ข้อต่อท่อแบบมีหน้าแปลน: คู่มือฉบับสมบูรณ์

อุปกรณ์ท่อหน้าแปลนคืออะไร?

อุปกรณ์ท่อหน้าแปลน เป็นส่วนประกอบทางกลที่ใช้เชื่อมต่อท่อ วาล์ว ปั๊ม และอุปกรณ์อื่นๆ ในระบบท่อโดยผ่านการเชื่อมต่อแบบแปลน ข้อต่อแบบหน้าแปลนจะถูกยึดเข้าด้วยกันด้วยปะเก็นที่อยู่ระหว่างพื้นผิวที่เชื่อมต่อกัน ต่างจากการเชื่อมต่อแบบเกลียวหรือแบบเชื่อม ทำให้เกิดซีลที่ปลอดภัยและป้องกันการรั่วซึม ซึ่งสามารถถอดประกอบได้โดยไม่ทำให้ท่อหรืออุปกรณ์ที่อยู่ติดกันเสียหาย การผสมผสานระหว่างความแข็งแกร่งและประโยชน์ใช้สอยทำให้ข้อต่อหน้าแปลนเป็นวิธีการเชื่อมต่อที่ต้องการในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่มีความต้องการสูง

คำว่า "ข้อต่อท่อแบบมีหน้าแปลน" หมายรวมถึงส่วนประกอบต่างๆ มากมาย เช่น ข้อศอกแบบแปลน ข้อต่อแบบแปลน ตัวลดแบบแปลน ข้อต่อแบบแปลน และชิ้นส่วนปลายแบบแปลน ซึ่งทั้งหมดนี้มีลักษณะร่วมกันของหน้าแปลนแบบรวมหรือแบบยึดติดที่จับคู่กับหน้าแปลนที่สอดคล้องกันบนส่วนประกอบที่อยู่ติดกัน ข้อต่อแต่ละประเภทมีฟังก์ชันที่แตกต่างกันภายในไปป์ไลน์ ไม่ว่าจะส่งผลต่อการไหล การเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ การแยกเส้น หรือการยุติการทำงาน

ข้อต่อหน้าแปลนประเภททั่วไปและหน้าที่ของมัน

การทำความเข้าใจประเภทข้อต่อที่มีอยู่เป็นขั้นตอนแรกในการระบุส่วนประกอบที่ถูกต้องสำหรับระบบท่อที่กำหนด แต่ละประเภทจะตอบสนองความต้องการทางเรขาคณิตหรือการทำงานเฉพาะภายในโครงร่างไปป์ไลน์

• ข้อศอกมีหน้าแปลน (45° และ 90°) — ใช้สำหรับเปลี่ยนทิศทางการไหลในท่อ ข้องอหน้าแปลน 90° เป็นข้อที่พบบ่อยที่สุด ใช้ในกรณีที่พื้นที่จำกัดจำเป็นต้องเปลี่ยนทิศทางอย่างรวดเร็ว รุ่น 45° ให้การหมุนที่ราบรื่นยิ่งขึ้นโดยมีแรงดันตกคร่อมต่ำกว่า เป็นที่นิยมในระบบที่อัตราการไหลเป็นข้อกังวลด้านการออกแบบ
• เสื้อยืดบาน — ปล่อยให้ไปป์ไลน์แยกออกเป็นสองทิศทางจากทางเข้าเดียว แท่นทีที่เท่ากันจะรักษารูเจาะที่ระบุเท่ากันในช่องทั้งสามช่อง ในขณะที่แท่นทีแบบลดขนาดจะสามารถรองรับกิ่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าได้ ทีออฟหน้าแปลนมักใช้ในหัวจ่ายและวงจรบายพาส
• ตัวลดหน้าแปลน — เชื่อมต่อส่วนท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน ตัวลดศูนย์กลางใช้ในท่อแนวตั้งหรือโดยที่เส้นกึ่งกลางต้องคงที่ ตัวลดประหลาดเป็นที่ต้องการในการวิ่งในแนวนอนเพื่อป้องกันช่องอากาศหรือการสะสมของของเหลวที่จุดเปลี่ยน
• ข้อต่อแบบมีหน้าแปลนและถาด — ให้การเชื่อมต่อตรงระหว่างส่วนท่อสองส่วน โดยทั่วไปจะใช้ในบริเวณที่คาดว่าจะต้องถอดชิ้นส่วนบ่อยครั้ง เช่น ที่หัวดูดและหัวฉีดปั๊ม หรือเครื่องมือวัดแบบอินไลน์
• ชิ้นส่วนปลายมีหน้าแปลน — ยุติท่อหรือแยกส่วนระหว่างการทดสอบหรือบำรุงรักษาอุทกสถิต มีให้เลือกทั้งแบบแบน แบน และทรงรี ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านแรงกด

วัสดุที่ใช้ในข้อต่อท่อหน้าแปลน

การเลือกวัสดุถือเป็นการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งเมื่อระบุข้อต่อท่อแบบหน้าแปลน การเลือกวัสดุที่ไม่ถูกต้องสามารถนำไปสู่การกัดกร่อนเร่ง การแตกร้าวจากความเครียด หรือความล้มเหลวทางกลไก ซึ่งทั้งหมดนี้มีผลกระทบด้านความปลอดภัยและทางการเงินที่สำคัญ กลุ่มวัสดุหลักสามกลุ่ม ได้แก่ เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าไร้สนิม และโลหะผสม ซึ่งแต่ละกลุ่มเหมาะสมกับสภาพการทำงานที่แตกต่างกัน

เหล็กกล้าคาร์บอน

เหล็กกล้าคาร์บอนflänsar – oftast tillverkade enligt ASTM A234 WPB – är standardvalet för allmänt bruk för olja och gas, ånga och vatten i icke-korrosiva miljöer. De erbjuder en utmärkt kombination av mekanisk styrka, svetsbarhet och kostnadseffektivitet. Kolstål med låg temperatur (som ASTM A420 WPL6) utökar användbarheten för kryogen service ner till -46°C.

สแตนเลส

อุปกรณ์สแตนเลสแบบมีหน้าแปลน โดยทั่วไปคือ ASTM A403 WP304/304L หรือ WP316/316L ได้รับการระบุโดยต้องมีความต้านทานการกัดกร่อนเป็นอันดับแรก เกรด 316L เพิ่มโมลิบดีนัมให้กับเมทริกซ์โลหะผสม ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการเกิดรูพรุนที่เกิดจากคลอไรด์ได้อย่างมาก ทำให้เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการแปรรูปทางเคมี ยา ทางทะเล และอาหาร การกำหนด "L" (คาร์บอนต่ำ) ช่วยลดความเสี่ยงของอาการแพ้ระหว่างการเชื่อม และรักษาความต้านทานการกัดกร่อนในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนในการเชื่อม

โลหะผสมเหล็ก

สำหรับการทำงานที่อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง เช่น ในหม้อไอน้ำผลิตไฟฟ้าและเครื่องปฏิกรณ์ปิโตรเคมี จะมีการระบุหน้าแปลนเหล็กโลหะผสม เกรดทั่วไป ได้แก่ ASTM A234 WP11 (1.25% Cr, 0.5% Mo) และ WP22 (2.25% Cr, 1% Mo) ซึ่งคงคุณสมบัติทางกลและความต้านทานการคืบคลานที่อุณหภูมิสูงซึ่งเหล็กกล้าคาร์บอนสูญเสียความแข็งแรง เกรดสเตนเลสดูเพล็กซ์และซูเปอร์ดูเพล็กซ์ (UNS S31803 / S32750) นำเสนอการผสมผสานระหว่างความแข็งแรงสูงและความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมสำหรับสภาพแวดล้อมนอกชายฝั่งและใต้ทะเลที่รุนแรง

ระดับความดันและมาตรฐานที่บังคับใช้

อุปกรณ์หน้าแปลนได้รับการผลิตและได้รับการจัดอันดับแรงดันตามมาตรฐานสากลที่กำหนด การปฏิบัติตามมาตรฐานเหล่านี้ทำให้มั่นใจถึงความสามารถในการเปลี่ยนมิติ สมรรถนะทางกลที่คาดการณ์ได้ และความเข้ากันได้กับวาล์วแบบหน้าแปลน ท่อ และอุปกรณ์จากผู้ผลิตหลายราย

ระบบมาตรฐานที่โดดเด่นสองระบบคือ ASME/ANSI (ใช้กันอย่างแพร่หลายในอเมริกาเหนือและทั่วโลกในด้านน้ำมันและก๊าซ) และ EN/DIN (โดดเด่นในตลาดยุโรป) ตารางด้านล่างสรุปการกำหนดระดับแรงดันหลักและแรงดันสูงสุดที่อนุญาตโดยประมาณที่อุณหภูมิแวดล้อมสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน:

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าความดันที่อนุญาตจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น วิศวกรจะต้องศึกษาตารางพิกัดอุณหภูมิแรงดัน ASME B16.9 หรือ B16.5 ที่เกี่ยวข้องเสมอ เมื่อทำงานเหนือสภาวะแวดล้อม และลดอัตราตามนั้น

การใช้งานในอุตสาหกรรมข้ามภาคส่วน

ความเก่งกาจของอุปกรณ์เชื่อมต่อแบบหน้าแปลนสะท้อนให้เห็นในความกว้างของอุตสาหกรรมที่ต้องพึ่งพาอุปกรณ์เหล่านี้เพื่อการดำเนินงานท่อที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้

• น้ำมันและก๊าซ — ตั้งแต่ต้นน้ำของหลุมผลิตไปจนถึงท่อส่งกลางน้ำและหน่วยกระบวนการกลั่นขั้นปลาย ข้อต่อแบบหน้าแปลนจะจัดการกับไฮโดรคาร์บอน ก๊าซเปรี้ยว และน้ำที่ผลิตได้ในช่วงแรงดันและอุณหภูมิที่สูงมาก คลาส 600 และเกรดที่สูงกว่ามีอิทธิพลเหนือสภาพแวดล้อมเหล่านี้
• การแปรรูปทางเคมี — กรด ตัวทำละลาย และสารตัวกลางที่เกิดปฏิกิริยาที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ต้องใช้การเชื่อมต่อหน้าแปลนเหล็กสแตนเลสหรือโลหะผสมกับวัสดุปะเก็นที่เข้ากันได้ ความง่ายในการถอดแยกชิ้นส่วนจากการเชื่อมต่อแบบแปลนเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในโรงงานเคมีที่สายการผลิตต้องมีการตรวจสอบและทำความสะอาดบ่อยครั้ง
• การบำบัดน้ำ — โรงงานบำบัดน้ำเสียในเขตเทศบาลและโรงงานอุตสาหกรรมใช้หน้าแปลนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนหรือเหล็กดัดสำหรับการขนส่งน้ำแรงดันต่ำ โดยมีการระบุเหล็กกล้าไร้สนิมในการกรองแบบเมมเบรนและโซนสัมผัสน้ำดื่ม
• การผลิตกระแสไฟฟ้า — ท่อป้อนสำหรับกังหันไอน้ำ หัวหม้อไอน้ำ และวงจรน้ำหล่อเย็นในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนและนิวเคลียร์ใช้ข้อต่อหน้าแปลนเหล็กอัลลอยด์ที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับการให้บริการที่อุณหภูมิสูงและแรงดันสูงอย่างยั่งยืน โดยมีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับการตรวจสอบย้อนกลับของมิติและวัสดุ

การติดตั้ง การบำรุงรักษา และแนวปฏิบัติที่ดีที่สุด

การติดตั้งข้อต่อหน้าแปลนที่ถูกต้องมีความสำคัญพอๆ กับข้อกำหนดที่ถูกต้อง แม้แต่ข้อต่อคุณภาพสูงสุดก็ยังอาจรั่วหรือเสียหายก่อนเวลาอันควรหากติดตั้งไม่ถูกต้อง แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดต่อไปนี้ใช้กับการติดตั้งข้อต่อหน้าแปลนทั้งหมด:

• การตรวจสอบพื้นผิวหน้าแปลน — ก่อนการประกอบ ให้ตรวจสอบพื้นผิวหน้าแปลนทั้งสองคู่เพื่อหารอยขีดข่วนในแนวรัศมี รูพรุน หรือการกัดกร่อนที่อาจส่งผลต่อที่นั่งปะเก็น พื้นผิวที่เสียหายควรได้รับการปรับปรุงใหม่หรือเปลี่ยนใหม่ก่อนการติดตั้ง
• ทางเลือกของการบรรจุ — ปรับวัสดุบรรจุภัณฑ์ให้เข้ากับของเหลวในกระบวนการ อุณหภูมิ และความดัน ปะเก็นแผลเกลียวพร้อมวงแหวนด้านในเป็นมาตรฐานสำหรับคลาส 300 ขึ้นไป ปะเก็นปลอก PTFE เป็นที่ต้องการสำหรับการบริการสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ห้ามนำปะเก็นที่ถูกบีบอัดกลับมาใช้ซ้ำ
• ลำดับแรงบิด — ขันโบลต์ให้แน่นเป็นรูปดาว (กากบาท) หลายๆ รอบเพื่อให้ได้แรงอัดของปะเก็นที่สม่ำเสมอ โปรดดูตารางแรงบิดที่ใช้ได้สำหรับเกรดสลักเกลียว เส้นผ่านศูนย์กลาง และประเภทปะเก็นที่ใช้ Undertorque ทำให้เกิดการรั่วไหล การบิดมากเกินไปจะทับปะเก็นอ่อนและเสี่ยงต่อการทำลายพื้นผิวหน้าแปลน
• การปรับ — หน้าแปลนต้องอยู่ในแนวที่ถูกต้องก่อนที่จะทำการโบลต์ การบังคับหน้าแปลนที่ไม่ตรงแนวเข้าด้วยกันทำให้เกิดความเครียดจากการโค้งงอในท่อและข้อต่อ ช่วยลดอายุการใช้งานของความเมื่อยล้า และเพิ่มความเสี่ยงของการรั่วไหลภายใต้การโหลดแบบวน
• การเพิกถอนเป็นระยะ — ในการทำงานที่อุณหภูมิสูง การหมุนเวียนด้วยความร้อนจะทำให้การบรรจุผ่อนคลาย การตรวจสอบแรงบิดใหม่หลังจากรอบการระบายความร้อนครั้งแรกจะช่วยรักษาความสมบูรณ์ของซีลในระยะยาว

ข้อดีหลักประการหนึ่งของ อุปกรณ์ท่อหน้าแปลน การเชื่อมต่อที่เชื่อมเกินคือความสามารถในการถอดประกอบ ตรวจสอบ เปลี่ยนปะเก็น และประกอบใหม่โดยไม่ต้องตัดหรือเชื่อมท่อใหม่ ซึ่งช่วยลดเวลาการหยุดทำงานของการบำรุงรักษาในระบบท่อที่ซับซ้อนได้อย่างมาก

มาตรฐานคุณภาพและการคัดเลือกซัพพลายเออร์

วิศวกรรมที่มีความแม่นยำและการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดนั้นไม่สามารถต่อรองได้เมื่อผลิตอุปกรณ์ข้อต่อหน้าแปลนบริการที่สำคัญ ผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงรักษาการปฏิบัติตาม ASME B16.9 (อุปกรณ์ฟอร์จผ้า), MSS SP-75 (อุปกรณ์เชื่อมชนฟอร์จที่มีความแข็งแรงสูง) และข้อกำหนดวัสดุ ASTM สำหรับแต่ละเกรดผลิตภัณฑ์ การตรวจสอบโดยบุคคลที่สามและการตรวจสอบย้อนกลับของวัสดุ รวมถึงรายงานการทดสอบของโรงงาน (MTR) ที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน EN 10204 3.1 หรือ 3.2 ควรเป็นการส่งมอบมาตรฐานสำหรับคำสั่งซื้อทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับบริการน้ำมันและก๊าซ พลังงาน หรือเคมี

เมื่อประเมินผู้ขาย ให้จัดลำดับความสำคัญของผู้ให้บริการที่นำเสนอรายงานการตรวจสอบแบบเต็มมิติ การตรวจสอบย้อนกลับด้วยความร้อนและแบทช์ และความสามารถ NDE (การตรวจสอบแบบไม่ทำลาย) เช่น การทดสอบด้วยรังสีเอกซ์ (RT) และการทดสอบการแทรกซึมของของเหลว (PT) ตามความต้องการ ซัพพลายเออร์ที่ได้รับอนุมัติ PED (Pressure Equipment Directive) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับโครงการที่มุ่งเป้าไปที่ตลาดยุโรป สำหรับโครงการระดับโลก การรับรอง ISO 9001 ให้การรับประกันขั้นพื้นฐานของกระบวนการจัดการคุณภาพที่จัดทำเป็นเอกสารตลอดการดำเนินการผลิต

ไม่ว่าจะใช้ในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ระบบไอน้ำของโรงไฟฟ้าอุณหภูมิสูง หรือโครงสร้างพื้นฐานน้ำมันและก๊าซใต้ทะเลแรงดันสูง ที่มีการระบุและติดตั้งอย่างถูกต้อง อุปกรณ์ท่อหน้าแปลน มอบความน่าเชื่อถือ ความทนทาน และประสิทธิภาพในระยะยาวตามที่ระบบท่ออุตสาหกรรมสมัยใหม่ต้องการ