Bebibir Marin Bukan Standard: Reka Bentuk, Penempaan & Kelulusan

Apabila bebibir standard menjadi tidak mencukupi

Bebibir marin standard, yang dihasilkan kepada JIS F7804 untuk tekanan nominal 5K, 10K, 16K dan 20K atau kepada ASME B16.5 untuk Kelas 150 hingga Kelas 2500, meliputi sebahagian besar perkhidmatan kapal termasuk air balast, lambung kapal, pemindahan minyak bahan api dan air tawar. Bebibir ini diisi oleh chandler dan kawasan pembaikan di seluruh dunia, dan kebolehtukarannya adalah asas logistik maritim. Walau bagaimanapun, keadaan operasi tertentu memaksa jurutera keluar dari meja bebibir standard.

Syarat pertama ialah suhu melebihi had bahan standard. Bebibir JIS 10K keluli karbon standard S25C dinilai untuk perkhidmatan antara -10°C dan 300°C . Apabila sistem pemanasan minyak terma beroperasi pada 340°C, bahan bebibir mesti dinaik taraf kepada aloi galas molibdenum seperti ASTM A182 F11 (1.25Cr-0.5Mo), yang tidak mempunyai setara JIS langsung dalam jadual bebibir standard. Bebibir kemudiannya mesti direka bentuk dari prinsip pertama, dengan ketebalan dinding dan saiz bolt dikira kepada tegasan yang dibenarkan pada suhu tinggi.

Keadaan kedua ialah ketidakserasian kimia. Talian kargo pada kapal tangki kimia yang mengendalikan asid fosforik pekat pada kepekatan 85% memerlukan bebibir dalam UNS S31254 keluli tahan karat super austenit , gred yang tidak disenaraikan dalam mana-mana piawaian bebibir marin. Dimensi bebibir boleh mencerminkan corak JIS atau ASME standard untuk kebolehtukaran dengan manifold pantai, tetapi kebolehkesanan bahan, ujian mekanikal dan rintangan kakisan mesti diperakui terhadap spesifikasi pembuatan yang dipesan lebih dahulu.

Syarat ketiga ialah kekangan ruang. Paip bilik enjin di telaga bilge di bawah sump enjin utama selalunya melalui kelegaan yang terlalu ketat untuk bebibir muka terangkat standard dengan bulatan bolt bersaiz penuh. Diameter luar bebibir mesti dikurangkan di bawah dimensi standard, memerlukan bulatan bolt bukan standard dan bolt tegangan tinggi berdiameter lebih kecil untuk mengekalkan tegasan tempat duduk gasket semasa dipasang di dalam sampul yang tersedia.

Metodologi reka bentuk dan pengiraan tegasan

Bebibir marin bukan piawai direka menggunakan kaedah Taylor Forge, dikodkan dalam Dandang ASME dan Kod Kapal Tekanan Bahagian VIII Bahagian 1 Lampiran 2, yang merupakan piawaian pengiraan yang diterima merentas semua masyarakat pengelasan utama. Kaedah ini memodelkan gelang bebibir, hab, dan paip atau cangkang yang dipasang sebagai sistem gandingan elastik, mengira tegasan yang timbul daripada pramuat bolt dan tekanan dalaman secara bebas, kemudian menggabungkannya dengan had tegasan yang sesuai.

Beban bolt di bawah keadaan tempat duduk gasket ialah daya yang diperlukan untuk memampatkan gasket kepada tegasan tempat duduk minimumnya, nilai yang diterbitkan oleh pengeluar gasket. Untuk gasket luka lingkaran dengan pengisi PTFE dan gelang luar, tekanan tempat duduk minimum biasanya 69 MPa (10,000 psi) untuk lebar gasket 12 mm. Jumlah daya bolt kemudiannya adalah hasil daripada tegasan tempat duduk ini dan kawasan sentuhan gasket. Luas keratan rentas bolt adalah bersaiz supaya tegasan bolt tidak melebihi 50% daripada kekuatan hasil minimum bahan bolt pada suhu reka bentuk , dengan elaun lanjut untuk kelonggaran rayapan gasket sepanjang 500 kitaran terma pertama.

Gelang bebibir itu sendiri diperiksa terhadap tiga kategori tegasan: tegasan tangensial pada diameter dalam gelang, tegasan jejarian pada bulatan bolt, dan tegasan hab membujur pada persimpangan antara hab dan gelang. Had yang dibenarkan, yang ditakrifkan dalam ASME Bahagian VIII Bahagian 2 untuk kapal Kelas 1 tetapi disesuaikan untuk perkhidmatan marin, adalah seperti berikut. Tegasan tangen adalah terhad kepada 1.5 kali ganda tekanan reka bentuk yang dibenarkan bagi bahan bebibir . Tegasan jejari dihadkan kepada tegasan reka bentuk asas yang dibenarkan. Keamatan tegasan gabungan pada fillet hab-ke-ring mesti kekal di bawah 1.5 kali ganda tekanan yang dibenarkan . Bebibir yang melepasi tiga cek ini dengan margin minimum 10% di bawah had dianggap memadai dari segi struktur.

Laluan kelulusan masyarakat klasifikasi

Bebibir marin bukan standard tidak boleh dipasang tanpa kelulusan yang didokumenkan daripada persatuan pengelasan kapal. Proses kelulusan berbeza daripada bebibir standard, yang diterima berdasarkan pematuhan piawaian yang diiktiraf dan sijil bahan yang sah. Bebibir bukan standard memerlukan pakej penilaian reka bentuk yang diserahkan kepada juruukur kelas untuk semakan dan pengecapan.

Pakej penilaian reka bentuk mengandungi dokumen wajib berikut:

• Lukisan dimensi bebibir, termasuk diameter luar, diameter bulatan bolt, nombor dan diameter bolt, dimensi muka dinaikkan, lebar sentuhan gasket, dan geometri hab dari muka belakang bebibir ke penyediaan kimpalan.
• Spesifikasi bahan untuk badan bebibir, bolt, nat dan gasket, termasuk standard ASTM, EN atau JIS yang berkenaan, keadaan rawatan haba dan sifat mekanikal minimum pada suhu bilik dan pada suhu reka bentuk.
• Pengiraan tegasan lengkap setiap ASME Bahagian VIII Bahagian 1 Lampiran 2 atau kaedah EN 13445-3 Klausa 11 yang setara, dengan semua nilai input dirujuk dan semua keputusan perantaraan ditunjukkan. Pengiraan mesti menunjukkan bahawa semua nisbah tegasan berada di bawah kesatuan, dengan maksimum pilihan 0.90 untuk nisbah tegasan hab untuk mengambil kira ciri pemuatan keletihan kitaran bagi getaran jentera papan kapal.
• Spesifikasi prosedur kimpalan dan rekod kelayakan prosedur untuk kimpalan yang akan menyambung bebibir ke paip, menunjukkan bahawa kekuatan dan keliatan tegangan logam kimpalan sama atau melebihi bahan asas.
• Pelan ujian tidak merosakkan, menyatakan pemeriksaan volumetrik 100% penempaan bebibir melalui ujian ultrasonik untuk ASME SA-388 Kelas A untuk bebibir melebihi 4 inci lubang nominal atau dengan tekanan reka bentuk melebihi 100 bar.

Setelah penilaian reka bentuk diluluskan, juruukur kelas menyaksikan ujian mekanikal bebibir prototaip wakil pengeluaran, termasuk ujian tekanan hidrostatik pada 1.5 kali tekanan reka bentuk yang dipegang selama sekurang-kurangnya 10 minit tanpa kebocoran yang boleh dilihat atau ubah bentuk kekal. Hanya selepas laporan ujian prototaip disahkan, bebibir pengeluaran boleh dibuat dan dicap dengan tanda pensijilan masyarakat kelas.

Pemilihan bahan untuk perkhidmatan marin yang menghakis dan kriogenik

Bahan bebibir bukan standard dipilih terhadap spesies yang menghakis, julat suhu, dan potensi interaksi galvanik dengan paip yang disambungkan dan struktur badan kapal. Jadual berikut meringkaskan gred bahan standard yang ditentukan untuk aplikasi bukan standard biasa di luar julat katalog JIS dan ASME.

Penempaan berbanding fabrikasi plat

Bebibir marin bukan standard boleh dihasilkan melalui dua laluan pembuatan yang berbeza asasnya: penempaan daripada bilet pepejal, atau pemotongan api daripada stok plat diikuti dengan pemesinan. Perbezaannya bukan kosmetik; ia secara langsung menjejaskan integriti metalurgi bebibir siap dan kesesuaiannya untuk perkhidmatan yang dimaksudkan.

Bebibir tempa bermula sebagai bilet tuangan berterusan daripada haba keluli yang ditentukan, dipanaskan kepada suhu penempaan dan bekerja dalam penekan terbuka atau penggelek gelang untuk menapis struktur bijian sebagai tuangan kepada corak aliran bijirin berterusan yang mengikut kontur bebibir. Proses penempaan mengurangkan saiz butiran purata keluli karbon daripada lebih kurang ASTM 4 hingga ASTM 7 atau lebih halus , meningkatkan kedua-dua kekuatan tegangan dan keliatan impak Charpy. Hab dipalsukan secara bersepadu, menghapuskan kimpalan lilitan yang akan menyambungkan hab berasingan ke gelang potong plat. Masyarakat klasifikasi mewajibkan pembinaan palsu untuk semua bebibir dalam perkhidmatan di atas Tekanan reka bentuk 40 bar atau di bawah -10°C suhu reka bentuk , kerana kemuluran tegangan dan sifat hentaman dalam arah ketebalan melalui plat bergulung sememangnya lebih rendah daripada penempaan.

Bebibir rekaan plat diterima dalam perkhidmatan air tekanan rendah seperti paip utama api dan balast di bawah 16 bar. Gelang bebibir adalah potong api atau potong plasma daripada stok plat, dan hab mesin dikimpal pada gelang dengan kimpalan alur penembusan penuh. Kimpalan mestilah 100% diradiografi atau diuji secara ultrasonik, dan zon yang terjejas haba mesti dirawat haba selepas kimpalan jika setara karbon plat melebihi 0.43 , untuk mengelakkan keretakan akibat hidrogen di kawasan berbutir kasar bersebelahan dengan garis gabungan. Walaupun dengan langkah berjaga-jaga ini, bebibir rekaan plat dikurangkan oleh 15% dalam tekanan yang dibenarkan berbanding dengan bebibir palsu dengan dimensi yang sama , seperti yang dinyatakan dalam peraturan fabrikasi paip kebanyakan masyarakat pengelasan.

Pemilihan gasket dan prosedur tork bolting

Reka bentuk bebibir yang tidak standard disambungkan secara tidak dapat dipisahkan dengan spesifikasi gasket dan bolting. Beban bolt yang dikira semasa reka bentuk bebibir mengandaikan bahan gasket khusus dengan tegasan tempat duduk minimum yang diketahui dan faktor gasket operasi, yang dikenali sebagai faktor "m" dalam terminologi kod ASME. Menukar jenis gasket selepas bebibir dimesin, daripada gasket luka lingkaran dengan faktor-m 3.0 kepada gasket gentian termampat dengan faktor m 2.0, mengurangkan beban bolt yang diperlukan dan seterusnya menurunkan tegasan bebibir, yang secara amnya selamat. Penggantian terbalik, memperkenalkan gasket yang memerlukan tekanan tempat duduk yang lebih tinggi, terlalu menekankan bebibir dan tidak dibenarkan tanpa penyerahan semula penilaian reka bentuk.

Urutan pengetatan bolt dan tork sasaran adalah kritikal untuk bebibir bukan standard kerana diameter bulatan bolt yang dikurangkan menumpukan beban bolt pada kawasan anulus yang lebih kecil, meningkatkan momen lentur gelang bebibir. Bolt diketatkan dalam sekurang-kurangnya tiga hantaran menggunakan urutan corak bintang. Hantaran pertama membawa semua bolt ke 30% daripada tork sasaran . Hantaran kedua meningkat kepada 60%, dan hantaran ketiga mencapai 100%. Selepas tempoh menunggu minimum selama empat jam, hantaran keempat pada tork 100% digunakan untuk mengimbangi kelonggaran rayapan gasket. Tork sasaran dikira daripada tegasan bolt reka bentuk, bukan daripada jadual tork generik, menggunakan formula yang menggabungkan diameter padang benang, pekali geseran dalam benang dan di bawah muka nat, dan faktor nat K, yang untuk stud yang dilincirkan dengan mesin basuh yang dikeraskan adalah 0.16 hingga 0.20 .

Strategi pertukaran dimensi dan alat ganti

Bebibir bukan piawai, mengikut definisi, tidak akan mengawan dengan bebibir piawai dengan saiz paip nominal yang sama melainkan bulatan bolt dan dimensi muka yang dinaikkan berlaku bertepatan. Ini mewujudkan beban alat ganti yang mesti ditangani pada peringkat reka bentuk. Lukisan isometrik perpaipan kapal dan pangkalan data pengurusan bebibir mesti membenderakan dengan jelas setiap bebibir bukan standard dengan kod pengenalan yang unik, dan sekurang-kurangnya dua bebibir ganti dan dua set gasket ganti bagi setiap saiz bukan standard mesti dibawa ke atas kapal sebagai sebahagian daripada inventori gear ganti wajib kapal.

Untuk kapal tangki kimia dan pembawa produk yang bersambung ke pancarongga pantai, bebibir bukan standard di sisi kapal mesti beralih kepada bebibir standard pada muka pembentangan manifold. Bebibir bukan standard pada talian kargo keluli tahan karat dengan diameter luar yang dikurangkan untuk mengosongkan bingkai web struktur mestilah bukan bebibir terminal yang bolt gandingan hos pantai. Sebaliknya, sekeping anak anjing dengan bebibir bukan standard pada hujung dalam dan bebibir ASME B16.5 Kelas 150 standard pada hujung sangkut memulihkan kebolehtukaran pada antara muka kapal ke pantai. Sekeping anak anjing diuji secara hidrostatik sebagai pemasangan berasingan dan dicop dengan kedua-dua kod pengenalan bebibir sebelum dipasang.

Kriteria pemeriksaan dalam perkhidmatan dan persaraan

Bebibir bukan standard tertakluk kepada selang tinjauan yang sama seperti bebibir standard di bawah kitaran tinjauan berterusan kapal, biasanya pemeriksaan visual umum setiap tahun dan pengukuran ketebalan yang lebih terperinci dan pemeriksaan tidak merosakkan pada tinjauan khas lima tahun. Tumpuan pemeriksaan adalah pada jejari fillet hab-ke-ring, yang merupakan lokasi tegasan terkira maksimum dan tapak yang paling biasa untuk permulaan retakan keletihan.

Pemeriksaan zarah magnet bagi kawasan fillet dilakukan pada bebibir bukan standard dalam perkhidmatan kitaran seperti saluran pelepasan pam kargo dan sistem penyekat wap, di mana tekanan turun naik dari sifar kepada tekanan reka bentuk lebih daripada 10,000 kitaran setahun . Sebarang petunjuk linear yang melebihi 3 mm panjang pada permukaan fillet adalah alasan untuk penolakan dan penggantian bebibir, kerana faktor kepekatan tegasan fillet lebih kurang 2.5 hingga 3.0 bermakna retakan permukaan kecil akan merambat melalui ketebalan dinding hab dalam sebahagian kecil daripada kitaran operasi seterusnya. Pengukuran ketebalan pada gerigi muka yang dinaikkan juga direkodkan; pengurangan dalam kedalaman gerigi di bawah 0.4 mm (1/64 inci) memerlukan muka bebibir dimesin semula atau bebibir diganti, kerana gerigi memberikan cengkaman mekanikal yang menghalang gasket letupan di bawah tekanan.