Фланці для низьких температур виготовляються з матеріалів, що пройшли випробування на ударну в'язкість і спеціально підібрані для збереження пластичності та тріщиностійкості за температур нижче діапазону, характерного для стандартної вуглецевої сталі. Коли температура падає нижче -20°F, стандартна вуглецева сталь ASTM A105 втрачає свою ударну в'язкість і стає схильною до крихкого руйнування. Низькотемпературні марки є обов'язковими для застосувань у сфері СПГ, кріогеніки та арктичних трубопроводів, де необхідно уникнути руйнування внаслідок крихкого зламу.
Що таке фланці для низьких температур?
Фланці для низьких температур — це фланці, виготовлені з матеріалів, які пройшли випробування на ударну в'язкість для перевірки їхньої тріщиностійкості за мінімальної розрахункової температури. Стандартна вуглецева сталь (ASTM A105) зазнає переходу з пластичного в крихкий стан зі зниженням температури, втрачаючи здатність поглинати енергію удару без розтріскування. Низькотемпературні марки матеріалів створюються з контрольованим хімічним складом і термічною обробкою для збереження пластичності за мінусових температур. Ці фланці регулюються стандартом ASME B16.5 з додатковими вимогами до матеріалів, зазначеними у відповідному кодексі (ASME B31.3 для технологічних трубопроводів) та в самому стандарті на матеріал.
Варіанти матеріалів
У наведеній нижче таблиці підсумовано найпоширеніші матеріали для низькотемпературних фланців та їхні мінімальні робочі температури:
| Стандарт на матеріал | Марка | Мін. розрахункова температура | Ключові характеристики | Типове застосування |
|---|---|---|---|---|
| ASTM A350 | LF2 | -50°F | Найпоширеніша низькотемпературна вуглецева сталь | СПГ, охолоджені середовища |
| ASTM A350 | LF3 | -150°F | Підвищена низькотемпературна в'язкість | Кріогенна переробка газу |
| ASTM A182 | F304L | -425°F | Аустенітна нержавіюча сталь, чудові кріогенні властивості | СПГ, рідкий азот |
| ASTM A182 | F316L | -425°F | Низьковуглецева, корозійностійка для кріогенних застосувань | Корозійне кріогенне середовище |
| ASTM A182 | F51 (2205) | -50°F | Дуплексна сталь, обмежене використання за низьких температур | Кислі гази, низькотемпературні морські застосування |
A350 LF2 є основною низькотемпературною маркою вуглецевої сталі, що забезпечує хорошу в'язкість до -50°F за помірного збільшення вартості порівняно з A105. Для холодніших середовищ до -150°F марка A350 LF3 з вищим вмістом нікелю забезпечує підвищену в'язкість. Для кріогенних температур нижче -150°F потрібні аустенітні нержавіючі сталі, такі як F304L та F316L, оскільки їхня гранецентрована кубічна кристалічна структура залишається пластичною за будь-якої температури.
Номінальні значення тиску та температури
Номінальні значення тиску та температури для низькотемпературних фланців відповідають стандартним таблицям ASME B16.5 для кожної групи матеріалів. Аустенітні нержавіючі сталі надзвичайно добре зберігають свої механічні властивості за кріогенних температур, фактично стаючи міцнішими зі зниженням температури. Номінальні значення для вуглецевої сталі значно знижуються за низьких температур, і деякі класи матеріалів можуть мати знижені характеристики нижче певних температур. Мінімальна розрахункова температура для кожного матеріалу визначається температурою кваліфікації за результатами випробувань на ударну в'язкість, а не довільними межами.
Вимоги до випробувань на ударну в'язкість
Випробування на ударну в'язкість за методом Шарпі з V-подібним надрізом (CVN) є стандартним методом перевірки низькотемпературної в'язкості. ASME B31.3 та ASME B16.5 вимагають проведення випробувань на ударну в'язкість для всіх фланців з вуглецевої та низьколегованої сталі, що використовуються за температури нижче -20°F. Випробування проводяться на зразках, узятих з готового фланця або з репрезентативних тестових зразків, які пройшли таку саму термічну обробку. Мінімальні значення енергії удару визначені в стандарті на матеріал і залежать від марки матеріалу та мінімальної розрахункової температури. Температура випробування повинна бути на рівні або нижче мінімальної розрахункової температури. Випробування на ударну в'язкість також потрібні для металу зварного шва та зон термічного впливу для зварних конструкцій.
Застосування
Низькотемпературні фланці є критично важливими компонентами на об'єктах переробки, зберігання та транспортування СПГ, де температури можуть досягати -260°F. Установки кріогенного розділення газів та зрідження повітря розділяють повітря на кисень, азот та аргон за надзвичайно низьких температур. Холодильні системи та холодні бокси на хімічних заводах працюють за низьких температур. Арктичні та субарктичні трубопровідні об'єкти стикаються з температурами навколишнього середовища, які вимагають використання матеріалів з низькою в'язкістю по всій системі. Системи для роботи з рідким азотом та рідким киснем вимагають матеріалів, які залишаються пластичними за їхніх температур зберігання.
Сертифікація та простежуваність
Звіти про випробування матеріалів (MTR) для низькотемпературних фланців повинні включати результати випробувань на ударну в'язкість із зазначенням значень поглиненої енергії для кожного випробуваного зразка. Потрібна повна простежуваність від плавки сталі до готового фланця, з маркуванням номера плавки на кожному фланці для ідентифікації. Для критичних низькотемпературних застосувань часто передбачається інспекція третьою стороною для незалежного підтвердження властивостей матеріалу. Тестування хімічного складу матеріалу методом позитивної ідентифікації матеріалу (PMI) перед монтажем забезпечує додаткову гарантію якості.
Ключовий висновок: завжди вказуйте низькотемпературні матеріали, що пройшли випробування на ударну в'язкість, для будь-яких фланцевих з'єднань за температури нижче -20°F. Використання стандартної вуглецевої сталі нижче температури її переходу в крихкий стан створює ризик катастрофічного крихкого руйнування, якого необхідно уникати за будь-яку ціну.
Потрібні низькотемпературні фланці?
Зв'яжіться з нашою інженерною командою для отримання експертної допомоги у виборі низькотемпературних фланців та підтримки з сертифікації матеріалів.
Продукція: Фланці
