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May 30, 2023

Risoluzione dei problemi di guasto della guarnizione

In the oil, gas and process industry, engineers and technicians must face the

Nell'industria del petrolio, del gas e di processo, ingegneri e tecnici devono affrontare il problema di mantenere una tenuta ermetica per una varietà di apparecchiature industriali. Un esempio sono le flange, che rappresentano il metodo di collegamento più comune di un tubo a un altro tubo o attrezzatura. Poiché le parti da unire sono entrambe rigide, entrambe devono essere perfettamente lavorate ed allineate. Devono inoltre mantenere questa posizione allineata durante il cambiamento delle condizioni di servizio per mantenere la tenuta. Ciò può essere difficile da raggiungere data la natura delle leghe utilizzate nelle apparecchiature, i fluidi da contenere, nonché le variabili di processo (come vibrazioni, variazioni di temperatura, usura e compatibilità chimica) e i vincoli di costo (tempo di manutenzione in termini di ore di manodopera, costi di prodotti e tempi di inattività).

Ecco perché le guarnizioni sono fondamentali. Una guarnizione ha lo scopo di riempire lo spazio tra due componenti accoppiati, generalmente più tenero delle parti rigide da unire, e di impedire la perdita di fluido sotto forma di perdite. La tenuta si ottiene comprimendo gli oggetti uniti e la guarnizione, facendo sì che quest'ultima riempia le irregolarità delle superfici della flangia interagendo con le forze di serraggio e la pressione interna.

I tubi non sono vuoti. Hanno un fluido che scorre attraverso di loro e attraverso le flange. Qualsiasi fluido ha la proprietà di estendere la forza in tutte le direzioni. Inizialmente, il fluido contenuto nella tubazione entrerà in contatto con la superficie del diametro interno della flangia e anche con la guarnizione. La quantità di forza può essere calcolata utilizzando l'equazione 1.

Le guarnizioni sigilleranno data la quantità iniziale di forza applicata su di esse. I produttori di guarnizioni e gli ingegneri progettisti hanno stabilito che serrando i bulloni utilizzati per comprimere le flange, la guarnizione può essere compressa. Il modello più semplice per questo è l'Equazione 2 che mette in relazione la forza di compressione applicata con la coppia del bullone.

Tuttavia lo stress a cui è sottoposta la guarnizione non è uniformemente proporzionale al valore di serraggio del bullone perché lo stress può variare circonferenzialmente. Questo perché lo schema di contatto e l'area tra le guarnizioni e le facce della flangia sono diversi dall'area di contatto di bulloni e dadi. La forza totale applicata alla flangia mediante imbullonatura è mostrata nell'equazione 3.

La coppia proporzionale ad un dato numero di bulloni n, è mostrata nell'Equazione 4.

Esprimendo T come coppia in piedi-libbre, questo è il mezzo principale di forza applicato dall'utente alla guarnizione per evitare perdite.

Sebbene le equazioni qui presentate siano modelli ideali (poiché non considerano la rugosità, la resistenza ad altre forze della flangia, ecc.), rappresentano le condizioni medie osservate nell'industria. Come mostrato nella Tabella 1, la forza applicata attraverso il serraggio dei bulloni comprime la guarnizione, deformandola.

Questa forza applicata deve superare la pressione del fluido (forza idrostatica) se si vogliono evitare perdite. La forza idrostatica nella tubazione tende a separare le flange e agisce contro la forza di compressione dei bulloni, riducendola durante il funzionamento.

La guarnizione deve essere sufficientemente resistente per resistere alla pressione di processo e sufficientemente morbida e deformabile per riempire le irregolarità delle flange. Sebbene siano stati scritti numerosi articoli per fornire una migliore comprensione della relazione tra guarnizioni e flange, è comunemente noto che la capacità di tenuta non si ottiene solo mediante imbullonatura, ma piuttosto da una combinazione di fattori che possono variare da un tipo di giunto a un altro.

Le forze indotte dalle tubazioni entrano in gioco subito dopo l'installazione. Durante il funzionamento iniziano a influenzare il sistema a causa dell'influenza della temperatura e del processo sul materiale e sulla configurazione del tubo.

Dadi e elementi di fissaggio sono gli altri elementi chiave per fornire pressione di compressione su flange e guarnizioni. La loro funzione è quella di serrare sufficientemente il giunto, data la tensione indotta dalle variabili di processo. Gli elementi di fissaggio mostrano anche un rilassamento e un allungamento che dipendono dal materiale di costruzione, con un effetto considerevole sulla quantità di carico disponibile.