Bridas de paredes gruesas en la industria

Las bridas de pared gruesa son componentes clave utilizados en el campo industrial para conectar tuberías, recipientes a presión y equipos. Sus características de diseño son que el espesor de pared es significativamente mayor que el de las bridas de tubería estándar y pueden soportar presiones, temperaturas y tensiones mecánicas más elevadas. Las siguientes son sus características principales, proceso de forjado y aplicaciones típicas:

Definición básica y clasificación de bridas de pared gruesa:

1. Bridas especiales fabricadas mediante proceso de forjado o soldadura integral, con un espesor de pared que supera significativamente las bridas estándar en un 30%-50%.

2. Según la estructura, se puede dividir en dos categorías: tipo forjado integral y tipo revestimiento multicapa.

Análisis de las características principales de rendimiento:

1. Rendimiento mecánico

• La capacidad de soporte de presión es superior a PN160, que es 2-3 niveles de presión más alta que las bridas comunes.
• La rigidez del anillo aumentó en un 40%, resistiendo eficazmente la tensión alterna.
• Debido al aumento del espesor de la pared, la capacidad de carga mejora significativamente, lo que lo hace adecuado para entornos de alta presión, alta temperatura (como más de 500 °C) o temperaturas extremadamente bajas (como almacenamiento y transporte de GNL).
• La estructura engrosada reduce el riesgo de deformación de la brida bajo cargas cíclicas (como equipos químicos con arranques y paradas frecuentes) y extiende la vida útil.

2. Excelente rendimiento de sellado
• Utilice juntas de anillo de metal o juntas en espiral, combinadas con superficies de sellado mecanizadas con precisión (como cara elevada RF, superficie de junta de anillo RTJ) para garantizar la prevención de fugas en condiciones de trabajo adversas.

3. Requisitos de idoneidad del material
Los materiales de las bridas se fabrican principalmente de acero al carbono, acero aleado o acero inoxidable, y las propiedades mecánicas se mejoran mediante un tratamiento térmico.

• El material de acero al carbono es adecuado para condiciones de trabajo inferiores a 480 ℃
• El acero de aleación puede soportar un entorno de alta temperatura de 560 ℃
• Los modelos de acero inoxidable tienen una resistencia a la corrosión de CR ≥ 17%.

4. Diseño personalizado
• La altura del cuello de la brida, la distribución de los orificios de los pernos, etc. se pueden ajustar según los requisitos para adaptarse a tuberías no estándar o equipos especiales (como reactores de energía nuclear).

Proceso de forja:

Requisitos del proceso de forjado para piezas forjadas de bridas de pared gruesa:

1. Utilice múltiples forjados para deformar gradualmente y evitar el sobreenfriamiento y el sobrecalentamiento.
2. Controle la temperatura y la velocidad de forja para evitar grietas y deformaciones.
3. Utilice matrices y equipos de forja adecuados para garantizar la precisión y la calidad del producto.
4. Antes del procesamiento posterior, se debe realizar un tratamiento de superficie y eliminar la tensión residual de la forja.

Tratamiento térmico:

Requisitos de tratamiento térmico para piezas forjadas de bridas de pared gruesa:

1. Realice un calentamiento uniforme y mantenimiento de la temperatura para garantizar el refinamiento del grano y la organización uniforme del material.
2. Realizar un tratamiento de enfriamiento y templado adecuado para garantizar la resistencia y tenacidad del material.
3. Controlar la temperatura y el tiempo durante el proceso de tratamiento térmico para evitar defectos como estructuras de transición y grietas.

Escenarios de aplicación típicos y ventajas técnicas:

1. Aplicación en condiciones de trabajo extremas
• Tubería de salida del compresor de gas natural (presión de trabajo 25 MPa), tubería de transmisión de alta presión, equipo de cabezal de pozo de plataforma de perforación.
• Entrada y salida del reactor de hidrogenación de refinería (temperatura 400℃+)

• Energía nuclear: El recipiente de presión del reactor está conectado a la tubería de vapor principal y debe cumplir requisitos de resistencia a la radiación.
• Energía térmica: Las bridas de tuberías de vapor de alta temperatura suelen estar hechas de acero resistente al calor, como 12Cr1MoV.

• Industrias químicas y petroquímicas: Los equipos de alta presión, como los reactores de hidrogenación y las torres de síntesis, deben resistir la corrosión del H₂S.
Para tuberías con medios corrosivos (como ácido sulfúrico y soluciones alcalinas) se utilizan bridas revestidas de plástico o de acero inoxidable súper austenítico.

• Maquinaria pesada y barcos:
Los sistemas hidráulicos de gran tamaño (como las máquinas de forja) y las bridas de los ejes de propulsión de los barcos están sujetos a torsión y vibración alternas.

• Circunstancias especiales:
Los equipos criogénicos (tanques de almacenamiento de GNL) y las tuberías de motores aeroespaciales requieren resistencia a bajas temperaturas o un diseño liviano (como bridas de aleación de titanio).

2. Realización de valor de operación y mantenimiento

• La vida útil de la superficie de sellado se extiende a 8-10 años (la brida común es de 3-5 años)
• Reducir el tiempo de inactividad por mantenimiento en más del 60%

Puntos de selección y control de calidad:

1. Debe cumplir con las normas ASME B16.47, ASME B16.5, EN 1092-1 o GB/T 9124
2. Proceso de fabricación: principalmente forjado (forjado libre/forjado en matriz), las bridas grandes se pueden fundir + mecanizar y las soldaduras requieren una inspección radiográfica del 100%.
3. Se requiere detección de fallas por ultrasonidos para alcanzar la calificación de nivel II
4. Se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para condiciones de alta temperatura.
5. Prevención de fallas: es necesario analizar la concentración de tensión (como el diseño del filete de transición), la fatiga por corrosión (agregando recubrimiento anticorrosivo) y la diferencia de expansión térmica (usando una estructura de brida flexible).

Por qué las bridas tienen diferentes espesores?

Los diferentes espesores de las bridas de las tuberías se deben principalmente a las diferentes presiones y temperaturas de funcionamiento de los equipos conectados. En términos generales, los equipos de alta presión y alta temperatura requieren bridas de paredes gruesas, mientras que los equipos de baja presión y baja temperatura pueden utilizar bridas de paredes delgadas.

1. Brida de pared gruesa
Las bridas de paredes gruesas se utilizan principalmente en condiciones de alta temperatura y alta presión. Dado que las tuberías se deforman fácilmente, si se utilizan bridas de paredes delgadas en condiciones de alta presión y alta temperatura, pueden producirse riesgos de seguridad como deformación de las bridas y fugas. Para garantizar la seguridad, son necesarias bridas de paredes gruesas.

2. Brida de pared delgada
Las bridas de pared delgada son principalmente adecuadas para condiciones de baja temperatura y baja presión. Las principales ventajas de las bridas de pared delgada son la ligereza y el bajo coste, y son adecuadas para conexiones de tuberías en campos industriales generales.

En instalaciones clave como estaciones receptoras de GNL y tuberías principales de energía nuclear, la selección correcta de bridas de paredes gruesas puede mejorar significativamente la confiabilidad del sistema. Su excelente resistencia a la fluencia y a la fatiga lo convierten en la solución de conexión preferida para tuberías de alta presión. Al seleccionar un modelo, es necesario considerar exhaustivamente los parámetros operativos, la compatibilidad del material y el costo, y realizar una verificación de simulación de tensión si es necesario.

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