UNIVERSITATEA ,, LUCIAN BLAGA “ SIBIUFACULTATEA DE INGINERIE

MASTER- ,,VALORIFICAREA GAZELOR NATURALE’’

P R O I E C T

Îndrumător Masterand

Prof.univ.dr.ing. Valeriu Deac Banyai Szilard Jeno

Materiale utilizate in transportul si distributia gazelor naturale

Tema:

1.)Se va alege o piesǎ, de complexitate micǎ sau medie, utilizatǎ în domeniul exploatǎrii şi valorificǎrii gazelor naturale, şi al cǎrei material este definit prin desenul piesei sau un standard.

2.)Se va face o scurtǎ descriere a rolului funcţional al piesei şi a principalelor caracteristici impuse de aceasta.

3.)Se vor prezenta, dupǎ caz, principalele caracteristici ale materialului piesei, conform standardului de material şi eventual al celui de produs :

- clasificarea materialului conform diagramei Fe-C şi a altor clasificǎri specifice

- simbolizarea materialului;- compoziţia chimicǎ;- caracteristici mecanice ( Rm , Rp0,2 , A5 , KV ........);- caracteristici structurale;- tratamente termice impuse sau recomandate;

4.)se va face o scurtǎ descriere a modului de determinare – ca principiu – a caracteristicilor mecanice date.

5.)Explicaţi necesitatea eventualelor tratamente termice, impuse sau recomandate.

6.)Dupǎ opinia dumneavoastrǎ, materialul piesei poate fi înlocuit cu un alt material ? Care ar fi, în principiu, avantajele şi dezavantajele acestei înlocuiri (inclusiv din punct de vedere economic) ?

1. PREZENTAREA PIESEI

Piesa aleasa pentru studiu, este tija (4), din cadrul regulatorului de presiune automat cu acţionare indirectă RPA6 şi face parte din mecanismul de acţionare al regulatorului de presiune prezentat mai jos:

2. DESCRIEREA ROLULUI FUNCŢIONAL

Regulator de presiune automat cu acţionare indirecta tip RPA6.

Regulatorul se utilizează pentru reducerea şi reglarea presiunii gazelor naturale din conducte, asigurând menţinerea constantã a presiunii de ieşire în limitele grupei de reglare la variaţia presiunii de intrare şi a debitului. Regulatorul este destinat sa echipeze instalaţiile de transport şi distribuţie gaze naturale sau alte instalaţii de gaze ce lucrează la parametrii funcţionali ai regulatorului.

DESCRIERE:

Regulatorul face parte din categoria sistemelor de reglare cu acţionare indirectă la care comanda elementului de execuţie se realizează prin forte, produse pe membrana

servoregulatorului de către presiunea variabila a gazului de la servoregulator (pilot). Orice perturbaţie, a presiuni de ieşire, datoratã în mod special variaţiei debitului sau altor cauze se transmite la servoregulator (pilot) care prelucrează semnalul de comandă ce se transmite pe membrana servomotorului regulatorului. Regulatorul se executa in variante cu un singur scaun de tipul normal închis.

PRINCIPIU DE FUNCŢIONARE:

Energia necesară acţionării elementului de execuţie provine din curentul de gaz supus reglării. Presiunea gazului intră în camera (A) de unde se preia impulsul de comanda (Pi) care prin conducta (a) este trecut prin filtru şi apoi la reductor. In reductor are loc o reducere a presiunii gazului (Pi) la o valoare cuprinsa Intre 0,5 - 7,5 bari mai mare decât presiunea de ieşire.

Această presiune se numeşte presiune de comandã redusă (Pci). Presiunea de

comandă redusă (Pci) trece prin conducta (b) în servoregulator unde găseşte ventilul deschis şi de aici mai departe prin conductă (c) pe membrana servomotorului regulatorului (In camera E). Presiunea ce intră în camera (E) se numeşte presiune de comanda efectivă (Pee). Presiunea de comanda (Pee) dezvoltă o forţă pe membrana regulatorului determinând deplasarea sistemului mobil - tija, piston ventil - In sensul depărtării ventilului fata de scaun şi conducând astfel la trecerea presiunii gazului din camera (A), In camera (B).

Presiunea din camera (B) se numeşte presiune reglată şi se notează cu (P2). Presiunea reglata (P2) este adusă prin conducta (d) sub membrana servoregulatorului. Prin realizarea echilibrului dintre forţa exercitată de presiunea de ieşire (P2) asupra membranei servoregulatorului şi a forţei introdusã de arcul de reglare rezultă valoarea presiunii de comandã.

CARACTERISTICI TEHNICE:

~ Presiunea nominală Pn: 16; 25; 40; 64 bari;~ Domeniul presiunii de intrare P1 : 0,5 -64 bari;> Domeniul presiunii de ieşire P2 : 0,7 -6 bari;> Căderea minima de presiune: Δp: 0,5 -7,5 bari.

• pentru presiuni de ieşire P2 <4 bari Δp = 0,5 bari;• pentru presiuni de ieşire 4 <P2 <6 bari Δp = 1 bari;• pentru presiuni de ieşire P2 >6 bari Δp = 1,5 bari.

Grupa de reglare GR.

• pentru presiuni de ieşire P2 <0,25 bari GR 10 (± 10 % P2r)• pentru presiuni de ieşire 0,25 <P2r 5 bari GR5 (±5% P2r)• pentru presiuni de ieşire P2 > 0,5 bari GR 2,5 (±25 % P2r)

Grupa de închidere GI

• pentru presiuni de ieşire P2 <0,25 bari GI 30 < (+30 % P2r)• pentru presiuni de ieşire 0,25 <P2r <0,5 bari GI 20 (+ 20 % P2r) • pentru presiuni de ieşire P2r> 0,5 GI 10 < (+ 10 % P2r)

> Coeficientul de debit KG (m3/h) este prezentat în tabelul următor:

Tipul regulatorului Scaun (mm) Înclinaţie / cursa KG [m3/h]

RPA6 Dn 100/150 100

10/2515/2825/2835/28plat25

27503900450045005500

Raportul maxim de reducere:

• pentru P1 <10 bari: P1/P2=100• pentru 10 bari <P1 <25 bari: P1/P2=75• pentru P1 >25 bari: P1/P2=50

> Temperatura fluidului de lucru la ieşirea din regulator: peste temperatura punctului de rouă cu 3°C;

> Fluid de lucru: gaze naturale conform STAS 3317/66, aer, azot, bioxid de carbon uscat sau alte gaze necorozive sau slab corozive.

> Temperatura mediului ambiant: - 30°C până la +60°C; > Umiditatea relativa: 80% la 20°C

3. PRINCIPALELE CARACTERISTICI ALEMATERIALULUI

Oţelul OLC45 este un oţel de calitate tratat termic pentru îmbunătăţire Cu compoziţie chimică garantată conform STAS 880/2-80

3.1. Compoziţia chimică a oţelului este următoarea:- conţinutul în carbon C = 0,42-0,49%- conţinutul In mangan Mn = 0,42-0,8%- conţinutul în siliciu Si = 0,17-0,37%- coţinutul în sulf S = 0,02-0,045%- conţinutul in fosfor P = max 0,042%- conţinut în crom Cr = max 0,3%- conţinut în nichel Ni = max 0,3- conţinut in cupru Cu = max 0,3

3.2. Proprietăţi fizico-mecanice ale oţelului:

> Rezistenţa la ruperea) Rm = 71-86 Kgf/mm2

b) starea normalizată σr = 540÷650Mpac) starea îmbunătăţită σr = 550÷700Mpa> Limita de curgerea) Rp0,2 = 49 Kgf/mm2

b) starea normalizată σr 320Mpac) starea îmbunătăţită σr = 390Mpa> Rezilienţa =6 Kgfm/cm2

> Duritatea- stare laminată 170 HB- starea recoaptă 207HB

- starea normalizată 235HB> Gâtuirea la rupere : Z = 40%> Alungirea la rupere: A5, 14%

Pentru toate mărcile de oţel se admit următoarele conţinuturi maxime de elemente reziduale : 0,30% Cr; 0,30% Ni; 0,30% Cu; 0,05% Al.

Determinarea conţinutului de Cr, Ni, Al, la otelurile carbon de calitate nu este obligatorie, daca întreprinderea producătoare garantează nedepaşirea limitelor admise.

3.3. Structura de echilibru ale oţelurilor

Aliajele fierului cu carbonul constituie categoria cu cea mai larga utilizare dintre aliajele metalice cunoscute în prezent.

Carbonul este cel mai important element de aliere al fierului deoarece chiar in cantităţi relativ mici, influenţează determinant proprietăţile fizico-chimice şi mecanice ale acestuia.

Cu creşterea conţinutului de carbon, rezistenţa la rupere, limita de curgere si duritatea otelurilor hipoeutectoide de exemplu, cresc (rezistenta la rupere şi limita de curgere a otelurilor laminate cresc cu cca. 9 daN/mm2 pentru fiecare 0,1% C In plus) iar plasticitatea se reduce.

După conţinutul de carbon (poziţia în diagrama în raport cu punctul eutectoid S), otelurile pot fi împărite în trei clase:

• oteluri hipoeutectoide, care conţin până la 0,77 %C şi la temperatura ambiantă prezintă o structura alcătuita din ferită şi perlită;

• oteluri eutectoide, care conţin cca. 0,77%C şi au la temperatura ambiantã o sfructură perliticã;

• oteluri hipereutectoide, care conţin intre 0,77 şi 2,11%C şi a căror structură, la temperatură ambiantă este formată din perlită şi cementită secundară.

In continuare se vor prezenta microstucturile, la temperatura ambiantă a unor oteluri carbon în stare de echilibru (obţinute prin răcirea aliajului cu o viteza foarte mica). Probele metalografice au fost şlefuite, lustruite şi atacate metalografic cu nital. Aspectele micro structurale respective sunt caracteristice după conţinutul de carbon al oţelurilor.

3.4. Structura metalografică

Otelurile cu 0.1% - 0,77% C , au structura formata din ferită liberă şi perlită lamelară (structura ferito - perlitică).

Până la concentraţii de cca. 0,4%C în structura predomină, cantitativ, ferita liberă. La cca. 0,4% C ferita şi perlita apar in structura în proporţii aproximativ egale. Pe măsura ce

creşte conţinutul de carbon, se măreşte proporţia de perlită (scăzând corespunzător cea de ferită liberă) şi se micşorează mărimea grăunţilor. La otelurile cu un conţinut de peste 0,5%C , în structură predomină perlita lamelară care apare întunecată în urma atacului cu reactivi, iar ferita se prezintă sub forma unei reţele celulare, discontinue şi cu grosime neuniformă, de culoare albă-galbenă.

Din cele expuse rezultă că, pe baza proporţiei constituenţilor structurali, analiza micro-structurală a unor oteluri hipoeutectoide în stare de echilibru permite aprecierea informativa a conţinutului de carbon a acestora, fără a putea însă înlocui analiza chimică care este mult mai exactã şi mai completă.

Creşterea progresiva a cantităţi de perlita din structură odată cu mărirea conţnutului de carbon modifică şi proprietăţile mecanice şi tehnologice ale otelurilor respective.

4. MODUL DE DETERMINARE ALCARACTERISTICILOR MECANICE

4.1. Încercarea de duritate Brinel

Duritatea este rezistenta opusă de material la pătrunderea unui penetrator în stratul exterior al materialului. Determinarea durităţi se face prin măsurarea amprentei pe care o lasă pe suprafaţa materialului penetratorul care apasă cu o forţă determinată.

Metoda constă in apăsarea unei bile de oţel călit cu diametru D asupra piesei de încercat cu o forţă F de o anumită mărime, aplicată perpendicular pe suprafaţa piesei şi măsurarea diametrului d al urmei lăsate de bila după îndepărtarea sarcini. Duritatea HB, se stabileşte ca fiind raportul dintre sarcina de încărcare F şi aria calotei sferice lăsate de bila cu diametrul D pe piesa de încercat. Bila este din otel călit cu o duritate mai mare de 70%.

2FHB= ——————

π*D(D-√D²-d²)

Mărimea urmei lăsate de bila, după îndepărtarea forţei este considerată ca o caracteristică a materialului de încercat.

Suprafaţa bilei şi a materialului trebuie lustruite şi lipsite de defecte. Grosimea piesei trebuie sã fie de cel puţin 8 ori mai mare decât adâncimea de pătrundere.

4.2. Încercarea de duritate Rocwell

Duritatea Rocwell se exprimă prin adâncimea de pătrundere a unui penetrator conic de diamant sau penetrator sferic de otel în piesa de încercat.

Încercarea constă în apăsarea penetratorului cu o forţă F0 şi apoi cu o forţă F1 şi măsurarea adâncimii de pătrundere. Cu cat corpul este mai dur cu atât deformaţiile plastice sunt mai mici în raport cu elasticitatea.

4.3. Încercarea de încovoiere prin şoc.

Caracteristica de rezilienţă este deosebit de importantă la proiectarea organelor de maşini ce urmează a fi solicitate la încovoiere şi nu numai.

După tratamentul termic o serie de aliaje devin fragile, aceasta nu poate fi determinată prin încercări statice decât numai prin încercarea de rezilienţă.

Încercarea constã în ruperea unei epruvete cu crestături în U sau în V. aşezată liber pe doua reazeme cu ajutorul unui ciocan pendul, dintr-o singurã lovitură.

Pentru ruperea epruvetei va fi necesară o anumită cantitate de energie iniţiala a ciocanului (energie de rupere). Rezilienţa se defineşte ca fiind raportul dintre energia consumată la ruperea epruvetei şi aria secţiunii iniţiale transversale a epruvetei, în dreptul planului de simetrie al crestăturii.

Energia de rupere va fi mai mare sau mai mica în funcţie de material după cum este mai tenace sau mai fragil.

KCU = W (J/cm2) So

Condiţii1e încercării de încovoiere prin şoc pe epruvete cu crestătura in U sunt date In STAS 1400-75, iar pe epruvete cu crestătura în V sunt date in STAS 7511-73.

Prelucrarea probelor se face numai prin aşchiere, evitându-se încălzirea materialului. Forţele epruvetei trebuie să fie perpendiculare. Crestătura în U se execută prin găurire şi tăiere.

Se admite executarea crestăturii prin frezare dar urmată apoi de o rectificare prin care sa se elimine urmele de aşchiere orientate după generatoarea crestăturii.

Aparatul utilizat pentru încercarea de încovoiere prin şoc al epruvetelor este ciocanul — pendul Charpy.

4.4. Încercarea la tracţiune.

Încercarea constă în aplicarea în general, până la rupere pe direcţia axei longitudinale a epruvetei, a unei sarcini de tracţiune, în vederea determinării anumitor caracteristici mecanice, dintre care:

• limita de întindere, limita de curgere , rezistenta la rupere, alungirea la rupere, gâtuirea la rupere;

• determinarea caracteristicilor elastice şi anume: modulul de elasticitate longitudinal, coeficientul de contracţie transversal, limita de proporţionalitate convenţională, limita de elasticitate convenţională, limita de elasticitate tehnică.

Epruvetele au secţiunea circulara sau dreptunghiulara cu raportul dintre laturi mai mic de 4 :1. Încercările se executa In genere la 15.. .35°C, umiditate relativă 45... 75% şi presiune atmosferică 860... .1060 mbar.

Rezistenta la rupere se evaluează pe baza sarcini maxime suportate de epruveta în cursul încercării, suportata la secţiunea iniţiala cu formula:

σr =Fmax/S0 [N/mm2]

Lungimea epruvetei este : ΔL= L-L0

Lungimea specifică : ε=[ (L-Lo)/L0] 100= (ΔL /L0)100 [%]Gâtuirea la rupere: ρ=[( S0 — S)/S0 ]100[%]

Unde:

- S este aria secţiunii transversale minime a epruvetei încercate măsurata în secţiunea de rupere.

- S0 este aria secţiunii iniţiale a epruvetei.

5. TRATAMENTE TERMICE RECOMANDATE

Pentru terminologia şi definiţiile principalelor noţiuni care intervin în tratamentele termice este elaborat standardul 2500-66.

Prin tratamentul termic al otelului se înţelege modificarea structurii acestuia sub acţiunea unei succesiuni de operaţii, constând în încălziri şi răciri In condiţii determinate, cu scopul de a se realiza pentru produsele, anumite proprietăţi fizico-mecanice.

Schimbarea proprietarilor fizice şi mecanice prin tratamente termice se datorează

transformărilor pe care le pot suferi uni constituenţi ai materialelor metalice, apariţiei de noi constituenţi, dispariţiei altora sau modificării proprietăţilor relative ale constituenţilor prezenţi. Rezulta deci că se pot trata termic numai materialele care au cel puţin doi constituenţi la temperatura obişnuită şi care pot suferi transformări In stare solidă în cursul proceselor de încălzire şi răcire.

Diferitele procese ale tratamentului termic se deosebesc între ele prin:

— viteza de încălzire;— temperatura de încălzire maxima;— timpul de menţinere la temperatura maxima;—viteza de răcire.

Instalaţiile pentru efectuarea tratamentelor termice sunt standardizate prin STAS 3 500-62

Tratamente termice aplicabile oţelurior

Îmbunătăţirea, constă într-o călire urmată de o revenire înaltă, aplicată otelurilor cu scopul de a obţine o îmbunătăţire a caracteristicilor mecanice. Otelurile îmbunătăţite se folosesc de obicei la executarea organelor de maşini.

Călirea se realizează prin încălzirea şi menţinerea pieselor la temperaturi peste punctul de transformare, urmată de răcire bruscă. Călirea are ca efect transformare Ac3, fie intr-o structura martensitică, fie în structuri intermediare. Prin călire se urmăreşte obţinerea unor proprietăţi fizico-mecanice ale pieselor tratate. Majoritatea pieselor sunt supuse în continuare tratamentului de revenire.

Călirea izotermă este călirea la temperatură constantă. După încălzirea pieselor la temperatura de călire, răcirea se face intr-un mediu încălzit, până la aproximativ 200°C. Prin alegerea convenabilă a temperaturii mediului de răcire, se poate obţine transformarea austenitei în una din structurile: martensită, troostită, sau sorbită.

Revenirea are ca scop transformarea structurii martensitice a pieselor călite într-o structură mai stabilă, de obicei în sorbită. Acest tratament se realizează, practic, prin încălzirea oţelurilor călite la temperaturi inferioare punctului inferior de transformare Ac1urrnată de o răcire cu o viteză adecvată. Prin revenire se urmăreşte eliminarea sau reducerea tensiunilor interne dezvoltate în oţeluri prin călire, totodată se obţine o micşorare a fragilităţii şi o mărire a tenacitatii.

Revenire înaltă, se obţine încălzind piesa la temperaturi până în apropierea punctului Ac1 (500-700C) cu menţinerea la aceasta temperatură (in general câteva ore) şi răcirea cu orice viteza pentru otelunile care nu sunt sensibile (In privinţa fragilităţii) la viteza de

răcire. Pentru otelurile care pot deveni fragile după revenire, cum sunt oţelurile aliate, se aplică, o răcire accelerată în ulei sau apă. Prin acest tratament se obţine o structură sorbitică.

6. POSIBILITATEA INLOCUIRII MATERIALULUI

MATERIAL: 41 MoCr 11.

Conţinut:

- carbon 0,38-0,45%- siliciu 0,17 - 0,37%- mangan 0,40-0,80%- crom 0,90 - 1,30 %- molibden 0,015 - 0,30 %

Caracteristicile mecanice:

- duritate - 217 HB- tratamente termice - călire şi revenire- dimensiunea probelor 25 mm- limita de curgere σc = 80 Mpa- rezistenta la rupere σr =95 Mpa- alungirea δ5=11%- gâtuire Z=50%- rezistentă 8 Kgf*m/cm2

Caracteristici minime de îndeplinit:

- limita de curgere σc =45 Mpa- rezistenta la rupere σr =65 Mpa- alungirea δ5=14%- gâtuire Z=55%- rezistenta 8 Kgf*m/cm2

Tratamente termice:

- recoacere 700 - 730 °C cu răcire în cuptor- normalizare 850 - 880 °C cu răcire în aer- călire 820 - 850 °C cu răcire în ulei- revenire 500- 600 °C cu răcire în aer, ulei, apă.

Bibliografie

1. Deac V. — ,,Studiul Materialelor” , Editura Universitatii Lucian Blaga Sibiu, 2000

2. Colan, H. — ,,Studiul metalelor” , Editura Didacticã şi Pedagogica, Bucureşti, 1983

3. Rădulescu, M. — ,,Studiul metalelor”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti,

19824. Mitelea, I. — ,,Stiinta materialelor In construcţia de maşini”, Timişoara, 1999.

31.Taler