Wymagania dotyczące armatury wziernikowej
Nowe przepisy, zmiany w ustawodawstwie oraz wymagania klientów sprawiają, że wymagania stawiane branży armatury przemysłowej stale rosną. Dotyczy to wszystkich rodzajów armatury wziernikowej – od wzierników przepływu, przez wskaźniki poziomu, aż po wzierniki zbiornikowe i rurowe.
Niniejszy raport przedstawia kryteria doboru elementów wzierników, stosowane rozwiązania uszczelniające oraz dwa przykłady armatury wziernikowej przeznaczonej do szczególnych obszarów zastosowań.
Wymagania przemysłowe i prawne stawiane wykonawcom oraz użytkownikom instalacji stale rosną. Skutki zmian w przepisach i wymaganiach są również odczuwalne w branży armatury przemysłowej. Zmiany w przepisach TA Luft dotyczą na przykład połączeń kołnierzowych, techniki uszczelnień, a nawet armatury wziernikowej. Zasadniczo wymagania te są uwzględniane dzięki odpowiedniej normalizacji, na przykład w przypadku wzierników zbiornikowych zgodnych z DIN 28120 (ACI Typ 320), DIN 28121 (ACI Typ 321) lub wzierników przepływu zgodnych z DIN 3237 (ACI Typ 550). Co jednak, jeśli wymagania wykonawców lub użytkowników instalacji dotyczące wydajnego, a przede wszystkim bezpiecznego monitorowania procesu wykraczają poza możliwości standardowych wzierników?
Zasadniczo dostępny jest szeroki wybór rozwiązań do monitorowania procesów. Mogą to być wzierniki zbiornikowe (np. ACI Typ 320 lub 321), wzierniki przepływu (np. ACI Typ 550 lub 530), wskaźniki poziomu (np. ACI Typ 330 lub 410) albo wzierniki rurowe (np. ACI Typ 620 lub 622) – przeznaczone do montażu kołnierzowego, wkręcania, przykręcania, a nawet wspawania lub dospawania. Standardowe wzierniki czasami osiągają jednak granice swoich możliwości. Szczególnie w zastosowaniach wysokociśnieniowych i wysokotemperaturowych, a zwłaszcza przy jednoczesnym występowaniu wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury, nie zawsze można skorzystać ze standardowego rozwiązania. Problem pojawia się również wtedy, gdy armatura jest przeznaczona do pracy z bardzo agresywnym, wybuchowym lub wyjątkowo niebezpiecznym medium. Stosując wysokiej jakości materiały, zapewniamy spełnienie wymagań dotyczących armatury wziernikowej, także w przypadku wykonań specjalnych. Przy produkcji wszechstronnej armatury szczególnie ważny jest dostęp do szerokiego wyboru komponentów i materiałów. Do istotnych elementów należą na przykład szkło, uszczelki i śruby. Aby zapewnić kompatybilność z szeroką gamą mediów, duże znaczenie ma również skład chemiczny stosowanych materiałów. Poszczególne gatunki stali nierdzewnej różnią się między sobą, a nie każdy materiał jest uniwersalnie odporny na wszystkie media. Materiały to jednak nie wszystko. Oprócz dobrego systemu zarządzania jakością i kompleksowych badań niezbędna jest również wiedza specjalistyczna umożliwiająca produkcję takiej armatury specjalnej zgodnie z obowiązującymi przepisami. Większość elementów urządzeń ciśnieniowych, takich jak wzierniki przepływu (np. ACI Typ 550 lub 530), musi zostać zaprojektowana pod względem jakości i zgodności oraz poddana kompleksowym badaniom zgodnie z dyrektywą ciśnieniową 2014/68/UE, przepisami AD 2000 i odpowiednimi normami zharmonizowanymi.
Na podstawie poniższych przykładów chcielibyśmy dokładniej przedstawić rozwiązania dostępne również dla bardziej złożonych obszarów zastosowań.
Przykład zastosowania: medium
Duży koncern chemiczny potrzebował trójdrożnego wziernika przepływu do obserwacji procesu. Wymagania były jasno określone:
- Medium: fosgen w postaci gazowej
- Zakres temperatur (TSmin/max): -20 °C / +280 °C
- Ciśnienie robocze (PSmax): 40 bar
- Średnica nominalna przyłącza: DN 150
Najważniejsze dla klienta było zapewnienie maksymalnego możliwego bezpieczeństwa przy ciśnieniu 40 bar i temperaturze 280 °C. W tym przypadku w grę wchodził wyłącznie nasz ACI Typ 590, czyli trójdrożny wziernik przepływu z dwoma otworami obserwacyjnymi.
Jako korpus zastosowaliśmy rozwiniętą wersję wysokociśnieniowego korpusu ACI Typ 590 DN 150 PN 250, przystosowaną do trzech kołnierzy z szyjką do spawania DN 150 PN 63 zgodnych z DIN EN 1092-1, typ 11. W tej konstrukcji wymienione kołnierze przyłączeniowe stanowią najsłabszy element korpusu wziernika przenoszący ciśnienie. Aby uzyskać pełne ciśnienie robocze 40 bar przy temperaturze 280 °C, konieczne było zastosowanie kołnierzy PN 63. Zgodnie z zależnością ciśnienia i temperatury określoną w DIN EN 1092-1 kołnierze te są dopuszczone i zaprojektowane do ciśnienia 43,5 bar. Aby szybko i samodzielnie określić dopuszczalne ciśnienie na podstawie temperatury, klasy ciśnienia (PN/Class) i materiału, na naszej stronie internetowej w kategorii „Tools” udostępniamy bezpłatne narzędzie do określania zależności ciśnienie–temperatura zgodnie z DIN EN 1092-1 i ASME B16.5.
Ze względu na szczególnie korzystne właściwości w kontakcie z medium jako materiał korpusu i kołnierzy wybraliśmy nierdzewną stal austenityczną 1.4539 (X1NiCrMoCu25-20-5 / 904L). Prace spawalnicze zostały wykonane przez wykwalifikowany i certyfikowany personel. W przypadku nierdzewnych stali austenitycznych konieczne jest późniejsze wytrawienie i pasywacja spoin w celu zachowania odporności na korozję. Aby spełnić wymagania bezpieczeństwa naszego klienta, wszystkie spoiny poddano stuprocentowemu badaniu radiograficznemu, a kompletnie zmontowany wziernik przeszedł odbiór TÜV wraz z wystawieniem certyfikatu 3.2. O ile klient nie określi inaczej, zakres dokumentacji jest zasadniczo zgodny z obowiązującymi przepisami AD 2000 i dyrektywą ciśnieniową. Nasze standardowe wzierniki ze szkła borokrzemianowego zastąpiliśmy metalowo zespolonymi wziernikami ze szkła borokrzemianowego.
Tylko w ten sposób mogliśmy, oprócz powiększonego okręgu podziałowego otworów, uzyskać jeszcze bardziej równomierny i wyższy nacisk powierzchniowy, niezbędny do wykonania skutecznego uszczelnienia między szkłem a korpusem, odpornego na działanie fosgenu.
Jako materiał uszczelniający wybrano novaphit® VS. Jest to uszczelka grafitowa wykonana ze wstępnie sprasowanej folii z wysokoczystego grafitu ekspandowanego (czystość > 99%). Ze względu na wymagany zakres temperatur zastosowania (-20 °C do +280 °C) nie można wykluczyć powstawania kondensatu ani kwasu solnego. Z tego powodu zrezygnowano ze stosowanej zazwyczaj w uszczelkach novaphit® wkładki wzmacniającej ze stali nierdzewnej 1.4404.
Przykład zastosowania: ciśnienie
Skontaktował się z nami duży producent samolotów i śmigłowców, poszukujący kilku wysokociśnieniowych wzierników przepływu z gwintem wewnętrznym do zastosowania w instalacji olejowej pracującej pod wysokim ciśnieniem.
Wymagania były następujące:
- Medium: olej
- Zakres temperatur (TSmin/max): -10 °C do +90 °C
- Ciśnienie robocze (PSmax): 400 bar
- Średnica nominalna przyłącza: G 1/2″
W tym przypadku mogliśmy zastosować jeden z naszych standardowych produktów: ACI Typ 522, czyli wysokociśnieniowy wziernik przepływu z gwintem wewnętrznym.
ACI Typ 522 w wersji 400-barowej został zaprojektowany do pracy w maksymalnej temperaturze 280 °C, dzięki czemu z dużym zapasem spełniał wymagania klienta. Pozwoliło nam to w krótkim terminie i bez długiego czasu oczekiwania dostarczyć klientowi wysokociśnieniowe wzierniki przepływu zgodne z jego wymaganiami i specyfikacją. W armaturze zastosowano wysokiej jakości szkła borokrzemianowe, wyprodukowane specjalnie dla ACI. Szkła specjalne, które ze względu na wysokie wymagania nie są ujęte w odpowiedniej normie, projektujemy i obliczamy dla wymaganego obszaru zastosowania na podstawie tej normy. Do projektowania takich szkieł na naszej stronie internetowej, w kategorii „Tools”, udostępniamy również bezpłatne narzędzie do doboru szkła, obejmujące wiele materiałów i kształtów.
Do wykonania korpusu zastosowano wyprodukowaną w Niemczech stal nierdzewną 1.4571 (X6CrNiMoTi17-12-2 / A316Ti), która ma doskonałe właściwości do zastosowań wysokociśnieniowych i wyróżnia się między innymi trwałością oraz odpornością na korozję. Z tego względu nie wymaga dodatkowej ochronnej powłoki lakierniczej. Jako uszczelnienie wybraliśmy novaphit® MST ze standardową technologią XP. Dzięki swoim wysokiej jakości właściwościom uszczelka ta zapewniała w przeszłości najlepsze rezultaty w naszej armaturze wziernikowej. Na poniższej ilustracji przedstawiono uszkodzone płyty wziernikowe, które zostały zamontowane przy użyciu standardowej uszczelki grafitowej dostępnej na rynku.
Ponadto standardowo stosowana jest tak zwana technologia XP, która polega na nieorganicznej pasywacji wgłębnej grafitu. Uzyskany w ten sposób efekt ma znaczenie w dwóch istotnych obszarach. Z jednej strony zwiększa się odporność grafitu na utlenianie, co pozwala uzyskać znacznie lepsze właściwości długoterminowe, szczególnie w zastosowaniach wymagających wyższych temperatur (> 300 °C). Z drugiej strony skłonność grafitu do przywierania do powierzchni uszczelniającej zostaje znacznie ograniczona lub nawet całkowicie wyeliminowana.
Pozostałości uszczelki novaphit® MST z technologią XP (ilustracja po prawej stronie) można łatwo i bez pozostawiania śladów usunąć za pomocą wilgotnej ściereczki.
Przykład zastosowania: niska temperatura i wysokie ciśnienie
Otrzymaliśmy z Norwegii zapytanie od klienta z branży rafineryjnej dotyczące wysokociśnieniowego wziernika do niskich temperatur, który musiał być przystosowany do zastosowań morskich. Należało spełnić następujące wymagania:
- Medium: CO2, olej, metan w postaci gazowej i słona woda
- Zakres temperatur (TSmin/max.): -60 °C / +150 °C
- Class / PN (PSmax): Class 900 / 150 bar (125 bar)
- Średnica nominalna przyłącza: 3″ (DN 80)
Dla naszego klienta szczególnie ważna była ochrona przed działaniem słonej wody oraz odporność na niską temperaturę wynoszącą -60 °C. W tym celu mogliśmy zastosować nasz ACI Typ 520A, czyli wysokociśnieniowy wziernik przepływu z kołnierzami ANSI.
Do wykonania korpusu wysokociśnieniowego wziernika przepływu Typ 520A zastosowaliśmy stal nierdzewną 1.4462. Dzięki swoim wyjątkowym właściwościom materiał ten jest odporny na słoną wodę, a także na CO2, olej i metan w postaci gazowej. Kołnierze przyłączeniowe 3″ Class 900, zgodne z ASME B16.5 RF, również wykonano z tego materiału. Dla zastosowanego materiału wymagany był certyfikat 3.2 wraz z potwierdzeniem przydatności. Ponadto zgodnie z kartą AD 2000 W 10 dotyczącą materiałów do niskich temperatur przeklasyfikowaliśmy wziernik z grupy obciążeń I do grupy obciążeń II. Dzięki temu wybrany materiał (1.4462), zamiast standardowo dopuszczalnej temperatury -40 °C, mógł zostać zastosowany w wymaganej temperaturze -60 °C. Ze względu na tę zmianę klasyfikacji proces spawania korpusu głównego wymagał stuprocentowego badania radiograficznego obu spoin.
Jako wziernik zastosowaliśmy specjalnie wykonane szkło borokrzemianowe, podobne do DIN 7080. Szkło to jest standardowo odporne na wymienione powyżej media i przystosowane do kontaktu ze słoną wodą. Jako materiał uszczelniający zastosowaliśmy uszczelkę grafitową novaphit® MST, ponieważ dzięki swojej specjalnej strukturze doskonale nadaje się do zastosowań wysokociśnieniowych w niskich temperaturach.
Na naszym własnym stanowisku do prób ciśnieniowych z powodzeniem przeprowadziliśmy próbę z użyciem wody w temperaturze pokojowej. Próba trwała 60 sekund i została wykonana przy ciśnieniu PN 150 bar × 1,5 (225 bar).
Planują Państwo projekt?
Możemy pomóc!
Zapraszamy do kontaktu – wspólnie omówimy, w jaki sposób możemy Państwu pomóc!