La faccia della flangia è la parte di una flangia che nessuno guarda in un disegno, ma è la ragione per cui un giunto resiste per dieci anni o perde al primo test idraulico.ASME B16.5definisce sei geometrie delle facce e non sono intercambiabili. L'accoppiamento di una flangia RF con una flangia RTJ, o di una faccia maschio con una faccia piatta, non produce una tenuta marginale - non produce alcuna tenuta, poiché la guarnizione non può entrare in contatto correttamente con entrambe le superfici. Questa guida esamina ogni tipo di superficie, come appare, quale guarnizione è montata, la gamma di pressione e servizio che copre e gli errori che causano guasti al sito.
Perché la geometria del viso è importante
Un giunto flangiato sigilla perché il carico del bullone comprime una guarnizione tra due superfici metalliche parallele e il materiale della guarnizione scorre nella rugosità microscopica di tali superfici. La forma dell'area di seduta - rialzata, piatta, scanalata, maschio-e-scanalata - decide come viene distribuito il carico del bullone, quanta area della guarnizione è attiva e quanto bene la guarnizione viene trattenuta.
Una faccia rialzata concentra il carico della guarnizione in un diametro più piccolo, garantendo una maggiore sollecitazione dell'unità e una tenuta più semplice a pressione moderata. Una scanalatura anulare forza la guarnizione in un canale definito, che contiene la guarnizione contro la pressione interna.
Una faccia piatta distribuisce il carico su tutta la flangia, operazione necessaria quando la flangia dell'attrezzatura di accoppiamento è in ghisa e si spezzerebbe se caricata come una flangia in acciaio. Il tipo di viso non è una scelta estetica; è il meccanismo di tenuta.
Volto rialzato (RF): l'impostazione predefinita
La faccia rialzata è la faccia della flangia più comune nelle tubazioni industriali e copre probabilmente l'80% di tutte le flange in servizio. Si tratta di un piccolo anello rialzato sulla faccia della flangia, all'esterno del cerchio del bullone, con una finitura lavorata liscia.
L'altezza della faccia rialzata dipende dalla classe di pressione: le classi 150 e 300 utilizzano un'altezza rialzata di 1,5 mm, mentre la classe 600 e superiori utilizzano un'altezza rialzata di 6,4 mm. La guarnizione si trova su questo anello rialzato e il carico del bullone la comprime tra due anelli rialzati uno di fronte all'altro.
Le flange RF accettano un'ampia gamma di guarnizioni: guarnizioni in lamiera (non-amianto, PTFE, grafite), guarnizioni a spirale-con anelli interni ed esterni e guarnizioni kammprofile. Funzionano su tutta la gamma dalla Classe 150 alla Classe 2500, motivo per cui sono così comuni. Il compromesso- è che la guarnizione non è contenuta - su un giunto ad alta- pressione, la pressione interna può far fuoriuscire la guarnizione lateralmente a meno che la guarnizione non sia adeguatamente dimensionata e imbullonata.
Le flange RF sono standard nei settori petrolifero e del gas, petrolchimico, chimico e dei servizi idrici. La finitura frontale è solitamente compresa tra 125 e 250 AARH (da 3,2 a 6,3 micrometri) per le guarnizioni morbide e da 250 a 500 AARH per le guarnizioni a spirale-.
Faccia piatta (FF): per flange di apparecchiature fragili
La flangia della faccia piatta non ha alcun anello rialzato - l'intera faccia è un piano piatto. Esiste per un motivo ingegneristico: quando si imbullona una flangia in acciaio a una flangia in ghisa, bronzo o FRP, il materiale fragile non è in grado di gestire la concentrazione del carico puntuale di una faccia sollevata.
Se provassi a mettere una flangia RF contro una flangia in ghisa, l'anello rialzato perforerebbe il materiale fragile e lo spezzerebbe. La faccia piatta distribuisce il carico del bullone su tutta l'area della faccia e la guarnizione è una guarnizione-faccia intera che copre l'intera flangia, i fori e tutto il resto.
Le flange FF vengono utilizzate su valvole in ghisa, pompe e flange di apparecchiature, in genere in servizi a bassa pressione- (da Classe 125 a Classe 300). Non sono comuni sulle tubazioni di processo in cui entrambe le flange sono in acciaio, poiché richiedono una coppia dei bulloni molto più elevata per ottenere la stessa sollecitazione unitaria di una flangia RF.
Una regola pratica: se una flangia della coppia è in ghisa o non-metallica, utilizzare FF su entrambi i lati con una guarnizione-intera faccia. Mescolare FF da un lato e RF dall'altro non funziona - la faccia sollevata schiaccerà la fragile flangia.
Giunto ad anello (RTJ): alta pressione, alta temperatura
La flangia RTJ ha una scanalatura circolare lavorata (o due semi-scanalature concentriche) tagliata nella faccia della flangia, nella quale si trova una solida guarnizione ad anello in metallo. L'anello ha una sezione trasversale- ovale o ottagonale e, sotto il carico del bullone, si deforma plasticamente nella scanalatura, creando una tenuta metallo-su-metallo che non si basa su una guarnizione morbida.
Questo è il tipo di faccia per la Classe 600 e superiore, per il servizio ad alta-temperatura (superiore a circa 400 C) e per il servizio su teste di pozzi di petrolio e gas/albero di Natale in cui una guarnizione morbida potrebbe fuoriuscire o fuoriuscire.
La guarnizione dell'anello stessa è l'elemento di tenuta: è più morbida della flangia (solitamente ferro dolce, acciaio a basso-carbonio, acciaio inossidabile 304/316, Inconel o Monel a seconda del servizio) e si deforma per adattarsi alla scanalatura. La faccia della flangia stessa non entra in contatto - la tenuta è interamente tra l'anello e le due superfici della scanalatura.
Le flange RTJ vengono utilizzate su teste di pozzo sottomarine, collettori ad alta-pressione, servizi con vapore superiore a 40 bar e servizi acidi in cui le guarnizioni in grafite verrebbero attaccate dall'idrogeno. Lo svantaggio è il costo: la scanalatura è costosa da lavorare, l'anello è una parte di precisione e le flange RTJ richiedono un'attenta gestione - una scanalatura graffiata rovina la guarnizione. Una volta compresso l'anello non può essere riutilizzato; ad ogni smontaggio viene montato un nuovo anello.
Maschio e femmina (M&F): localizzazione di precisione
La coppia di flange maschio e femmina utilizza superfici rialzate e rientranti corrispondenti: una flangia ha una faccia maschio rialzata (alta circa 6,4 mm), l'altra ha una faccia femmina rientrata corrispondente (profonda circa 4,8 mm). Il maschio si inserisce nella femmina e la guarnizione si trova sulla stretta superficie anulare tra di loro.
La faccia femmina posiziona e trattiene la guarnizione, che impedisce che venga espulsa dalla pressione interna - questo è il vantaggio rispetto a RF. Le flange M&F sono comunemente utilizzate su pompe, valvole e canali di scambiatori di calore, dove la guarnizione deve rimanere centrata durante il montaggio e la flangia dell'apparecchiatura è già femmina.
La guarnizione su una flangia M&F è confinata nella cavità femmina, quindi non può fuoriuscire lateralmente. Ciò rende M&F adatto a pressioni più elevate rispetto a RF senza anello avvolto a spirale-ed è più facile da allineare durante l'assemblaggio poiché il pilota maschio centra le due flange. Il compromesso- è che la faccia maschio si danneggia facilmente se la flangia cade o viene colpita - un'intaccatura sul bordo maschio rovina la tenuta.
Inoltre, le flange M&F non sono intercambiabili con RF e non è possibile mescolare un maschio con una faccia piatta. Sono coperti da ASME B16.5 e utilizzati in tutta la gamma di classi fino a circa la Classe 900.
Linguetta e scanalatura (T&G): guarnizione completamente contenuta
Linguetta-e-scanalatura è la geometria della faccia più contenuta: una flangia ha una linguetta anulare rialzata, l'altra ha una scanalatura anulare corrispondente e la guarnizione si trova interamente all'interno della scanalatura. A differenza di M&F, la linguetta è più stretta e la scanalatura più profonda, quindi la guarnizione è completamente chiusa su entrambi i lati e il bordo esterno della linguetta la protegge dall'atmosfera.
Le flange T&G vengono utilizzate su materiali per guarnizioni sensibili all'ossidazione o all'estrusione - sostituti dell'amianto, PTFE, avvolti a spirale-in servizio critico - e su giunti che non vengono regolarmente smontati.
Il vantaggio è il massimo confinamento della guarnizione e un'eccellente tenuta in servizi volatili o pericolosi. Lo svantaggio è la manutenzione: la linguetta è fragile, la scanalatura è difficile da pulire e la guarnizione non può essere ispezionata senza smontarla completamente.
Le flange T&G sono disponibili in varianti grandi e piccole (T&G grande per scambiatori di calore, T&G piccolo per collegamenti pompa). Sono meno comuni nelle tubazioni generali rispetto a RF, ma sono standard sulle flange delle apparecchiature critiche. Come M&F, non sono intercambiabili con nessun altro tipo di viso.
Confronto-incrociato in breve
| Tipo di viso | Guarnizione utilizzata | Intervallo di classi tipico | Meglio per |
| Volto sollevato (RF) | Foglio, spirale-avvolta, profilo kamm | 150 - 2500 | Tubazioni di processo generali |
| Faccia piatta (FF) | Guarnizione in lamiera-faccia intera | 125 - 300 | Attrezzature in ghisa/FRP |
| Giunto ad anello (RTJ) | Anello in metallo (ovale/ottagonale) | 600 - 2500 | Alta pressione, alta temperatura, testa pozzo |
| Maschi e femmine (M&F) | Foglio/spirale confinato | 150 - 900 | Pompe, valvole, scambiatori di calore |
| Linguetta e scanalatura (T&G) | Foglio/spirale completamente confinato | 150 - 900 | Servizio critico e pericoloso |
La regola della non-intercambiabilità
La regola più importante: due flange con tipi di faccia diversi non si accoppiano. Non è possibile imbullonare una flangia RF a una flangia RTJ o una flangia M&F a una flangia FF e aspettarsi una tenuta. La guarnizione non sarà in grado di entrare in contatto con entrambe le superfici per tutta la sua larghezza.
Quando ordini una flangia, specifica esplicitamente il tipo di faccia nella richiesta e conferma che l'attrezzatura di accoppiamento (valvola, pompa, compressore) ha la stessa faccia. Un errore comune sul sito è ordinare una flangia di ricambio con RF e scoprire che la pompa è RTJ - la flangia di ricambio non è adatta e deve essere ricostruita. Abbinare sempre il tipo di viso alla targhetta dell'apparecchiatura.
La rugosità della faccia fa parte delle specifiche
Anche sullo stesso tipo di viso, la finitura superficiale (rugosità) è importante. Una guarnizione ha bisogno della giusta ruvidità per aderire a - troppo liscia e scivola, troppo ruvida e la guarnizione non riesce a sigillare le punte. ASME B16.5 specifica le finiture tipiche: da 125 a 250 AARH per guarnizioni in lamiera morbida, da 250 a 500 AARH per guarnizioni a spirale-. La finitura viene misurata dal modello di lavorazione sulla faccia - una spirale continua o una dentellatura concentrica prodotta da un utensile per la sfacciatura della flangia. Una faccia che è stata danneggiata da una chiave caduta o rigata da una rimozione errata della guarnizione, deve essere rettificata prima del rimontaggio. Questa è un'operazione separata dalla selezione del tipo di volto ed è da qui che hanno origine molte perdite di siti.
Errori comuni sul campo
- Utilizzando una guarnizione RF su una flangia RTJ perché "sembrava vicina" - la guarnizione non sigillerà nella scanalatura.
- Miscelazione di flange FF e RF su una valvola in ghisa, rottura della flangia in ghisa sotto carico.
- Riutilizzare una guarnizione dell'anello RTJ dopo lo smontaggio - l'anello ha preso un set permanente e non si risigillerà-.
- Serraggio di una flangia FF ai valori dei bulloni RF, che rompe la fragile flangia dell'apparecchiatura.
- Mancata pulizia della rientranza femmina M&F prima del montaggio, lasciando il vecchio materiale della guarnizione che impedisce alla faccia maschio di posizionarsi.
- Ignorando la finitura della faccia e utilizzando una guarnizione morbida su una faccia liscia-lavorata e priva di dentellature.
Come scegliere
Inizia dal servizio: se la pressione è di Classe 600 o superiore, o la temperatura è alta, il valore predefinito è RTJ. Se si imbullonano apparecchiature in ghisa o FRP, utilizzare FF.
Se il giunto si trova su una pompa, valvola o scambiatore di calore che specifica M&F, abbinalo. Per tubazioni di processo generali inferiori alla Classe 600, utilizzare RF con una guarnizione a spirale-avvolta o in lamiera - è l'impostazione predefinita per una buona ragione.
T&G è riservato ai servizi critici in cui il contenimento delle guarnizioni è la priorità. In caso di dubbio, controllare la targhetta dell'apparecchiatura e abbinare il tipo di viso; la faccia della flangia non è il posto dove improvvisare.
