ASME VIII القسم 1 مقابل القسم 2: الكلفة وسُمك الجدار

لأوتوكلاف ترشيح بالأكسدة عند 4.5 ميغاباسكال وقطر داخلي 4.0 م من SA-516 درجة 70، يشترط القسم 1 نحو 74 مم للجسم حيث يشترط القسم 2 نحو 50 مم. وفرق 24 مم هذا يمثل نحو 23 طنًا من الفولاذ في جسم بطول 10 م، وهو يعوّض عادة ثلاث إلى خمس مرات العمل الإضافي للتصميم بالتحليل. وتحت نحو 2 ميغاباسكال و2.5 م قطر ينقلب الحساب ويصبح القسم 1 أرخص.

أهم النقاط

• فرق السُمك ناتج عن أساس الإجهاد المسموح وكفاءة اللحام الإلزامية، لا عن صيغ مختلفة.
• يقلّص القسم 2 السُمك بنسبة 25–35 % فوق 3 ميغاباسكال في الأجسام كبيرة القطر.
• يضيف القسم 2 نحو 300–600 ساعة هندسية، ومواصفة تصميم من المالك، وفحصًا غير متلف أشد.
• تحت نحو 2 ميغاباسكال و2.5 م يحكم السُمك الأدنى، ويكلّف القسم 2 أكثر دون فائدة.
• استخدم القسم 2 حين يتجاوز سُمك القسم 1 قيمة 50 مم، أو حين يكون الواجب دوريًا، أو حين يتحدد الأمر بتوافر الألواح.

ما الذي يختلف فعلًا

القسمان يستخدمان الصيغة نفسها للجسم. المختلف هو الإجهاد المسموح، وكفاءة اللحام المسموح بادعائها، وحجم التحليل المطلوب لتبرير التصميم، والفحص الذي يثبت أنه نُفّذ كذلك. وللجسم الأسطواني تحت ضغط داخلي يكون السُمك المحيطي t = P·R / (S·E − 0.6·P)، حيث P ضغط التصميم، وR نصف القطر الداخلي، وS الإجهاد المسموح من القسم الثاني الجزء D، وE كفاءة اللحام.

القسم 1 مجموعة قواعد: صيغ محددة، وإجهاد مسموح بهامش ثابت على مقاومة الشد، ومطابقة تُثبت بحساب مع فحص محدد. والقسم 2 يجمع التصميم بالقواعد مع التصميم بالتحليل: يحتفظ بالصيغ للأشكال الشائعة لكنه يسمح بإثبات سعة حمل أعلى بتحليل مرن أو مرن-لدن، ويشترط مواصفة تصميم من المالك، وفرزًا للإجهاد الدوري، وفحصًا كاملًا لكل اللحامات الحاملة للضغط.

هامش التصميم هو نسبة الحد الأدنى المحدد لمقاومة الشد إلى الإجهاد المسموح، ومنه ينشأ معظم فرق السُمك: يسمح القسم 2 بهامش أصغر لكثير من مجموعات المواد، فتحمل اللوحة نفسها من SA-516 درجة 70 إجهادًا مسموحًا أعلى عند الحرارة نفسها — عادة 1.3 إلى 1.45 ضعف قيمة القسم 1 في المدى الذي تعمل فيه أوتوكلافات الهيدروميتالورجيا. والقيم المرجعية 138 ميغاباسكال للقسم 1 و202 للقسم 2 عند 50 °C، و125 مقابل 183 عند 220 °C.

كفاءة اللحام تخصم من الإجهاد المسموح بسبب جودة الوصلة ومدى الفحص الشعاعي أو الموجي. ويسمح القسم 1 بمقايضة الفحص بالكفاءة: تصوير شعاعي بالعيّنات يعطي E = 0.85، وغيابه يعطي 0.70 في بعض أنواع الوصلات. أما القسم 2 فيشترط فحصًا كاملًا، ولهذا يستطيع ادعاء E = 1.0 على كامل الجسم. والمعالجة الحرارية بعد اللحام تخفف الإجهادات المتبقية وتطرّق المنطقة المتأثرة بالحرارة؛ وهي إلزامية في القسم 1 للفولاذ الكربوني P-No. 1 فوق 38 مم حسب UCS-56، والسُمك الذي يُفعّل المعالجة كثيرًا ما يهم الكلفة أكثر من السُمك نفسه، لأن دورة فرن كاملة لوعاء بقطر 4 م ووزن 20 طنًا تعني أيامًا من وقت الورشة وبندًا حقيقيًا في الجدول.

وهذه النقطة الأخيرة هي الأكثر إغفالًا: وعاء بالقسم 1 بتصوير بالعيّنات وE = 0.85 قد يكون أسمن بنسبة 15–18 % من الوعاء نفسه بتصوير كامل وE = 1.0، قبل حساب فرق الإجهاد المسموح أصلًا. ومقارنة «القسم 1 بتصوير بالعيّنات» مع «القسم 2» تبالغ في ميزة القسم 2؛ والمقارنة الأمينة هي القسم 1 بتصوير كامل مقابل القسم 2، والوفرة المتبقية حقيقية لكنها أصغر.

كم سُمكًا يوفّر القسم 2 فعلًا

يحسب الجدول 1 أربعة أوعية نموذجية في مصنع هيدروميتالورجي، كلها من SA-516 درجة 70، ببدل تآكل 3 مم وإجهادات مسموحة من القسم الثاني الجزء D عند حرارة التصميم.

جدول 1 — سُمك الجسم، القسم 1 مقابل القسم 2، ببدل تآكل 3 مم

المال في عمود السُمك المطلوب، لأن السُمك المحسوب يُقرَّب إلى لوح تجاري ثم يُقارن بقواعد السُمك الأدنى. في الحالة الصغرى يعطي الحساب 2.6 مم، لكن الحد الأدنى العملي للورشة — 8 مم في معظم المعايير، فوق حد الكود — يحكم التصميمين، ولا يشتري القسم 2 شيئًا. وفي الحالة الكبرى تمثل 24 مم على نحو 125 م² من اللوح لطول 10 م، بكثافة 7,850 كغ/م³، نحو 23.6 طن، أي نحو 42,000 دولار مواد بسعر إرشادي 1,800 دولار/طن، قبل حساب الوزن الموفّر في الدعامات وحجم اللحام الأقل عند تحضير حافة 52 بدل 76 مم وسهولة شراء اللوح. وفي المقابل يرتفع تصميم القسم 2 من 120–200 ساعة إلى 400–700 (+30,000 إلى 55,000 دولار)، ويزيد الفحص غير المتلف 12,000–20,000 دولار لتصوير كامل مع UT وTOFD، ويوفر الوزن والنقل والتركيب 8,000–15,000 دولار: فالناتج بين 20,000 و60,000 دولار لصالح القسم 2. والقاعدة الممتدة على كل المخطط: الفائدة تتناسب مع السُمك الموفّر مضروبًا في المساحة المبلولة، والكلفة شبه ثابتة لكل وعاء.

أين تختفي وفرة القسم 2

أربعة شروط تمحوها، وكل منها متكرر بما يكفي لفحصه قبل كتابة القرار في مواصفة الشراء. بدل التآكل المهيمن: إذا احتاج السبيك انحراف 6 مم لأن الخدمة عدوانية، فجزء السُمك الناتج عن الضغط كسر صغير من الكل، ويصبح خفض 30 % في ذلك الجزء خفضًا بنسبة 12 % في اللوح المطلوب؛ وخزان تغذية من 316L ببدل 6 مم في خدمة عالية الكلوريد هو الحالة الكلاسيكية. حكم السُمك الأدنى والصلابة: الأوعية الصغيرة والخزانات تحت 1 م والأوعية منخفضة الضغط تُحدَّد بالمناولة والدعامات والحدود الدنيا، ويضيف القسم 2 هندسة بلا فائدة مادية. الخدمة الدورية: فوق نحو 1,000 دورة معتبرة للضغط أو الحرارة يجب الإجابة على سؤال الإجهاد الدوري في أي قسم، والكلفة الحدية للقسم 2 أصغر لأن الجدار غالبًا يُثخَّن للإجهاد الدوري لا للضغط. مواصفة المالك أو الاختصاص: كثير من مواصفات النحاس والذهب تثبّت القسم 1 كأساس تعاقدي، وبعض وجهات التصدير تشترط علامة CE بموجب توجيه معدات الضغط مع EN 13445 أو ما يعادله.

وثمة شرط خامس أقل تقنية: كفاءة الورشة. وعاء القسم 2 يتطلب مصنّعًا لديه قدرة تحليل، وعملية موثّقة لمواصفة التصميم، وإجراءات مؤهلة للمقاطع السميكة. وإذا كانت الورشة المرشحة قد بنت خمسين خزانًا بالقسم 1 ووعاءين بالقسم 2، فخطر الجدول حقيقي ويجب تسعيره.

أي كود تختار

يحوّل الجدول 3 التحليل إلى مصفوفة بالضغط والقطر باستنتاجات مشروطة صريحة، لجسم من الفولاذ الكربوني أو المنخفض السبائك حتى 250 °C، بتصوير شعاعي كامل متاح وعمر تصميمي 20 سنة.

جدول 3 — مصفوفة اختيار الكود للأوعية الهيدروميتالورجية

ولأوتوكلاف 4.5 ميغاباسكال و4.0 م يُفضَّل القسم 2: فـ24 مم تزيل 23 طنًا من الفولاذ، وتقصر دورة اللحام، وتعيد اللوح إلى مدى الدرفلة لدى أكثر من مصنع. ولخزان ترشيح 1.6 ميغاباسكال و2.4 م يُفضَّل القسم 1: فـ4 مم تساوي نحو 2,600 دولار من اللوح بينما يكلّف التحليل الإضافي 20,000 دولار أو أكثر. والتفصيل على مستوى البنود مهم: النزول من 40 إلى 30 مم يعبر حد المعالجة الحرارية في UCS-56 وقد يوفّر دورة فرن كاملة، والنزول من 76 إلى 52 مم لا يعبر شيئًا، فتبقى الوفرة في المعدن فقط.

أوتوكلافان، واجب واحد، كودان

أوتوكلافان للترشيح بالأكسدة بالواجب نفسه — مركز نحاس-ذهب، وكلاهما مجهول الهوية — يوضحان الحساب. الوعاء A، القسم 1، 4.2 ميغاباسكال، 3.6 م، 210 °C: جسم مطلوب 72 مم، SA-516 درجة 70، تصوير كامل، معالجة حرارية عند 620 °C لأربع ساعات، 11.5 م بين خطي التماس، 68 طنًا من اللوح؛ مصنعان يستطيعان الدرفلة وواحد التسليم في 22 أسبوعًا؛ كلفة التصنيع والتركيب بمعامل 1.00. الوعاء B، القسم 2، بالمعاملات نفسها: جسم 50 مم، الدرجة نفسها، تصوير كامل مع TOFD على كل اللحامات الطولية، المعالجة نفسها، 47 طنًا؛ أربعة مصانع قادرة على التوريد؛ استغرق التصميم 520 ساعة مقابل 165 للوعاء A؛ ومعامل الكلفة 0.87 — أقل 13 % رغم الهندسة الإضافية — مع مهلة لوح أقصر 6 أسابيع قدّمت الجدول.

ثلاثة أرقام تُحمل إلى المواصفة: 72 مقابل 50 مم عند 4.2 ميغاباسكال و3.6 م، وكلفة مركّبة أقل 13 %، و21 طنًا من اللوح تم تجنبها. والثلاثة خاصة بهذا الواجب وهذه الورشة. والحكم بعد تجربة الاثنين: قرار القسم 2 نادرًا ما يُخسر على وفرة المعدن ونادرًا ما يُكسب على كلفة الهندسة؛ بل يحسمه غالبًا إمكان شراء اللوح الأرق داخل نافذة الجدول، وقدرة المالك على إنتاج مواصفة تصميم قابلة للدفاع دون إضافة ثلاثة أسابيع إلى تجميد التصميم.

الأسئلة الشائعة

هل القسم 2 أخف دائمًا من القسم 1؟

لا. يعطي القسم 2 جسمًا أرق حيث يحكم الضغط، لكن حيث يحكم السُمك الأدنى أو بدل التآكل أو الصلابة، يعطي القسمان اللوح المطلوب نفسه، ويضيف القسم 2 هندسة فقط.

كم يغيّر اختيار الكود مهلة التسليم؟

توقّع أسبوعين إلى أربعة أسابيع هندسة إضافية للقسم 2، ومقابلها مهلة لوح أقصر بأسبوعين إلى ستة في مدى 50–76 مم. والأثر الصافي محايد أو إيجابي عادة، لكن فقط إذا كانت مواصفة تصميم المالك جاهزة في مرحلة الاستفسار.

إذا كان لديك وعاء بجدار 40–80 مم وتريد المقارنة على واجبك، أرسل شروط التصميم. والمعايير في قاعدة المعرفة والتعريفات في المعجم.

قراءة ذات صلة

• اختيار مواد أوعية الضغط في المعالجة المائية للمعادن
• ما هي الهيدروميتالورجيا؟ التعريف والعملية والتطبيقات
• كيف يُختار مخطط العمليات
• كفاءة المرحلة عملياً