Calcolo delle dimensioni della flangia per un recipiente a pressione

Per definizione, un recipiente a pressione è un contenitore chiuso che immagazzina o elabora petrolio, gas e sostanze chimiche a una condizione di pressione inferiore o superiore rispetto alle condizioni di pressione esterne. Per i recipienti a pressione, le flange svolgono un ruolo cruciale nel garantire una tenuta efficace, consentendo al contempo l'ingresso delle persone per eseguire lavori di manutenzione.

Qui, il design del recipiente a pressione 2197 segue la Sezione VIII Div 1 dell'ASME che guida anche il design della flangia. Tuttavia, alcuni potrebbero richiedere l'incorporazione ANSI / ASME B16.5 per incorporare un livello di precisione richiesto. Anche se gli esperti di Yanhao utilizzano il software più recente per progettare le flange, comprendere il calcolo manuale delle dimensioni delle flange per un recipiente a pressione è sempre utile per ottenere una solida base. Cominciamo.

Comprensione di una flangia di tenuta per recipienti a pressione

Gli stakeholder di Produzione di flange cinesi sapere che ogni recipiente a pressione richiede flange di tenuta di qualità sostanzialmente elevata. Dall'elevata resistenza alla fatica alla resistenza alla corrosione, tutte queste caratteristiche resistive sono essenziali per la flangia di tenuta di un recipiente a pressione. 

In particolare, le flange di tenuta sono utilizzate nelle aperture dei contenitori pressurizzati. Queste flange di tenuta cinesi specializzate sono utilizzate anche per unire due o più recipienti, mentre sono anche utilizzate per unire tubazioni in entrata e in uscita, valvole, regolatori, ecc.

Tipi di flange di tenuta utilizzate nei contenitori pressurizzati

Di seguito è riportato l'elenco dei tipi di flange di tenuta utilizzate nei recipienti ad alta pressione.

• Flangia del collo saldata: Flange del collo selvagge sono dotati di mozzi conici per distribuire uniformemente lo stress. Inoltre, viene utilizzata una saldatura standardizzata per unire le flange alle aperture della nave.
• Flangia cieca: Questo tipo di flangia viene infine installato nella parte terminale di una nave e consente l'accesso al personale addetto alla manutenzione per lavori di riparazione, controllo guasti, regolazione, ecc.
• Flangia con giunto ad anello: Questo tipo di flangia è considerato di alto profilo in quanto accoglie guarnizioni metalliche sviluppando una giunzione metallo-metallo altamente funzionale tra due flange.

Componenti principali di una flangia di un recipiente a pressione

Di seguito sono riportati i componenti principali di una flangia per recipiente a pressione.

Faccia flangiata

Si tratta della piastra circolare in metallo o altro materiale che entra in contatto con la superficie della guarnizione, costituita da fori per bulloni e un foro più grande per collegare i tubi, l'apertura effettiva della saracinesca del recipiente, l'apertura della valvola, ecc. Il tipo di superficie della flangia varia a seconda del tipo di apertura e dei requisiti del recipiente: flangia piatta, rialzata o di tipo ad anello. 

Inoltre ci sono due tipi di facce della flangia, l'area rispettiva del foro più grande è considerata ID della faccia, mentre l'area costituita dai fori dei bulloni è nota come OD della faccia.

• Diametro interno della faccia:  Questo diametro viene misurato come il diametro effettivo dell'apertura che consente al liquido o ai gas contenuti di passare facilmente.
• Diametro esterno della faccia: Il suo diametro viene determinato considerando il numero dei fori per i bulloni, le loro dimensioni e i requisiti relativi all'integrità strutturale.

Guarnizione

Le guarnizioni sono posizionate tra la connessione di due flange o superfici e la faccia della flangia per flange a una faccia. A seconda del tipo di requisiti delle proprietà del recipiente a pressione e del materiale, il materiale di costruzione della guarnizione può variare. 

Tuttavia, in generale, il metallo ad alte prestazioni è il materiale di costruzione per la guarnizione per flange installate in un recipiente a pressione. Le guarnizioni hanno anche due ID facciali.

• Il diametro della parte interna della guarnizione è proporzionale al diametro dell'apertura del recipiente e al diametro interno della flangia.
• Il diametro esterno di una guarnizione è proporzionale al diametro esterno della superficie.

Fori dei bulloni

I fori per i bulloni risiedono sulla porzione estesa della faccia della flangia, consentendo l'installazione dei bulloni. Il numero, il diametro, lo spessore e la distribuzione dei fori dipendono dalle caratteristiche della faccia della flangia e dalla tolleranza di pressione richiesta che deve generare per garantire una giunzione ermetica.

Mozzi

Un mozzo flangiato è la porzione estesa del lato esterno della flangia. Tuttavia, i mozzi sono solitamente costruiti sulle facce cieche della flangia per fornire una migliore integrità della struttura complessiva del recipiente.

Importanza di calcoli accurati per la flangia del recipiente a pressione

Di seguito vengono illustrate le ragioni per cui è importante effettuare calcoli accurati per le flange dei recipienti a pressione.

Prevenzione delle perdite

I recipienti pressurizzati contengono petrolio, gas e sostanze chimiche che rientrano nella categoria delle sostanze pericolose. Qualsiasi perdita nel sistema di bloccaggio mediante flange porta all'inquinamento di acqua, suolo e aria. 

Quando il mondo è alle prese con un tasso di degradazione ambientale sostanzialmente elevato, un evento del genere non è affatto auspicabile. In questo caso, un calcolo accurato delle dimensioni della flangia impedisce qualsiasi perdita nelle sezioni di apertura della nave.

Sicurezza

Nei recipienti a pressione, le sostanze interne sono mantenute in una condizione di pressione diversa rispetto all'ambiente esterno. Quindi, qualsiasi disfunzione nei suoi sistemi di bloccaggio, controllo della pressione, controllo della temperatura, ecc. che utilizzano flange può far sì che il recipiente si comporti come un esplosivo. Solo dimensioni e proprietà precise delle flange possono impedire questo tipo di evento.

Integrità strutturale

Le flange nelle varie porzioni di un recipiente a pressione sono considerate critiche per il soggetto. Qualsiasi tipo di imprecisione nel calcolo delle dimensioni comporta il degrado dell'integrità strutturale del recipiente. 

Qui, il calcolo preciso della dimensione della flangia può limitare questo assicurando che il rispettivo contenitore pressurizzato sia in grado di gestire le pressioni esterne e le sollecitazioni interne imposte. La maggiore integrità strutturale assicura anche una maggiore durata del recipiente.

Conformità agli standard

Ci sono diverse specifiche standardizzate nel mondo. Alcuni paesi seguono standard come ASME o ANSI mentre altri paesi seguono standard come Din, ANSI o qualsiasi altro. A seconda delle conformità del paese, il calcolo accurato per le flange dei recipienti a pressione è un requisito fondamentale.

Efficienza operativa

Le dimensioni della flangia calcolate con precisione offrono una maggiore efficienza operativa del recipiente a pressione. Previene qualsiasi perdita di pressione e temperatura riducendo al contempo l'orientamento delle perdite. È anche utile per ridurre la frequente necessità di lavori di manutenzione e riparazione. Di conseguenza, una maggiore efficienza operativa innesca maggiori opportunità di risparmio sui costi.

Fattori di calcolo della selezione delle dimensioni della flangia

Con oltre 25 anni di esperienza nella progettazione e produzione di flange, gli esperti di Yanhao hanno identificato e desiderano condividere i principali fattori di calcolo che devono essere considerati durante la progettazione di una flangia. 

Ecco l'elenco dei fattori di calcolo influenti in conformità alle norme ASME Sec VIII Div 1 e 2 insieme ad ASME B16.5.

Misure operative dei recipienti a pressione

Pressione di esercizio, temperatura e tipo di materiale di adattamento in un recipiente a pressione sono le tre misure principali. Questi dati consentono ai progettisti di determinare il materiale di costruzione della flangia, lo spessore, il diametro interno, il diametro esterno, il numero di fori per bulloni, diametro del foro del bullone, spaziatura dei fori dei bulloni, ecc. 

Integrando accuratamente le misure operative proposte, i progettisti possono determinare facilmente la pressione di progetto della flangia, la temperatura, la tolleranza alla corrosione, la tolleranza alle sollecitazioni esterne e così via.

Materiale di costruzione del contenitore a pressione

Anche il materiale di costruzione del contenitore pressurizzato è un fattore cruciale che influenza la selezione delle dimensioni della flangia. Il materiale di costruzione del recipiente a pressione e la costruzione della flangia devono essere compatibili. 

Ad esempio, le flange dei contenitori pressurizzati realizzati in SS devono essere realizzate con materiali compatibili e utilizzare materiali da costruzione come l'alluminio non è così logico. Tuttavia, anche se un progettista lo propone, c'è una causa principale e lo spessore della faccia della flangia sarà logicamente molto alto.

Requisiti unici degli acquirenti

Di certo, un singolo impianto non si occupa di immagazzinare, elaborare o fornire petrolio, gas, sostanze chimiche e qualsiasi altro materiale pericoloso in contenitori diversi. Ciò significa che per ogni caso, impianti diversi hanno requisiti diversi. Qui, anche se c'è un impianto di alto profilo che abbraccia tutto lo stoccaggio, l'elaborazione e la fornitura di materiali menzionati, utilizza contenitori pressurizzati diversi. 

Inoltre, la pressione, la temperatura, la tolleranza alla corrosione, ecc. non sono le stesse per ogni impianto. Inoltre, gli ambienti esterni degli impianti non sono gli stessi a causa delle diverse posizioni. In sintesi, ogni impianto ha i suoi requisiti unici che devono essere considerati nel processo di calcolo accurato delle dimensioni della flangia.

Conformità alle riunioni     

Le normative relative alle specifiche ingegneristiche nel paese in cui si trova l'impianto possono variare in modo significativo, come ad esempio Flange ASME non sono le stesse delle flange ANSI. Richiede che i progettisti di flange prendano in considerazione la conformità standardizzata relativa all'ingegneria della rispettiva regione.

altri fattori

Di seguito sono riportati alcuni altri fattori influenti nella progettazione della flangia.

• Anche il carico dei bulloni ha un'influenza notevole sulla scelta delle dimensioni della flangia.
• Ci sono alcune considerazioni aggiuntive come la tolleranza alla corrosione, la tolleranza di fabbricazione, l'analisi della fatica e l'analisi dello stress termico.

Come calcolare la dimensione della flangia utilizzando codici standardizzati

Qui, spieghiamo nel dettaglio come interpretare i codici ASME relativi alla progettazione della flangia di un recipiente a pressione nel calcolo manuale. Di seguito è riportata la guida passo passo per farlo.

Fase 1: Identificazione delle condizioni operative

In questa fase, l'acquirente condivide varie informazioni con il progettista, come il materiale di stoccaggio target del rispettivo recipiente pressurizzato, la pressione operativa, la temperatura operativa, lo stress esterno e così via. In seguito, il progettista della flangia trova i rispettivi standard ASME relativi al tipo di materiale, alla pressione, alla temperatura, ecc.

Fase 02: Selezione del materiale di costruzione della flangia

Utilizzando i dati del passaggio 1, il progettista trova i materiali approvati ASME elencati in ASME B16.5. Se il materiale di stoccaggio target nel contenitore pressurizzato è corrosivo o l'ambiente esterno è altamente corrosivo, il progettista incorpora la tabella della Sezione II ASME per trovare materiali compatibili materiale flangiache può resistere a temperature e pressioni operative superiori, alla tolleranza di esercizio, alla tolleranza di fatica, ecc.

Fase 03: Selezione delle specifiche dimensionali

In questo caso, il progettista di solito incorpora la tabella di valutazione temperatura-pressione per fissare la classe di pressione. Quindi, utilizzando la classe di pressione identificata, il progettista determina la spaziatura dei bulloni, lo spessore della faccia della flangia, il diametro del foro del bullone, la coppia per il bullone, ecc. 

In questo caso, tenendo conto della corrosività, del carico ciclico, ecc., i progettisti incorporano la Sezione VIII Div 1 dell'ASME e altre sezioni rispettive per aumentare lo spessore della superficie della flangia, aumentare le dimensioni dei bulloni e così via.

Fase 04: Regolazione dello spessore della flangia

Seguendo i risultati del passaggio 03, i progettisti di flange incorporano ASME Section VIII Div 1 Appendice 2 per garantire che lo spessore della flangia selezionato sia appropriato. Inoltre, i progettisti eseguono il calcolo dello spessore della flangia utilizzando la formula menzionata in precedenza. Incorporando tutto ciò, i progettisti eseguono la regolazione dello spessore della flangia.

Fase 05: Progettazione della guarnizione

Considerando tutti i dati precedenti, il progettista sceglie la progettazione della guarnizione in questa fase. Qui, usa ASME B16.20, B16.21 e altri rispettivi per selezionare il tipo di guarnizione, il materiale, lo spessore, ecc.

Fase 06: Selezione del tipo di faccia della flangia

Sappiamo già che le flange dei recipienti a pressione hanno tre opzioni in termini di tipo di faccia della flangia. Per selezionare il tipo di faccia della flangia, il progettista incorpora ASME B16.5 se la flangia è inferiore a 24 pollici e ASME B16.47 se la flangia è più larga di 24 pollici.

Fase 07: Controllo finale

Infine, il progettista esegue un controllo finale utilizzando ASME II, ASME VIII Div 1, ASME B16.5, ASME B16.47, ecc.

Esempio di calcolo delle dimensioni della flangia

• Considerando le condizioni operative a 300 °F e 500 psi, i progettisti di flange scelgono materiali compatibili con la classificazione della flangia Classe 300.
• Per selezionare le dimensioni delle flange utilizzano la formula ASME VIII.
• Il progettista utilizza ASME B16.5 per determinare le dimensioni dei bulloni e delle guarnizioni in base alla classificazione della flangia Classe 300.
• Per incorporare la tolleranza alla corrosione richiesta vengono utilizzati gli standard ASME 16.5 e ASME B16.47.
• Finalizzazione del progetto dopo molteplici controlli incrociati da parte degli ingegneri senior.

Fattori da considerare nel calcolo delle dimensioni della flangia

• Il calcolo del diametro della flangia si basa sulla pressione di progetto, sulla temperatura di progetto, sulle proprietà del recipiente a pressione contenente il materiale, sulla portata del materiale nel recipiente e sugli standard ASME VIII più B16.5.
• La scelta del materiale e dello spessore della guarnizione deve tenere conto delle condizioni operative e delle prestazioni richieste.
• La scelta delle dimensioni e dei materiali dei bulloni dipende dal carico sul bullone e dalle condizioni operative.
• Nel caso di resistenza al carico ciclico, il calcolo delle dimensioni della flangia deve tenere conto dell'analisi della fatica.
• Se ci sono possibilità di differenze di temperatura significative, è necessaria un'analisi dello stress termico.

Conclusione

In conclusione, ci auguriamo che i potenziali acquirenti cinesi di flange per recipienti pressurizzati si avvalgano di alcune informazioni cruciali riguardanti il ​​calcolo delle dimensioni delle flange. Tuttavia, nonostante il calcolo manuale sia necessario, gli acquirenti devono utilizzare software come ANSYS, Autodesk, CAESAR II. Compress, SolidWorks, ecc.

Noi, Attrezzature per condotte Yanhao Co., Ltd. in Hebei, hanno ampia capacità di fornire soluzioni di progettazione di flange o suggerimenti di esperti sul design fornito dagli acquirenti. Cerchiamo sempre di agevolare i nostri clienti con pacchetti completi. 

Infine, suggeriamo ai nostri clienti di acquisire una conoscenza approfondita dei principi di progettazione dei recipienti a pressione per eseguire un calcolo accurato e orientato ai risultati per la progettazione delle flange.