اتصالات فشار قوی دندهای (High-Pressure Threaded Fittings)
مقدمه
اتصالات فشار قوی دندهای، که اغلب از فولاد کربنی فورج شده (Forged Carbon Steel) ساخته میشوند، برای اتصال لولهها در سیستمهایی با فشارهای عملیاتی بسیار بالا طراحی شدهاند. این اتصالات برخلاف اتصالات دندهای معمولی، از متریال با کیفیتتر و با تلرانسهای بسیار دقیقتر تولید میشوند تا بتوانند تنشهای مکانیکی ناشی از فشار را تحمل کنند. تمرکز اصلی این مقاله بر روی کلاسهای فشاری، جنس مواد و کاربردهای حیاتی این اتصالات در صنایع انرژی است.
بخشهای فنی اصلی
۱. کلاسهای فشاری (Pressure Classes) و استانداردسازی
اتصالات فشار قوی دندهای بر اساس کلاسهای فشاری تعریف شده توسط استاندارد ASME B16.11 (که مشخصات فورج و رزوه را پوشش میدهد) رتبهبندی میشوند. مهمترین کلاسهای فشاری عبارتند از:
-کلاس ۳۰۰#: برای فشارهای متوسط رو به بالا.
-کلاس ۶۰۰#: مناسب برای کاربردهای فشار قویتر.
-کلاس ۱۵۰۰# و ۲۰۰۰# (یا ۳۰۰۰#): برای شرایط عملیاتی بسیار سخت و فشار بالا در صنایع نفت و گاز.
این کلاسها مشخص میکنند که اتصال میتواند در دمای مرجع (معمولاً ۲۳۲ درجه سانتیگراد یا ۴۵۰ درجه فارنهایت) چه فشاری را تحمل کند.
۲. متریال ساخت: تمرکز بر ASTM A105
ماده اولیه غالب برای اتصالات دندهای فشار قوی، فولاد کربنی فورج شده ASTM A105/A105M است. این ماده به دلیل استحکام تسلیم (Yield Strength) بالا و قابلیت ماشینکاری خوب برای رزوه گذاری، انتخاب اول است.
مزایای A105:
مقاومت مکانیکی عالی در برابر بارهای فشاری.
قابلیت جوشکاری (اگرچه اتصال دندهای است، اما امکان جوشکاری در صورت نیاز به تقویت وجود دارد).
مقرون به صرفه بودن نسبت به فولادهای آلیاژی در کاربردهای غیرخورنده.
برای سرویسهای با دمای پایینتر (Cryogenic)، ممکن است از گریدهای فولاد کم آلیاژ استفاده شود، اما در فشارهای بالا، خواص مکانیکی A105 تحت شرایط عملیاتی استاندارد تضمین شده است.
۳. روش نصب و آببندی در فشار بالا
در اتصالات فشار قوی دندهای، رزوه باید با دقت بسیار بالایی ماشینکاری شود تا انطباق کامل با استاندارد NPT (رزوه مخروطی) حاصل شود. این انطباق برای ایجاد آببندی قفل شونده (Interference Fit) ضروری است.
نقش مواد آببندی:
برخلاف اتصالات فشار پایین، در کلاسهای ۱۵۰۰# و بالاتر، اغلب نیاز به استفاده از واشرهای فلزی (مانند گسکتهای فلزی) یا مواد آببندی با کارایی بالا در کنار روانکنندههای رزوه (Pipe Dope) با کیفیت بالا است. روش اعمال روانکننده باید به گونهای باشد که هیچ شکافی در ناحیه رزوه باقی نماند.
نکته مهم: در این کلاسهای فشاری، اغلب توصیه میشود که به جای رزوه، از اتصالات ساکت ولد (Socket Weld) یا بات ولد (Butt Weld) استفاده شود، مگر در مواردی که امکان جوشکاری در سایت وجود نداشته باشد (مانند برخی تعمیرات اضطراری یا سایزهای کوچک).
۴. کاربردهای تخصصی
این اتصالات عمدتاً در بخشهایی از کارخانجات فرآیندی که نیاز به اتصالات موقت یا قابل تعویض در مسیرهای با فشار بالا دارند، به کار میروند:
تزریق مواد شیمیایی تحت فشار: در ایستگاههای تزریق مواد در پالایشگاهها.
خطوط ابزار دقیق و نمونهبرداری (Instrument Lines): برای اتصال مانومترها، ترانسمیترها و شیرهای کوچک در خطوط اصلی فشار قوی.
اتصالات جانبی در manifolds: در سیستمهای توزیع سیالات پرفشار.
جمعبندی
اتصالات فشار قوی دندهای بر پایه متریال A105 و کلاسهای فشاری بالا (تا ۳۰۰۰#) امکان ایجاد اتصالات قابل اعتماد در سیستمهای تحت تنش مکانیکی بالا را فراهم میآورند، به شرطی که فرآیند رزوه کاری و آببندی به درستی اجرا شود. با این حال، به دلیل ماهیت رزوه که نقطه ضعف ساختاری محسوب میشود، در پروژههای جدید لولهکشی فشار قوی، اتصالات جوشی به دلیل قابلیت اطمینان بالاتر در بلندمدت، ترجیح داده میشوند.