Confiabilidade de Flange de Titânio em Serviço de Alta Temperatura

Confiabilidade de Flange de Titânio em Serviço de Alta Temperatura

O calor altera quatro coisas em uma junta aparafusada, e apenas uma delas é a resistência do flange. As peças crescem, o parafuso relaxa, a junta cede e o tubo empurra o bocal. O titânio se comporta de maneira diferente do aço em todos os quatro, e principalmente a seu favor: expande menos, mantém sua resistência até cerca de 400 graus e sua baixa condutividade retarda o calor que atinge a junta. Esta página apresenta esses quatro efeitos com números e os detalhes de projeto que mantêm uma junta de alta temperatura apertada.

Dados do Flange

Comportamento Térmico Comparado

Expansão, micrômetros por m K8.612.0Crescimento de 1 m com aumento de 200 K1,72 mm2,40 mmMódulo de elasticidade, GPa110207Tensão térmica restrita a 200 Kcerca de 189 MPa cerca de 497 MPaCondutividade térmica, W por m Kcerca de 22 cerca de 50Teto de resistência útilcerca de 300 C cerca de 400 C com aço liga

A tensão restrita é o número que vale a pena lembrar. Se um duto de titânio for mantido entre duas ancoragens e aquecido em 200 Kelvin, a tensão elástica que se acumularia se ele não pudesse crescer é de cerca de 189 MPa, que um flange Gr2 pode suportar em temperatura. O mesmo duto em aço carbono acumularia cerca de 497 MPa, bem além de seu escoamento, razão pela qual tubulações de aço precisam de laços de expansão e titânio frequentemente não precisam. O corolário é que uma linha de titânio se move menos, mas empurra com mais força por grau do que o esperado se estiver restrita, portanto, as cargas de ancoragem ainda são calculadas em vez de assumidas.

Relaxamento do Parafuso é o Risco Real

Em temperatura, o parafuso cede e a junta comprime, e a junta perde a pré-carga sem que ocorra vazamento até que a carga caia abaixo do requisito de assentamento. Dois detalhes controlam isso: um material de parafuso com expansão semelhante à do flange, para que a diferença não consuma a pré-carga, e uma mola disco ou um conjunto de arruelas Belleville sob a porca, que armazena curso e mantém a carga enquanto a junta se assenta. Um reaperto a quente após o primeiro ciclo de aquecimento é prática normal em uma linha de alta temperatura, e o valor do torque é retirado do fabricante da junta para a temperatura de operação, não da folha de montagem a frio.

Juntas em Temperatura

PTFE é descartado acima de cerca de 200 graus, e a escolha se torna grafite ou uma junta espiral com enchimento de grafite. O grafite tolera a temperatura e os ciclos térmicos, mas necessita de uma tensão de assentamento maior, que o parafuso deve ser capaz de fornecer, e deve ser mantido longe de oxidantes fortes. Uma junta tipo anel é usada onde os ciclos são severos e a classe é alta, pois um anel metálico não cede como uma junta macia. Qualquer que seja a escolha, a temperatura da junta é a temperatura da face do flange, não do fluido de processo, e é por isso que o isolamento do próprio flange é às vezes especificado.

Isolamento, Pontos Frios e Temperatura de Toque

O titânio conduz calor a cerca de metade da taxa do aço carbono, portanto, um flange de titânio quente funciona mais frio em sua borda externa do que um de aço e perde menos energia, o que é uma vantagem até que a mesma propriedade crie um ponto frio em uma linha que deve permanecer acima de uma temperatura de hidrato ou cristalização. Caixas de isolamento removíveis são usadas em ambas as contagens, e em uma linha de titânio elas também protegem o lado do pessoal: a baixa condutividade significa que a superfície externa de um flange não isolado permanece quente por mais tempo após o desligamento do que o esperado.

Onde Flanges de Titânio de Alta Temperatura São Usados

Os serviços típicos são vapor superaquecido e condensado, água quente de processo, circuitos de óleo de transferência de calor, dutos de secadores e fornos, exaustão de turbinas e sistemas de flash em dessalinização, e o lado quente de reatores químicos. Em cada caso, o titânio é escolhido porque o fluido é clorado, ácido ou salino, além de quente, que é a combinação que descarta o aço inoxidável. Acima de cerca de 400 graus, a escolha passa para Gr5 ou se afasta do titânio, pois o filme de óxido cresce muito rápido e o metal começa a absorver oxigênio.

Pedido de um Flange de Alta Temperatura

Peça por padrão, pressão, tamanho, face, tipo, grau e diâmetro interno, por exemplo, DN 100, PN 16, EN 1092-1 tipo 11, Gr2, face elevada, diâmetro interno para corresponder a tubo de 114,3 por 3,6 mm, testado por UT, junta de grafite fornecida solta. Indique a temperatura de projeto e o número de ciclos, pois eles decidem o grau, a junta e se molas disco são necessárias, e indique se o flange será isolado, pois isso altera o acabamento e a marcação. Para uma linha que será analisada por tensões, solicite o certificado com a química real, pois a expansão e o módulo usados no modelo vêm do calor, não do padrão.

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