ما هي الشفة؟
شفة باختصار، مجرد مصطلح عام، يشير عادة إلى جسم معدني على شكل قرص مماثل لفتح عدد قليل من الثقوب الثابتة، وتستخدم لتوصيل أشياء أخرى، وهذا النوع من الأشياء يستخدم على نطاق واسع في الآلات، لذلك يبدو غريبا بعض الشيء، طالما أنه يعرف باسم شفة، اسمها مشتق من شفة الإنجليزية. بحيث يتم توصيل الأنبوب والأنابيب من الأجزاء، متصلة بنهاية الأنبوب، تحتوي الشفة على فتحة، مسامير لجعل الشفتين متصلتين بإحكام، بين الشفة مع ختم الحشية.
الحافة هي عبارة عن أجزاء على شكل قرص، وهي الأكثر شيوعًا في هندسة خطوط الأنابيب، وتستخدم الحافة في أزواج.
فيما يتعلق بأنواع توصيلات الشفة، هناك ثلاثة مكونات:
- شفاه الأنابيب
- حشية
- اتصال الترباس
في معظم الحالات، تتوفر مادة محددة للحشية والبراغي مصنوعة من نفس مادة مكون شفة الأنبوب. أكثر أنواع الشفة شيوعًا هي شفة الفولاذ المقاوم للصدأ. من ناحية أخرى، تتوفر الشفة بمواد متنوعة لتناسب متطلبات الموقع. من أشهر أنواع الشفة المونيل، والإنكونيل، والكروم الموليبدينوم، وذلك حسب متطلبات الموقع الفعلية. يعتمد اختيار المادة الأمثل على نوع النظام الذي ترغب في استخدام شفة فيه بمتطلبات محددة.
7 أنواع شائعة من الشفاه
تتوفر أنواع مختلفة من الفلانشات التي يمكن اختيارها وفقًا لمتطلبات الموقع. ولاختيار الفلانش المثالي، يجب ضمان تشغيل موثوق وعمر خدمة طويل، مع مراعاة السعر الأنسب.
1. شفة ملولبة:
الحواف الملولبة، التي تحتوي على خيط في تجويف الحافة، تُجهّز بخيوط خارجية على التركيب. الغرض من التوصيل الملولب هنا هو تجنب اللحام في جميع الحالات. يتم توصيلها بشكل أساسي بخيوط مطابقة للأنبوب المراد تركيبه.
2. حواف اللحام المقبسية
يُستخدم هذا النوع من الفلانشات عادةً للأنابيب الصغيرة، حيث يتميز قطر منطقة الضغط ودرجة الحرارة المنخفضتين بوجود وصلة تُوضع فيها الأنبوب داخل الفلانش لضمان اتصالها بلحام فيليه أحادي أو متعدد المسارات. هذا يُجنّب القيود المرتبطة بالنهايات الملولبة مقارنةً بأنواع الفلانشات الملحومة الأخرى، مما يُسهّل التركيب.
3. حواف اللفة
شفة اللفة هي نوع من الشفة يتطلب لحام طرفها القصير بوصلة لاستخدامها مع شفة داعمة لتشكيل وصلة شفة. وقد جعل هذا التصميم هذه الطريقة شائعة في أنظمة متنوعة ذات مساحة محدودة، أو تتطلب تفكيكًا متكررًا، أو صيانة مكثفة.
4. الحواف المنزلقة
تُعد الفلانشات المنزلقة شائعة الاستخدام، وتتوفر بمجموعة واسعة من الأحجام لتناسب الأنظمة ذات معدلات التدفق والإنتاجية العالية. إن مطابقة الفلانشات مع القطر الخارجي للأنبوب يجعل تركيبها سهلاً للغاية. يُعد تركيب هذه الفلانشات عمليةً فنيةً بعض الشيء، إذ يتطلب لحامًا حشويًا على كلا الجانبين لتثبيت الفلانشات بالأنبوب.
5. الشفاه العمياء
هذه الأنواع من الفلانشات مناسبة تمامًا لتوصيلات أنظمة الأنابيب. صُممت اللوحة العمياء على شكل قرص فارغ قابل للتثبيت بمسامير. بمجرد تركيبها بشكل صحيح وربطها بالحشية المناسبة، توفر إحكامًا ممتازًا، ويسهل إزالتها عند الحاجة.
6. شفاه عنق اللحام
شفاه اللحام العنقية تشبه إلى حد كبير شفاه اللفة، ولكنها تتطلب لحامًا تناكبيًا للتركيب. كما أن متانة هذا النظام وقدرته على الانحناء مرات عديدة واستخدامه في أنظمة الضغط والحرارة العالية تجعله الخيار الأمثل لأنابيب العمليات.
7. الشفاه المتخصصة
هذا النوع من الفلانشات هو الأكثر شيوعًا. ومع ذلك، تتوفر مجموعة واسعة من أنواع الفلانشات المتخصصة الإضافية لتناسب مختلف الاستخدامات والبيئات. تتوفر خيارات أخرى متنوعة، مثل فلنشات نيبو، فلنشات اللحام، فلنشات التمدد، فلنشات الفتحات، ولنشات اللحام الطويلة، ولنشات المخفض.
5 أنواع خاصة من الشفاه
1. ويلدوفلانج
شفة ويلدو تُشبه شفة نيبو إلى حد كبير، إذ إنها مزيج من شفة اللحام التناكبي ووصلات تركيب الفروع. تُصنع شفة ويلدو من قطعة واحدة من الفولاذ المصمت المطروق، بدلاً من لحام أجزاء فردية معًا.
2. شفة نيبو
نيبوفلانج هو أنبوب فرعي مائل بزاوية 90 درجة، وهو منتج يُصنع بدمج فلنجات اللحام التناكبي مع نيبولت المطروق. بينما يُعرف نيبوفلانج بأنه قطعة واحدة متينة من الفولاذ المطروق، إلا أنه لا يُفهم على أنه منتجان مختلفان ملحومان معًا. يتكون تركيب نيبوفلانج من لحام جزء نيبولت من المعدات لتمرير الأنبوب، ثم تثبيت جزء الفلانجة على شفة الأنبوب الصغير بواسطة فني الأنابيب.
من المهم معرفة أن حواف Nipo متوفرة في أنواع مختلفة من المواد مثل الكربون، والفولاذ الكربوني عالي ومنخفض الحرارة، ودرجات الفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك النيكل. يتم تصنيع حواف Nipo في الغالب باستخدام مواد معززة، مما يساعد على منحها قوة ميكانيكية إضافية عند مقارنتها بحافة Nipo القياسية.
3. شفة الكوع وشفة اللاترو
تُعرف شفة الكوع بأنها مزيج من شفة وإلبوليت، بينما تُعرف شفة اللاترو بأنها مزيج من شفة ولاتروليت. تُستخدم شفة الكوع لتفريع الأنابيب بزاوية 45 درجة.
4. حواف الحلقة الدوارة
تُستخدم حواف الحلقات الدوارة لتسهيل محاذاة ثقوب البراغي بين حافتين متزاوجتين، وهو ما يُفيد في العديد من الحالات، مثل تركيب خطوط الأنابيب كبيرة القطر، وخطوط الأنابيب البحرية أو البحرية، والبيئات المماثلة. تُناسب هذه الأنواع من الحواف السوائل المُتطلبة في النفط والغاز والهيدروكربونات والمياه والمواد الكيميائية، وغيرها من تطبيقات البتروكيماويات وإدارة المياه.
في حالة الأنابيب كبيرة القطر، يُجهّز الأنبوب بحافة لحام طرفي قياسية من أحد طرفيه وحافة دوارة من الطرف الآخر. تتم هذه العملية ببساطة عن طريق تدوير الحافة الدوارة على خط الأنابيب، مما يُمكّن المُشغّل من ضبط ثقوب البراغي بشكل صحيح وبسرعة وسهولة بالغتين.
من المعايير الرئيسية لحواف الحلقات الدوارة ASME أو ANSI، وDIN، وBS، وEN، وISO، وغيرها. ومن أشهر معايير تطبيقات البتروكيماويات ANSI أو ASME B16.5 أو ASME B16.47. تُعدّ حواف الحلقات الدوارة حوافًا يمكن استخدامها بجميع أشكال الحواف القياسية الشائعة، مثل أعناق اللحام، والوصلات الانزلاقية، والوصلات المتداخلة، ولحامات المقبس، وغيرها، في جميع درجات المواد، وبمجموعة واسعة من الأحجام من 3/8 بوصة إلى 60 بوصة، وضغوط تتراوح من 150 إلى 2500. ويمكن تصنيع هذه الحواف بسهولة من الفولاذ الكربوني، والسبائكي، والفولاذ المقاوم للصدأ.
5. شفاه التمدد
تستخدم حواف التمدد لزيادة حجم ثقب الأنبوب من نقطة معينة إلى أخرى من أجل توصيل الأنبوب بأي معدات ميكانيكية أخرى مثل المضخات والضواغط والصمامات التي يوجد لها أحجام مدخل مختلفة.
عادةً ما تكون حواف التمدد ملحومة تناكبيًا، ولها فتحة كبيرة جدًا في الطرف غير المزوّد بحافة. ويمكن استخدامها لإضافة مقاس واحد أو اثنين فقط، أو حتى 4 بوصات، إلى فتحة الأنبوب الجاري. تُفضّل هذه الأنواع من الحواف على مزيج مخفّضات اللحام التناكبي والحواف القياسية، نظرًا لرخص ثمنها وخفة وزنها. من أكثر المواد شيوعًا المستخدمة في حواف التمدد مادة A105 والفولاذ المقاوم للصدأ ASTM A182.
تتوفر حواف التمدد بتصنيفات ضغط وأحجام مطابقة لمواصفات ANSI أو ASME B16.5، وهي متوفرة بشكل أساسي محدبة أو مسطحة (RF أو FF). تؤدي حواف التخفيض، المعروفة أيضًا باسم حواف التخفيض، وظيفة معاكسة تمامًا لشفاه التمدد، أي أنها تُستخدم لتقليل قطر فتحة الأنبوب. يمكن تقليل قطر فتحة الأنبوب بسهولة، ولكن ليس بأكثر من مقاس أو مقاسين. في حال محاولة تقليل القطر أكثر من ذلك، يجب استخدام حل يعتمد على مزيج من مخفضات اللحام التناكبي والحواف القياسية.
تحديد حجم الشفة والاعتبارات الشائعة
بالإضافة إلى التصميم الوظيفي للشفة، يُعد حجمها العامل الأكثر تأثيرًا على اختيارها عند تصميم وصيانة وتحديث نظام الأنابيب. بدلاً من ذلك، يجب مراعاة واجهة الشفة مع الأنبوب والحشيات المستخدمة لضمان المقاس المناسب. بالإضافة إلى ذلك، هناك بعض الاعتبارات الشائعة التي يجب مراعاتها:
- القطر الخارجي: القطر الخارجي هو المسافة بين حافتين متقابلتين لوجه الشفة.
- السمك: يتم قياس السمك من خارج الحافة.
- قطر دائرة البراغي: هو المسافة بين فتحات البراغي النسبية المقاسة من المركز إلى المركز.
- حجم الأنبوب: حجم الأنبوب هو الحجم المقابل للشفة.
- الثقب الاسمي: الثقب الاسمي هو حجم القطر الداخلي لموصل الشفة.
تصنيف الشفة ومستوى الخدمة
تُصنف الفلانشات أساسًا حسب قدرتها على تحمل درجات حرارة وضغوط مختلفة. ويُشار إليها باستخدام الأحرف أو اللواحق "#" أو "lb" أو "class". هذه اللواحق قابلة للتبديل، وتختلف أيضًا باختلاف المنطقة أو المورد. فيما يلي التصنيفات الشائعة المعروفة:
- 150#
- 300#
- 600#
- 900#
- 1500#
- 2500#
تختلف تحمّلات الضغط ودرجة الحرارة نفسها باختلاف المادة المستخدمة، وتصميم وحجم الشفة. إلا أن الثابت الوحيد هو معدل الضغط، الذي يتناقص مع ارتفاع درجة الحرارة.
نوع وجه الشفة
يُعدّ نوع السطح أيضًا سمة بالغة الأهمية، إذ يؤثر بشكل كبير على الأداء النهائي وعمر خدمة الشفة. لذلك، نُحلل فيما يلي بعضًا من أهم أنواع أسطح الشفة:
1. شفة مسطحة (FF)
يقع سطح حشية الشفة المسطحة في نفس مستوى سطح الإطار المُثبّت بمسامير. عادةً ما تُصنّع المنتجات التي تستخدم حوافًا مسطحة بقوالب مُطابقة للشفة أو غطاء الشفة. يجب عدم وضع الحواف المسطحة على حواف جانبية معكوسة. تنصّ ASME B31.1 على أنه عند توصيل حواف الحديد الزهر المسطحة بشفاه الفولاذ الكربوني، يجب إزالة السطح المُرتفع من حواف الفولاذ الكربوني، ويجب استخدام حشية كاملة. هذا لمنع تناثر حواف الحديد الزهر الصغيرة والهشة في الفراغ الناتج عن مقدمة شفة الفولاذ الكربوني المرتفعة.
يُستخدم هذا النوع من أسطح الشفة في تصنيع المعدات والصمامات لجميع التطبيقات التي يُصنع منها الحديد الزهر. يتميز الحديد الزهر بهشاشته، ويُستخدم عادةً فقط في تطبيقات درجات الحرارة والضغط المنخفضين. يسمح السطح المسطح للشفتين بالتلامس الكامل على كامل السطح. تتميز الشفاه المسطحة (FF) بسطح تلامس مساوي لارتفاع مسامير الشفة. تُستخدم غسالات كاملة السطح بين شفتين مسطحتين، وعادةً ما تكون ناعمة. وفقًا لمعيار ASME B31.3، لا ينبغي ربط الشفاه المسطحة مع الشفاه المرتفعة نظرًا لاحتمالية حدوث تسرب من الوصلة المشفهة الناتجة.
2. شفة ذات وجه مرتفع (RF)
شفة الوجه المرفوعة هي النوع الأكثر شيوعًا في تطبيقات المُصنِّعين، ويسهل تمييزها. تُسمى محدبة لأن وجه الحشية يقع فوق وجه حلقة البرغي. يتطلب كل نوع من أنواع التغطية استخدام أنواع متعددة من الحشيات، بما في ذلك مجموعة متنوعة من ألسنة الحلقات المسطحة والمركبات المعدنية، مثل القوالب الحلزونية والمزدوجة الغلاف.
صُممت حواف التردد اللاسلكي (RF) لتركيز المزيد من الضغط على مساحة أصغر من الحشية، مما يُحسّن التحكم في ضغط الوصلة. يُوضّح معيار ASME B16.5 الأقطار والارتفاعات حسب مستوى الضغط والقطر. يُحدّد مستوى ضغط الشفة ارتفاع السطح المُرفوع. صُممت حواف التردد اللاسلكي لتركيز المزيد من الضغط على مساحة أصغر من الحشية، مما يُحسّن التحكم في ضغط الوصلة. يُوضّح معيار ASME B16.5 الأقطار والارتفاعات حسب فئة الضغط والقطر. تصنيفات شفة الضغط.
3. شفة الحلقة (RTJ)
عندما يكون هناك حاجة إلى وجود ختم معدني إلى معدني بين الشفاه المزدوجة (وهو الشرط لتطبيقات الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية، أي فوق 700/800 درجة مئوية)، يتم استخدام شفة المفصل الحلقي (RTJ).
تحتوي شفة المفصل الحلقي على أخدود دائري يستوعب حشية المفصل الحلقي (بيضاوي أو مستطيل).
عند ربط حافتي وصل حلقتين معًا بمسامير، ثم إحكام ربطهما، تُشوّه قوة البراغي المُطبّقة الحشية في أخدود الحافة، مما يُشكّل ختمًا معدنيًا مُحكمًا للغاية. لتحقيق ذلك، يجب أن تكون مادة حشية وصلة الحلقة أكثر ليونة (أكثر ليونة) من مادة الحواف.
يمكن غلق حواف RTJ باستخدام حشوات RTJ من أنواع مختلفة (R، RX، BX) والملفات الشخصية (على سبيل المثال، مثمنة/بيضاوية لنوع R).
أكثر أنواع حشوات RTJ شيوعًا هو النوع R ذو المقطع العرضي المثمن، إذ يضمن إحكامًا قويًا للغاية (النوع الأقدم هو النوع ذو المقطع العرضي البيضاوي). ومع ذلك، فإن تصميم "الأخدود المسطح" يقبل كلا النوعين من حشوات RTJ ذات المقطع العرضي المثمن أو البيضاوي.
4. حواف اللسان والأخدود (T & G)
يتناسب شفتا اللسان والأخدود (وجوه T & G) بشكل مثالي: تحتوي إحدى الشفات على حلقة مرتفعة وتحتوي الشفة الأخرى على أخاديد حيث تتناسب بسهولة (يدخل اللسان في الأخدود ويغلق المفصل).
تتوفر حواف اللسان والأخدود بأحجام كبيرة وصغيرة.
5. الشفاه الذكر والأنثى (M & F)
على غرار حواف اللسان والأخدود، تتطابق الحواف الذكرية والأنثوية (أنواع الوجوه M & F) مع بعضها البعض.
يحتوي أحد الحواف على مساحة تمتد إلى ما وراء مساحة سطحه، وهي الحافة الذكرية، بينما تحتوي الحافة الأخرى على انخفاضات متطابقة تم تشكيلها في السطح المواجه، وهي الحافة الأنثوية.
تشطيب سطح الشفة
لضمان ملاءمة مثالية للشفة مع الحشية والشفة المُطابقة، تتطلب مساحة سطح الشفة درجة خشونة معينة (لتشطيبات شفة RF وFF فقط). يُحدد نوع "تشطيب الشفة" نوع خشونة سطح الشفة.
الأنواع الشائعة هي المخزون، والمسنن المتحدة المركز، والمسنن الحلزوني، ووجوه الشفة الناعمة.
هناك أربعة تشطيبات سطحية أساسية لحواف الفولاذ، ومع ذلك، فإن الهدف المشترك لأي نوع من تشطيبات سطح الحافة هو إنتاج الخشونة المطلوبة على سطح الحافة لضمان ملاءمة متينة بين الحافة والحشية والحافة المتزاوجة لتوفير ختم عالي الجودة.
وقت النشر: ٨ أكتوبر ٢٠٢٣