تصنيف ضغط شفة التيتانيوم: دليل اختيار الضغط ودرجة الحرارة والفئة

مقدمة

قد يكون اختيار شفة التيتانيوم بناءً على فئة الضغط فقط مضللاً، وذلك لأن تصنيف ضغط شفة التيتانيوم يتغير بتغير درجة حرارة التشغيل ومواصفات المادة والمعايير المطبقة. وإذا تم تجاهل هذه العوامل، فقد ينتهي بك الأمر باختيار الشفة الخاطئة لظروف تشغيل نظامك.

ما هو تصنيف الضغط لشفة التيتانيوم؟

أ شفة التيتانيوم pressure rating is the maximum pressure the flange is allowed to handle at a specified temperature, material, and pressure class. It is not one fixed pressure for every condition. For example, if a flange can handle 500 psi at 100°F, you cannot assume it can still handle 500 psi when the temperature rises to 500°F.

قد يكون الضغط المسموح به أقل عند درجات الحرارة المرتفعة. لهذا السبب، لا يُشير الرقم الموجود في فئة الضغط إلى الضغط الدقيق الذي يمكن أن تتحمله الشفة. على سبيل المثال، لا تُصنّف شفة من الفئة 300 ببساطة على أنها مصممة لتحمل 300 رطل لكل بوصة مربعة. يجب عليك التحقق من تصنيف الضغط ودرجة الحرارة الذي ينطبق على مادة الشفة ودرجة حرارة التشغيل.

كيف يتم تحديد تصنيف ضغط شفة التيتانيوم؟

لتحديد الضغط الذي يمكن أن تتحمله شفة التيتانيوم بأمان، تتضافر عدة عوامل لتحقيق ذلك. لا يمكنك اختيار فئة ضغط بمعزل عن غيرها والافتراض أنها ستناسب جميع التطبيقات. فيما يلي تفصيل لبعض العوامل التي تحدد تصنيف ضغط شفة التيتانيوم.

درجة مادة التيتانيوم

تتوفر حواف التيتانيوم في درجات مختلفة, وتُعدّ الدرجة مهمة عند الحاجة إلى تحديد تصنيف الضغط المناسب. على سبيل المثال، عادةً ما يُزوّد المصنّعون شفة من التيتانيوم من الدرجة الثانية و التيتانيوم من الدرجة 5 تُصنع الفلنجات وفقًا لمواصفات ASTM B381. لذا، يجب أن تتطابق قيمة التصنيف مع مواصفات فلنجة التيتانيوم التي تختارها، بدلاً من اعتبارها تصنيفًا عامًا لجميع أنواع التيتانيوم.

درجة حرارة التشغيل

يمكن أن تؤدي درجة الحرارة إلى تقليل الضغط الذي تتحمله الشفة. على سبيل المثال، قد لا تتحمل شفة تتحمل ضغطًا قدره 600 رطل لكل بوصة مربعة عند درجة حرارة 200 فهرنهايت درجة حرارة أعلى تبلغ حوالي 500 فهرنهايت درجة حرارة. لهذا السبب، من المهم التحقق من تصنيف الشفة بناءً على درجة حرارة النظام الفعلية بدلاً من استخدام قيمة درجة حرارة الغرفة.

فئة الضغط

تُوفّر فئة الضغط نقطة انطلاق لاختيار الشفة. تشمل فئات ASME B16.5 الشائعة 150، 300، 400، 600، 900، 1500، و2500. لا يعني رقم الفئة أن الشفة قادرة على تحمّل هذا الضغط تحديدًا بوحدة رطل لكل بوصة مربعة (psi). بدلاً من ذلك، يُستخدم رقم الفئة مع المادة المناسبة ودرجة الحرارة المُصنّفة لتحديد الضغط المسموح به.

حجم وتصميم الفلنجة

يجب أن يتوافق حجم وتصميم الشفة مع المعيار المطبق. يحدد معيار ASME B16.5 أبعاد الشفاه والوصلات ذات الشفاه، ولكل نوع من أنواع الشفاه أبعاده الخاصة. لذا، تأكد دائمًا من أن حجم الشفة ونوعها وفئة الضغط تتوافق مع نظام الأنابيب والمعيار المطبق.

تصنيف الضغط ودرجة الحرارة

يجمع تصنيف الضغط ودرجة الحرارة هذه العوامل معًا. فهو يحدد أقصى ضغط تشغيل مسموح به لمادة معينة وفئة ضغط محددة عند درجة حرارة معينة. لذا، فإن مقارنة هذا التصنيف مع الضغط ودرجة الحرارة الفعليين لنظامك تساعدك على تحديد ما إذا كانت شفة التيتانيوم المختارة مناسبة للتشغيل المقصود.

جدول تصنيف الضغط ودرجة الحرارة لشفة التيتانيوم

تصنيف ضغط ودرجة حرارة شفة من التيتانيوم من الدرجة 5

درجة الحرارة بالفهرنهايت	الفئة 150 (رطل لكل بوصة مربعة)	الفئة 300 (رطل لكل بوصة مربعة)	الفئة 400 (رطل لكل بوصة مربعة)	الفئة 600 (رطل لكل بوصة مربعة)	الفئة 900 (رطل لكل بوصة مربعة)	الفئة 1500 (رطل لكل بوصة مربعة)	الفئة 2500 (رطل لكل بوصة مربعة)
من -20 إلى 100	275	720	960	1440	2160	3600	6000
200	230	600	800	1200	1800	3000	5000
300	205	540	720	1080	1620	2700	4500
400	190	495	660	995	1490	2485	4140
500	170	465	620	930	1395	2330	3880
600	140	435	580	875	1310	2185	3640
650	125	430	575	860	1290	2150	3580
700	110	425	565	850	1275	2125	3540
750	95	415	555	830	1245	2075	3460
800	80	405	540	805	1210	2015	3360
850	65	395	530	790	1190	1980	3300
900	50	390	520	780	1165	1945	3240
950	35	380	510	765	1145	1910	3180
1000	20	320	430	640	965	1605	2675
1050	20	310	410	615	925	1545	2570
1100	20	255	345	515	770	1285	2145
1150	20	200	265	400	595	995	1655
1200	20	155	205	310	465	770	1285
1250	20	115	150	225	340	565	945
1300	20	85	115	170	255	430	715
1350	20	60	80	125	185	310	515
1400	20	50	65	95	145	240	400
1450	15	35	45	70	105	170	285
1500	10	25	35	55	80	135	230

 

تصنيفات ضغط شفة التيتانيوم حسب الفئة

تتوفر حواف التيتانيوم في عدة فئات ضغط، تشمل الفئات 150، 300، 400، 600، 900، 1500، و2500. وتعتمد الفئة المطلوبة على متطلبات درجة الحرارة والضغط لنظامك. توضح البيانات أدناه بيانات حواف التيتانيوم من الدرجة 5، وذلك لمقارنة بعض الفئات المذكورة في الجدول أعلاه.

الفئة 150

الفئة 150 هي الحد الأدنى لفئات الضغط في معيار ASME B16.5 التي يغطيها هذا النطاق. بالنسبة للتيتانيوم من الدرجة 5، يوضح جدول الضغط ودرجة الحرارة أعلاه قيمة 275 رطل لكل بوصة مربعة من -20 إلى 100 درجة فهرنهايت، و170 رطل لكل بوصة مربعة عند 500 درجة فهرنهايت، مما يُبين سبب عدم اختيار شفة من الفئة 150 بناءً على رقم الفئة فقط.

الفئة 300

يُوفر نظام الفئة 300 ضغطًا مسموحًا به أعلى قليلًا من نظام الفئة 150 في ظل نفس الظروف. يُبين الجدول ضغطًا قدره 720 رطلًا لكل بوصة مربعة عند درجات حرارة تتراوح بين -20 و100 درجة فهرنهايت، و465 رطلًا لكل بوصة مربعة عند 500 درجة فهرنهايت. إذا كان نظامك يعمل عند درجة حرارة أعلى، فتحقق من تصنيف الضغط عند تلك الدرجة بدلًا من الاعتماد فقط على تصنيف الفئة 300.

الفئة 600

صُممت الفئة 600 لتحمل ضغطًا أعلى من الفئتين 150 و300. وبحسب البيانات نفسها، يبلغ الضغط المسموح به 1440 رطلًا لكل بوصة مربعة عند درجات حرارة تتراوح بين -20 و100 درجة فهرنهايت، و930 رطلًا لكل بوصة مربعة عند 500 درجة فهرنهايت. مع ذلك، لا يزال من الضروري التحقق من درجة حرارة التشغيل قبل اعتبار هذه الفئة مناسبة.

الفئة 900

توفر الفئة 900 تصنيف ضغط أعلى بكثير مقارنةً بالفئة 600 في ظل نفس ظروف درجة الحرارة. تبلغ القيم 2160 رطل لكل بوصة مربعة من -20 إلى 100 درجة فهرنهايت، و1395 رطل لكل بوصة مربعة عند 500 درجة فهرنهايت. مع ذلك، يجب تحديد الضغط المسموح به فعليًا من تصنيف الضغط ودرجة الحرارة المناسب.

الفئة 1500

عندما يتطلب نظام الأنابيب فئة ضغط عالية جدًا، يُنصح باستخدام الفئة 1500. تشير البيانات إلى ضغط يصل إلى 3600 رطل لكل بوصة مربعة عند درجات حرارة تتراوح بين -20 و100 درجة فهرنهايت، و2330 رطل لكل بوصة مربعة عند 500 درجة فهرنهايت. مع ذلك، لا يعني هذا أن جميع شفة التيتانيوم من الفئة 1500 تتمتع بهذه التصنيفات الدقيقة؛ إذ يجب أن تتطابق مواصفات المادة ودرجة الحرارة مع جدول التصنيف.

الفئة 2500

تُعدّ الفئة 2500 أعلى فئة ضغط مُغطاة بمعيار ASME B16.5 لأحجام الفلنجات ضمن نطاقه. يُبيّن الجدول ضغطًا يصل إلى 6000 رطل لكل بوصة مربعة عند درجات حرارة تتراوح بين -20 و100 درجة فهرنهايت، و3880 رطل لكل بوصة مربعة عند 500 درجة فهرنهايت. يقتصر معيار ASME B16.5 على فلنجات الفئة 2500 ذات القطر الاسمي من 1/2 بوصة إلى 12 بوصة، لذا يجب التحقق من المقاسات ومتطلبات المعيار.

المعايير والمواصفات الخاصة بشفة التيتانيوم

عند اختيار شفة من التيتانيوم، يحدد المعيار المتطلبات التي يجب أن يستوفيها المنتج. قد تظهر هذه المعايير الثلاثة في بحثك، وهي: تصنيف الضغط، ومواصفات المواد، وأبعاد الشفة. مع ذلك، لا تنطبق جميعها على شفاه التيتانيوم بنفس الطريقة.

معيار ASME B16.5

يُعدّ معيار ASME B16.5 المعيار الرئيسي لفحص حواف التيتانيوم ضمن نطاق المقاسات المحددة. ويشمل هذا المعيار تصنيفات الضغط ودرجة الحرارة، والمواد، والأبعاد، والتفاوتات، والعلامات، والاختبارات، ووصلات الحواف للأقطار الاسمية من 1/2 بوصة إلى 24 بوصة. كما يغطي الفئات من 150 إلى 1500، بالإضافة إلى الفئة 2500 للأقطار الاسمية من 1/2 بوصة إلى 12 بوصة. عند فحص تصنيف ضغط حافة التيتانيوم، يجب أن تتطابق المادة المستخدمة وفئة الضغط مع متطلبات المعيار.

ASTM B381

يُعدّ معيار ASTM B381 مواصفةً للمواد وليس معيارًا لتصنيف ضغط الفلنجات. وهو يغطي التيتانيوم و سبيكة التيتانيوم تحدد الشركة المصنعة للمطروقات متطلبات مثل التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية للدرجات المحددة. فعلى سبيل المثال، تُدرج شركة تيتانيوم إندستريز حواف التيتانيوم من الدرجة الثانية وفقًا لمعياري ASTM B381 F2 وASME SB-381.

يُعدّ هذا التمييز مهمًا عند فحص الفلنجة. يُشير معيار ASTM B381 إلى مادة التيتانيوم المستخدمة في التشكيل، بينما يتناول معيار ASME B16.5 أبعاد الفلنجة وتصنيفها من حيث الضغط ودرجة الحرارة. لذا، ينبغي التحقق من كلا المعيارين عند تحديد المنتج وفقًا لهذين المعيارين.

ASME B16.47

يغطي معيار ASME B16.47 حواف الصلب ذات الأقطار الكبيرة من NPS 26 إلى NPS 60. ويتضمن تصنيفات الضغط ودرجة الحرارة، والمواد، والأبعاد، والتفاوتات، والعلامات، والاختبار، مع فئات تصنيف من 75 إلى 900. ولأن نطاقه يقتصر تحديدًا على حواف الصلب ذات الأقطار الكبيرة، فلا ينبغي تقديمه كمعيار لحواف التيتانيوم العادية.

إذا كان المشروع يتضمن شفة تيتانيوم كبيرة القطر، فلا تفترض أن المعيار B16.47 ينطبق لمجرد أن الشفة كبيرة. تحقق أولاً من المادة المحددة للمشروع ومعيار التصميم المطبق.

كيفية اختيار تصنيف الضغط المناسب لشفة التيتانيوم

يبدأ اختيار تصنيف الضغط المناسب بدراسة ظروف تشغيل نظامك. عليك التحقق من الضغط ودرجة الحرارة التي تتحملها الشفة، ثم مطابقة هذه الظروف مع درجة التيتانيوم، وفئة الضغط، والحجم، والتصميم، والمعيار المطبق. إليك بعض الخطوات التي يجب عليك اتباعها لاختيار تصنيف الضغط المناسب لشفة التيتانيوم لنظامك.

تحديد ضغط التصميم

ابدأ بفحص أعلى ضغط يُتوقع أن تتحمله الشفة في ظل ظروف نظام الأنابيب لديك. لا تستخدم ضغط التشغيل العادي وحده إذا كان النظام مُعرضًا لضغط أعلى أثناء بدء التشغيل أو الإيقاف أو أي ظرف آخر متوقع. يجب أن يُمثل ضغط التصميم أقصى ضغط ودرجة حرارة مُتوقعة للمكون.

تحديد درجة حرارة التصميم

عند اختيار تصنيف ضغط شفة التيتانيوم لنظامك، حدد أعلى درجة حرارة تتوقع أن تتعرض لها الشفة عند الضغط المصمم. هذا مهم لأن الضغط المسموح به قد يتغير بتغير درجة الحرارة. لذا، يجب عليك التحقق من التصنيف عند درجة الحرارة المناسبة.

تأكد من درجة التيتانيوم

يجب التأكد من درجة التيتانيوم ومواصفات المادة بدقة قبل اختيار فئة الضغط. تُورَّد حواف التيتانيوم بدرجات مختلفة، بما في ذلك الدرجة 2 والدرجة 5، ويحدد المصنّعون هذه الدرجات بشكل منفصل. تأكد من أن تصنيف الضغط يتوافق مع مواصفات المادة المستخدمة.

اختر فئة الضغط المناسبة

بمجرد معرفة ضغط التصميم ودرجة الحرارة والمادة، استخدم جدول تصنيف الضغط المناسب لاختيار فئة الضغط التي تلبي الشروط المطلوبة. لا تفترض أن رقم فئة الضغط يمثل نفس الضغط بوحدة رطل لكل بوصة مربعة (psi).

تحقق من حجم وتصميم الشفة

تأكد من المقاس الاسمي للشفة، وقطرها الداخلي، ونوعها، وسطحها، ومتطلبات أبعادها الأخرى وفقًا للمعايير المطبقة ووصلة الأنابيب الخاصة بك. نوصي بالتحقق من تفاصيل مثل دائرة البراغي، وعدد الثقوب، وسُمك الشفة، ومتطلبات الحشية أو السطح قبل الاختيار.

تحقق من المعيار المطبق

تأكد من أن الشفة تتوافق مع الأبعاد القياسية المطلوبة لنظامك. على سبيل المثال، يغطي معيار ASME B16.5 تصنيفات الضغط ودرجة الحرارة وأبعاد الشفة ضمن نطاقه، بينما يغطي معيار ASTM B381 المشغولات المطروقة من التيتانيوم وسبائك التيتانيوم. يجب أن تتطابق معايير المواد والأبعاد مع المواصفات التي تحتاجها.

ضع في اعتبارك بيئة التشغيل

وأخيرًا، يجب عليك التحقق من الظروف التي ستتعرض لها الشفة أثناء التشغيل. فالسائل المستخدم، وظروف التآكل، ودرجة الحرارة، وغيرها من متطلبات التشغيل، كلها عوامل تؤثر على نوع التيتانيوم ومواصفات الشفة المطلوبة.

الأسئلة الشائعة

ماذا يحدث إذا تعرضت شفة من التيتانيوم لضغط أعلى من تصنيفها؟

إذا قمت بتعريض شفة من التيتانيوم لضغط أعلى من تصنيفها المسموح به، فقد تتعرض الشفة ووصلتها لإجهاد زائد مما قد يتسبب في تشوه دائم أو تسرب الحشية أو تشققها أو حتى فشل الشفة.

هل تؤثر مادة البرغي على تصنيف الضغط لشفة التيتانيوم؟

نعم. قد تؤثر مادة البراغي على قدرة تحمل الضغط لوصلة ذات حافة من التيتانيوم إذا لم توفر البراغي قوة تثبيت كافية للحفاظ على إحكام غلق الحشية أثناء التشغيل. لذلك، يجب التأكد دائمًا من أن الحافة والبراغي والحشية والوصلة مناسبة كمجموعة متكاملة للضغط ودرجة الحرارة المقصودين.

ما الفرق بين تصنيف ضغط الشفة وضغط التصميم؟

تصنيف ضغط الشفة هو أقصى ضغط مسموح به يمكن أن تتحمله الشفة عند درجة حرارة معينة ومجموعة مواد وفئة ضغط وفقًا للمعيار المعمول به.

 

أما ضغط التصميم، فهو الضغط المستخدم لتصميم نظام الأنابيب أو مكوناته وفقًا لظروف التشغيل المقصودة. ببساطة، يُعد ضغط التصميم متطلبًا أساسيًا في تصميم النظام، بينما يُمثل تصنيف ضغط الشفة قدرة الشفة على تحمل ظروف محددة.

لماذا ينخفض الضغط المسموح به مع ارتفاع درجة الحرارة؟

ينخفض الضغط المسموح به عمومًا مع ارتفاع درجة الحرارة، لأن قوة المادة الميكانيكية تقل عند درجات الحرارة المرتفعة. لذا، مع انخفاض قدرة مادة الفلنجة على مقاومة الإجهاد، ينخفض الضغط المسموح به أيضًا للحفاظ على هامش أمان مناسب. ولهذا السبب، تُعطى تصنيفات ضغط الفلنجة كقيم ضغط مرتبطة بدرجة الحرارة، بدلًا من قيمة ضغط ثابتة واحدة.

كيف تقرأ جدول تصنيف الضغط ودرجة الحرارة لشفة التيتانيوم؟

لقراءة جدول تصنيف ضغط شفة التيتانيوم، يجب أولاً تحديد فئة ضغط الشفة ومادة التيتانيوم أو مجموعة المواد المستخدمة. ثم تحديد درجة حرارة التشغيل أو التصميم في الجدول، وقراءة الجدول أفقيًا للعثور على أقصى ضغط مسموح به. أي من درجة التيتانيوم ← فئة الضغط ← درجة حرارة التشغيل ← الضغط المسموح به.

كيف يؤثر التآكل على تصنيف الضغط طويل الأمد لشفة التيتانيوم؟

يُمكن أن يُقلل التآكل من قدرة الفلنجة على تحمل الضغط على المدى الطويل إذا تسبب في فقدان المادة، أو حدوث حفر، أو تشققات، أو أي شكل آخر من أشكال التلف. ومع فقدان الفلنجة للمادة، يقل سمكها وقوتها الهيكلية، مما يزيد من الإجهاد تحت نفس ضغط التشغيل.

ومع ذلك، يتمتع التيتانيوم بمقاومة ممتازة للتآكل في العديد من البيئات، لذا فإن التدهور الناتج عن الضغط المرتبط بالتآكل يمثل مصدر قلق أقل بشكل عام مع حواف التيتانيوم مقارنة بالعديد من المعادن التقليدية.

خاتمة

Now you know that getting the right titanium flange pressure rating requires more than choosing a pressure class. By considering the conditions the flange will face in operation and following the guidance discussed in this article, you can make a more informed titanium flange pressure rating choice for your system.THT not only manufacture titanium flange, also produce كوع من التيتانيوم, تي شيرت من التيتانيوم,titanium stub end,titanium reducer，titanium end cap， برغي التيتانيوم etc. If you have such request, welcome to contact us.