6.1. Slijed proizvodnih i kontrolnih aktivnosti kod projektiranja tehnologije izrade propan boce za domaćinstvo Boce za smještaj ukapljenog naftnog plina koje se koriste u domaćinstvu (propan/butan boce) su posude pod tlakom. Posude pod tlakom spadaju u najodgovorniju i najzahtjevniju skupinu zavarenih proizvoda, zbog povećanog ili visokog rizika od otkaza, za ljude, čovjekov okoliš i materijalna dobra. Prije svega se stavlja naglasak na kvalitetu i pouzdanost zavarenih spojeva. Zbog značajnog udjela zavarivačkih radova pri izradi posude pod tlakom, važno je poznavanje optimalne tehnologije izrade posude pod tlakom i izbjegavanje nepotrebnih troškova pri izradi. Posuda pod tlakom je hermetički zatvorena posuda koja je predviđena za rad pod tlakom. Pri tome moraju biti ispunjeni sljedeći uvjeti: 1. p > 1 (bar) 2. Akumulirana energija p V > 0,3 (J) 6 ; (bar m 3 = 10 5 J) Posude pod tlakom mogu se podijeliti prema namjeni na posude za: a) skladištenje (kuglasti spremnici, cilindrični spremnici, boce, ), b) transport (vagonske i cestovne cisterne, ), c) energetska postrojenja (nuklearni reaktori, parni kotlovi, posude za izjednačavanje tlaka, izmjenjivači topline, kondenzatori, ), d) tehnološko procesna postrojenja (reaktori, separatori, filteri, ), e) snadbjevanje radnim i zaštitnim medijem, f) različite namjene u domaćinstvu, medicini i sl. Shematski prikaz kompleksnije podjele posuda pod tlakom daje se na sljedećoj slici.
Slika 19. Podjela posuda pod tlakom Boce za ukapljeni naftni plin (propan-butan) se izrađuju prema odgovarajućim propisima, odnosno pravilnicima i normama, koji definiraju oblik, dimenzije, označavanje, način izrade i ispitivanje. Plin u bocama je idealan oblik energije, kada se traži fleksibilnost, brzina isporuke i primjerena manipulacija uz zauzimanje vrlo malog prostora.ima čitav niz prednosti pred ostalim energentima (jeftin, čist, ). Upotrebljiv je za različite namjene. Do potrošača se transportira cjevovodima (plinovodima) ili u odgovarajućim tlačnim bocama. Korištenje plina u bocama moguće je za različite svrhe. Neke od mogućnosti primjene su: - pri kampiranju, - u domaćinstvu i ugostiteljstvu, - u industriji i obrtu, - za pogon automobila i dr.
Boce za ukapljeni naftni plin su manje posude izrađene iz čeličnog lima. Izrađuju se u različitim dimenzijama (nazivno punjenje 5, 7,5, 10 kg za domaćinstva i ugostiteljstvo, 15 25 i 35 kg za industriju, ugostiteljstvo i obrt). Boce za ukapljeni naftni plin proizvode se u serijskoj proizvodnji (dnevno je moguće proizvesti do 2000 boca u pogonima najvećeg domaćeg proizvođača boca). U nastavku je prikazan tipičan oblik boce za ukapljeni naftni plin, koji se vrlo često koristi u domaćinstvu (boca nazivnog punjenja plinom od 7,5 kg). Izbor čelika za propan butan bocu Pri izboru čelika od kojeg se izrađuje tijelo boce treba zadovoljiti sljedeće zahtjeve: 1. Tijelo boce mora biti izrađeno od čeličnog lima čija su mehanička svojstva u normaliziranom stanju : - vlačna čvrstoća : Rm = 350 450 MPa - granica razvlačenja : Re = 250 MPa - relativno produljenje : A5 =22 27 % Ista trebaju biti ustanovljena na epruveti od čeličnog lima. 2. Tijelo boce izrađuje se elektrolučnim zavarivanjem. Usadnik i postolje, kao i zaštitni lim zavaruju se elektrolučno za tijelo boce po cijeloj duljini dodira, s tim da ukupna dužina šava ne smije biti manja od 200 mm. 3. Svaka boca mora biti ispitana hladnim vodenim tlakom od 25 bara. Ovi zahtjevi odnose se samo na tijelo boce koje je pod tlakom radnog medija. Prema tim zahtjevima za izradu tijela boce je izabran čelik Č.1216, jer vrijednosti Rm, A5 i Re zadovoljavaju gore navedene zahtijeve. Čelici koji se koriste za izradu ostalih pozicija propan butan boce, također trebaju biti dobro zavarljivi. Sadržaj kemijskih elemenata ti čelika dan je u sljedećim tablicama. Tablica 1. Sadržaj kemijskih elemenata Č.1216 Vrsta Sadržaj kemijskih elemenata (%) čelika C Si Mn P S Al Č.1216 0,16 0,10 0,35-0,55 0,35 0,35 0,020 Mehanička svojstva Č.1216: Rm = 350 400 MPa, Re = 250 MPa, A5 =22 %
Za pokretne posude pod tlakom za skladištenje i transport tekućih plinova, ovaj čelik je izuzetno pogodan. Smije sadržavati Si najviše do 0.10 % i ugljik do 0.16 %. Odlikuje se velikom čistoćom (P manje ili jednako od 0,035 i S manje ili jednako od 0.035). 4 φ 200 3 5 2 150 1b φ 300 max 50 1a 2,5 2 2 10 min φ 300 1. Tijelo propan/butan boce (R St 37.2) 2. Stopalo (Č.0146) 3. Usadnik (Č.0361) 4. Ventil 5. Zaštita ventila i rukohvat (Č.0146) Slika 20. Oblik i dimenzije propan/butan boce nazivnog punjenja 7,5 kg. Tablica 2. Sadržaj kemijskih elemenata Č.0361 Vrsta čelika Sadržaj kemijskih elemenata (%) C max. P max. S max. N max. Č.0361 0,17 0,05 0,05 0,007 Mehanička svojstva Č.0361 : Rm = 370 450 MPa, Re = 240 MPa, A5 = 25 % Pozicija boce koja se izrađujeod ovog materijala je usadnik. Tablica 3. Sadržaj kemijskih elemenata Č.0145 Vrsta čelika Sadržaj kemijskih elemenata (%) C max. Mn max. P max. S max. Č.0145 0,15 0,60 0,050 0,050 Mehanička svojstva Č.0145 : Rm = 200 500 MPa, Re = 230 MPa, A5 =25 % Č.0145 pokazao se kao pogodan za izradu stopala i zaštitnih limova.
Radi jasnijeg sagledavanja proizvodnog procesa izrade boca za ukapljeni naftni plin, razrađen je slijed proizvodnih i kontrolnih aktivnosti u proizvodnom procesu. U njemu se mogu uočiti sve strojarske tehnologije koje su zastupljene u proizvodnom procesu (oblikovanje metala deformiranjem: rezanje na škarama, duboko vučenje, «pertlovanje»; zavarivanje: automatski MAG i automatski EPP postupak), tehnologija toplinske obrade (normalizacija), tehnologija površinske zaštite (elektrostatsko nanošenje polimernog praška i pečenje u protočnoj peći), tehnologije kontrole kvalitete (ispitivanje tlačenjem vode, zračna proba, ispitivanje rasprskavanjem boce) i druge aktivnosti u proizvodnom procesu. Na tom tzv. globalnom prikazu tehnologije izrade boce može se izdvojiti bilo koja aktivnost (napr. zavarivanje kružnog zavara automatskim EPP postupkom), te se koncentrirati na tzv. lokalno projektiranje tehnologije zavarivanja (PQR/WPAR i SPZ/WPS dokumenti). Kompletnu tehničku dokumentaciju mora odobriti Državni inspektorat Inspektor posuda pod tlakom. Po odobrenju se izdaje»rješenje o odobrenju za proizvodnju boca«.
TIJELO BOCE siječenje lima USADNIK STOPALO ZAŠTITNI LIM (KRAGNA) otkivak (novi tip rukohvata) siječenje lima siječenje lima prosijecanje rondela razvrtanje konusa probijanje stopala "štancanje" prosijecanje rondela (platina) duboko izvlačenje lima u polutku (dance) urezivanje navoja predsavijanje i savijanje stopala signiranje utiskivanje nepromj. podataka predsav. i savijanje pertlovanje poravnavanje K zavarivanje stopala I. oblikovanje probijanje rupe za usad. oblikovanje stopala II. oblikovanje zavarivanje usadnika III. oblikovanje zav. stopala na polutku zav. štitnika na polutku zav. tijela boce toplinska obrada ( normalizacija ) pjeskarenje boce signiranje oznaka uvrtanje na bocu ventila na bocu ispitivanje zrakom (pneumatska proba ) ispitivanje boce na nepropusnost vodenim tlakom završna kontrola površinska zaštita (bojanje, pečenje ) podmazivanje ventila pastom za brtvljenje GOTOV PROIZVOD vaganje boce sa ventilom reguliranje navoja usadnika Slika 21. Slijed proizvodnih aktivnosti kod izrade propan/butan boce za domaćinstvo
Slijed aktivnosti proizvodnje boca za ukapljeni naftni plin može se prikazati i sasvim pojednostavljeno. 09 10 11 12 01 02 03 04 07 8b 08 19 20 21 22 23 24 05 06 8a 25 13 14 15 16 6a 17 26 LEGENDA uz slike 2a i 2b: 01.Rezanje lima 07.Rubljenje polutke 12.Oblikovanje stopala 19.Normalizacija 02.Štancanje rondela 08.Zavarivanje polutki 13.Rezanje lima 20.Sačmarenje 03.Izvlačenje polutki 8a.Zavarivanje rukohvata 14.Štancanje rukohvata 21.Tlačna proba 04.Obrezivanje polutki 8b.Zavarivanje stopala 15.Utiskivanje podataka 22.Plastifikacija 05.Probijanje rupe 09.Rezanje lima 16.Savijanje rukohvata 23.Vaganje 06.Zavarivanje usadnika 10.Štancanje stopala 17.Oblikovanje rukohvata 24.Navrtanje ventila 6a.Priprema usadnika 11.Savijanje stopala 18.Zavar.rukohv.i stopala 25.Zračna proba 26.Skladištenje Slika 22. Tehnološka shema izrade boca Izbor postupka zavarivanja i dodatnog materijala Za spajanje polutki (danaca) izabran je EPP postupak, a dodatni materijal žica EPP 2. Sadržaj kemijskih elemenata žice EPP 2 : C max.=0,1; Si max.=0,10; Mn max,= 1,0. Ova se žica u kombinaciji sa izabranim praškom (OP 185 +UNIFLUX D1) upotrebljava za zavarivanje konstrukcijskih čelika, čelika za cijevi, kotlovskih ploča i drugih nelegiranih i niskolegiranih čelika vlačne čvrstoće od 440 540 MPa, te granice razvlačenja do 380 MPa.U kombinaciji sa praškom OP 185 + UNIFLUX D1 ostvaruje se kvalitetan zavaren spoj. Prašak OP 185 +UNIFLUX D1 je aglomeriran, alumitslno rutilni prah za automatsko zavarivanje nelegiranih I niskolegiranih čelika, kotlovskih limova Pri zavarivanju jako povećava sadržaj silicija i mangana u zavarenom spoju, pa se i zbog toga upotrebljava u kombinaciji sa niskolegiranom žicom EPP 2. Prašak nije osjetljiv na hrđu i druge nečistoće, a otporan je prema stvaranju pora u zavarenim spojevima. Kao dodatni materijali za ostale postupke zavarivanja, odnosno MAG CO2 i REL koristi se žica VAC 60 i elektroda EZ 5. Ti dodatni materijali neće biti analizirani, jer pozicije koje se njima zavaruju nisu izložene djelovanju radnog medija.
Detalji zavarenih spojeva na propan/butan boci Zavareni spoj gornje i donje polutke. Na sljedećoj je slici prikazan detalj zavarenog spoja gornje i donje polutke. 3 = 121 1.8 8r 8r 8r 1.5 8 8 Slika 23. Zavareni spoj gornje i donje polutke. Osnovni materijal: Č.1216 se zavaruje sa Č.1216 Dodatni materijal: prašak OP 185 + UNIFLUKS D1, žica EPP 2, promjera Ø 2.5 mm. Postupak zavarivanja: EPP (oznaka prema HRN C. T3. 012 je 121) Položaj zavarivanja: vodoravni, predmet rotira. Oblik žlijeba : I I (sučeoni sa potpunim provarom korijena) Nadvišenje šava : 0 2.5 mm Podloga : topiva čelik Zavareni spoj donje polutke i stopala. Donja polutka se zavaruje sa stopalom, čime se ostvaruje zavareni spoj preme sljedećoj slici: 2.5 6 x 50 135 2,5 2 Slika 24. Zavareni spoj donje polutke i stopala. Osnovni materijal : Č.1216 se zavaruje sa Č.0145 Dodatni materijal : plin CO 2, žica VAC 60 promjera Ø 1,2 mm Postupak zavarivanja : vodoravan, predmet rotira.
Zavareni spoj gornje polutke i usadnika. Usadnik se zavaruje na gornju polutku čime se ostvaruje. zavareni spoj prema slici: 3 121 2.5 Slika 24. Zavaren spoj usadnika i gornje polutke Osnovni materijal : Č.1216 se zavaruje sa Č.0361 Dodatni materijal : prašak OP 185 +UNIFLUKS D1, žica EPP 2 promjera Ø 2,5 mm Postupak zavarivanja : EPP Položaj zavarivanja : vodoravan, predmet rotira Podloga : topiva čelik Zavaren spoj štitnika ventila i tijela boce. Na tijelo boce zavaruje se štitnik ventila čiji zavaren spoj je prikazan na slici: 2 2,5 2 x 50 135 2,5 Slika 25. Zavaren spoj štitnika ventila i tijela boce Osnovni materijal : Č.1216 se zavaruje sa Č.0145 Dodatni materijal : plin CO 2, žica VAC 60 promjera Ø 1,2 mm Postupak zavarivanja : MAG CO 2 Položaj zavarivanja : vodoravan.
Zavareni spoj stopala na sastavu. Zavarivanje stopala se vrši sa unutarnje strane stopala. Zavaren spoj stopala na sastavu prikazan je na slici: p 111 2 Slika 26. Zavareni spoj stopala na satavu. Osnovni materijal : Č.0145 se zavaruje sa Č.0145 Dodatni materijal : elektroda EZ 5 promjera 2.5 mm Postupak zavarivanja : REL ( oznaka prema HRN C. T3. 012 je 111 ) Položaj zavarivanja : horizontalan Oblik žlijeba : II (sučeono) Za zavarivanje svih ovh pozicija, navedenim postupcima zavarivanja, nije potrebna posebna priprema žlijeba za zavarivanje, jer je debljina stijenki limova koji se zavaruju manja od 5 mm. Parametri zavarivanja. Režimi zavarivanja pojedinih pozicija, spomenutim postupcima zavarivanja, dani su u sljedećoj tablici: Tablica 4. Parametri zavarivanja koji se primjenjuju u izradi propan/butan boca za domaćinstvo Režimi Zavarivanja Postupci zavarivanja EPP (η= 0.9) MAG CO 2 (η= 0.75) REL (η=0.8) zavariv. tijela zavariv. usadnika zavariv. elemenata na bocu zavar. stopala Jakost struje zavarivanja, I (A) Napon zavarivanja, U (V) Brzina zavarivanja, v (mm/s) Protok zaštirnog plina, Q (l/min) Vrijeme zavarivanja, t (s) Temperatura okoline, T ( C) Efektivna energija E ef(j/mm) = (U I /v)η 340 390 280 300 120 150 75-95 25 28 24-26 24 28 21 24 7.01 2.36 5.95 2.03 - - 9-12 - 134.4 60 60 84 38.4 20 20 20 20 20 1090.9 2566.9 432 362.9 620.7
Nakon zavarivanja svih dijelova boce, provodi se toplinska obrada, odnosno normalizacija. Boce za propan/butan normaliziraju se u protočnoj peći na temperaturi 890 920 C u trajanju od 45 minuta. Brzina prolaza boce kroz peć kreće se od 0.72 do 0.75 m/min. A) Uređaj za zavarivanje usadnika B) Uređaj za zavarivanje rukohvata A) Uređaj za zavarivanje stopala B) Uređaj za zavarivanje polutki Slika 27. Značajniji detalji iz proizvodnog procesa izrade propan/butan boca za domaćinstvo
Značajnije aktivnosti kontrole kvalitete Završna ispitivanja integriteta i funkcionalnosti proizvoda D > 327 mm E Do = 300 mm Slika 28. Propan/butan boca nakon ispitivanja tlakom do rasprskavanja
Slika 29. Ispitivanje boce na nepropusnost zrakom pod tlakom. izlaz zraka punjenje vodom 4-6 bara voda pod tlakom od 25 bara Slika 30. Ispitivanje boce na nepropusnost vodenim tlakom
Slika 31. Izgled propan/butan boce za domaćinstvo nakon ispitivanja rasprskavanjem Kako bi se naglasila potreba pouzdanosti u izradi i eksploataciji posuda pod tlakom za ukapljeni naftni plin koji se koristi u domaćinstvu, ali prije svega i na pravilno rukovanje tim proizvodima u eksploataciji od strane krajnjeg korisnika, na sljedećoj se slici daje izgled devastiranog stambenog objekta nakon eksplozije propan/butan boce.
Slika 32. Izgled devastiranog stambenog objekta nakon eksplozije propan/butan boce. Eksplozije propan/butan boce se prvenstveno događaju zbog nepravilnog rukovanja sa bocom u eksploataciji od strane krajnjeg korisnika (neredovita izmjena brtve, crijeva za plin i regulatora tlaka, neispravna instalirana oprema), dok je pouzdanost same propan butan boce u projektiranim uvjetima eksploatacije izuzetno visoka.