فلنج (Flange)

فلنج:

فلنج یک اتصال مکانیکی بین دوقطعه می باشد که این دوقطعه را نمی توان و یا نباید به یکدیگر جوش داد و باید از طریق پیچ و مهره به هم متصل نمود. دامنه کاربرد فلنج ها در لوله کشی(piping) به عنوان یکی از اجزای اتصالات که معمولا تسهیل کننده تغیر مسیر و یا تغیر قطر لوله می باشند.لازم به ذکر است که فلنج ها در دامنه فشاری وسیعی (فشارهای کم تا فشارهای بالا) قابل استفاده می باشند.فلنج ها یكی از اتصال دهانه های لوله ها، شیرآلات و دستگاه ها به یكدیگر می باشد فلنج ها بصورت قطعه دیسكی شكل بوده كه همیشه بصورت جفت به كمك پیچ و مهره دو قطعه را به یكدیگر متصل می سازد و به آسانی باز شده و برای فشارهای كم و بالا مناسب می باشد.آب بندی بین دو فلنج توسط واشر(Gasket) كه در بین آنها قرار داده می شود انجام می گیرد. جنس فلنج ها از فولاد و آلیاژهای آن و یا از چدن و سایر مواد ساخته می شود.

در برخی موارد جهت اتصال لوله به تجهیز یا لوله به لوله از اتصال فلنجی استفاده می شود. این اتـصال به جهـت آسانی نصـب و جدا می شـود، در مـواردی كاربرد دارد كه لازم اسـت خط بصورت متناوب جهت بازدید یا تعمیر باز و بسته شود. اتصال پمـپ ها، كمپرسـورها، مبـدل­های حرارتـی، راكتـورها و .... به خطوط لوله توسـط فلنـج هائی صـورت می گیرد كه توسـط استاندارد ASME B16.5 وAPI 6D یكسان سازی شده است.

یكی از مـواردی كه در فلـنج ها اهمیـت زیادی دارد كلاس فشاری فلنج است.كلاس فشاری به اندازه لوله، فشار و دمای سیال درون خط ، خود سیال و مواردی از این دست بستگی دارد.فلنج ها که معمولا به صورت دایره ای شکل و مدور می باشند دارای سوراخ هایی در اطرافشان می باشند که از این سوراخ ها جهت اتصال لوله ها,شیر آلات,پمپ ها و دستگاه ها به یکدیگر می باشند.از آنجایی که در فلنج ها اتصالات از نوع پیچ و مهره ای می باشد لذا عمل باز و بسته کردن که در نتیجه آن نگهداری,تعمیر و تعویض قطعات به آسانی صورت می گیرد.

مشخصات فلنج مطابق استاندارد كه باید بر روی فلنج حك گردد،شامل موارد ذیل می باشد:

1. سوراخ ها (گاهی بعنوان ضخامت دیواره نیز بیان می شود(
2. مواد تشكیل دهنده فلنج(مطابق استاندارد ASTM این عدد بیان کننده مشخصات مواد خام مورد استفاده برای تهیه فلنج می باشد.
3. شماره یا كد مربوط به عملیات حرارتی صورت گرفته بر روی فلنج
4. نام تجاری تولید كننده فلنج
5. قطر اسمی لوله (قطر خارجی لوله كه فلنج به آن جوش داده خواهد شد)
6. مقدار فشار قابل تحمل توسط فلنج (به آن كلاس فلنج گفته می شود)
7. شكل سطح فلنج (شكل سطح فلنج مهم­ترین قسمت تشكیل دهنده یك فلنج می باشد)

قطراسمی فلنج برابر قطر لوله ای است كه فلنج به آن وصل می شود ­بعنوان مثال برای لوله­ 3 اینچ از­فلنج 3 اینچ استفاده می گردد.

كلاس های مختلف فلنج ها و بستگی به نوع جنس متناسب با فشار وارده:

-1رده بندی فشار مطابق استاندارد ANSI B16.34 مطابق این استاندارد فلنچ های فولادی و آلیاژهای آن به كلاسهای 150-300-400-600-900-1500-2500 تقسیم بندی می­شـوند كه این اعداد بالاترین فشار بر حسب PSI بوده كه فلنج ها در حداكثر دمای مجاز می توانند تحمل كنند و معمولاً فشار كاركرد حدود 2.4 برابر اعداد فوق می باشد.

2-رده بندی فشار مطابق استاندارد ISO در این استاندارد فشار تحمل فلنچ های فولادی و آلیاژهای آن با PN نشان داده شده كه این فشار اسمی بر­حسب Bar میباشد.

این نوع فلنج ها دارای تحمل فشار بیشتری نسبت به فلنچ های گروه ANSI بوده و به كلاسهای 2000-3000-5000-10000-15000 رده بندی می گردند.

ANSI B16.47: جهت فلنچ های فولادی از سایز 26 اینچ به بالا

برای اتصال شیرها و اتصالات چدنی و فلنج های غیر فولادی پمپ ها از فلنج با سطح ساده استفاده می گردد.برای خطوط فشار پائین مانند: (Coolingwater-CWR-CWS) كه نشتی زیاد مهم نباشد از این نوع فلنج استفاده می شود.معمولاً فلنچ های چدنی و یا فولادی كه در فشارهای كم كاربرد دارند از این نوع ساخته می­شوند.جهت آب بندی اتصالات نیز از واشرهائی استفاده می شود كه قطر خارجی آنها برابر قطر خارجی فلنج است. این واضح همچنین امكان اتصال دو قطعه را غیر ممكن می کند و در نتیجه امكان شكست قطعات نیز كاهش می­یابد.در این نوع از فلنچ ها سطح یك فلنج كه باید در مقابل سطح دیگر قرار گیرد صاف می باشد.

این فلنچ ها بصورت نر و مادگی تولید می­گردند.واضح است كهاز این نوع فلـنج در پروژه­ها اسـتفاده می شود و دارای ارتفاعی برابر 16/1 اینچ برای فلنچ های كلاس 150 و 300 و 4/1 اینچ برای سایر كلاس ها می باشد.در این نوع فلنج سطح فلنج كه در مقابل فلنج دیگر قرار گرفته و بر روی آن گسكت قرار داده می شود. نسبت به سطح كلی فلنج برجسته تر ساخته می شود. بر اساس استاندارد مقدار برجستگی در تمام اندازه ها برای­ كلاس­های 150 و300 برابر mm1.6و كلاس های بالاتر برابر mm6.4 میباشد.

3- فلنج نر و ماده(Male& Female)

صفحه این نوع فلنچ ها كه بصورت جفت وجود دارد یك دارای برآمدگی(به ارتفاع mm 6.4)و دیگری تو رفتگی(به عمق5)می باشد.

4- فلنج با صفحه دارای زبانه و شیاردار(Tongue & Groove facing)

این نوع فلنج بصورت فلنج نر و ماده بوده با این تفاوت كه قطر داخلی زبانه و شیار تا سوراخ فلنج (مسیر جریان) ادامه ندارد و بنابراین واشر (Gasket) را روی قطر داخلی و خارجی خود نگه می­دارد و همین باعث می شود گسكت از خوردگی و فرسودگی محفوظ بماند. ساختمان زبانه و شیار مینیمم سطح گسكت، نوع مسطح را ایجاب می کند و بنابراین تحت فشار پیچ ­ها كم­ترین بار و بیشترین راندمان اتصالی (Joint efficiency) ممكنه، برای گسكت های مسطح را خواهد داشت. در این نوع اتصال میزان برآمدگی زبانه 6.4mm و میزان عمق شیار برابر 5mm می باشد.

5-فلنج با صفحه اتصال رینگی(Ring type joint facing)

جهت سرویس­های با دما و فشار بالا بسـیار مناسـب است ولی گران­تر از بقیه نوع­ها می باشد. هر دو جفـت فلـنج كه به هم متـصل می شوند، از لحاظ شكل و اندازه یكسان هستند. یك رینگ نیز در شیار بین دو صورت قرار می گیرد. یكی ازمزیت های این فلنج عدم برخورد دو صورت فلنج به یكدیگر است.

نحوه اتصال این فلنچ ها به این صورت است كه بر روی صفحه هر فلنج یك محل رینگ تعبیه گردیده است بطوریكه وقتی دو فلنج روبروی هم قرار می گیرند یك رینگ بین آنها قرار گرفته و پس از محكم كردن فلنچ ها توسط پیچ و مهره این رینگ تحت فشار قرار گرفته و باعث آب بندی می شود. فلنچ های با صفحه اتصال رینگی در صنایع نفت و گاز برای سیستم های با فشار و دمای بالا كاربرد دارد و در این صنایع نوع با مقطع 8 ضلعی بیشتر بكار می رود. چون این نوع رینگ ها تماس صفحه ای ایجاد می كنند در صورتی كه رینگ های با مقطع بادامكی تماس خطی ایجاد می نمایند.

جهت انسـداد لوله از فلنـج كور استـفاده می شود كه عبور جریانی ندارد.از این نوع فلنچ برای مسدود كردن انتهای سیستم های لوله كشی، شیرها و منفذهای ظروف تحت فشار استفاده می­گردد.از نظر فشار داخلی و بار بر روی پیچ ها مخصوصاً در اندازه هـای بزرگتر به تمام فلنچ های دیگر تحت فشار بیشـتری قرارمی گیرند و چون بالاترین فشار تنش در این نوع فلنچ ها تنش خمشی در مركز موثر است از این نظر مقدار تنش نسبت به فلنچ های دیگر زیادتر انتخاب می شود.در محل هایی كه درجه حرارت،فاكتور مهمی است و یا مسئله ضربه قوچی(Water Hammer) وجود دارد بجای فلنج كور از تركیب فلنج گردندار جوشی و درپوش استفاده می گردد.

این فلنج دارای یك قسمت مخروطی (Tapered Hub) می باشد كه ضخامت آن رفته رفته تا محل جوش لب به لب (Butt weld) با لوله كم می شود و این قسمت مخروطی باعث تقویت فلنج شده و در موقع عملیات نظیر تنش زدایی و امتحان جوش با اشعه ایكس و یا گاما صفحه فلنج را از قسمت گرم شده دور نگه می دارد.جهت اتصال به اتصالات Butt Weld یا نازل های تجهیزات و مخازن در دو نوع معمولی و بلند ساخته می شود. به علت ضخامت كافی در جاهائی كه دما زیاد و تنش های برشی، فشاری و ارتعاشی وجود دارد بكار می روند. فلنج گردندار در انتها دارای گردن بوده و مشخصات آن در قسمت انتهای گردن با مشخصات لوله به آن جوش می شود یكسان است (از لحاظ قطر و ضخامت).. فلنج گردندار برای فشارهای بالا و دماهای زیر صفر و یا بسیار زیاد كاربرد دارد و برای تمام سرویس ها تا كلاس 2500 قابل استفاده است و بطور كلی نصب این نوع فلنج دارای كم­ترین هزینه است و برای مكان هایی كه تنش ضربه ای ، ارتعاشی و برشی زیاد است توصیه می گردد.

فلنج روكار جهت فلنج اتصالاتی مانند زانوئیها به دیگر اتصالات فلنجی و یا فلنج لوله ها مناسب است. این نوع فلنج مقاومت كمتری نسبت به شوك و ارتعاش دارد. مقاومت آن تحت فشار تقریباً یك سوم مقاومت فلنج Welding Neck مشابه می باشد. فاصله لوله تا انتهای فلنج نیز همانند اتصالات Socket یك شانزدهم اینچ می باشد.فلنج روكار برای تمام فشارها موجود است وتحت استانداردASME استفاده از آن برای كلاس های 300و150جایز است و عموماً برای جایی مناسب است كه محل لازم برای فلنج گردندار موجود نیست و جوش داخلی آن نسبت به فلنج گردندار بیشتر خورده می شود.

روش اتصال این نوع فلنج به لوله به این صورت می باشد كه لوله طوری داخل آن قرار می گیرد كه به اندازه ضخامت لوله بعلاوه mm1.6تا mm3.2 لوله از صفحه داخل آن فاصله داشته باشد و از داخل وخارج جوشكاری می گردد. از این نوع فلنج برای سرویس های معمولی استفاده می شود. نصب آن ساده، و تراز¬كردن لوله نیز آسان است. برای بریدن لوله به طول معین دقت و تلرانس دقیق لازم نیست و هزینه نصب آن از فلنج گردندار 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.

این فلنج یك فلنج معمولی بوده كه روی یك لوله لبه برگشته (Stud) می چرخد. لبه برگشته لوله روی صفحه فلنج قرارگرفته و انتهای دیگر آن با لوله بصورت لب به لب (­Butt weld) جوشكاری می گردد. بنابراین در این نوع فلنچ ها مایع مستقیم با فلنج تماس ندارد. Stud لوله ای است كه لبه آن برگشته است و ابعاد آن مطابق استاندارد ANSI B16.9 و یا MSS-SP-43 می باشد.در این نوع فلنچ ها چون فلنج روی Stud می چرخد سوار كردن و تراز پیچ ها آسان تر بوده و عموماً در سیستم های كه لوله از جنس فولاد ضد زنگ باشد از این نوع فلنج از جنس فولاد استفاده می­كنند چون سیال با فلنج تماس ندارد.از این فلنج برای لوله های جدار ضخیم و یا جدار نازك استفاده نمی شود و هزینه آن از فلنج گردندار بیشتر است.

5-فلنج با جوش محفظه ای (Socket Weld Flange)

اتصال این نوع فلنـج به لوله از نوع محفـظه ای (Socket Weld) بوده و عمـوماً تا قطر2 اینچ ساخـته می شود. از این فلنـج برای سیسـتم لوله كـشی با فـشار بالا و قطر كم اسـتفاده می شود. هزینه اولیـه آن از فلنج روكار بیـشتر است و اگر در این نوع فلـنج از داخل نیزجوشكاری انجام پذیرد مقاومت استاتیكی آن در مقابل خستگی 50% بیشتر از فلنج روكار است.این نوع فلنچ ها بصورت تبدیل نیز موجود بوده بطوری­كه محل اتصال آن به لوله كمتر از اندازه اسمی فلنج است.

این فلنـج­ از داخل مطـابق استـاندارد دنده لوله­ها (NPT) رزوه شـده­اند 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 لـوله به فلنـج آنها را بهم جوش داد) مزیـت این نوع فلنـج این است كه نیاز به جوشكاری ندارد و عموماً برای لوله های تا قطر 2/1-1 اینچ ساخته می شود. ( این نوع فلـنج ها بصـورت تبـدیل نیز مـوجود است بطوری كه محل اتصال آن به لوله كمتر از اندازه اسمی فلنج است).

این نوع فلنج شبیه دو فلنج گردندار بهم چسبیده (یكپارچه) می باشد ­و ­از دو طرف به لوله جوش شده و برای مهار­ خط لوله از­حركت طولی ناشی از فشار داخلی و اختلاف درجه حرارت و ...­بكار می­رود تا به سیستم و دستگاه­ها آسیبی نرسد. علاوه بر­كاربردهای بالا فلنچ های جهت تغییر اندازه خط نیز بكار­ می­روند. بنابراین دو نوع فلنج كاهنده و فلنج افزاینده نیز به دسته­بندی­های فلنج اضافه می گردد.فلنج كاهنده در­صورتی كه اختشاش جریان مهم نباشـد ­از این فلنج جهت تغییر سـریع قطر خط اسـتفاده می شود. ولی نباید برای ورودی و خروجی دستگاه ­های مثل پمپ از این نوع استفاده كرد. در مورد فلنچ های افزاینده اتصال آن به دستگاه­ های دوار همچون پمپ و كمـپرسور مشكلی بوجود نمی­ آورد.نمایش نوع فلنج روی نقشه یا مدارك نام­گذاری بوسیله كلاس فشاری، نوع اتصال، نوع صورت فلنج و غیره صـورت می پذیرد. در زیر چند نمونه از نام گذاری ها آمده است.

تعداد سوراخ های پیچ و قطر آنها بستگی به اندازه فلنج و كلاس فشاری آن دارد. محل قرارگیری سوراخ فلنچ ها طوری است كه چهار سوراخ در روی خطوط عمودی و افقی گذرنده از مركز قرار نمی گیرند. زاویه بین خط مركز و اولین سوراخ برابر است با360 تقسیم بر دو برابر تعداد سوراخ ها و زاویه بین هر دو سوراخ نیز برابر360 درجه تقسیم بر تعداد سوراخ ها است.

با توجه به این كه Stud bolt به راحتی باز و بسته می شود. اكثراً از این نوع پیچ برای بستن فلنچ ها در نظر گرفته می شود. از مزیت های دیگر این نوع پیچ این است كه با سایر پیچ هائی كه در ساختمان تجهیزات دیگر استفاده می شود متمایز است و در هنگام ساخت و نصب امكان اشتباه بستن این پیچ به تجهیزات دیگر كاهش می یابد.همچنین این نوع پیچ در سایزهای مختلف یافت می شود. محاسبه طول پیچ بوسیله فرمول زیر صورت می گیرد:

S: طول آزاد برابر دو یا سه برابر قطر "پیچ رزوه"

X: ارتفاع قسمت Raised Face

فلنچ های فـولادی مطابق با اسـتاندارد ASTM A105-A182-A694 و یا BS 1503-221 ساخته می شود (روش سـاخت این فلنچ ها بصورتی است كه باید عملیات Forging ساخته شود).

برای اندازه­های تا 24 اینچ ابعاد و تلرانس فلنچ ها بر اـاس استاندارد ANSIB16.5 و یا BS 1560 و برای بالاتر آن تا 48 اینــچ استاندارد MSS-SP 44 و یا BS 3293 و یا API 605 و برای فلنچ های اُریفیسی ANSI B16.36 و برای فلنچ های با فشار بسیار بالاتر استاندارد API 6A مورد استفاده قرار می گیرد. پیچ و مهره های فولادی و آلیاژهای آن مخصـوص بستن فلنچ های فولادی فلنچ ها همیشه بصورت جفت بوده و بوسیله پیچ و مهره بهم وصل می گردند.

پیچ ممكن است از یك طرف رزوه شده باشد كه به آن Bolt گفته می شود در این صورت طرف دیگر آن دارای سر6گوش و یا 4 گوش مخصوص آچار می باشد و به یك مهره (Nut) نیاز دارد و یا ممكن است سرتاسر رزوه شده باشد ­(Stud bolt) كه در این صورت به دو مهره نیاز دارد.

پیچ ها بر اساس قطر خارجی پیچ، بصورت میلیمتری و یا اینچی اندازه گیری می گردند. بعنوان مثال قطر خارجی پیچ M16 برابر 16 میلیمتر و قطر خارجی پیچ 3/4" برابر 3/4" می باشد. پیچ و مهره ها مطابق سیستم متریك و یا اینچی رزوه می شوند و در هر دو حالت دنده بر روی پیچ بصورت موازی (Straight) می باشد یعنی قطر نوك دنده در طول پیچ یكسان است و مهره به راحتی در سرتاسر پیچ می­پیچد.

در سیستم متریك اندازه گام پیچ همراه با قطر خارجی پیچ مشخص می شود مانند :M30*2 یعنی قطر خارجی پیچ 30 میلیمتر و گام آن 2mm می باشد. در سیستم اینچی همراه با قطر خارجی پیچ تعداد دنده در اینچ نیز مشخص می شود مانند 3/4"*8 یعنی قطر خارجی پیچ 3/4 اینچ بوده و تعداد دندانه ها در اینچ برابر 8 دندانه می باشد .