Cosa sono le flange?

● Introduzione alle flange

Una flangia del tubo collega le tubazioni e i componenti in un sistema di tubazioni mediante l'uso di giunti e guarnizioni imbullonati. Le flange più comunemente utilizzate sono la flangia del collo di saldatura, la flangia slip on, la flangia cieca, la flangia della saldatura a presa, la flangia filettata e la flangia del giunto a sovrapposizione (flangia RTJ). Questo tipo di connessione in una flangia del tubo consente un facile smontaggio e separazione per la riparazione e la manutenzione regolare. La specifica più comune per la flangia in acciaio al carbonio e acciaio inossidabile è ANSI B16.5 / ASME B16.5.

Le flange metalliche sono comunemente utilizzate per applicazioni industriali, commerciali e istituzionali. Le flange per tubi in acciaio sono disponibili in una varietà di stili e classi di pressione. Le flange metalliche sono classificate da 150 a 2500 #. Oltre a specificare la classe di pressione, alcune flange come la flangia del collo di saldatura e la flangia di saldatura a presa richiedono anche la specifica della pianificazione del tubo. Ciò garantisce che il foro del tubo corrisponda al foro del collo di saldatura o della flangia di saldatura della presa.

SSM offre un'ampia varietà di flange per tubi in acciaio al carbonio, acciaio inossidabile e leghe di nichel. Possiamo anche fornire flange speciali come flangia a collo di saldatura lungo, richiesta di materiale speciale e flange per tubi ad alto rendimento.

La classificazione delle flange viene eseguita in diversi modi alternativi come segue;

● Basato sull'attacco per tubi

Le flange possono essere classificate in base al metodo di fissaggio alle tubazioni come di seguito;

● Flangia del collo di saldatura

Una flangia del collo di saldatura (chiamata anche "flangia del collo di saldatura") è ben nota per il suo mozzo conico lungo, che fornisce resistenza meccanica (utile per resistere a "incurvamenti" e "curvature"). Le flange del collo di saldatura sono flange ad alta integrità e sono disponibili in tutte le dimensioni, tutti i tipi di faccia comuni (piatta, rialzata, RTJ) e tutte le classi. Grazie alla robustezza del mozzo e all'integrità della saldatura, questo tipo di flangia è adatto per applicazioni a temperatura e pressione elevate.

● Flange slip-on

Le flange slip-on, note anche come "flange mozzate", hanno un mozzo con un profilo molto basso. Questo tipo di flangia è solitamente collegata ad un tubo mediante una o due saldature d'angolo (una esterna alla flangia e una interna alla flangia), è comunque possibile utilizzare una sola saldatura. Le flange slip-on sono prodotte in molte dimensioni e preferite per applicazioni a pressioni inferiori (classe ASME inferiore o uguale a 600). La dimensione del foro di una flangia slip-on (diametro interno) è maggiore di quella del tubo di collegamento, il che gli consente di scivolare/scivolare sul tubo (scivolare sul tubo). Non c'è saldatura a piena penetrazione tra il tubo e la flangia, quindi ci sono limitazioni per il suo utilizzo a causa della minore integrità della saldatura.

● Flange a saldare a presa

Le flange a saldare a bicchiere hanno una presa in cui è inserito un tubo; il tubo è assicurato da una saldatura d'angolo situata all'esterno del mozzo della flangia. Uno svantaggio significativo di questo tipo di flangia è che non è considerato un giunto ad alta integrità perché la saldatura è difficile da provare; quindi le flange a saldare a bicchiere sono adatte solo per classi medio-basse (minore o uguale a ASME 600). A causa della loro minore integrità e inadeguatezza per l'uso a pressioni più elevate, le flange saldate a bussola hanno quasi sempre facce piatte o rialzate. Le flange a saldare a bussola sono progettate per tubi di dimensioni nominali ridotte (minori o uguali a 4 pollici, inferiori o uguali a 10 cm) e sono comuni per tubi di dimensioni da ½ a 2-pollici (dimensioni dei tubi da 1,3 a 5 cm). La resistenza meccanica di una flangia saldata a presa è simile a quella di una flangia slip-on, ma la flangia slip-on può utilizzare due saldature.

● Flangia filettata

Il design della flangia filettata (chiamato anche "flangia avvitata") utilizza una filettatura per collegare la flangia a un tubo. Una filettatura maschio viene tagliata sull'estremità di un tubo mentre una filettatura femmina viene tagliata nel foro della flangia; il tubo filettato maschio viene quindi avvitato nella flangia filettata femmina.

Anche se il design della flangia filettata è disponibile in molte dimensioni e pressioni nominali, viene utilizzato principalmente per sistemi di tubazioni di piccole dimensioni, ovvero inferiori o uguali a 4 pollici. Il suo utilizzo è anche tipicamente limitato a sistemi non tossici, sistemi a bassa pressione e sistemi a bassa temperatura. Le flange filettate da ½ pollice a 2-pollici sono molto più comuni delle dimensioni da 2 pollici e oltre. A causa delle loro applicazioni a pressione inferiore, le flange filettate utilizzano solo facce piatte e rialzate. Non sono adatti per applicazioni ad alta temperatura perché la geometria del filetto si distorcerebbe, causando spesso perdite.

● Flangia cieca

Una flangia cieca (chiamata anche "flangia della piastra di chiusura") è installata all'estremità di un sistema di tubazioni per terminare un tubo. Non ha un foro centrale (alesaggio), quindi non c'è flusso attraverso la flangia. Una flangia cieca può essere utilizzata per isolare un tubo, una valvola o un recipiente a pressione. Questo tipo di flangia è disponibile in tutte le dimensioni e classi e può utilizzare una superficie di giunzione piana, rialzata o ad anello.

Una flangia cieca può sostituire un cappuccio a saldare di testa nel caso in cui sia necessaria un'estensione della linea di tubazioni o nel caso sia necessaria un'ispezione delle tubazioni (rimuovere la flangia cieca per accedere all'interno del tubo). Questo tipo di flangia può essere utilizzata anche come punto di accesso dell'asta su sistemi di drenaggio. A seconda dell'applicazione, una flangia cieca può essere forata e utilizzata come flangia slip-on, o filettata e utilizzata come flangia filettata.

● Flangia a sovrapposizione (LJF)

Una flangia del giunto a sovrapposizione (LJF) è un insieme di due elementi che coinvolgono un'estremità del tronco e una flangia ad anello del giunto a sovrapposizione (chiamata anche "flangia del giunto a sovrapposizione"). Per essere tecnicamente corretto, l'estremità del troncone non fa parte di una flangia del giunto sovrapposto. Tuttavia, una flangia del giunto a sovrapposizione viene sempre utilizzata insieme a un'estremità del tronco, quindi entrambe le parti vengono spesso indicate collettivamente come "flangia del giunto a sovrapposizione". A causa del loro design, le flange del giunto a sovrapposizione hanno sempre una faccia piatta con una superficie liscia. Ma, quando combinato con l'estremità del tronco, la superficie di tenuta risultante viene sollevata. Ciò si verifica perché la superficie di tenuta dell'estremità del tronchetto è al di sopra del piano di imbullonatura della flangia. La flangia del giunto a sovrapposizione non ha una superficie di tenuta, solo l'estremità del tronco ha la superficie di tenuta. La superficie di tenuta di un'estremità del troncone può essere liscia, dentellata o scanalata per consentire un giunto di tipo ad anello.

Per assemblare una flangia ad anello con giunto sovrapposto e un'estremità del tronco, l'estremità del tronco deve scorrere nel foro dell'anello della flangia e quindi essere saldata di testa al tubo. Un lato dell'estremità dello stelo forma la superficie di tenuta, mentre il lato opposto/posteriore dell'estremità dello stelo preme contro l'anello della flangia del giunto sovrapposto (quando la flangia è assemblata). L'anello della flangia del giunto sovrapposto è libero di ruotare dopo che l'estremità del tronchetto è stata saldata al tubo, questo perché non è fisicamente unita all'estremità del tronchetto. Una volta assemblato il giunto a flangia, l'anello del giunto a sovrapposizione non è più libero di ruotare.

Altri tipi di flangia che molti ingegneri incontreranno sono i tipi maschio e femmina e maschio e femmina. I tipi meno comuni includono i modelli con orifizio, espansione, riduzione e flangia a collo di saldatura lungo.

Le estremità della flangia possono essere avvitate, saldate o lappate (contatto metallo su metallo) alle relative tubazioni.

Panoramica dei tipi di flangia

Alcune informazioni importanti sui tipi di flangia sono state raccolte nella tabella seguente. Sebbene nella tabella siano citati gli standard ASME, sono disponibili standard internazionali e nazionali alternativi (DIN, EN ecc.). L'ASME è tuttavia l'organizzazione di standardizzazione delle tubazioni più ampiamente accettata e per questo motivo sono state citate le sue norme.

Nella tabella seguente, la colonna "Facce" indica la normale superficie di tenuta scelta per tipo di flangia. Tuttavia, potrebbero esserci delle eccezioni alla regola a seconda del tipo di flangia. La tabella dovrebbe essere trattata come una tabella riepilogativa generale, mentre le informazioni specifiche dovrebbero essere ricercate negli standard pertinenti.

● Basato sul fronte

Esistono tre tipi comuni di faccia della flangia, il giunto liscio/piatto, rialzato e ad anello (RTJ). Esistono altri tipi di facce della flangia, principalmente i design Tongue-and-Groove (T&G), Lap Joint e Male-and-Female (M&F), ma questi sono meno popolari. Gli standard delle tubazioni definiscono la geometria esatta, le dimensioni, il materiale e la finitura superficiale di una faccia della flangia.

Le flange possono anche essere classificate in base ai rivestimenti come di seguito:

● Flangia a faccia rialzata (RF)

Una flangia con superficie rialzata (RF) ha una superficie di tenuta di forma circolare che sporge dal piano del cerchio di bullonatura della flangia. Le flange a faccia rialzata sono disponibili in tutte le classi di pressione e quindi per un'ampia gamma di pressioni e temperature nominali. Le flange RF sono il tipo più comune di flangia impiegato nelle industrie petrolifere e del gas e dell'ingegneria chimica.

Le flange RF utilizzano superfici di tenuta seghettate con guarnizioni di tipo non metallico o semimetallico. La superficie di tenuta di una flangia RF va dal diametro interno della flangia al diametro esterno della faccia rialzata. Una tipica guarnizione per flange RF sarebbe una guarnizione in acciaio grafite con una temperatura nominale fino a 400⁰C (750⁰F) e una pressione nominale fino a 250 bar (3.625 psi).

L'altezza della faccia rialzata sopra il piano della faccia di bullonatura è dettata dalla classe della flangia e dallo standard da cui è presa. Per lo standard ASME B16.5, le flange in acciaio nelle classi 150 e 300 hanno un'altezza della faccia rialzata di 1/16 di pollice (1,6 mm); le flange in acciaio che superano la classe 300 utilizzano una superficie rialzata di 1/4 di pollice (6,4 mm). In un mondo ideale, l'altezza di una faccia rialzata aumenterebbe all'aumentare della classe, ma ciò non si verifica nella maggior parte degli standard; è comunque una generalizzazione logica.

●Flangia a faccia piatta (FF)

Le flange a faccia piatta (FF) utilizzano guarnizioni non metalliche (guarnizioni morbide) e devono sempre avere una superficie di tenuta seghettata. Questo tipo di flangia è adatto per applicazioni a bassa pressione e viene utilizzato per le classi di pressione 125 e 250.

Le guarnizioni sono installate direttamente sulla superficie di tenuta anteriore della lama della flangia, ovvero sullo stesso piano della superficie del cerchio di bullonatura. L'area di tenuta della guarnizione va dal diametro interno della flangia al diametro esterno della flangia. I materiali tipici delle guarnizioni morbide sono generalmente classificati a 100⁰C (212⁰F) e non più di 20 bar (290 psi) di pressione. Poiché le flange a faccia piatta utilizzano un'area di tenuta così ampia, sono fatte per adattarsi. Le guarnizioni della flangia a faccia piatta non possono ruotare una volta installate a causa delle penetrazioni dei fori dei bulloni attraverso la guarnizione. A causa delle grandi dimensioni della superficie di tenuta, le flange della superficie piana sono resistenti alle deformazioni meccaniche (flessione, curvatura, ecc.).

Le flange frontali piatte non devono mai essere accoppiate con le flange frontali rialzate, in particolare se la flangia frontale rialzata è fabbricata con un materiale più duro.

● Giunto ad anello (RTJ)

Ring-type joint (RTJ) flanges are a variation of the raised face flange design. RTJ flanges are typically used for more severe applications, particularly for high pressure systems, and/or high temperature systems (>750⁰C / 1.382⁰F). È possibile utilizzare flange RTJ in tutte le classi di pressione, ma in genere vengono utilizzate per la classe 900 e superiori.

La differenza tra una flangia RTJ e una flangia frontale rialzata è il modo in cui si ottiene una tenuta. Le guarnizioni metalliche (dure) vengono utilizzate con le flange RTJ, mentre le guarnizioni a faccia rialzata utilizzano guarnizioni morbide o semimetalliche. Esistono tre gruppi principali di giunti ad anello, questi sono R, RX e BX; ci concentreremo sul giunto di tipo R perché è di gran lunga il più comune.

Le guarnizioni RTJ tipo R sono di forma circolare con profilo/corpo di forma ovale o ottagonale; il profilo ottagonale ottiene la tenuta più efficiente ed è il design più moderno. Una scanalatura viene lavorata sulla superficie di una flangia RTJ e la relativa guarnizione viene installata in questa scanalatura. Quando la flangia è assemblata, le due facce di accoppiamento comprimono la guarnizione fino a quando non si deforma e si forma una tenuta metallo su metallo. Se la flangia è assemblata correttamente, le due flange RTJ di accoppiamento non devono entrare in contatto fisico l'una con l'altra.

Le guarnizioni RTJ sono spesso realizzate con un materiale leggermente più morbido di quello della flangia. Poiché il materiale della guarnizione è più morbido, si deforma a una pressione inferiore rispetto alla flangia, questo assicura che sia la guarnizione a deformarsi per realizzare la tenuta piuttosto che la flangia che si deforma attorno alla guarnizione.

● Lingua e Scanalatura (T/G)

Una faccia della flangia ha un anello rialzato (linguetta) lavorato a macchina sulla faccia della flangia, mentre la flangia di accoppiamento ha una depressione corrispondente (scanalatura) lavorata nella sua faccia. Le facce Tongue and Groove di queste flange devono essere abbinate. I rivestimenti maschio-femmina sono standardizzati sia nei tipi grandi che piccoli. Differiscono dal maschio e dalla femmina in quanto i diametri interni del maschio e femmina non si estendono nella base della flangia, mantenendo così la guarnizione sul suo diametro interno ed esterno. Questi si trovano comunemente sui coperchi delle pompe e sui coperchi delle valvole. I giunti maschio-femmina hanno anche il vantaggio di essere autoallineanti e di fungere da serbatoio per l'adesivo. Il giunto a sciarpa mantiene l'asse di carico in linea con il giunto e non richiede una lavorazione importante.

● Maschile e Femminile (M/F)

Con questo tipo anche le flange devono essere abbinate. Una faccia della flangia ha un'area che si estende oltre la normale faccia della flangia (maschio). L'altra flangia o flangia di accoppiamento ha una depressione corrispondente (femmina) lavorata nella sua faccia. La faccia femminile è profonda 3/16-pollice, la faccia maschile è alta 1/4-pollice ed entrambe sono rifinite lisce. Il diametro esterno della faccia femmina agisce per localizzare e trattenere la guarnizione. I rivestimenti maschio e femmina personalizzati si trovano comunemente sul guscio dello scambiatore di calore per incanalare e coprire le flange. Il volto femminile e il volto maschile sono rifiniti lisci. Il diametro esterno della faccia femmina agisce per localizzare e trattenere la guarnizione.

Riepilogo della faccia della flangia

La tabella seguente riassume le caratteristiche delle tre facce della flangia più comuni.

● Basato sulla finitura del viso

La superficie frontale della flangia è l'area in cui è installato l'elemento di tenuta (guarnizione). I modelli più comuni della superficie della superficie della flangia sono lisci e seghettati. Le superfici della flangia a faccia piatta (FF) e le superfici della flangia a faccia rialzata (RF) richiedono dentellature se costruite secondo gli standard del settore.

● Finitura in stock

La più utilizzata di qualsiasi finitura superficiale della flangia, perché in pratica, è adatta a tutte le condizioni di servizio ordinarie. Sotto la compressione, la superficie morbida di una guarnizione si incorporerà in questa finitura, il che aiuta a creare una tenuta e viene generato un elevato livello di attrito tra le superfici di accoppiamento. La finitura di queste flange è generata da un utensile a becchi tondi con raggio di 1,6 mm a una velocità di avanzamento di 0,8 mm per giro fino a 12 pollici. Per le dimensioni da 14 pollici e superiori, la finitura viene eseguita con un utensile a becchi tondi da 3,2 mm con un avanzamento di 1,2 mm per giro.

● Finitura liscia

Questa finitura non mostra segni utensile visivamente evidenti. Queste finiture sono tipicamente utilizzate per guarnizioni con riporti metallici come doppia camicia, acciaio piatto e metallo ondulato. Le superfici lisce si accoppiano per creare una sigillatura e dipendono dalla planarità delle facce opposte per effettuare una sigillatura. Ciò si ottiene in genere avendo la superficie di contatto della guarnizione formata da una scanalatura a spirale continua (a volte chiamata fonografica) generata da un utensile a becchi tondi con raggio di {{0}}, 8 mm a una velocità di avanzamento di {{5} },3 mm per giro con una profondità di 0,05 mm. Ciò si tradurrà in una rugosità compresa tra Ra 3,2 e 6,3 micrometri (125 – 250 micro pollici).

● Finitura seghettata

Anche questa è una scanalatura a spirale continua o fonografica, ma differisce dalla finitura originale in quanto la scanalatura viene generalmente generata utilizzando uno strumento a 90-gradi che crea una geometria a "V" con una dentellatura ad angolo di 45 gradi. Le dentellature previste sul paramento possono essere concentriche o spirali (fonografiche). Le dentellature concentriche sono insistenti per la finitura della faccia quando il fluido trasportato ha una densità molto bassa e può trovare un percorso di perdita attraverso la cavità. La dentellatura è specificata dal numero, che è l'altezza media aritmetica della rugosità (AARH). Questa è la media aritmetica dei valori assoluti delle deviazioni dell'altezza del profilo misurate, presi all'interno della lunghezza di campionamento e misurati dalla linea centrale grafica.

Le flange con finitura liscia sono specificate quando sono specificate guarnizioni metalliche e la finitura seghettata è fornita quando è fornita una guarnizione non metallica.

Valori di rugosità adeguati

Gli standard del settore impongono valori di rugosità adeguati, quanto segue è tratto dalla norma ASME B16.5:

● Basato sul materiale di costruzione

Le flange sono normalmente forgiate tranne in pochissimi casi in cui sono fabbricate da piastre. Quando le piastre vengono utilizzate per la fabbricazione, dovrebbero essere di qualità saldabile. ASME B16.5 consente di fabbricare solo flange ridutrici e flange cieche dalla piastra. I materiali di costruzione normalmente utilizzati sono i seguenti;

● Basato sulla valutazione pressione-temperatura

Le flange sono anche classificate in base alla temperatura di pressione nominale in ASME B 16.5 come di seguito;

150#

300#

400#

600#

900#

1500#

2500#

I grafici di valutazione della temperatura di pressione, nella norma ASME B 16.5, specificano la pressione relativa di esercizio senza urti a cui la flangia può essere sottoposta a una particolare temperatura. Le flange possono resistere a pressioni diverse a temperature diverse. All'aumentare della temperatura, la pressione nominale della flangia diminuisce. La classe di pressione indicata di 150#, 300#, ecc. sono i valori nominali di base e le flange possono resistere a pressioni più elevate a temperature più basse. ASME B 16.5 indica le pressioni ammissibili per vari materiali da costruzione rispetto alla temperatura. ASME B16.5 non raccomanda l'uso di flange 150# superiori a 400 gradi F (200 gradi). La classe di pressione o la valutazione per le flange sarà espressa in libbre. Nomi diversi sono usati per indicare una classe di pressione. Ad esempio: 150 libbre o 150 libbre o 150# o Classe 150, sono tutti uguali.

● CONCLUSIONE

Puoi distinguere dai diversi tipi di flange, produzione e prestazioni di cui sopra. Puoi scegliere la giusta flangia in acciaio realizzata con materiali diversi come acciaio inossidabile, acciaio bassolegato, acciaio al carbonio, acciaio duplex o molti altri.

È fondamentale scegliere la flangia giusta con il materiale giusto e conoscere gli elementi che deve affrontare durante l'applicazione che utilizza il metodo delle tubazioni. Ci auguriamo che questo blog ti aiuti a identificare le cose chiave prima di acquistare le flange.