Σε μια ανοξείδωτη γραμμή σωλήνων, η επιλογή γωνιών, ταυ, συστολών και φλαντζών δεν μπορεί να γίνει μόνο με βάση την ονομαστική διάμετρο. Η εξωτερική διάμετρος του σωλήνα, το πάχος τοιχώματος, η προετοιμασία των άκρων, η κλάση πίεσης, η επιφάνεια του παρεμβύσματος και η διάταξη των μπουλονιών πρέπει να είναι συμβατά μεταξύ τους. Όταν λείπει ένας κρίκος αυτής της αλυσίδας, η γραμμή είτε δεν ταιριάζει στη συναρμολόγηση είτε παρουσιάζει διαρροές σε λειτουργία. Σε αυτό το άρθρο συγκεντρώσαμε τις ερωτήσεις που συναντάμε συχνά σε εγκαταστάσεις χημικών, τροφίμων, πυρόσβεσης και πλοίων.

Διάσταση σωλήνα: DN, NPS και Schedule

DN, NPS και πραγματική εξωτερική διάμετρος

Το DN (ονομαστική διάμετρος) είναι μετρικός χαρακτηρισμός και το NPS (ονομαστικό μέγεθος σωλήνα) χαρακτηρισμός σε ίντσες· κανένα από τα δύο δεν δίνει απευθείας την πραγματική εξωτερική διάμετρο του σωλήνα. Για παράδειγμα, στο σύστημα διαστάσεων ASME ένας σωλήνας NPS 2 (DN 50) έχει εξωτερική διάμετρο 60,3 mm. Επιπλέον, η ίδια τιμή DN μπορεί να αντιστοιχεί σε διαφορετικές εξωτερικές διαμέτρους σε διαφορετικά πρότυπα σωλήνων· ιδίως στους σωλήνες υγιεινής για διεργασίες οι σειρές εξωτερικών διαμέτρων διαφέρουν. Στην παραγγελία εξαρτημάτων και φλαντζών, η δήλωση της εξωτερικής διαμέτρου και του προτύπου του σωλήνα αντί για την ονομαστική τιμή αποτρέπει τα λάθη.

Schedule και πάχος τοιχώματος

Σωλήνες της ίδιας ονομαστικής διάστασης παράγονται με διαφορετικά πάχη τοιχώματος. Στους ανοξείδωτους σωλήνες κατά ASME B36.19M χρησιμοποιούνται σειρές όπως Schedule 5S, 10S, 40S και 80S. Όσο αυξάνεται το Schedule, η εξωτερική διάμετρος μένει σταθερή, το πάχος τοιχώματος αυξάνεται και η εσωτερική διάμετρος μειώνεται.

Το πάχος τοιχώματος επιλέγεται ανάλογα με την πίεση λειτουργίας, τη θερμοκρασία, το περιθώριο διάβρωσης και τα μηχανικά φορτία της γραμμής.
Το πάχος τοιχώματος των εξαρτημάτων μετωπικής συγκόλλησης πρέπει να είναι στο ίδιο Schedule με τον σωλήνα· διαφορετικά πάχη τοιχώματος δημιουργούν σκαλοπάτι στη λοξοτομή συγκόλλησης.
Η εσωτερική διάμετρος του λαιμού της φλάντζας με λαιμό συγκόλλησης πρέπει να ταιριάζει με την εσωτερική διάμετρο του σωλήνα.

Εξαρτήματα (fittings): η γεωμετρία της γραμμής

Τα εξαρτήματα μετωπικής συγκόλλησης (butt weld, π.χ. κατά ASME B16.9) αλλάζουν την κατεύθυνση και τη διάμετρο της γραμμής:

Γωνία: 90° και 45°. Οι γωνίες μεγάλης ακτίνας (LR, 1,5D) προβάλλουν μικρότερη αντίσταση στη ροή· οι γωνίες μικρής ακτίνας (SR, 1D) χρησιμοποιούνται σε στενούς χώρους.
Ταυ: Με ίση ή μειωμένη διακλάδωση· για τη λήψη διακλάδωσης από τη γραμμή.
Συστολή: Ομόκεντρη ή έκκεντρη. Στην αναρρόφηση αντλίας χρησιμοποιείται έκκεντρη συστολή με την επίπεδη πλευρά προς τα πάνω, ώστε να μη σχηματίζεται θύλακας αέρα.
Καπάκι (cap): Για το κλείσιμο του άκρου της γραμμής με συγκόλληση.

Σε γραμμές μικρής διαμέτρου μπορούν να χρησιμοποιηθούν και εξαρτήματα υποδοχής συγκόλλησης (socket weld) ή σπειρωτά εξαρτήματα. Ωστόσο, το στενό διάκενο που απομένει στις συνδέσεις υποδοχής συγκόλλησης ενέχει κίνδυνο διάβρωσης σχισμών στα διαβρωτικά περιβάλλοντα και κίνδυνο ζώνης που δεν καθαρίζεται στις εφαρμογές υγιεινής.

Τύποι φλαντζών

Τύπος φλάντζας	Πού χρησιμοποιείται;	Πλεονέκτημα	Προσοχή
Με λαιμό συγκόλλησης (weld neck)	Υψηλή πίεση και θερμοκρασία, κυκλικά φορτία	Ο λαιμός μεταφέρει σταδιακά τις τάσεις στον σωλήνα· η μετωπική συγκόλληση επιδέχεται έλεγχο	Η εσωτερική διάμετρος του λαιμού πρέπει να ταιριάζει με τον σωλήνα· απαιτείται ακριβής αξονική ευθυγράμμιση
Συρόμενη (slip-on)	Γραμμές μέσης και χαμηλής πίεσης	Περνά πάνω στον σωλήνα και ευθυγραμμίζεται εύκολα	Απαιτεί δύο γωνιακές συγκολλήσεις, εσωτερική και εξωτερική· η αντοχή σε κόπωση είναι χαμηλότερη από της φλάντζας με λαιμό συγκόλλησης
Τυφλή (blind)	Άκρα γραμμής, σημεία δοκιμών και μελλοντικών επεκτάσεων	Κλείνει τη γραμμή με λυόμενο τρόπο	Φέρει μόνη της το φορτίο πίεσης· η κλάση πίεσης πρέπει να είναι συμβατή με τη γραμμή
Ελεύθερη φλάντζα και κολάρο (lap joint, stub end)	Γραμμές που αποσυναρμολογούνται συχνά ή απαιτούν ευθυγράμμιση των οπών μπουλονιών	Η περιστρεφόμενη φλάντζα διευκολύνει την ευθυγράμμιση των μπουλονιών· με το ρευστό έρχεται σε επαφή μόνο το κολάρο	Ο δακτύλιος της φλάντζας και το κολάρο πρέπει να επιλέγονται μαζί

Κλάση πίεσης και τύπος επιφάνειας

Στις φλάντζες ASME B16.5 η κλάση πίεσης δηλώνεται ως Class 150, 300, 600 κ.λπ., ενώ στις φλάντζες EN 1092-1 ως PN 10, PN 16, PN 40 κ.λπ. Ο κύκλος των μπουλονιών και η διάταξη των οπών των δύο συστημάτων διαφέρουν στις περισσότερες διαστάσεις· οι φλάντζες ASME και EN δεν πρέπει να αναμειγνύονται. Πρέπει επίσης να ταιριάζει η επιφάνεια της φλάντζας: ανυψωμένη επιφάνεια (RF), επίπεδη επιφάνεια (FF) ή με δακτυλιοειδές παρέμβυσμα (RTJ). Η σύνδεση φλάντζας ανυψωμένης επιφάνειας σε χυτή φλάντζα εξοπλισμού με επίπεδη επιφάνεια μπορεί να ραγίσει τη χυτή φλάντζα κατά τη σύσφιξη.

Παρέμβυσμα και μπουλόνια

Το υλικό του παρεμβύσματος επιλέγεται ανάλογα με το ρευστό και τη θερμοκρασία: τα παρεμβύσματα με βάση PTFE, από γραφίτη, από συμπιεσμένες ίνες και τα σπειροειδή (spiral wound) προορίζονται για διαφορετικές συνθήκες. Στις γραμμές τροφίμων πρέπει να χρησιμοποιούνται υλικά με τεκμηριωμένη καταλληλότητα για επαφή με τρόφιμα.
Η διάσταση του παρεμβύσματος πρέπει να είναι συμβατή με την κλάση πίεσης και τον τύπο επιφάνειας της φλάντζας· η εσωτερική διάμετρος του παρεμβύσματος δεν πρέπει να προεξέχει στη διατομή ροής.
Τα παρεμβύσματα δεν επαναχρησιμοποιούνται· σε κάθε φλάντζα που λύνεται τοποθετείται νέο παρέμβυσμα.
Το υλικό των μπουλονιών και των παξιμαδιών πρέπει να επιλέγεται συμβατό με το περιβάλλον, ενώ στα ανοξείδωτα μπουλόνια πρέπει να χρησιμοποιείται πάστα συναρμολόγησης για την αποφυγή ψυχροσυγκόλλησης (galling).
Η σύσφιξη γίνεται σε χιαστή σειρά και σε περισσότερα στάδια· στον τελευταίο γύρο τα μπουλόνια ελέγχονται διαδοχικά για να επιβεβαιωθεί ότι το φορτίο έχει εξισωθεί.

Αξονική απόκλιση: μην ευθυγραμμίζετε τη φλάντζα με τα μπουλόνια

Οι επιφάνειες των φλαντζών πρέπει να είναι παράλληλες και ομοαξονικές πριν τοποθετηθούν τα μπουλόνια. Το κλείσιμο μιας γωνιακής ή αξονικής απόκλισης τραβώντας με τα μπουλόνια συνθλίβει το παρέμβυσμα από τη μία πλευρά και το αφήνει χαλαρό από την άλλη. Στα στόμια αντλιών και εξοπλισμού, αυτός ο εξαναγκασμός προκαλεί προβλήματα που φτάνουν έως και σε βλάβες εδράνων και στυπιοθλιπτών. Η γραμμή πρέπει να υποστηρίζεται και να στερεώνεται με στηρίγματα έτσι ώστε, με τα μπουλόνια χαλαρά, οι φλάντζες να παραμένουν από μόνες τους ευθυγραμμισμένες.

Καθαρισμός συγκολλήσεων

Η ποιότητα της συγκόλλησης ξεκινά από την προετοιμασία των άκρων. Πρέπει να ανοίγεται λοξοτομή κατάλληλη για το πάχος τοιχώματος του σωλήνα και να ελέγχεται η αξονική ευθυγράμμιση των τεμαχίων πριν από τη συγκόλληση. Η μέθοδος συγκόλλησης και τα αναλώσιμα καθορίζονται σύμφωνα με τις προδιαγραφές του έργου και την ποιότητα ανοξείδωτου που χρησιμοποιείται· και σε σωλήνα 316L το υλικό προσθήκης πρέπει να είναι κατάλληλο για αυτή την ποιότητα. Η αντοχή μιας ανοξείδωτης γραμμής στη διάβρωση εξαρτάται όμως σε μεγάλο βαθμό από την κατάσταση στην οποία αφήνεται η επιφάνεια μετά τη συγκόλληση.

Προστασία της ρίζας: Αν στη συγκόλληση TIG δεν διοχετευθεί προστατευτικό αέριο στο εσωτερικό του σωλήνα, η πλευρά της ρίζας οξειδώνεται· σχηματίζεται τραχιά επιφάνεια, ευάλωτη στη διάβρωση.
Χρωματισμοί θερμότητας: Οι χρωματιστές ζώνες οξειδίων γύρω από τη συγκόλληση δείχνουν ότι το παθητικό φιλμ έχει εξασθενήσει· πρέπει να απομακρύνονται με αποξείδωση (pickling) και παθητικοποίηση ή με κατάλληλη μηχανική μέθοδο.
Μόλυνση με σίδηρο: Βούρτσες και δίσκοι που έχουν χρησιμοποιηθεί σε ανθρακούχο χάλυβα προκαλούν κηλίδες σκουριάς στην ανοξείδωτη επιφάνεια· πρέπει να χρησιμοποιούνται εργαλεία αποκλειστικά για ανοξείδωτο.
Εσωτερικός καθαρισμός: Μετά τη συναρμολόγηση η γραμμή πρέπει να εκπλένεται, ώστε να απομακρυνθούν υπολείμματα συγκόλλησης και ρινίσματα.

Στις συγκολλητές συνδέσεις, η προτίμηση του χαμηλού σε άνθρακα 316L μειώνει τον κίνδυνο περικρυσταλλικής διάβρωσης στη θερμικά επηρεαζόμενη ζώνη.

Λίστα ελέγχου

Είναι γνωστά η εξωτερική διάμετρος, το πρότυπο και το Schedule του σωλήνα;
Ταιριάζει το πάχος τοιχώματος των εξαρτημάτων με τον σωλήνα;
Είναι ο τύπος φλάντζας, η κλάση πίεσης και ο τύπος επιφάνειας συμβατά με την αντιφλάντζα;
Είναι το υλικό του παρεμβύσματος κατάλληλο για το ρευστό και τη θερμοκρασία;
Έχουν καθοριστεί το υλικό και το μήκος των μπουλονιών και η σειρά σύσφιξης;
Παραμένουν οι φλάντζες ευθυγραμμισμένες χωρίς μπουλόνια;
Ολοκληρώθηκαν μετά τη συγκόλληση ο καθαρισμός της ρίζας, των χρωματισμών θερμότητας και του εσωτερικού;