Design de flange de titânio de alta tensão para petróleo e gás

Projeto de Flange de Titânio de Alta Tensão para Petróleo e Gás

Uma flange em serviço de petróleo e gás de alta pressão não é dimensionada pela parede do tubo. Ela é dimensionada pela carga do parafuso necessária para manter a junta apertada e, em seguida, verificada para que o cubo e o anel não se deformem o suficiente para descarregar esse parafuso. É por isso que uma flange Classe 900 é muito mais pesada do que a pressão sozinha exigiria, e por que o trabalho de projeto se concentra em três áreas: a junta, o parafuso e a rigidez do cubo. Esta página apresenta essas verificações para flanges de titânio e as escolhas de material que as acompanham.

Dados da Flange

As Quatro Verificações por Trás do Desenho

Assentamento da juntaVazamento na montagem antes da pressãoCarga do parafuso na tensão de assentamento da junta escolhidaCarga operacionalVazamento sob pressão e movimento térmicoCarga do parafuso com a força final hidrostática adicionada Tensão do cubo e do anel Cedência da flange na face elevada Tensão longitudinal e tangencial contra a permitida Rigidez da flange Rotação que descarrega o parafuso Limite de deflexão, mais rigoroso quanto maior a classe

A sequência importa. A junta é escolhida primeiro, porque uma junta espiral e uma junta anelar precisam de cargas de assentamento muito diferentes, e o parafuso é escolhido em segundo lugar, porque sua área de tensão deve fornecer a maior das duas cargas com margem. Só então a flange é verificada: uma flange de titânio tem uma tensão permitida maior do que uma de aço carbono na mesma classe, mas um módulo de elasticidade menor, portanto, ela se deforma mais sob a mesma carga de parafuso. Essa é a armadilha em um projeto de titânio, e é por isso que uma flange não pode ser simplesmente copiada de um desenho de aço com o material alterado.

Junta Anelar e Serviço de Alta Classe

Acima da Classe 900, a face de junta anelar é usual, pois um anel metálico em uma ranhura usinada é tolerante à pressão e à ciclagem térmica que destruiriam uma junta macia. As dimensões da ranhura e o anel são adquiridos de acordo com o padrão, e a flange é então verificada quanto à profundidade da ranhura em relação à altura do anel: uma ranhura muito profunda permite que o anel toque o fundo e a junta vaze, não importa o quão apertados os parafusos sejam puxados. Flanges de titânio para serviço de junta anelar são usinadas a partir de forjados com material suficiente para que a ranhura possa ser cortada após o teste ultrassônico, não antes dele.

Serviço Ácido e Grau 7

O sulfeto de hidrogênio úmido é a condição que decide se Gr2 ou Gr5 podem ser usados. O titânio resiste à trincagem por sulfeto melhor do que a maioria dos aços, mas a rota aceita em petróleo e gás é especificar Gr7, que é Gr2 com 0,12 a 0,25 por cento de paládio, e certificar a química e a dureza contra NACE MR0175 para a pressão parcial declarada. O paládio aumenta o potencial de corrosão em ácido redutor e mantém o filme passivo intacto onde o hidrogênio está presente, e é o grau que uma especificação de serviço ácido esperará ver no certificado.

Fadiga, Vibração e Juntas Subaquáticas

Uma flange de superfície vê ciclos de pressão e uma flange subaquática vê flexão da risca e da linha de fluxo, portanto, a verificação de fadiga é no colo de solda em vez de no anel. O colo de solda é onde a seção muda, e uma transição abrupta, um rebaixo na solda ou uma marca de esmerilhamento se tornam a origem da trinca. Juntas subaquáticas adicionam mais dois itens: proteção catódica, porque uma flange de titânio acoplada a uma estrutura de aço concentra a corrente de proteção no aço e pode fragilizar o titânio se o potencial for levado a um valor muito negativo, e isolamento térmico, porque uma flange de titânio conduz calor para a água do mar e um ponto frio convida à formação de hidratos.

Parafusos, Juntas e Isolamento Galvânico

Os parafusos são de aço, não de titânio, pela mesma razão que em qualquer junta de pressão: um parafuso de titânio agarra e seu torque não é repetível. Onde uma flange de titânio encontra uma flange de aço, uma junta isolante e arruelas isolantes quebram o acoplamento para que a flange de aço não seja acionada como um ânodo pelo titânio muito mais nobre. A carga do parafuso é calculada com a junta, o torque é aplicado em padrão estrela em três passagens, e o valor é registrado, pois uma junta que é reapertada com um valor diferente após um vazamento não será aceita pelo operador.

Pedido para Petróleo e Gás

Peça por padrão, classe, tamanho, face, tipo, grau e furo, por exemplo, 6 polegadas Classe 900, ASME B16.5, junta anelar, colo de solda, Gr7 para NACE MR0175, furo para corresponder a tubo de 168,3 por 7,11 mm, testado por UT, certificado 3.1. Adicione a pressão e temperatura de projeto, o tipo de junta, se o serviço é ácido e os limites de impacto ou dureza exigidos, pois esses decidem o grau e o tratamento térmico, e uma flange que está correta em dimensão, mas errada em grau, não pode ser corrigida no local.

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