شناخت انواع فلنج در صنعت

1. فلنچ ها یکی از اتصال دهنده های لوله ها – شیرآلات و دستگاه ها به یکدیگر می باشد. فلنج به صورت قطعه دیسکی شکلی است که همیشه به صورت جفت به کمک پیچ و مهره دو قطعه را به هم وصل می کند و به آسانی باز می شود و برای فشارهای کم و بالا مناسب است. آب بندی بین دو فلنج توسط لایی (Gasket) که بین آن ها قرار داده می شود انجام می گیرد. فلنج ها از جنس فولاد و آلیاژهای آن و چدن و دیگر فلزات ساخته می شود.
2. قطر اسمی فلنج ها (Nominal Diameter): قطر اسمی فلنج ها برابر قطر لوله ایست که فلنج به آن متصل می شود. به عنوان مثال برای لوله "2 از فلنج "2 استفاده می شود.

3. رابطه فشار در فلنج ها (کلاس فلنج ها): فلنج ها بسته به نوع جنس متناسبق با فشاری که متحمل  می شوند به کلاس های مختلف به شرح زیر تقسیم می شوند:

3-1 -رده بندی فشار مطابق استاندارد ANSI B16.34 که9 در این استاندرد فلنج های فولادی و آلیاژهای آن به کلاس های .. ، 2500، 1500، 900، 600، 400، 300، 150، تقسیم می شود که این اعداد ماکسیمم فشار بر حسب PSI است که فلنج ها در حداکثر دمای مجاز می توانند تحمل کنند و معمولا فشار کارکرد حدود 2.4 برابر اعداد فوق می باشد. (رابطه فشار با دما برای جنس های مختلف در استاندارد فوق مشخص گردیده است.)

-3-1 رده بندی فشار مطابق استاندارد ISO: در این استاندارد فشار تحمل فلنج های فولادی و آلیاژهای آن با PN که نشان دهنده ی فشار اسمی فلنج بر حسب Bar می باشد مشخص می گردد. به عنوان مثال PN20 یعنی فشار کارکرد فلنج 20bar می باشد.

3-3 رده بندی فشار بر اساس استاندارد API (6A, 6B, 6BX): این نوع فلنج ها دارای  تحمل فشار بیشتر ینسبت به فلنج های ANSI هستند و به کلاس های 5000، 3000، 2000، 15000، 10000 رده بندی شده است.

4. فلنج ها از لحاط نوع اتصال – صورت فلنج (Face) – نوع لایی (Gasket) که بین دو فلنج قرار می گیرد – طرح و جنس و ...دارای انواع مختلفی می باشد.

4-1 طبقه بندی فلنج ها بر حسب نوع صفحه (Flange Facing):

4-1-1 فلنج با سطح ساده (Flat Face): در این نوع فلنج سطح فلنج که در مقابل فلنج دیگر قرار گرفته است و بر روی آن لایی قرار داده می شود نسبت به سطح کلی فلنج برجسته تر فولادی که در فشارهای کم کاربرد دارد از این نوع ساخته می شود.

4-1-2 فلنج با سطح برجسته (Raised Face): در این نوع فلنج ها سطح فلنج که در مقابل فلنج دیگر قرار گرفته و بر روی آن لایی قرار گرفته می شود نسبت به سطح کلی فلنج برجسته تر ساخته می شود. بر اساس استاندارد مقدار برجستگی در تمام اندازه ها برابر کلاس های 150 و 300 برابر 1/6mm و کلاس های بالاتر برابر 6.4mm می باشد. در قسمت برجستگی ممکن است سطح کاملا صیقلی (Smooth finish) و یا دارای شیار (Serrated Finish) باشد و این شیارها یا به صورت هم مرکز و یا حلزونی می باشد که روش ساخت آن در استاندارد (mss-sp-6) مشخص گردیده است. (معمولا عمق شیارها 0.4mm و فاصله آن از هم 0.8mm می باشد.)

4-1-3 فلنج نر و ماده (Male & Female): صفحه این نوع فلنج ها که به صورت جفت وجود دارد یکی دارای برآمدگی (به ارتفاع 6.4mm) و دیگری تورفتگی (به عمق 5mm) می باشد.

4-1-4 فلنج با صفحه دارای زبانه و شیاردار (Tongue & Groove facing): این نوع فلنج نیز به صورت جفت وجود دارد و همانند فلنج نر و ماده است با این تفاوت که قطر داخلی زبانه و شیار تا سوراخ فلنج(مسیر جریان) ادامه ندارد و بنابراین این لایی را روی قطر داخلی و خارجی خود خود نگه می دارد و همین باعث می شود لایی از خوردگی و فرسودگی (erosion) محفوظ بماند ساختمان زبانه و شیار مینیمم سطح لایی نوع مسطح را ایجاب می کند و بنابراین تحت فشار پیچ ها کمترین بار و ماکسیمم راندمان اتصالی (Joint efficiency) ممکنه برای لایی های مسطح را خواهد داشت در این نوع اتصال میزان برآمدگی زبانه 6.4mm و میزان عمق شیار برابر 5mm می باشد. در مورد لایی ای که در فلنج های فوق جهت آب بندی به کار می رود بعدا توضیح داده خواهد شد.

4-1-5 فلنج با صفحه اتصال رینگی (Ring type joint facing): نحوه اتصال این فلنج ها به این صورت است که بر روی صفحه هر فلنج یک محل رینگ تعبیه گردیده است به طوریکه وقتی دو فلنج روبروی هم قرار می گیرند یک رینگ بین آن ها قرار گرفته و پس از محکم کردن فلنج ها توسط پیچ و مهره این رینگ تحت فشار قرار گرفته و باعث آب بندی می شود. رینگ هایی که بین دو فلنج قرار می گیرد دارای مقطع تخم مرغی (Oval) و یا 8 ضلعی (Octagonal) می باشد که در مورد جزئیات آن بعدا توضیح داده خواهد شد. محل رینگ روی صفحه ها ممکن است دارای کف مسطح و یا گرد باشد که رینگ های با مقطع 8 ضلعی برای کف مسطح مناسب ترند. فلنج های با صفحه اتصال رینگی از 4 مورد فوق گرانتر است ولی بازدهی آن حداکثر می باشد زیرا فشار داخلی سیال روی رینگ ها اثر کرده و باعث می شود که نیروی حائلی و ضد نشت را زیاد کند و چون دو فلنج مقابل شبیه به هم هستند بنابراین اشکالات فلنج های نر و ماده را هنگام نصب ندارند و چون لای زیر صفحه فلنج است صفحه فلنج در موقع نصب و انتقال کمتر در معرض خراب شدن است. فلنج های با صفحه اتصال رینگی در صنایع نفت و گاز و پروسس برای سیستم های فشار و دمای بالا کاربرد دارد و در این صنایع نوع با مقطع 8 ضلعی بیشتر به کار میرود چون این نوع رینگ ها تماس صفحه ای ایجاد می کند در صورتی که رینگ های با مقطع تخم مرغی تماس خطی ایجاد می نماید.

4-2 طبقه بندی فلنج ها برحسب نوع اتصال به لوله:

4-1-1 فلنج کور (Blind flange): از این نوع فلنج ها برای مسدود کردن انتهای سیستم های لوله کشی – شیرها و منفذهای ظروف تحت فشار استفاده می شود. فلنج های کور از نظر فشار داخلی و بار بر روی پیچ ها مخصوصا در اندازه های بزرگتر نسبت به تمام فلنج های دیگر تخت فشار بیشتری قرار می گیرند و چون ماکسیمم فشار تنش در این نوع فلنج ها تنش خمشی در مرکز موثر است از نظر مقدار تنش نسبت به فلنج های دیگر زیادتر انتخاب می شود و در محل هایی که درجه حرارت فاکتور مهمی است یا مسئله ضربه قوچ (Water hammer) وجود دارد بجای فلنج کور از ترکیب فلنج گردندار جوشی و درپوش (Cap) استفاده می شود.

4-2-2 فلنج گردندار جوشی (Welding neck flange): فلنج گردندار در انتها دارای گردن می باشد و مشخصات آن در قسمت انتهای گردن با مشخصات فلنج لوله ای که به آن جوش داده میشود یکسان است (از لحاظ قطر و ضخامت) این نوع فلنج دارای یک ناف مخروطی () می باشد که ضخامت آن رفته رفته تا محل جوش لب به لب () با لوله کم می شود و این ناف باعث تقویت فلنج شده و در موقع عملیات نظیر تنش زدایی و امتحان جوش با اشعه ایکس و یا گاما صفحه فلنج را از قسمت گرم شده دور نگه می دارد. فلنج گردندار برای فشارهای بالا و دماهای زیر صفر و یا بسیار زیاد کاربرد دارد و برای تمام سرویس ها تا فشار 2500ppi قابل استفاده است و به طور کلی نصب این نوع فلنج دارای کمترین هزینه است و برای مکانیک هایی که تنش ضربه ای – ارتعاشی و برشی زیاد است توصیه می شود.

4-2-3 فلنج روکار (Slip on flange): روش اتصال این نوع فلنج برای به این صورت است که لوله طوری داخل آن قرار بگیرد که به اندازه ضخامت لوله به علاوه 1.6mm تا 3.2mm لوله از صفحه داخل آن فاصله داشته باشد و از داخل و خارج جوشکاری می گردد از این نوع فلنج برای سرویس های معمولی استفاده می شود. نصب آن ساده و تراز لوله نیز آسان است. خروج اولیه آن کمتر از فلنج گردندار کمی بیشتر است و برای بریدن لوله به طول معین دقت و تولرانس دقیق لازم نیست و هزینه نصب آن از فلنج گردندار کمی بیشتر است و مقاومت حساب شده آن تحت فشار داخلی 2.3 و مقاومت عمری آن تحت خستگی (Fatigue) برابر 1.3 فلنج فوق است. فلنج روکار برای تمام فشارها موجود است اماا تحت استاندارد ASME استفاده از آن برای کلاس های 300، 150 جائز است و عموما برای جایی مناسب است که محل لازم برای فلنج گردندار موجود نیست و جوش داخلی آن نسبت به فلنج گردندار بیشتر خورده می شود.

4-2-4 فلنچ لبه دار (Lap joint flange): این فلنج یک فلنج معمولی است که روی یک لوله برگشته (Stub) می چرخد. لبه برگشته لوله روی صفحه فلنج قرار گرفته و انتهای دیگر آن به صورت لب به لب (But weld) جوشکاری می شود بنابراین در این نوع فلنج مایع مستقیما با فلنج تماس ندارد.

تعریف Stub: لوله ایست که لبه آن برگشته است و ابعاد آن مطابق استاندارد ANSI B16.9 و یا MSS-Sp-43 می باشد. در این نوع فلنج ها چون فلنج روی Stub می چرخد سوار کردن و تراز کردن پیچ ها آسان تر است و عموما در سیستم هایی که لوله از جنس فولاد ضد زنگ باشد از این نوع فلنج از جنس فولاد استفاده می کنند چون سیال با فلنج تماس ندارد. از این فلنج برای لوله های جدار ضخیم و یا جدار نازک استفاده نمی شود و هزینه آن از فلنج گردندار بیشتر است.

4-2-5 فلنج با جوش محفظه ای (Socket weld flange): تصال این نوع فلنج به لوله از نوع جوش محفظه ای (Socket weld) می باشد و معمولا تا "2 ساخته می شود. از این فلنج برای سیستم لوله کشی با فشار بالا و قطر کم استفاده می شود و هزینه اولیه آن از فلنج روکار بیشتر است و اگر در این نوع فلنج از داخل  نیز جوشکاری انجام شود مقاومت استاتیکی آن معادل فلنج روکار است ولی مقاومت آن در مقابل خستگی 50% بیشتر از فلنج روکار است. این نوع فلنج ها به صورت تبدیل نیز به موجود است به طوری که محل اتصال آن به لوله کمتر از اندازه اسمی فلنج است.

4-2-6 فلنج رزوه ای (): این نوع فلنج ها از داخل مطابق استاندارد دنده لوله ها () رزوه شده اند و فلنج بر روی لوله رزوه شده سوار می گردد (البته در صورت لزوم و برای جلوگیری از نشت از بین رزوه ها می توان پس از بستن لوله به فلنج آن ها را به هم جوش داد.) مزیت این نوع فلنج ها این است که نیاز به جوشکاری ندارد و عموما برای لوله های تا قطر 1-1/2” ساخته می شود (این نوع فلنج ها به صورت تبدیل نیز موجود است به طوری که محل اتصال آن به لوله کمتر از اندازه اسمی فلنج است.)

4-2-7 فلنج مهار کننده (): این نوع فلنج شبیه دو فلنج گردندار به هم چسبیده (یکپارچه) می باشد و از دو طرف به لوله جوش شده و برای مهار خط لوله از حرکت طولی ناشی از فشار داخلی و اختلاف درجه حرارت و ... به کار می رود تا به سیستم و دستگاه ها آسیب نرسد                                                

4-2-8 فلنج اریفیس (Orifice flange): این فلنج که ممکن است از نوع گردندار باشد باصفحه های اریفیس و متعلقات مربوطه برای اندازه گیری شدت جریان سیالات کاربرد دارد و بر روی رینگ اصلی فلنج سوراخ های رزوه ای کاری شده شعاعی جهت اتصالات اندازه گیری و پیج های اضافی که کار جک اسکرو را انجام می دهد تعبیه شده است. معمولا اندازه سوراخ ها جهت اندازه گیری اتصالات "1.2 و "3.4 و نوع رزوه ای آن (NPT) می باشد و پیچ های جک اسکرو در موقع جدا کردن فلنج برای بازرسی و یا تعویض اریفیس موثر است.

_ همراه با فلنج های اریفیس از ورق های با مسیر باز یا بسته () که برای کاهش فشار و یا مسدود کردن جریان کاربرد دارد در اندازه های مختلف به شرح زیر استفاده می شود.

Spade: این ورق ها به صورت صفحه های دایره ای شکل همراه با یک بازو می باشد که بین دو فلنج فوق قرار می گیرد.

Spectacle: این ورق ها به صورت دایره ای شکل است که به وسیله یک بازو به هم وصل شده اند. یکی ز صفحات جالت بسته و دیگری دارای سوراخ می باشد که قطر آن بسته به سفارش می باشد و از حالت بسته برای مسدود کردو مسیر و از حالت دیگر برای باز کردن مسیر و یا کاهش فشار استفاده می شود.                             

قطعات فوق مناسب با سطح فلنج ممکن است دارای سطح صاف و یا برآمده و یا نوع رینگی باشد و کلاس آن نیز متناسب با کلاس فلنج می باشد.

5. استاندارد مواد و روش ساخت و آزمایش فلنج های فولادی: فلنج های فولادی مطابق استاندارد A694، A182، ASTM A105 و یا BS 1503-221 ساخته می شود (روش ساخت این فلنج ها به صورتی است که حتما باید از طریق آهنگری Forging ساخته شد و به وسیله ماشین کاری از قطعات خام که عملیات آهنگری بر روی آن انجام نگرفته پذیرفتنی نیست).
6. استاندارد ابعاد و تولرانسهای فلنج های فولادی: برای اندازه های تا "24 ابعاد و تولرانس فلنج ها بر اساس استاندارد ANSI B 16.5 و برای بالای آن تا "48 استاندارد MSS-SP 44 و یا API 605 و برای فلنج های اریفیسی ANSI B 16.36 و برای فلنج های با فشارهای بسیار بالا API 6A می باشد.
7. پیچ و مهره های فولادی و آلیاژهای آن مخصوص بستن فلنج های فولادی (Bolt & Nut/Stud bolt & Nut): فلنج ها همیشه به صورت جفت هستند و به وسیله پیچ و مهره به هم وصل می شوند.

7-1 نوع پیچ: پیچ ممکن است از یکطرف رزوه شده باشد (Bolt) در این صورت طرف دیگر آن دارای سر6 گوش و یا 4 گوش مخصوص آچار می باشد و به یک مهره (Nut) نیاز دارد و یا ممکن است سر تاسر رزوه شده باشد (Stud bolt) که در این صورت به دو مهره نیاز دارد. نوع اخیر به علت آسانی کار و راحتی تنظیم بیشتر کاربرد دارد.

7-2 اندازه و نوع دنده پیچ: پیچ ها بر اساس قطر خارجی پیچ به صورت میلیمتری و یا اینچی اندازه گیری می شود. به عنوان مثال قطر خارجی پیچ M16 برابر 16 میلیمتر و قطر خارجی پیچ "3.4 برابر "3.4 اینچ می باشد.

پیچ و مهره ها مطابق سیستم متریک و یا اینچی رزووه می شوند و در دو حالت دنده بر روی پیچ به صورت موازی (Straight) می باشد یعنی قطر نوک دنده در طول پیچ یکسان است و مهره به راحتی در سرتاسر پیچ می پیچد. در سیستم متریک اندازه گام پیچ همراه با قطر خارجی پیچ مشخص می شود و معمولا گام برابر 1.5mm و یا 2mm می باشد (M30 x 2) و در سیستم اینچی همراه با قطر خارجی پیچ تعداد دنده در اینچ نیز مشخص می شود (3.4” X 8) و دنده های اینچی ممکن است از نوع دنده ریز UNF و یا دنده درشت UNC باشد.

7-3 تعداد پیچ و مهره های مورد نیاز برای هر جفت فلنج: تعداد پیچ و کهره هر فلنج بسته به اندازه و کلاس آن محاسبه می گردد. در جدول زیر تعداد پیچ و مهره های مورد نیاز برای بعضی از اندازه ها و کلاس ها مشخص گردیده است:

7-4 استاندارد مواد و ساخت و آزمایش پیچ و مهره های فولادی و آلیاژهای آن: استاندارد مورد قبول صنعت نفت و گاز برای پیچ های فولادی و آلیاژهای آن ASTM A193 و برای مهره ها ASTM A194 می باشد و معمولا برای فلنج های فولادی مطابق استاندارد فوق از پیچ های گرید B7 و مهره های گرید 2H استفاده می شود.

استاندارد رزوه پیچ و مهره ها برای نوع اینچی ANSI B/1/1 و برای نوع متریک ISO می باشد. در نوع اینچی مطابق استاندارد ASTM نوع رزوه به صورت زیر می باشد. (16 to 22mm  = UNC,26 to 52 mm = 8UN)

8. لایی (): در فلنج ها برای جلوگیری از نشتی سیال از لایی که بین سطوح فلنج قرار می گیرد استفاده می گردد.

8-1 انواع لایی: لایی ها بسته به نوع فلنج دارای انواع مختلفی به شرح زیر می باشند:

8-1-1 لایی تخت از جنس آزبست (C.A.F) و یا تفلن (PTFE) و یا گرافیت (Graphite) می باشد و در فلنج های ساده (Flat face) و فلنج های با سطح برجسته (Raised face) و فلنج های زبانه و شیاردار (Tongue & Groove face) استفاده می شود.

8-1-2 لایی حلزونی (): این نوع لایی دارای یک لایه از جنس فولاد ضد زنگ و یک لایه پراکنده از جنس آزبست یا تفلن و یا گرافیت می باشد که با مقطع V شکل و به طور فشرده دور هم پیچیده شده است (مقطع V شکل باعث می شود این لایی ها فشار بیشتری تحمل کنند). ضخامت این نوع لایی برای تمام اندازه ها و کلاس ها یکسان است. این نوع لایی ها ممکن است دارای رینگ داخلی (Inner ring) و یا رینگ خارجی (Centre ring = Outer ring) باشد که رینگ داخلی برای حفاظت از خوردگی و رینگ خارجی برای صحیح نصب کردن لایی کاربرد دارد. معمولا جنس این رینگ ها فولادی و ضخامت آن حداکثر 3.5mm می باشد. این نوع لای در فلنج های ساده (Flat face) و فلنج های با سطح برجسته () و فلنج های زبانه و شیاردار (Tongue & Groove face) استفاده می شود

8-1-3 لایی با پوشش فلزی (Jacket gasket): این نوع لایی از جنس آزبست و یا تفلن و یا گرافیت می باشدکه از زیر و رو با صفحه فلزی پوشش شده است. ضخامت این نوع لایی برای تمام اندازه ها و کلاس ها برابر 4.5mm + 0.25 می باشد و قطر خارجی آن در یک اندازه مشخص برای تمام کلاس ها یکسان است. این نوع لایی در فلنج های ساده و فلنج های با سطح برجسته و فلنج های زبانه و شیاردار و مبدل های حرارتی استفاده می شود.

8-1-4 رینگ های آب بندی مخصوص فلنج های با اتصال رینگی  (): این نوع رینگ از جنس فلز (معمئلا نرم و آلیاژهای آن) ساخته می شود و دارای مقطع تخم مرغی () و یا 8 ضلعی () می باشد. در جدول زیر مشخصات بعضی از انواع آن آماده است                            

8-2 استاندارد مواد و ساخت و ابعاد لایی های حلزونی و با پوشش فلزی API 601 و 3381 BS می باشد (BS 3381 فقط مربوط به حلزونی می باشد). همانطور که قبلا ذکر شد ضخامت لایی هایحلزونی و با پوشش فلزی 4.5mm می باشد که پس از استفاده و تحت فشار قرار گرفتن نباید از 3.5mm کمتر شود. استاندارد مواد و ساخت لایی نوع رینگی ANSI B 16.20 می باشد. تمام لایی ها یکبار مصرف هستند و پس از باز کردن فلنج ها و یا شل کردن پیچ فلنج ها نباید دوباره از آن استفاده شود و باید لایی نو جایگزین آن شود.

گردآورنده و نویسنده : علی منتظرالظهور