Si prega di contattare clientservices@accessintel.com o chiamare il numero 1-888-707-5814 se non si riesce ad accedere.Non un membro?IscrizioneIn alcune situazioni, potrebbe essere necessario rimuovere o sostituire un bullone durante il funzionamento.Questo articolo mostra come determinare il corretto carico del bullone per evitare perditeI giunti flangiati imbullonati (Figura 1) fanno parte dei recipienti a pressione e dei componenti delle tubazioni e sono ampiamente utilizzati nell'industria chimica, petrolchimica, dei fertilizzanti e del petrolio e del gas.Sono strutture semplici e offrono la possibilità di smontaggio, il che le rende attraenti per collegare apparecchiature e tubazioni in pressione.Oltre ad essere soggetti a perdite, spesso richiedono manutenzione durante il funzionamento, nel qual caso i bulloni vengono serrati nuovamente come nella coppia a caldo o allentati per essere sostituiti.Sebbene vengano evitati costosi fermi macchina, tali lavori di manutenzione espongono l'operatore a un rischio potenziale perché l'alterazione del carico dei bulloni può produrre uno squilibrio del carico della guarnizione, che fa sì che la sollecitazione di contatto locale della guarnizione scenda al di sotto di un certo valore critico, causando una perdita importante e quindi compromettendo la vita del lavoratore.La distribuzione della sollecitazione di contatto ha un effetto dominante sulle prestazioni di tenuta, mentre la capacità di tenuta dei giunti è correlata alla pressione di contatto (sollecitazione della guarnizione) durante le condizioni operative, fornendo possibili perdite e infine il cedimento del giunto.Questo articolo affronta il carico del bullone richiesto nei bulloni rimanenti per evitare perdite.Figura 1. I giunti a flangia imbullonati, come quelli mostrati qui, sono una vista comune nei siti di produzioneLa bullonatura a caldo è la procedura o la pratica di sostituzione dei bulloni in una connessione a flangia mentre la tubazione o l'apparecchiatura è ancora in servizio.Questo articolo si concentra in particolare sulla forza del bullone richiesta da raggiungere durante il processo di riserraggio.Il criterio per l'analisi è garantire che la pressione della guarnizione sia mantenuta a un livello sufficiente durante la bullonatura a caldo per evitare perdite quando il carico del bullone viene ridotto.La soluzione deve tenere conto della flessibilità della flangia perché l'assenza di un bullone aumenta la distanza tra i bulloni applicati.La riduzione della sollecitazione della guarnizione sarà maggiore nel punto a metà strada tra i bulloni adiacenti alla posizione del bullone rimosso.La soluzione si basa sulla ricerca della sollecitazione del bullone che deve essere presente nei bulloni rimanenti per soddisfare il criterio della pressione della guarnizione.Inoltre la soluzione risultante tiene conto del criterio della pressione della guarnizione, della flessibilità della flangia, della pressione interna e dei carichi sulla flangia.L'approccio richiede che la sollecitazione nella guarnizione sia sufficiente a mantenere una tenuta durante la bullonatura a caldo.Si è ipotizzato che per la bullonatura a caldo valgano le seguenti circostanze:Pertanto, l'approccio si basa sul requisito di sollecitazione del bullone per ottenere la pressione della guarnizione appropriata.Condizione da soddisfare per “hot bolting”.Durante il funzionamento la pressione residua sulla guarnizione deve essere “m” volte maggiore della pressione interna per evitare la perdita di contatto tra guarnizione e sedi.Criterio di pressione della guarnizione.La pressione della guarnizione richiesta deve essere ricavata da ASME BPVC Sezione VIII – Divisione 1 [2], dove la forza del bullone per mantenere il carico della guarnizione in condizioni operative è definita come W m1:G = Diametro reazione guarnizione, mmb = Larghezza effettiva della guarnizione, mmm = Fattore della guarnizione relativo al carico minimo richiesto sulla guarnizione per un giunto stretto, adimensionaleQuesta forza, Wm1, è composta dalla forza idrostatica finale dovuta alla pressione interna (πG2P/4) e dal carico di contatto del giunto della guarnizione (2bπ GmP).Il termine m è un fattore specifico del tipo di guarnizione utilizzata nel giunto.Il valore di m × P è la sollecitazione richiesta nella guarnizione in condizioni operative, e questo dovrebbe essere usato come criterio.In sintesi, deve esserci una pressione residua sulla guarnizione per mantenerla a contatto con le superfici della flangia, evitando così perdite.La forza di tenuta comprime inizialmente le flange contro la guarnizione, la forza di tenuta è uguale alla forza del bullone.Dopo aver pressurizzato il sistema, la pressione residua sulla guarnizione è uguale alla forza del bullone meno la forza di separazione.La forza del bullone inizialmente applicata alla guarnizione deve compensare la forza di separazione causata dalla pressione interna ed essere sufficiente a mantenere una tensione residua sulla guarnizione, evitando perdite di fluido.Da un punto di vista pratico, per mantenere la tenuta, la sollecitazione residua deve essere un fattore m volte la pressione del fluido.Un metodo per prevedere il rapporto di sollecitazione della guarnizione tra i bulloni è tratto da un articolo di Koves [3].Questo rapporto di sollecitazione è una funzione di β × L, dove L è la distanza tra i bulloni e β è definito dalle dimensioni e dalle proprietà del materiale della flangia e della guarnizione.Es = Modulo elastico della guarnizione, MPab = Larghezza effettiva della guarnizione, mmtg = Spessore guarnizione, mmEf = Modulo elastico della flangia, MPaIf = Secondo momento d'area della flangia, mm4If = 0,0874 (Lc × go2 × ho × B)/Vc (per una flangia integrale con mozzo)Lc = ASME VIII – 1 Codice Appendice 2 parametro L, adimensionalego = Estremità piccola del mozzo, mmho = ASME VIII – 1 Codice Appendice 2 parametro, mmB = ID flangia, mmVc = ASME VIII – 1 Codice Appendice 2 parametro V, adimensionaleL = Distanza tra i bulloni, mmL'articolo di Koves [3] fornisce un'equazione che mette in relazione il rapporto della sollecitazione della guarnizione tra i bulloni a β × L.Questa equazione è tracciata nella Figura 2 come un grafico di β × L rispetto al rapporto di sollecitazione γ, mentre alcuni valori target di β × L per valori ammissibili specifici di γ sono mostrati nella Tabella 1.La soluzione mette in relazione la sollecitazione media della guarnizione con la sollecitazione nella posizione del bullone mancante utilizzando il rapporto di sollecitazione "Koves".La sollecitazione media della guarnizione può essere trovata utilizzando la forza netta sull'area della guarnizione.Si consideri la flangia a otto bulloni nella Figura 2 con un bullone rimosso.La sollecitazione media nella guarnizione, σavg, è una buona stima della sollecitazione nel punto medio tra A e B al centro della larghezza effettiva della guarnizione.Figura 2. Questo grafico mostra un grafico del rapporto di sollecitazione γ rispetto a β × LFbolt = Forza da un bullone, NG = Diametro della sede del carico della guarnizione = GO – 2b, mmnb = Numero di bulloni, adimensionaleAeff è l'area della guarnizione compressa da un bullone, che è:Guarnizione totale = (π/4)[(guarnizione OD)2 – (guarnizione ID) 2]= (π/4)[(Guarnizione DE)2 – (Guarnizione DE – 4b)2]= (π/4)[(Guarnizione DE)2 – (Guarnizione DE)2 – 8 b × Guarnizione DE + 16b2)]= (π/4)(8 b × guarnizione OD – 8b × 2b)= π × 2b (guarnizione DE - 2b)Poiché guarnizione OD - 2b = G, l'area totale della guarnizione è 2 bπ GQuest'ultimo è lo stesso del termine nella formula Wm1, Equazione (1).Pertanto, A eff = (1/nb) × 2 bπ GGO = Diametro esterno effettivo della guarnizione, mm;con un massimo di faccia di contatto ODA(eff/bolt) compresso da un bullone è: (1/nb) × Area effettiva totale della guarnizione (Aeff)Il rapporto di sollecitazione "Koves", γ, fornisce il rapporto delle sollecitazioni della guarnizione tra B e A della Figura 3, ma può anche essere utilizzato per trovare la sollecitazione in B utilizzando σ avg se si assume che σ avg sia la media delle sollecitazioni in A e B.Figura 3. Questo diagramma mostra una faccia della flangia con un bullone mancante in BL'obiettivo è trovare la forza del bullone richiesta in modo che σavg sia mantenuto nella guarnizione.Poiché un bullone è stato rimosso, Fbolt deve ancora essere corretto poiché la forza totale del bullone deve essere fornita da (nb – 1) bulloni.Perciò:Questo criterio fornisce la forza del bullone richiesta in modo che σavg sia mantenuto nella guarnizione.Se σ avg è impostato sul criterio di pressione della guarnizione, Fbolt può essere correlato alla pressione interna per un giunto specifico.Le proprietà del giunto analizzato (materiali, dimensioni) sono contenute negli altri termini dell'Equazione (7).A beneficio dell'utente, è stato aggiunto un esempio pratico (riquadro) in cui i passaggi da eseguire successivamente portano a una forza del bullone minima richiesta che deve essere presente o applicata prima che il bullone da sostituire possa essere rimosso.Occorre prestare particolare attenzione alle applicazioni in cui le flange sono soggette a carichi aggiuntivi significativi.Si considera carico esterno significativo una combinazione di pressione di progetto, carichi esterni e momenti esterni che, quando convertiti in una pressione equivalente, Peq (definita di seguito), sono superiori al 150% della pressione nominale di progetto della flangia alla temperatura di progetto o di esercizio.Laddove il carico esterno supera il valore del 150%, il progettista deve considerare la necessità di un'ulteriore valutazione basata sull'esperienza operativa nota, le conseguenze di una perdita, il conservatorismo del carico di progetto, la percentuale calcolata della pressione nominale della flangia e altre influenze rilevanti.P eq è definito come:Peq = Pressione equivalente dovuta al carico esterno, MPaG = Diametro nel punto di carico della guarnizione, mmF = Carico di trazione assiale esterno sulla flangia (ignorando i carichi di compressione) per condizione operativa, NM = Momento esterno risultante agente sulla flangia per condizione operativa, N .mmLa pressione di progetto della flangia diventa: Peq + P.In alternativa, può essere utilizzato il seguente approccio conservativo.Se l'entità dei carichi esterni non è nota, questo carico può essere approssimato raddoppiando la pressione interna (di progetto).Lo sfondo per questo deriva dal fatto che il rapporto tra la sollecitazione circonferenziale e la sollecitazione longitudinale nel tubo collegato adiacente è un fattore due.Ciò corrisponde a un raddoppio della forza della parte cilindrica adiacente.FIGURA 4. In questa foto è mostrata una tipica flangia del collo di saldaturaLa bullonatura a caldo è la pratica di rimuovere e sostituire o liberare e serrare nuovamente i bulloni su tubazioni e apparecchiature sotto tensione.È potenzialmente pericoloso e deve essere esercitata la massima cautela durante la pianificazione e l'esecuzione.Non è raccomandato come best practice sebbene sia ampiamente utilizzato.Tuttavia, qualsiasi potenziale vantaggio derivante dalla bullonatura a caldo dovrebbe essere attentamente valutato rispetto ai rischi incontrati.Quando si contempla la bullonatura a caldo, è necessario considerare una serie di fattori.Questi includono, ma non sono limitati a, quanto segue:1. ASME B16.5: 2017 "Flange per tubi e raccordi flangiati"2. ASME BPVC Sezione VIII – Divisione 1: 2019 “Norme per la costruzione di recipienti a pressione”3. Coves.WJ, 2007, "Flange Joint Bolt Spacing Requirements", Atti del 2007 ASME, Pressure Vessel and Piping Division Conference, PVP vol.3, pp. 3–10.4. ASME PCC-1: 2019 "Linee guida per l'assemblaggio del giunto flangiato con pressione limite"Walther Stikvoort è un consulente per attrezzature a pressione e integrità strutturale (Indirizzo: Wagnerlaan 37, 9402 SH Assen, Paesi Bassi; Email: stikvoort@ziggo.nl).Ha iniziato la sua carriera professionale nel 1969 con Continental Engineering, che ha formato una joint venture con MW Kellogg nel 1972 a Kellogg Continental.È entrato a far parte di NAM (joint venture di Shell & ExxonMobil) a metà del 1985. Dal suo ritiro da NAM nel 2003, è rimasto attivo per un periodo di 14 anni come consulente ed esperto per aziende come NRG e GLT PLUS.Nei suoi oltre 50 anni di impiego, ha ricoperto varie posizioni di ingegneria e gestione nei settori petrolchimico, dei fertilizzanti e del petrolio e del gas.Ha avviato e sviluppato numerosi corsi e seminari di formazione interni ed esterni incentrati sugli aspetti di progettazione e sui problemi di integrità delle apparecchiature a pressione a beneficio della comunità delle apparecchiature a pressione.Era anche un membro attivo di diversi comitati che si occupavano di attrezzature a pressione e integrità strutturale.Negli anni ha scritto più di 25 articoli e/o presentazioni riguardanti attrezzature a pressione statica, nonché integrità strutturale e meccanica.Molti di questi sono stati pubblicati su riviste ad accesso aperto e riviste tecniche.L'obiettivo dell'intera carriera di Stikvoort, che dura da più di 50 anni, è stato quello di stabilire e migliorare l'integrità tecnica e sviluppare standard per raggiungere questo obiettivo e diffondere le sue conoscenze tra i suoi colleghi e altre parti interessate.Le sue approfondite conoscenze teoriche e l'esperienza pratica nel suo campo sono molto apprezzate.Per ulteriori articoli sul caricamento dei bulloni, vedere "Flange standard ASME B16.5: serraggio dei bulloni e carichi target", Chem.Ing., dicembre 2019, pp. 38–42;e l'articolo online, "Determination of Nozzle Loads to Facilitate the Initial Pressure Vessel Design", 26 ottobre 2018, disponibile su www.chemengonline.com.Iscriviti oggi per ottenere tutta l'INGEGNERIA CHIMICANotizie e contenuti di ingegneria chimica consegnati ogni settimana© Access Intelligence, LLC.Tutti i diritti riservati.|Informativa sulla privacy |Diversità Inclusione ed equità