Introduzione alle flange

Le flange vengono utilizzate quando è necessario smontare il giunto della tubazione. Questi sono utilizzati principalmente in apparecchiature, valvole e specialità. In alcune tubazioni in cui la manutenzione è una caratteristica regolare, le flange di sicurezza vengono fornite a intervalli definiti. Un giunto flangiato è composto da tre componenti separati ed indipendenti anche se correlati; le flange, le guarnizioni e la bulloneria. Sono necessari controlli speciali nella selezione e nell'applicazione di tutti questi elementi per ottenere un giunto a tenuta stagna.

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

Basato sull'attacco del tubo

Le flange possono essere classificate in base al metodo di fissaggio alla tubazione come di seguito;

Flangia a scorrimento –

Le flange di tipo Slip On sono fissate mediante due saldature d'angolo, sia all'interno che all'esterno della flangia. La resistenza calcolata di una flangia Slip On sotto pressione interna è dell'ordine di due terzi di quella delle flange Welding Neck, e la loro durata sotto fatica è circa un terzo di quella di queste ultime. Normalmente queste flange sono di costruzione forgiata e sono dotate di mozzo. A volte, queste flange sono fabbricate da piastre e non sono fornite con il mozzo. Lo svantaggio della flangia è che una combinazione di flangia e gomito o flangia e T non è possibile perché i raccordi denominati non hanno un'estremità diritta che scorre completamente nello slip Sulla flangia.

Flangia saldata a tasca –

Le flange a saldare sono fissate mediante una sola saldatura d'angolo, solo all'esterno, e non sono consigliate per servizi gravosi. Questi vengono utilizzati solo per le linee di piccolo diametro. La loro resistenza statica è uguale alle flange Slip On, ma la loro resistenza alla fatica è maggiore del 50% rispetto alle flange Slip On a doppia saldatura. Lo spessore del tubo di collegamento deve essere specificato per questo tipo di flange per garantire la dimensione corretta del foro. Nella flangia con saldatura a tasca, prima della saldatura, è necessario creare uno spazio tra la flangia o il raccordo e il tubo. ASME B31.1 Preparazione per la saldatura (E) Assemblaggio di saldatura a presa dice:Nell'assemblaggio del giunto prima della saldatura, il tubo o il tubo deve essere inserito nel bicchiere alla profondità massima e quindi ritirato a circa 1/16″ (1,6 mm) di distanza dal contatto tra l'estremità del tubo e la spalla del bicchiere.Lo scopo del gioco di fondo in una saldatura a tasca è solitamente quello di ridurre la tensione residua alla radice della saldatura che potrebbe verificarsi durante la solidificazione del metallo di saldatura. L'immagine mostra la misura X per lo spazio di dilatazione. Lo svantaggio della flangia a saldare è proprio lo spazio che deve essere realizzato. In presenza di prodotti corrosivi, e soprattutto nei sistemi di tubazioni in acciaio inossidabile, la fessura tra tubo e flangia può dare problemi di corrosione. In alcuni processi anche questa flangia non è consentita.

Flangia avvitata –

Le flange avvitate o filettate vengono utilizzate su tubazioni dove non è possibile eseguire la saldatura. Una flangia o un raccordo filettato non è adatto per un sistema di tubi con spessore di parete sottile, poiché non è possibile tagliare la filettatura su un tubo. Pertanto, è necessario scegliere uno spessore di parete più spesso. La guida alle tubazioni ASME B31.3 dice:
Laddove il tubo in acciaio sia filettato e utilizzato per servizi con vapore superiore a 250 psi o per servizi idrici superiori a 100 psi con temperature dell'acqua superiori a 220 gradi F, il tubo dovrà essere senza giunture e avere uno spessore almeno pari alla tabella 80 di ASME B36.10.La saldatura di prese e le flange filettate non sono consigliate per il servizio a temperature superiori a 250 gradi e inferiori a -45 C.

Flangia per giunto sovrapposto –

Le flange per giunti sovrapposti vengono utilizzate con estremità stub quando le tubazioni sono di materiale costoso. Ad esempio, in un sistema di tubazioni in acciaio inossidabile, è possibile applicare una flangia in acciaio al carbonio, poiché la flangia non entrerà in contatto con il prodotto nel tubo. Le estremità dei tronchetti verranno saldate di testa alla tubazione e le flange verranno mantenute libere sulla stessa. Il raggio interno di queste flange è smussato per liberare il raggio dell'estremità del troncone. Queste flange sono quasi identiche a una flangia Slip On ad eccezione di un raggio all'intersezione della faccia della flangia e del foro per accogliere la parte flangiata dell'estremità del troncone . La loro capacità di tenuta della pressione è poco, se non nulla, migliore di quella delle flange Slip On e la durata a fatica dell'assemblaggio è solo un decimo di quella delle flange Weld Neck. Pertanto queste connessioni flangiate vengono applicate in applicazioni a bassa pressione e non critiche.

Flangia con collo saldato –

Le flange del collo a saldare sono facili da riconoscere come il lungo mozzo conico, che si estende gradualmente fino allo spessore della parete da un tubo o un raccordo. Il lungo mozzo conico fornisce un importante rinforzo per l'uso in diverse applicazioni che comportano alta pressione, temperature sotto zero e/o temperature elevate. La transizione graduale dallo spessore della flangia allo spessore della parete del tubo o del raccordo effettuata dalla rastremazione è estremamente vantaggiosa, in condizioni di flessione ripetuta, causata dall'espansione della linea o da altre forze variabili. Queste flange sono forate per adattarsi al diametro interno del tubo o del raccordo accoppiato quindi non ci sarà alcuna restrizione del flusso del prodotto. Ciò impedisce la turbolenza nel giunto e riduce l'erosione. Forniscono inoltre un'eccellente distribuzione delle sollecitazioni attraverso il mozzo conico. Le flange Weld neck sono fissate mediante saldatura di testa ai tubi. Questi vengono utilizzati principalmente per servizi critici in cui tutti i giunti saldati necessitano di ispezione radiografica. Quando si specificano queste flange, è necessario specificare anche lo spessore dell'estremità saldata insieme alle specifiche della flangia.

 

Flangia cieca -

Le flange cieche sono prodotte senza foro e utilizzate per chiudere le estremità di tubazioni, valvole e aperture di recipienti a pressione. Dal punto di vista della pressione interna e del carico dei bulloni, le flange cieche, in particolare nelle dimensioni più grandi, sono i tipi di flangia più sollecitati. Tuttavia, la maggior parte di queste sollecitazioni sono di tipo flettente vicino al centro e, poiché non esiste un diametro interno standard, queste flange sono adatte per applicazioni con temperature di pressione più elevate.

Flangia di riduzione –

Le flange di riduzione vengono utilizzate per collegare dimensioni più grandi e più piccole senza utilizzare un riduttore. Nel caso di flange ridotte, lo spessore della flangia dovrà essere quello del diametro maggiore. Queste flange normalmente sono disponibili in flange cieche, slip-on, filettate e con collo saldato. Sono disponibili in tutte le classi di pressione e forniscono una buona alternativa al collegamento di due diverse dimensioni di tubo. Questo tipo di flangia non deve essere utilizzata se una transizione brusca creerebbe turbolenze indesiderate, come ad esempio in una pompa.

Flangia integrale –

Le flange integrali sono quelle che vengono fuse insieme al collo dell'ugello o alla parete del serbatoio o del tubo, saldate testa a testa o fissate mediante altre forme di saldatura ad arco o a gas di natura tale che la flangia e il collo dell'ugello, il serbatoio o il tubo il muro è considerato l'equivalente di una struttura integrale. Nella costruzione saldata, il collo dell'ugello o la parete del serbatoio o del tubo vengono considerati come un mozzo. Lo spessore delle flange integralmente fuse e saldate sulle flange differisce in alcune dimensioni.

Basato sul fronte

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

Flangia frontale rialzata (RF) –

La flangia Raised Face è il tipo più comune utilizzato nelle applicazioni degli impianti di processo ed è facilmente identificabile. Viene definita faccia rialzata perché le superfici della guarnizione sono sollevate sopra la faccia del cerchio di bullonatura. Questo tipo di faccia consente l'uso di un'ampia combinazione di design di guarnizioni, compresi i tipi di fogli ad anello piatto e compositi metallici come i tipi avvolti a spirale e con doppia camicia. Lo scopo di una flangia RF è quello di concentrare maggiore pressione su un'area più piccola della guarnizione e quindi aumentare la capacità di contenimento della pressione del giunto. Per le flange 150# e 300#, la faccia rialzata è di 1,6 mm (1/16 di pollice) ed è compresa nello spessore specificato. Per valori più elevati, lo spessore della flangia non include lo spessore della faccia rialzata. Lo spessore della superficie rialzata per una classificazione più elevata è 6,4 mm (1/4 di pollice). La tipica finitura frontale della flangia per le flange RF ASME B16.5 è compresa tra 125 e 250µin Ra (da 3 a 6µmRa).

Flangia a faccia piatta (FF) –

La flangia a faccia piatta ha una superficie di guarnizione sullo stesso piano della faccia del cerchio di bullonatura. Le applicazioni che utilizzano flange a faccia piatta sono spesso quelle in cui la flangia di accoppiamento o il raccordo flangiato è realizzato da una fusione. Le flange a faccia piatta non devono mai essere imbullonate a una flangia a faccia rialzata. ASME B31.1 afferma che quando si collegano flange in ghisa a faccia piatta con flange in acciaio al carbonio, la faccia rialzata sulla flangia in acciaio al carbonio deve essere rimossa e che è necessaria una guarnizione a faccia intera. Questo serve per evitare che la sottile e fragile flangia in ghisa venga sospesa nello spazio causato dalla faccia sollevata della flangia in acciaio al carbonio.

Giunto ad anello (RTJ) –

Le flange per giunti di tipo ad anello vengono generalmente utilizzate in servizi ad alta pressione (Classe 600 e superiore) e/o ad alta temperatura superiore a 800 gradi F (427 gradi). Hanno scanalature tagliate sulle loro facce che ospitano le guarnizioni dell'anello. Le flange sigillano quando i bulloni serrati comprimono la guarnizione tra le flange nelle scanalature, deformando la guarnizione per creare un contatto intimo all'interno delle scanalature, creando una tenuta metallo su metallo. Una flangia RTJ può avere una faccia rialzata con una scanalatura dell'anello ricavata su di essa. Questa faccia sollevata non serve come parte del mezzo di tenuta. Per le flange RTJ che sigillano con guarnizioni ad anello, le facce sollevate delle flange collegate e serrate potrebbero entrare in contatto tra loro. In questo caso la guarnizione compressa non sopporterà un carico aggiuntivo oltre alla tensione del bullone, le vibrazioni e il movimento non potranno schiacciare ulteriormente la guarnizione e ridurre la tensione di collegamento.

Le guarnizioni Ring Type Joint sono anelli di tenuta metallici, adatti per applicazioni ad alta pressione e alta temperatura. Le guarnizioni per giunti di tipo ad anello sono progettate per sigillare mediante "contatto di linea iniziale" o azione di incuneamento tra la flangia di accoppiamento e la guarnizione. Applicando pressione sull'interfaccia di tenuta attraverso la forza del bullone, il metallo "più morbido" della guarnizione scorre nella struttura microfine del materiale più duro della flangia, creando una tenuta molto stretta ed efficiente. Il tipo più applicato è lo stileRanello prodotto in conformità con ASME B16.20 utilizzato con flange ASME B16.5, classe da 150 a 2500. I giunti di tipo ad anello stile "R" sono prodotti sia in configurazioni ovali che ottagonali.

La sezione trasversale ottagonale ha un'efficienza di tenuta maggiore rispetto a quella ovale e sarebbe la guarnizione preferita. Le superfici di tenuta sulle scanalature del giunto dell'anello devono essere rifinite uniformemente a 63 micropollici ed essere prive di creste sgradevoli, segni di utensili o vibrazioni. Sigillano mediante un contatto di linea iniziale o un'azione di incuneamento quando vengono applicate le forze comprimibili. La durezza dell'anello dovrebbe essere sempre inferiore alla durezza delle flange.

Per ulteriori informazioni sulle guarnizioni, consulta: Introduzione alle guarnizioni.

Linguetta e scanalatura (T/G)–

Una faccia della flangia ha un anello rialzato (linguetta) lavorato sulla faccia della flangia mentre la flangia di accoppiamento ha una depressione corrispondente (scanalatura) lavorata sulla sua faccia. Le facce della linguetta e della scanalatura di queste flange devono corrispondere. I rivestimenti maschio-femmina sono standardizzati sia nei tipi grandi che in quelli piccoli. Differiscono da maschio e 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. Anche i giunti maschio-femmina hanno il vantaggio di autoallinearsi e di fungere da serbatoio per l'adesivo. La giunzione a sciarpa mantiene l'asse di carico in linea con la giunzione e non richiede una lavorazione importante.

Maschi e femmine (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) ricavata sulla sua faccia. Il volto femminile è profondo 3/16-pollice, il volto maschile è alto 1/4-pollice ed entrambi hanno una finitura liscia. Il diametro esterno della faccia femmina serve a 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 quello maschile hanno una finitura liscia. Il diametro esterno della faccia femmina serve a localizzare e trattenere la guarnizione.

Le facce generali delle flange come RTJ, T&G e F&M non devono mai essere imbullonate insieme. La ragione di ciò è che le superfici di contatto non corrispondono e non esiste una guarnizione che abbia un tipo su un lato e un altro tipo sull'altro.

Basato sulla valutazione pressione-temperatura

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

• 150#
• 300#
• 400#
• 600#
• 900#
• 1500#
• 2500#

Le tabelle di valutazione della temperatura e della pressione, nello standard ASME B 16.5, specificano la pressione relativa di esercizio senza shock 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. Le classi di pressione indicate di 150#, 300#, ecc. sono i valori 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 sconsiglia l'uso di flange 150# sopra i 400 gradi F (200 gradi). La classe di pressione o la valutazione per le flange sarà espressa in libbre. Vengono utilizzati nomi diversi per indicare una classe di pressione. Ad esempio: 150 Lb o 150 Lbs o 150# o Classe 150, hanno tutti lo stesso significato.

Basato sulla finitura del viso

Esistono due tipi di finiture eseguite sui rivestimenti.

Finitura di serie–

La finitura superficiale più utilizzata tra tutte le flange perché praticamente è adatta a tutte le condizioni di servizio ordinarie. Sotto compressione, la faccia morbida della guarnizione si incastrerà in questa finitura, contribuendo a creare una tenuta e generando un elevato livello di attrito tra le superfici accoppiate. La finitura di queste flange viene generata da un utensile a punta tonda con raggio di 1,6 mm con 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 punta tonda da 3,2 mm con un avanzamento di 1,2 mm per giro.

Flangia con finitura liscia–

Questa finitura non presenta segni di utensili visivamente evidenti. Queste finiture sono tipicamente utilizzate per guarnizioni con rivestimenti metallici come il doppio rivestimento, l'acciaio piatto e il metallo ondulato. Le superfici lisce si accoppiano per creare una tenuta e dipendono dalla planarità delle facce opposte per effettuare una tenuta. Ciò si ottiene generalmente avendo la superficie di contatto della guarnizione formata da una scanalatura a spirale continua (a volte chiamata fonografica) generata da un utensile a punta tonda con raggio di {{0}},8 mm ad una velocità di avanzamento di {{5} },3 mm per giro con una profondità di 0,05 mm. Ciò risulterà in una rugosità compresa tra Ra 3,2 e 6,3 micrometri (125 – 250 micro pollici).

Finitura seghettata–

Anche questo è un solco a spirale continuo o fonografico, ma differisce dalla finitura originale in quanto il solco viene generalmente generato utilizzando uno strumento a 90-gradi che crea una geometria a "V" con una seghettatura angolata di 45 gradi. Le dentellature previste sul rivestimento possono essere concentriche o spiralate (fonografiche). Le dentellature concentriche sono necessarie per la finitura della faccia quando il fluido trasportato ha una densità molto bassa e può trovare percorsi di perdita attraverso la cavità. La dentellatura è specificata dal numero, che rappresenta l'altezza di rugosità media aritmetica (AARH). Questa è la media aritmetica dei valori assoluti delle deviazioni dell'altezza del profilo misurate prese all'interno della lunghezza di campionamento e misurate dalla linea centrale grafica.

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

Basato sul materiale di costruzione

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

• ASTM A105 – Acciaio al carbonio forgiato
• ASTM A181 – Acciaio al carbonio forgiato per usi generali
• ASTM A182 – Acciaio legato forgiato e acciaio inossidabile
• ASTM A350 – Acciaio legato forgiato per servizi a bassa temperatura