Mặt bích thép carbon: Hướng dẫn chủng loại, công dụng và vật liệu

Trả lời nhanh

Mặt bích thép carbon là các đầu nối ống cơ khí được làm từ hợp kim sắt-cacbon, dùng để nối, bịt kín và kiểm soát dòng chảy trong các hệ thống đường ống trong các ngành công nghiệp dầu khí, hóa dầu, xử lý nước và kết cấu. Chúng được chọn vì độ bền kéo cao, khả năng chịu áp lực, hiệu quả chi phí và khả năng gia công - những đặc tính mà mặt bích bằng thép không gỉ và hợp kim không thể sánh được ở cùng một mức giá.

Mặt bích là một bộ phận cơ khí phẳng, hình đĩa có các lỗ bu lông xung quanh chu vi của nó. Nó được hàn, ren hoặc trượt vào đầu ống, van, máy bơm hoặc vòi thiết bị, sau đó được bắt vít mặt đối mặt với mặt bích giao phối - thường có một miếng đệm đặt giữa chúng - để tạo thành một khớp nối kín, chịu áp lực.

Mặt bích phục vụ bốn chức năng cốt lõi trong bất kỳ hệ thống đường ống nào:

Nối các đoạn ống không cần hàn vĩnh viễn, cho phép tháo rời để kiểm tra hoặc thay thế
Kết nối đường ống với van, máy bơm và dụng cụ tại các điểm chuyển tiếp
Bịt kín chống rò rỉ dưới áp suất và nhiệt độ cao thông qua nén đệm bu lông
Cung cấp điểm truy cập để bảo trì, làm sạch hoặc sửa đổi đường ống

Các loại mặt bích phổ biến nhất theo hình học là: Weld Neck (WN), Slip-On (SO), Socket Weld (SW), Blind, Lap Joint và Threaded. Mỗi loại được thiết kế để đáp ứng các mức áp suất, kích thước ống và yêu cầu lắp đặt cụ thể được xác định theo các tiêu chuẩn như ASME B16.5, ASME B16.47 và EN 1092-1.

Mặt bích thép carbon are specified wherever a piping system requires high mechanical strength without the premium cost of corrosion-resistant alloys. Their operating range typically covers temperatures from -29 degrees C to 425 degrees C and pressure classes from 150 to 2500 LB under ASME B16.5.

Ứng dụng mặt bích thép carbon theo ngành và tiêu chuẩn
Công nghiệp	Ứng dụng điển hình	Tiêu chuẩn chung
Dầu khí	Đường ống đầu giếng, dây chuyền xử lý nhà máy lọc dầu	ASME B16.5 / API 6A
hóa dầu	Chuyển hydrocarbon, đường cấp liệu cho lò phản ứng	ASME B16.5
Phát điện	Đường hơi, hệ thống cấp nước cho nồi hơi	ASME B16.47
Xử lý nước	Đường dây phân phối, trạm bơm	EN 1092-1 / AWWA
Kết cấu / Xây dựng	Bản đế cột, liên kết dầm kết cấu	ASTM A105 / A694
Đóng tàu	Hệ thống dằn, đường ống phòng máy	DNV / Lloyd's

Riêng về dầu khí, thép carbon chiếm hơn 70% tổng số mặt bích được sử dụng trong các hệ thống đường ống trên bờ , theo khảo sát mua sắm của ngành. Sự kết hợp giữa ASTM A105 (rèn) và ASTM A234 WPB (cấp phụ kiện) vẫn là chỉ định vật liệu thép carbon được chỉ định rộng rãi nhất trên toàn cầu.

Hàm lượng carbon - được biểu thị bằng phần trăm theo trọng lượng - là biến số xác định hiệu suất của thép carbon. Mặt bích không được làm từ một lớp duy nhất; mức carbon phù hợp phụ thuộc vào nhu cầu cơ học và phương pháp chế tạo cần thiết.

Các loại thép carbon được so sánh theo thành phần và sự phù hợp của mặt bích
Phân loại	Hàm lượng cacbon	Độ bền kéo	Tính hàn	Trường hợp sử dụng mặt bích
Thép cacbon thấp	Ít hơn 0,30%	400 – 550 MPa	Tuyệt vời	Trượt, hàn ổ cắm, hệ thống áp suất thấp
Thép cacbon trung bình	0,30% – 0,60%	550 – 850 MPa	Tốt (cần làm nóng trước)	Cổ hàn, mặt bích rèn áp lực cao (ASTM A105)
Thép cacbon cao	0,60% – 1,00%	850 MPa	Kém (dễ bị nứt)	Hiếm khi được sử dụng cho mặt bích; giới hạn ở dụng cụ đặc biệt

ASTM A105, vật liệu mặt bích bằng thép cacbon rèn chiếm ưu thế, nằm trong phạm vi cacbon trung bình với hàm lượng carbon tối đa là 0,35% và độ bền kéo tối thiểu là 485 MPa. Sự cân bằng giữa độ bền và khả năng hàn này chính là lý do tại sao nó chiếm ưu thế trong việc mua sắm mặt bích cấp áp lực từ Loại 150 đến Loại 2500.

Các loại có hàm lượng carbon thấp như ASTM A516 Gr.70 được ưu tiên khi hàn thường xuyên và phải giảm thiểu xử lý nhiệt sau hàn - phổ biến trong các kết nối mặt bích của bình áp lực và bể chứa. Thép carbon cao hầu như không có trong các thông số kỹ thuật mặt bích tiêu chuẩn do tính giòn khi chịu tải va đập và khả năng bị nứt vùng chịu ảnh hưởng nhiệt cao trong quá trình hàn.

Mặt bích bằng thép hợp kim kết hợp các nguyên tố hợp kim bổ sung - crom, molypden, vanadi, niken - ngoài thành phần sắt-cacbon cơ bản. Những bổ sung này không mang tính thẩm mỹ; họ mở ra những giới hạn về hiệu suất mà thép cacbon không thể đạt tới.

Mặt bích thép cacbon

Nhiệt độ hoạt động lên tới 425 độ C (ASTM A105)
Chi phí vật liệu thấp hơn - thường rẻ hơn 40% đến 60% so với hợp kim tương đương
Tuyệt vời machinability and weldability
Dễ bị oxy hóa và ăn mòn nếu không có lớp phủ bảo vệ
Thích hợp cho hầu hết các dịch vụ có nhiệt độ môi trường xung quanh đến trung bình

Mặt bích thép hợp kim

Nhiệt độ hoạt động lên tới 650 độ C (các loại Cr-Mo như ASTM A182 F11, F22)
Khả năng chống leo cao hơn dưới nhiệt độ cao kéo dài
Khả năng chống giòn hydro tốt hơn trong dịch vụ nhà máy lọc dầu
Chi phí cao hơn đáng kể và thời gian thực hiện dài hơn
Cần thiết cho nồi hơi nhiệt độ cao, máy xử lý nước, máy cải cách xúc tác

Các nguyên tắc thực tế trong mua sắm kỹ thuật: sử dụng mặt bích thép carbon lên đến 425 độ C và Class 2500; chỉ chỉ định thép hợp kim khi nhiệt độ hoặc quy trình hóa học yêu cầu. Việc thay thế thép hợp kim bằng thép carbon sẽ làm tăng thêm chi phí mà không mang lại lợi ích kỹ thuật và làm phức tạp quá trình xác nhận quy trình hàn.

Đây là điều mà các kỹ sư so sánh và nhóm mua sắm tranh luận thường xuyên nhất. Mặt bích bằng thép không gỉ có giá cao gấp 3 đến 5 lần so với mặt bích bằng thép cacbon tương đương — một yếu tố chi phí đáng kể cho các dự án lớn. Hiểu được mức phí bảo hiểm đó hợp lý ở đâu sẽ ngăn ngừa được cả thông số kỹ thuật quá mức và những thất bại tốn kém.

Đặc tính mặt bích thép carbon và thép không gỉ để lựa chọn kỹ thuật
Tài sản	Thép cacbon (A105)	Thép không gỉ (316L)
Chống ăn mòn	Thấp - yêu cầu lớp phủ hoặc bảo vệ cathode	Lớp oxit crom thụ động cao có khả năng tự phục hồi
Độ bền kéo	tối thiểu 485 MPa	tối thiểu 485 MPa (similar)
Nhiệt độ dịch vụ tối đa	425 độ C	870 độ C (không liên tục)
Chi phí tương đối	Tham chiếu cơ sở (1x)	Giá thép carbon gấp 3 đến 5 lần
Tính hàn	Tuyệt vời	Tốt (yêu cầu kết hợp kim loại phụ)
Phù hợp vệ sinh	Không phù hợp	Có sẵn các loại tuân thủ FDA / 3A
Kháng clorua	Rất thấp	Vừa phải (316L); cao (lớp song công)
Thuộc tính từ tính	từ tính	Lớp Austenitic không có từ tính

Chọn mặt bích thép carbon khi chất lỏng xử lý không bị ăn mòn (hydrocacbon, khí khô, hơi nước, nước trung tính), môi trường được kiểm soát hoặc được bảo vệ và tối ưu hóa chi phí là ưu tiên của dự án. Chọn mặt bích inox khi quá trình này liên quan đến axit, clorua, nước biển, chất lỏng dùng cho thực phẩm hoặc dược phẩm hoặc khi sự ăn mòn của khí quyển bên ngoài là không thể tránh khỏi và việc tiếp cận bảo trì bị hạn chế.

Một lỗi kỹ thuật phổ biến là chỉ định thép không gỉ cho hệ thống đường ống ngoài trời hướng ra biển, nơi bản thân chất lỏng không bị ăn mòn - lớp cách nhiệt bên ngoài với rào cản hơi và mặt bích bằng thép carbon đạt được tuổi thọ tương đương với chi phí thấp.

Khi chỉ định mặt bích thép carbon , ký hiệu vật liệu trên đơn đặt hàng không thể thay thế được với mô tả chung. Mỗi loại ASTM có một cửa sổ thành phần hóa học cụ thể, yêu cầu về đặc tính cơ học tối thiểu và phương pháp xử lý nhiệt được phép.

ASTM A105 — Thép carbon rèn để sử dụng ở nhiệt độ môi trường xung quanh tới 425 độ C. Loại phổ biến nhất cho mặt bích hàn cổ, mặt trượt, mặt bích hàn và mặt bích hàn ổ cắm. Năng suất tối thiểu 250 MPa, độ bền kéo tối thiểu 485 MPa.
ASTM A350 LF2 — Thép cacbon nhiệt độ thấp, đã được thử nghiệm va đập đến -46 độ C. Cần thiết cho các ứng dụng dịch vụ đông lạnh và Bắc cực.
ASTM A694 F65/F70 — Thép cacbon năng suất cao làm mặt bích đường ống. Được sử dụng trong đường ống truyền tải áp suất cao, nơi việc giảm độ dày thành ống là rất quan trọng.
ASTM A181 Cl.70 — Thép cacbon rèn đa năng dùng cho dịch vụ áp suất thấp, nhiệt độ vừa phải. Ít được chỉ định hơn A105 trong các dự án hiện đại.
EN 1092-1 P250GH — Tương đương của Châu Âu đối với mặt bích bằng thép carbon cấp bình chịu áp lực, phổ biến trong thiết kế nhà máy chế biến của Châu Âu.