استاد بولت ها اتصالات اصلی و مادر صنایع نفت و پتروشیمی هستند که هم در خطوط انتقال سیالات (مایعات مانند نفت و گازها مانند گاز طبیعی) بصورت اتصالات اصلی فلنج ها مورد استفاده قرار میگیرند. استاد بولت در اتصالات بسیاری از شیر آلات صنعتی و همچنین در اتصالات تاسیسات ساختمانی نیز مورد استفاده قرار میگیرد. استاد بولت ها شکل ساده ای دارند و گاهی به اشتباه با پیچ های متری گرفته میشوند چرا که در واقع به شکل یک مفتول تمام دنده هستند. اما در واقع استاد بولت ها دارای حساسیت بالایی از تولید و فرایند ها و عملیات های حرارتی دقیق و پیچیده ای هستند تا حداکثر سختی و تنسایل را داشته باشند. استاد بولت ها طبق استاندارد ASTM A193 که یک استاندارد اینچی در دستگاه آمریکایی می باشد و در گرید های مختلف فولادی و استیل تولید می شوند. گرید های فولادی پر کاربرد استاد بولت ها گرید B7 , B16 و گرید های استنلس استیل آن B8 , B8M می باشند. اتصال استاد بولت ها همراه با دو مهره در دوسر از گریدی برابر با خود استاد بولت تکمیل می شود که استاد بولت نیز مطابق با استاندارد ASTM A194 تولید می شود. استاد بولت ها با وجود ظاهر بسیار ساده ای که دارند به سبب استفاده آنها در صنایع حساس مثل نفت و پتروشیمی طبق استاندارد های دقیق با عملیات حرارتی بسیار دقیقی تولید میشوند و انتخاب آنها بر حسب دمای کاری و فشار و بار وارد بر آنها و نوع و گرید فلنجی که متصل میشود انتخاب میشوند و با وجود شباهت به پیچ های متری از نظر گرید و سختی کاملا متفاوت هستند.
استاد بولت های فولادی گرید های B7 و B16 هر دو از فولاد پر کربن که در مرحله سخت کاری بر روی آنها عملیات سرمایشی و گرمایشی انجام شده است تولید می شوند. از نظر سختی و تنسایل هر دو گرید استاد بولت فولادی B7 , B16 تنسایلی برابر دارند که در سایز های پایین تر از 1 اینچ برابر با 860 مگاپاسکال می باشد. این عدد با بالاتر رفتن قطر استاد بولت کوچکتر شده و در سایز های بالاتر از 2 و کمتر از 4 اینچ حدود 750 مگاپاسکال و در سایز های بالاتر از 4 اینچ به کمتر از 700 مگاپاسکال میرسد. با وجود مشخصه های مشابهی که دو گرید مختلف استاد بولت فولادی دارند تفاوت اصلی آنها مقاومت در حرارت می باشد. استاد بولت گرید B7 تا دماهای کمتر از 450 درجه سانتی گراد خواص فیزیکی خود را به خوبی حفظ می کند اما در دماهای بالاتر از آن دچار افت شدید مقاومت کششی میشود. حال آنکه استاد بولت گرید B16 برای دماهای بالاتر از 450 درجه سانتی گراد نیز که در شرایط کاری مخصوصا در صنایع نفت و گاز بوجود می آید خواص فیزیکی خود را حفظ می کند.
گرید مهره برای اتصال استاد بولت ها در دو طرف فلنج و همچنین گرید و متریال خود استاد بولت معمولا بر حسب گرید و دمای کاری فلنج متفاوت می باشد. انتخاب مهره صحیح و مناسب استاد بولت و انتخاب استاد بولت مناسب اتصال فلنج بر حسب فشار کاری و بار وارد بر استاد بولت و همچنین شرایط محیطی صورت می پذیرد. انتخاب درست استاد بولت و اتصالات سبب افزایش بهره وری و طول عمر اتصال شده هزینه نصب و راه اندازی و همچنین حفظ و نگهداری را کاهش می دهد. در زیر گرید های مناسب اتصال مهره متناسب با گرید استاد بولت در جدولی بررسی شده اند.
| دمای طراحی | نوع فلنج | دنده و گرید | مهره اتصال استاد بولت |
|---|---|---|---|
| -195 الی 102 درجه سانتی گراد | ASTM A182 Gr. F304, F304L, F316, F316L, F321, F347 | A320 Gr.B8 Class2 | A194 Gr.8A |
| -101 الی -47 درجه سانتی گراد | ASTM A350 Gr.LF3 | A320 Gr.L7 | A194 Gr.7 |
| -46 الی -30 درجه سانتی گراد | ASTM A350 Gr.LF2 | A320 Gr.L7 | A194 Gr.7 |
| -29 الی 427 درجه سانتی گراد | ASTM A105 | A193 Gr.B7 | A194 Gr.2H |
| 428 الی 537 درجه سانتی گراد | ASTM A182 Gr.F11, F22 | A193 Gr.B16 | A194 Gr.2H |
| 538 الی 648 درجه سانتی گراد | ASTM A182 Gr.F11, F22 | A193 Gr.B8 Class1 | A194 Gr.8A |
| 649 الی 815 در جه سانتی گراد | ASTM A182 Gr. F304H, F316H | A193 Gr.B8 Class1 | A194 Gr.8A |
| DESIGN TEMP. | FLG'S | GRADE THREAD RODS | GRADE NUTS |
زمانی که صحبت از مقاومت محیطی استاد بولت ها به میان می آید دو فاکتور حرارت و رطوبت بیش از هر عامل دیگری مد نظر قرار میگیرد (هر چند در محیط های ساحلی و در تماس با آب دریا کلرید ها و اسید های خورنده دیگر نیزعوامل خورنده قویتری از آب و رطوبت می باشند). از نظر مقاومت در برابر رطوبت قطعه استاد بولت استنلس استیل به سبب وجود کروم و نیکل در ترکیبات شیمیایی قابلیت های بیشتری دارد. این در حالی است که استاد بولت فولادی گرید B16 در برابر حرارت و آن هم تا دماهای بسیار بالا تا بالای 450 درجه نیز مقاومت دارد. آنچه روشن است همواره برای انتخاب استاد بولت مناسب تلفیقی از تمام فاکتورها می بایست در نظر گرفته شود.
استفاده از استاد بولت ها در اتصالات لوله چه در صنایع نفت و پتروشیمی چه در صنایع آب و فاضلاب بصورت گسترده ای صورت می پذیرد. اما طول استاد بولت چگونه تعیین میشود؟ با توجه به اینکه استاد بولت ها به تنهایی در اتصالات استفاده نمیشوند و دارای متعلقات دیگری من جملهف لنج ها که در دو طرف لوله قرار میگیرند، آب بند و واشر ها که بین دو لوله و یا دو فلنج قرار میگیرند تعیین طول استاد بولت می بایست با در نظر گرفتن تمام این موارد انجام شود. در اتصال لوله از دو فلنج استفاده میشود که این فلنج ها می توانند از جنس فولادی، استیل و یا پلی اتیلن باشند که با توجه به سختی و مقاومتی که در برابر فشار آب دارند که در صنایع به نام PN معرفی میشود میتوانند ضخامت متغییری داشته باشند. بنابراین در تعیین طول استاد بولت دو ضخامت فلنج در وسط بعلاوه ضخامت واشر میانی آنها بعلاوه 2 طول مهره استاد بولت طول نهایی آن را مشخص می کند. مضاف بر آن همان طول که گفته شد در طریقه صحیح اتصال استاد بولت ها باید یک گام کامل پس از بسته شدن مهره بر روی استاد بولت از داخل مهره بیرون باشد. بنابراین برای دستیابی به طول نهایی دو برابر گام استاد بولت را نیز می بایست به طول قبلی اضافه نمود.
استاد بولت فولادی
استاد بولت استیل