производители могут обеспечить физические и химические свойства своей продукции, в том числе диапазонах температур и химическая совместимость. Если информации о химической совместимости нет, тестирование может быть выполнено. Свойства некоторых общих материалов кольца приведены в таблице (2).

O-кольцо должно быть совместимо со всеми мыслимыми содержание судна, что он может вступить в контакт с, в том числе из-за нарушить условия и очистки на месте (CIP) процедур. Несовместимые O-кольца может привести к коррозии, проницаемость и утечек, влияющие на безопасность и целостность продукта. Продукт целостности особенно важно в отраслях, регулируемых продуктами и лекарствами США (FDA). O-кольцах, используемых в этих приложениях, если он нетоксичен и другие требования FDA.

O-кольцо должно также поддерживать необходимые свойства в диапазоне температур и давлений предполагаемого операционного цикла (например, они должны противостоять дробление и потери пластичности). Как правило, изменения, связанные с высокой температурой не обратимым, тогда как низкие температуры эффектов он будет отменено после потепления. Это не справедливо и при криогенных условиях (2). Изменения в кольцо физические свойства могут повлиять на целостность сустава. Например, потеря пластичности могут привести к утечке.

Кроме того, железа должна быть разработана в целях содействия надлежащему сжатия O-кольцо, и для устранения любых карманах или труднодоступных чистой щелей. Этот проект следует рассматривать весь диапазон рабочих температур.

Монтаж

методы правильности сборки которые необходимы для достижения без утечек суставов. Все части должны быть чистыми и свободными от грязи, масла и обломков. Поверхности должны быть свободны от канавки и эрозии. Темы на все гайки и коробочек должен он в хорошем состоянии, и болты должны быть достаточно длинными, чтобы обеспечить полное взаимодействие потоков. Болты должны быть затянуты в звезду или перекрестных движений.

Некоторые O-кольца считаются самовозбуждение. ASME BPVC Раздел VIII, раздел 1, Приложение 2, говорится: "Self активизации прокладки можно считать несущественным требуют количество болтовых силу производить печать. Болтинг, однако, должны быть pretightened обеспечить болт нагрузки достаточной, чтобы выдерживать htdrostatic силу конца "(1). Это pretightening силу называют предварительной нагрузки.

Собственные предварительного натяжения болтов, по затяжки или других методов до их сданные в эксплуатацию, имеет решающее значение. Преднагрузки должен быть настроен на поддержание адекватного печать в соответствии со всеми условиями, в которых в обычных условиях эксплуатации, в том числе температуры и вибрации нагрузки.

Первоначального предварительного натяжения болтов, в условиях окружающей среды напрягаемой операции, производство растяжения в болтах. Предельных случаях эксплуатационного цикла должны его во внимание при оценке адекватной преднагрузки (т.е. минимально необходимого уплотнения силы и максимально допустимой силы). Предварительная загрузка, как правило, осуществляется при комнатной температуре. Превышение преднагрузки, особенно с использованием метода с высокой изменчивостью, может привести к чрезмерной болтов, при повышенных температурах в течение нагрева из-за температурных градиентов. С другой стороны, недостаточной предварительной нагрузки может привести к потере преднагрузки за счет сокращения тепловых при низких температурах. В любом случае, совместное целостность может быть нарушена.

Анализ ASME BPVC из болтами фланцевого соединения должны быть проведены для определения минимального преднагрузки болт в условиях окружающей среды для обеспечения надлежащего уплотнения. Раздел VIII, раздел 1, Приложение 2 настоящего Кодекса, "Правила для болтовых соединений Фланец с кольцевого типа Прокладки," содержит соответствующих положений. Предельных случаях должны затем быть оценены, чтобы определить, если это преднагрузки достаточных на протяжении всего цикла эксплуатации.

Обратите внимание, что не будет отдыха преднагрузки в эксплуатации из-за сочетания ряда факторов, в том числе пластической деформации. Большинство эта релаксация происходит вскоре после закрытия введен в эксплуатацию. Преднагрузки потери из-за этого отдыха он может достигать 10% от фактической преднагрузки (3). Трудно предсказать, преднагрузки потери, а также операционные данные, необходимые для количественного эффекта. Другие факторы, влияющие на преднагрузки, включая слабые взаимодействия нить, крупногабаритных или низкорослые отверстия для болтов, а из-линии гайками и болтами.

Затяжка болтов часто используется для предварительной загрузки применить. Затяжка болтов является неточной средств предварительного натяжения болтов и могут быть значительные изменения от болта до болта. Это связано с несколькими факторами, в том числе изменения коэффициента трения между гайкой и болтом. Неопределенности, связанной с момента измерения преднагрузки может быть как ± 35% (3). Например, затяжки до 50 футов на фунт может привести к целому ряду 32,5 до 67,5 футов на фунт.

Правильное сжатие кольца необходимо также поддерживать совместные целостности в течение всего рабочего цикла. Это требует применения конкретных O-кольцо сжатия данных, в том числе воздействием приложенной предварительной нагрузки и температурные градиенты на сжатие и отношения между преднагрузки, фланец расстояние щели и уплотнение сжатия.

Первоначальная загрузка болта должна быть указана сопротивление внутренних сил давления, а также дать соответствующие сжатия на уплотнительное кольцо. Сжатия на 10-30%, как правило, рекомендуется обеспечить адекватное уплотнения. Превышение преднагрузки может привести к "нижнего предела", или "металл-металл. Когда это происходит, фактические преднагрузки, с которыми сталкиваются O-кольцо является неопределенным. Превышение преднагрузки может также повредить уплотнительное кольцо и фланцы.

Усилие, необходимое для создания требуемого сжатия зависит от нескольких факторов, в том числе "физические свойства материала манжеты, размеры поперечного сечения, конфигурация уплотнения сечение, размеры железы сечения, печать физического сдерживания, степени сжатия, а линейное расстояние сжатия "(4).

Если судно охлаждается и хранится при низких температурах, преднагрузки, будут потеряны, поскольку контракт болтов. Preload также может быть потеряно с ростом температуры. Потеря преднагрузки может привести к недостаточной печатью. Рассмотрение должно быть уделено градиент температуры между судном компонентов и дифференцированного сокращения материалов, так как это будет влиять на напряженность в суставе. (5).

Существует несколько вариантов для поддержания адекватного уровня загрузки во время нагревания или охлаждения судна:

* Увеличение преднагрузки на ambienbt условиях

* Настроить преднагрузки, как охлаждение / обогрев прогрессирует

* Изменить дизайн в целях недопущения гибели преднагрузки.

В зависимости от конструкции голову закрытия и эксплуатационного цикла, первый вариант может привести к податливость болтов, дробление O-кольцо, и / или других повреждений.

Вторым вариантом является нежелательным по нескольким причинам. Продолжение корректировки болт напряженности может привести к повреждению болтами голову закрытия. Есть также обучения, снабжения и повторяемость проблем с преднагрузки повторное в течение охлаждения или нагрева. Например, было бы необходимо, чтобы облегчить преднагрузки, когда потепление судно обратно до комнатной температуры, чтобы избежать перенапряжения.

Некоторые подходы, которые можно выполнить третий вариант. Использование альтернативных болта натяжения методы с меньшей изменчивости могут обеспечивать дополнительную уверенность в том, что адекватное печать сохраняется в течение всего рабочего цикла. Альтернативный болт tensionmg методы включают в себя (3):

* Гидравлический натяжитель

* Преднагрузки указанием шайбы

* Ультразвуковых измерительных приборов

* Болт удлинение измерения

* Инструментальной болтов.

Бельвиль шайбы или аналогичные компоненты также могут обеспечить экономически эффективный подход для поддержания преднагрузки ходе температуры цикла. Бельвиль шайбы (рис. 3), конические пружины диска, настроить с тепловыми изменения сохранить набор преднагрузки. Шайбы могут быть объединены в различные последовательности для достижения желаемого ответа. Отметим, что использование шайб Бельвиля также может увеличить изменчивость в предварительной нагрузки. Факторы, которые следует учитывать при выборе системы включают в необходимой степени точности и повторяемости. простота использования, и расходы (первоначальные и периодические).

Процесс судов в фармацевтической и еды и напитков часто используют сантехническая арматура зажим для подключения технологических линий, приборов и т.д., к судну. Также важно поддерживать на достаточном уровне, предустановленной на этих соединений в течение рабочего цикла. Live нагрузки орехи могут быть использованы на эти зажимы, чтобы сохранить набор преднагрузки.

Операция

В зависимости от критичности совместных целостности, затвор напряжения должны быть проверены после того, судно находится в эксплуатации. Это может быть необходимо для меньшим риском услуг. Некоторые факторы, которые влияют на работоспособность и совместных судно один раз в сервис, обсуждаются ниже.

Вибрация рыхления

Суда, которые перевозятся с места на место или иным образом, подверженных вибрации могут испытывать ослабление болтов и потери преднагрузки. Санитарные установки орехи зажим также опыт аналогичных ослабление и потеря преднагрузки. Суда, которые уже пережили потерю преднагрузки за счет тепловых эффектов особенно чувствительны к вибрации рыхлением.

Сил о совместных, таких, как за счет дифференциального тепловых эффектов, также может привести к смещению суставных поверхностей и коробочка рыхлением. Оценки преднагрузки потери из-за вибрации параллельно оси болта диапазоне до 40%, тогда как преднагрузки потери за счет поперечной вибрации дальности до 100% (5).

Надежный механизм сохранения может свести к минимуму вибрации и ослабление какого-либо влияния на закрытие головного судна. Суда, если он закреплен в целях устранения движения и удара. Функции чтобы уменьшить вероятность ослабления вибрации включают в себя:

* Повышение преднагрузки болт

* Установка вибрации увлажняющего колодки

* Использование замок крепеж

* Использование вибростойкий шайбы (например, Бельвиль шайбы).

Последние два варианта, будет влиять на определение преднагрузки, и которые должны быть приняты во внимание в этом анализе. Вибрации исследования с использованием accelcrometers при различных компонентов судно может быть выполнены, чтобы определить наличие значительных проблем вибрации.

Коррозии и других механизмов повреждения

Сосуды высокого давления для фармацевтической и еды и напитков не был рассчитан с коррозию, как коррозия не является желательным качеством продукции Tor. Тем не менее, хороший дизайн позволит запас прочности между номинальной толщины стенки и минимальной толщины к ответственности за незначительные потери стены.

Коррозия может возникнуть, особенно в трещинах или под расстроенным или ненормальное состояние (например, при посторонних веществ, непреднамеренно ввели или судно должным образом не вспыхнул после очистки). Поверхностей из нержавеющей стали также подлежат rouging. Внутренних поверхностей судов могут возникнуть механических повреждений, таких как выбоины и вмятины. Эти поврежденные участки, как правило, шлифовке и полировке, что приводит к удалению от толщины стенки. Эта стена устранение последствий службы судна и руководитель закрытия.

Программа судна инспекции он может использоваться для контроля толщины стенок и отслеживать ремонтные уменьшить толщину стенки. Программа должна включать в себя сбор измерения толщины в области ремонта и сравнив их с минимальной толщины, чтобы обеспечить достаточное давление, сохраняющий возможность сохраняется. Ультразвуковой контроль толщины (ЕТТ) или других технологий для измерения толщины компонент может быть использован.

O-кольца также подвержены деградации, коррозии и механических повреждений, влияющих на герметичность соединения. О-образные кольца следует отказаться и заменить в случае повреждения или когда в конце их ожидаемого срока службы не будет исчерпан.

Усталость

Давление судов часто подвергаются изменения давления (внутренние и внешние), температуры и вибрации. Суда должны быть направлены на сопротивление максимальная и минимальная ожидаемых значений. Тем не менее, отмена и меняющихся условий места переменного напряжения на суда, о котором говорится как усталость нагрузки. Усталость определяется как "процесс совокупный ущерб в благоприятной среде, который вызван пульсирующая нагрузок" (6).

Судна (и болтами) жизни голову замыкания ожидаемой при циклических нагрузках может быть оценен после ASME VIII BPVC Отдел два требования. Районы, расположенные вокруг сопла области концентрации напряжений, и должны рассматриваться в рамках анализа.

Обратите внимание, что температурные напряжения в тонкостенных сосудов, таких как считается здесь, как правило, незначительна.

Заключение

Правильное проектирование, изготовление и монтаж системы судна болтами голову закрытия имеют решающее значение для обеспечения соответствия продукции, качества и сдерживания. Система голову закрытия должен он разработан в соответствии с соответствующих кодексов и стандартов, а также дизайн должен рассмотреть весь ожидаемый цикл. Анализ преднагрузки, необходимых для обеспечения совместной целостности также должны быть выполнены, чтобы продемонстрировать, что преднагрузки не будут потеряны в результате теплового или вибрации эффектов. Числа переменных, влияющих на способность сохранять без утечек суставов. Пристальное внимание на всех этапах жизненного цикла закрытия будет обеспечивать целостность и совместное утечки работу.

ЛИТЕРАТУРА

1. Американское общество инженеров-механиков ", ASME Котельное и сосудов высокого давления кодекс, статья VIII. Отдел 1 и раздел 2, 2004 Editioin (с 2006 дополнений)", ASME, New York, NY (rev. 2006).

2. Корпорация Parker Hannifin, "Parker O-Ring Справочник". Каталог ORD 5700A/US, Parker Hannifin корпорации, Кливленд, Огайо (2001).

3. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, "Критерии Предустановленное Болты," НАСА Документ NSTS 08307. Редакция, НАСА, Хьюстон, штат Техас, с. 3-7 и 3-8 (6 июля 1998).

4. Parker Hannifin Корпорация ", ParFab Дизайн руководство" Документ

5. Бикфорд, JH, "Введение в дизайн и поведение болтовых соединений", третье издание, Marcel Dekker, Нью-Йорк, NY. с. 483-531 (1995).

6. Barsom, J, М., ST Ролф, "Разрушение и усталость контроля в структурах", второе издание, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, стр. 223 (1987).

JOHN C. BIRKMIRE, возможная ошибка

TAI (Тоерджи

JOHN C. BIRKMIRE, PE, является руководителем проекта и главный инженер TAI (Тоерджи и Associates, Inc., 11459 Cronhill д.ф.-м.н., Suite, Owings Миллс, MD 21117, телефон: (410) 356-3108 x239: Электронная почта : <a href="mailto:jbirkmire@taiengineering.com"> jbirkmire@taiengineering.com </ A>). Он создан, внедрен и осуществляется целый ряд программ механической целостности в различных секторах рынка, в том числе фармацевтической, пищевой, аэрокосмической и химической промышленности. Он имеет степень магистра в области химического машиностроения Джонса Хопкинса университет, является API-510 сертифицированных сосудов высокого давления инспектора, а также является зарегистрированным профессионального инженера в штате Мэриленд и Пенсильвания. Эта статья основана на знаниях, полученных в то время как автор был нанят общей физики корпорации

Промышленные биотрансформаций, второе издание

Что нового

Понимание Кристаллизация и Кристаллизаторы

Продукт Digest: Тема месяца: теплообмен

Сокращение рисков бизнеса с CMS

Разработка стандартов безопасности для Пилотные установки

Некрологи

Ежегодный Айше Встреча в Сан-Франциско, Калифорния, 12 ноября - 17, 2006

Некрологи: Герберт Эпштейн (1959 - 2006)

Некрологи: JOHN C. Джубин, младший (1915 - 2006)

Некрологи: Михаил Михайлович ABBOTT (1938 - 2006)

"Un-Nerving" Производство на Западной стороне железного занавеса