예 — 금속 호스 보상기 고온 응용 분야에 적합할 뿐만 아니라 이를 위해 특별히 설계된 가장 신뢰할 수 있는 솔루션 중 하나입니다. 올바르게 지정하고 설치한 경우, 금속 호스 및 보상기 어셈블리는 다음 범위의 지속적인 서비스 온도를 처리할 수 있습니다. -270°C ~ 800°C 이상 선택한 합금에 따라 고무, PTFE 또는 열가소성 유연한 커넥터의 기능을 훨씬 능가합니다. 핵심은 합금 구성, 브레이드 구성 및 엔드 피팅 사양을 응용 분야의 정확한 열, 압력 및 움직임 요구 사항에 맞추는 것입니다. 이 기사에서는 금속 호스 보정기가 고온에서 어떻게 작동하는지, 어떤 재료가 어떤 조건에 적합한지, 엔지니어와 유지보수 전문가가 이를 지정하기 전에 알아야 할 사항에 대해 설명합니다.
금속 호스 보상기의 용도
A 금속 호스 및 보상기 압력 강화 및 기계적 보호를 위해 일반적으로 하나 이상의 와이어 브레이드 레이어로 둘러싸인 주름진 내부 호스(벨로우즈)로 구성된 유연한 배관 요소입니다. 어셈블리는 세 가지 주요 엔지니어링 기능을 동시에 제공합니다.
- 열팽창 흡수: 견고한 파이프 시스템은 열에 의해 팽창합니다. 강철 파이프는 대략 팽창합니다. 온도 상승 100°C당 10미터당 12mm . 라인의 보정 장치는 이러한 움직임을 흡수하여 파이프 응력, 플랜지 누출 및 연결된 장비의 구조적 손상을 방지합니다.
- 진동 차단: 펌프, 압축기, 터빈 및 엔진은 연결된 배관을 통해 전달되는 기계적 진동을 생성합니다. 유연한 금속 호스 어셈블리는 이러한 진동 경로를 차단하여 배관 시스템과 연결된 장비를 피로 손상으로부터 보호합니다.
- 오정렬 보상: 실제 설치에서 완벽한 파이프 정렬을 달성하는 경우는 거의 없습니다. 금속 호스 조립품의 측면 및 각도 유연성은 견고한 파이프 연결에 굽힘 응력을 가할 수 있는 사소한 정렬 불량을 수용합니다.
고온 시스템에서 열팽창 흡수 기능은 종종 다음을 지정하는 주요 동인입니다. 금속 팽창 이음 보상기 . 작동 온도가 상승함에 따라 견고한 배관의 열 이동이 상당해집니다. 400°C에서 작동하는 50m 길이의 탄소강 파이프는 대략 240mm의 선형 확장 . 보상 요소가 없으면 이 움직임은 파이프 지지대, 플랜지 및 연결된 노즐에 하중으로 전달됩니다.
재료별 온도 한계: 귀하의 응용 분야에 적합한 합금은 무엇입니까?
A의 온도 성능 고온 금속 호스 어셈블리 주로 주름진 내부 호스와 브레이드 와이어에 사용되는 합금에 따라 결정됩니다. 작동 온도에 맞게 잘못된 합금을 선택하는 것은 금속 호스 응용 분야에서 조기 고장을 일으키는 가장 일반적인 원인입니다.
오스테나이트계 스테인리스강(304 및 316 시리즈)
304 스테인레스 스틸 가장 널리 사용되는 재료이다. 스테인레스 스틸 유연한 금속 호스 일반 산업 서비스 어셈블리. 적절한 강도와 내산화성을 대략적으로 유지합니다. 870°C(1,600°F) 지속적인 서비스에서는 크리프 고려 사항으로 인해 일반적으로 실제 압력 베어링 적용이 약으로 제한됩니다. 600°C(1,112°F) .
316L 스테인레스 스틸 염화물로 인한 응력 부식 균열에 대한 탁월한 저항성을 위해 몰리브덴 함량을 추가하고 고온 강도를 약간 향상시킵니다. 고온에서 염화물을 함유한 증기, 해수 또는 공정 유체와 관련된 응용 분야에서 선호됩니다.
극한의 온도를 위한 고니켈 합금
600°C 이상의 응용 분야에서 니켈 고함량 초합금은 크리프 저항성, 내산화성 및 유지된 인장 강도의 필요한 조합을 제공합니다.
- 인코넬 625: 까지 연속 서비스에 적합 980°C(1,800°F) . 내산화성 및 침탄성이 우수합니다. 배기 시스템, 용광로 응용 분야 및 가스 터빈 부품에 널리 사용됩니다.
- 하스텔로이 C-276: 대략적으로 지속적인 서비스를 제공합니다. 1,040°C(1,900°F) . 산화성, 환원성 분위기에 대한 내성이 뛰어나 고온의 화학 처리 환경에 적합합니다.
- 합금 310 스테인레스: 지속적인 서비스 1,100°C(2,012°F) . 진정한 초합금 영역에 진입하기 전의 최고 온도 오스테나이트 스테인리스 옵션으로 용광로 덕트, 가마 연결부 및 열처리 장비에 사용됩니다.
탄소강 및 저합금강
탄소강 호스 어셈블리는 대략적으로 제한됩니다. 400°C(752°F) 산화 스케일링 및 인장 강도 감소 전 건식 서비스에서는 허용되지 않습니다. 증기 시스템, 온수 및 중간 온도의 유압 서비스에 대해서는 비용 효율적이지만 이 임계값을 초과하는 연속 서비스에 대해서는 지정해서는 안 됩니다.
합금별 온도 및 압력 성능
| 합금 | 최대 연속 온도 | 일반적인 응용 | 주요 장점 |
|---|---|---|---|
| 탄소강 | 400°C(752°F) | 증기, 온수, 유압장치 | 낮은 재료비 |
| 304 스테인레스 스틸 | 600°C(1,112°F) | 일반산업, 배기 | 널리 사용 가능, 부식 방지 |
| 316L 스테인레스 스틸 | 600°C(1,112°F) | 증기, 화학, 해양 | 내염화물성 |
| 310 스테인레스 스틸 | 1,100°C(2,012°F) | 용광로 덕트, 가마 | 높은 내산화성 |
| 인코넬 625 | 980°C(1,800°F) | 터빈 배기, 항공우주 | 높은 크리프 강도 |
| 하스텔로이 C-276 | 1,040°C(1,904°F) | 화학 처리, 반응기 | 대기 저항 감소 |
온도가 압력 등급에 미치는 영향 - 경감 원리
가장 중요하면서도 자주 간과되는 엔지니어링 고려 사항 중 하나 고온 금속 호스 어셈블리 작동 온도가 증가하면 금속 호스의 압력 등급이 감소한다는 것입니다. 이는 고온에서 금속 재료의 인장 강도와 항복 강도가 감소하기 때문입니다. 이는 크리프 거동으로 알려진 특성입니다.
실제적인 예로서: 스테인레스 스틸 유연한 금속 호스 조립품 등급 20°C에서 25bar 허용 작동 압력이 감소될 수 있습니다. 400°C에서 16~18bar 그리고 600°C에서 10–12bar , 특정 합금 및 호스 구성에 따라 다릅니다. 엔지니어는 고온 서비스에 대한 적합성을 확인하기 전에 제조업체의 온도 경감 계수를 주변 온도 압력 등급에 적용해야 합니다.
그림 1: 합금 대 작동 온도별 압력 등급 유지 곡선 예시 - 설계 계산을 위해 항상 제조업체의 인증된 경감 표를 참조하세요.
이 경감 원칙은 다음에도 동일하게 적용됩니다. 금속 팽창 이음 보상기 벨로우즈 - 재료의 탄성 계수가 감소함에 따라 고온에서 축, 측면 및 각도 이동 용량도 변경됩니다. 유능한 공급업체는 200°C 이상의 서비스에 대해 지정된 보상기에 대한 압력 경감 데이터와 함께 온도별 이동 등급을 제공합니다.
고온 서비스에 중요한 건설 세부 사항
전부는 아니다 스테인레스 스틸 유연한 금속 호스 어셈블리는 동일한 합금으로 제작된 경우에도 고온 서비스에서 동일합니다. 구성 세부 사항에 따라 어셈블리의 성능과 지속 시간이 결정됩니다.
주름 프로파일
주름진 벨로우즈는 두 가지 주요 프로파일로 제공됩니다. 환상의 (개별 고리 모양의 주름) 및 나선형의 (연속적인 나선형 주름). 고온 용도의 경우 각 주름이 독립적인 팽창 장치로 작동하고 열 응력이 나선형 프로파일보다 더 고르게 분산되기 때문에 환형 주름 호스가 일반적으로 선호됩니다. 나선형 호스는 더 큰 유연성과 더 긴 조립 길이가 필요한 중간 온도 응용 분야에 적합합니다.
브레이드 구성
단일 브레이드 어셈블리는 대부분의 응용 분야에 적합한 압력 강화를 최대 대략적으로 제공합니다. 40바 적당한 온도에서. 고온 서비스에서는 위에 설명된 압력 등급 감소로 인해 감소된 작동 압력에서 적절한 안전 계수를 유지하기 위해 이중 편조 구조가 필요할 수 있습니다. 브레이드 와이어 합금은 내부 호스의 온도 성능과 일치하거나 그 이상이어야 합니다. 탄소강 브레이드가 포함된 316L 내부 호스는 브레이드가 산화되어 내부 호스가 견딜 수 있는 온도에서 구조적 무결성을 잃게 됩니다.
엔드 피팅 및 연결 방법
끝 피팅 고온 금속 호스 어셈블리 일반적으로 완전 침투 궤도 용접 또는 수동 TIG 용접으로 부착됩니다. 고온 서비스에서 호스 끝과 피팅 사이의 용접 접합부는 중요한 구역입니다. 용접의 열 영향 구역은 모재와 약간 다른 야금학적 특성을 가지며 압력 서비스에 대한 적절한 표준(일반적으로 ISO 10380 또는 이에 준하는)에 따라 검사해야 합니다. 기계적 압착 끝 연결은 다음과 같습니다. 권장하지 않음 300°C 이상에서 연속 사용 시 열 순환 시 압착이 느슨해질 수 있습니다.
흐름 최적화를 위한 라이너 옵션
고속 흐름 응용 분야에서 금속 호스의 주름진 내부 표면은 압력 강하를 증가시키고 흐름으로 인한 진동을 유발할 수 있는 난류를 생성합니다. 이는 지속적인 흐름 조건에서 호스를 손상시킬 수 있는 공진 주파수 여기라는 현상입니다. 주름진 호스 내부에 설치된 부드러운 보어 라이너 튜브는 부드러운 내부 흐름 경로를 제공하여 이러한 문제를 해결합니다. 라이너는 한쪽 끝에만 부착되어 열 이동 시 호스와 함께 자유롭게 팽창할 수 있습니다.
고온 금속 호스 보상기의 설치 요구 사항
올바르게 지정된 경우에도 금속 팽창 이음 보상기 잘못 설치하면 조기에 실패합니다. 고온 애플리케이션에는 주변 온도 서비스에 필요한 것 이상의 추가 설치 요구 사항이 적용됩니다.
- 열팽창 사전 설정: 호스가 차갑게 설치되어 있고 시동 시 파이프가 호스 쪽으로 확장되는 시스템에서는 설치 중에 계산된 냉기 조건 오프셋에 따라 호스를 사전 압축해야 합니다. 일반적으로 전체 예상 확장 움직임의 50% — 작동 온도에서 호스는 중립 위치에 있고 수명 동안 대칭적으로 압축 및 확장 기능을 모두 발휘합니다.
- 파이프 앵커 및 가이드 요구 사항: 금속 호스 보정 장치는 움직임을 흡수하지만 저항하지는 않습니다. 보상 장치 쪽으로 확장을 유도하고 시스템의 다른 곳으로 이동하는 것을 방지하려면 적절한 파이프 앵커를 설치해야 합니다. 파이프 가이드는 내에 설치되어야 합니다. 4개의 파이프 직경 측면 움직임으로 인해 엔드 피팅에 굽힘 응력이 발생하는 것을 방지합니다.
- 최소 굽힘 반경: 금속 호스 어셈블리에는 설치 중이나 설치 후에 초과해서는 안 되는 지정된 최소 굽힘 반경이 있습니다. 고온에서 재료 강성이 감소한다는 것은 수평으로 설치된 조립품에서 중력으로 인한 처짐이 최소 굽힘 반경에 접근할 수 있음을 의미합니다. 약간의 아치로 설치하거나 긴 조립품의 경우 중간 지지대를 추가하는 것을 고려하십시오.
- 비틀림 방지: 금속 호스 어셈블리는 중심 축을 중심으로 꼬인 비틀림 방식으로 설치해서는 안 됩니다. 비틀림 하중은 주름 뿌리의 응력을 극적으로 증가시키고 특히 고온 서비스에서 흔히 발생하는 열 순환 하에서 조기 피로 파손을 유발합니다.
- 단열 조정: 호스가 단열 파이프 시스템에 설치된 경우 호스 위치에서 단열 섹션과 비단열 섹션 사이의 전환으로 인해 열 구배가 생성됩니다. 기계적 강도가 감소하는 지점에서 열 응력이 집중되는 것을 방지하기 위해 호스 중간이 아닌 호스 끝 피팅에 절연 종료가 이루어지도록 하십시오.
고온 금속 호스가 표준이 되는 산업 및 응용 분야
고온 금속 호스 어셈블리 그리고 compensators are specified across a broad range of industrial sectors wherever elevated temperature, pressure, and flexibility requirements coexist:
| 산업 | 일반적인 응용 | 일반적인 온도 범위 | 권장 합금 |
|---|---|---|---|
| 발전 | 증기 터빈 연결, 보일러 공급 | 250~550°C | 316L / 321SS |
| 석유화학 | 반응기 공급, 열교환기 연결 | 300~650°C | 316L / 인코넬 625 |
| 자동차/배기 | 배기 디커플러, 터보차저 연결부 | 400~900°C | 304 / 인코넬 625 |
| 산업용로 | 버너 공급, 연소가스 연결 | 600~1,100°C | 310 SS / 합금 601 |
| 해양/해양 | 엔진 배기, 증기 시스템 | 300~600°C | 316L(내염소성) |
| 시멘트 / 광업 | 가마 가스, 열기 운반 | 500~900°C | 310 SS / 인코넬 |
검사, 서비스 수명 및 교체 표시기
고온 서비스에 사용되는 금속 호스 조립체는 열 사이클 수, 사이클당 이동 크기, 작동 압력 및 환경 부식성에 따라 유한한 피로 수명을 갖습니다. 점진적이고 눈에 띄게 성능이 저하되는 고무 호스와 달리, 금속 호스의 피로 파손은 주름 뿌리에서 빠르게 전파되는 균열로 인해 발생할 수 있으므로 주기적인 검사가 필수적입니다.
권장 점검 간격 및 교체 표시기 금속 호스 및 보상기 고온 서비스 어셈블리:
- 12개월마다 육안 검사: 브레이드 와이어 파손, 엔드 피팅의 부식 또는 변색, 용접 조인트 또는 피팅에 누출 징후가 있는지 확인하십시오.
- 다음과 같은 경우 즉시 교체하십시오. 편조 와이어가 눈에 띄게 파손되었거나, 주름진 호스에 표면 균열이나 구멍이 생겼거나, 어셈블리가 과도하게 늘어나거나 비틀림 변형이 발생했거나, 감지 가능한 누출이 관찰되었습니다.
- 계획된 교체 간격: 안전이 중요한 고온 애플리케이션의 경우 많은 작업자가 예방적 교체 간격을 채택합니다. 5~10년 시각적 조건에 상관없이 설계 매개변수로부터 계산된 피로 수명을 기준으로 합니다.
- 프로세스 혼란 후: 시스템이 설계 온도, 압력을 초과하거나 수격 현상이 발생한 경우 즉시 검사하십시오. 이 모두는 정상 작동 시 눈에 보이지 않는 손상을 일으킬 수 있습니다.
자주 묻는 질문
1분기 스테인레스 스틸 유연한 금속 호스가 처리할 수 있는 최대 온도는 얼마입니까?
표준 304 또는 316L 스테인리스강의 경우 압력 베어링 어셈블리의 실제 최대 연속 작동 온도는 대략 다음과 같습니다. 600°C(1,112°F) , 강도 감소를 설명합니다. 이 재료는 비압력 또는 저압 응용 분야에서 더 높은 온도를 견딜 수 있습니다. 304 SS는 약 870°C까지 산화에 저항합니다. 압력 하에서 600°C 이상에서 지속적으로 사용하려면 310 스테인리스강이나 사용 가능한 강도를 980°C까지 유지하는 Inconel 625와 같은 니켈 초합금으로 업그레이드하세요.
2분기 금속 호스 보정 장치는 지속적인 고온뿐 아니라 열 순환도 처리할 수 있습니까?
예, 하지만 열 순환은 정적 고온 서비스와는 다른 주름진 벨로우즈에 피로 하중을 부과합니다. 각 시작-정지 주기로 인해 호스는 전체 열팽창 운동을 통해 구부러지고 주름 루트에 피로 주기가 누적됩니다. 디자인 라이프 금속 팽창 이음 보상기 순환 서비스에서는 주어진 이동 진폭의 사이클 수로 표현됩니다. ±10mm에서 10,000 사이클용으로 설계된 호스는 14년 내에 하루에 두 번 순환하는 공장에서 피로 한계에 도달할 수 있습니다. 열 순환 서비스를 지정할 때는 항상 예상되는 사이클 빈도와 사이클당 이동을 공급업체에 제공하십시오.
3분기 금속 호스 보상 장치는 벨로우즈 확장 조인트와 동일합니까?
주름진 금속 벨로우즈라는 동일한 기본 구성 요소를 공유하지만 구성과 용도가 다릅니다. 에이 금속 호스 및 보상기 어셈블리에는 압력 강화 및 기계적 보호를 위해 벨로우즈 위에 와이어 브레이드가 포함되어 있어 압력 서비스 및 진동 차단에 적합합니다. 베어 벨로우즈 익스팬션 조인트(브레이드 없음)는 유연성과 이동 능력은 높지만 압력 저항은 낮으며 일반적으로 덕트, 저압 서비스 또는 파이프 가이드에 의해 외부 기계적 보호가 제공되는 제한된 파이프 시스템 내에서 사용됩니다. 둘 다 적절한 합금을 선택하여 고온 서비스용으로 지정할 수 있습니다.
4분기 고온 금속 호스 조립품의 올바른 길이를 어떻게 지정합니까?
설치된 길이는 호스가 흡수해야 하는 전체 움직임(축, 측면 또는 각도), 측면 적용 시 호스의 최소 굽힘 반경, 설치 위치의 공간 제약이라는 세 가지 요소에 의해 결정되어야 합니다. 일반적으로 긴 호스 어셈블리는 각 개별 주름에 더 적은 응력을 가하면서 동일한 움직임을 수용합니다. 즉, 두 배 긴 호스는 동일한 전체 움직임에 대해 주름당 약 절반의 변형을 경험합니다. 상당한 열팽창 움직임이 있는 고온 서비스의 경우 주름 피로를 줄이기 위해 긴 어셈블리 측면을 선택하십시오. 지정되는 특정 호스 구성에 대해서는 항상 제조업체의 이동 및 길이 표를 참조하십시오.
Q5 고온 서비스용 금속 호스 조립품의 설계 및 테스트에 적용되는 표준은 무엇입니까?
금속 유연한 호스 조립품에 대한 주요 국제 표준은 다음과 같습니다. ISO 10380 에서는 치수, 성능 테스트, 압력 등급 및 표시 요구 사항을 다루고 있습니다. 미국에서는 ASME B31.3 (공정 배관)은 재료, 테스트 및 설치에 대한 요구 사항을 포함하여 공정 배관 시스템에서 유연한 호스 어셈블리의 사용을 관리합니다. 특히 확장 조인트의 경우, EJMA(Expansion Joint Manufacturer Association) 표준 설계, 제작 및 테스트에 대한 자세한 지침을 제공합니다. 규제 산업의 고온 적용 분야에서는 일반적으로 호스 조립품에 전체 재료 인증(EN 10204 3.1 또는 3.2) 및 정수압 테스트 인증서가 제공되어야 합니다.
