فلنج و انواع آن

فلنج و انواع آن – فلنج لوله وسیله‌ای مکانیکی برای اتصال لوله‌ها است. فلنج‌ها در اشکال گوناگون تولید می‌شوند. فلنج گلودار (welding neck) که در آن لوله قسمت گلویی فلنج جوش می‌شود، فلنج رزوه‌ای، که در آن لوله داخل فلنج پیچ می‌شود، فلنج ساکتی یا ساکت ولد (socket weld)، فلنج لبه‌دار یا لپ جوینت (lap joint) برای اتصالاتی استفاده می‌شود که ته کوب هستند، فلنج اسلیپون و … .

استانداردهای فلنج عبارتند از ASME B16.5، ASME B16.47 که در آمریکا مورد استفاده قرار می‌گیرند و استاندارد EN 1092-1 که در اروپا رایج است.

فلنج لوله در ابعاد  ۱.۸ الی ۸۰ اینچ موجود می‌باشد و در گریدها و متریال‌های مختلف مانند ASTM A105 (فلنج کربن استیل برای استفاده در دماهای بالا)، ASTM A350 ( فلنج CS برای استفاده در دماهای پایین)، ASTM A694 (فلنج کربن استیل بازده بالا برای خطوط لوله)، ASTM A182 F304، F316، F321 (فلنج استنلس استیل)، ASTM A182 F51 (فلنج استیل داپلکس)، ASTM A182 F53/55 (فلنج سوپر داپلکس) و گریدهای بالاتر (فلنج‌های اینکونل، هاستِلوی و مونل). فلنج لوله‌های غیر آهنی (مس، کاپرونیکل و آلومینیوم) در کاربری‌های دریایی و هوانوردی استفاده می‌شوند. متریال فلنج و لوله باید با هم مطابقت داشته باشند.

در کاربری‌های خاص می‌توان فلنج‌ها را روکش و یا رنگ کرد و یا داخل آن‌ها را آستر زد (برای مثال تفلون) که این کار برای افزایش مقاومت فلز در برابر جمع شدن مایعات خورنده و فرسایش دهنده انجام می‌گیرد.

اتصالات فلنجی

اتصال فلنجی اتصالی است که در آن دو لوله به طریق زیر به هم متصل می‌شوند:

• دو فلنج جفت (فلنج اصلی و فلنج همراه)
• مجموعه پیچ و مهره فلنج (ابعاد و تعداد پیچ و مهره‌ها در نمودار پیچ و مهره فلنج مشخص شده است).
• دو گسکت (که می‌تواند فلزی، اسپیرال وند، رینگ جوینت، کامپروفایل یا غیر فلزی باشد).

برای جلوگیری از نشت‌های خطرناک در خطوط لوله، اتصالات فلنجی حتماً باید توسط افراد متخصص و ماهر انجام شود.

می‌توان لوله‌های فلزی را با جوش دادن به فلنج متصل کرد (اتصال جوشی که با استفاده از فلنج‌های گلودار، ساکت ولد، اسلیپون و لپ جوینت ایجاد شده است)، همچنین می‌توان با استفاده از اتصالات رزوه‌ای مانند فلنج‌های رزوه‌ای لوله‌ها را با پیچاندن به هم متصل کرد.

اتصالات جوشی برای خطوط لوله و سیستم‌های لوله‌کشی مورد استفاده قرار می‌گیرند که دارای دما و فشار بالایی بوده و قطر آن‌ها بالای ۲ اینچ است. اتصالات رزوه‌ای برای سیستم‌های لوله‌کشی با قطر کم مورد استفاده قرار می‌گیرند که تحت فشار نیروهای مکانیکی نظیر انبساط، انقباض، لرزش و نوسان (عاملی که باعث شکستن اتصالات رزوه‌ای می‌شود)، نمی‌باشند. پترو ایلیا در این مقاله نگاهی دقیق به انواع اتصالات جوشی خواهد داشت.

انواع فلنج

بر اساس مشخصات ASME B16.5، هفت نوع فلنج وجود دارد: فلنج گلودار، فلنج گلودار بلند، فلنج اسلیپون، فلنج ساکت ولد، فلنج لبه دار (لپ جوینت)، فلنج رزوه‌ای، فلنج کور. فلنج‌های گلودار، اسلیپون و ساکت ولد برای اتصالات جوشی و فلنج‌های رزوه‌ای برای اتصالات پیچی فشار پایین مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین فلنج‌های لپ جوینت و stub end راهی مقرون به صرفه برای اتصال لوله‌هایی هستند که دارای متریال گران قیمت می‌باشند.

فلنج گلودار (WELD NECK FLANGES)

این فلنج دارای یک گردن مخروطی شکل است که با جوش لب به لب (butt weld) به فلنج جوش داده شده و می‌توان از این فلنج برای جوش دادن لوله بات‌ولد استفاده کرد. می‌توان کیفیت اتصال جوش را با چشم و یا با استفاده از رادیوگرافی یا سونوگرافی بررسی کرد. عملکرد فنی و مکانیکی فلنج گلودار بسیار مناسب است.

فلنج گلودار (WN) یکی از متداول‌ترین انواع فلنج است که دارای یک هاب مخروطی شکل بلند است که به لوله جوش داده می‌شود. این نوع فلنج معمولاً در فشارهای بالا و دماهای بالا/پایین که جریان نامحدود سیال از طریق خطوط لوله منتقل می‌شوند مورد استفاده قرار می‌گیرد. عدم وجود افت فشار از اثرات منفی نظیر فرسایش و خوردگی فلزات مجاور با اتصالات فلنجی جلوگیری می‌کند.

هاب مخروطی شکل این فلنج اجازه می‌دهد تا فشار مکانیکی به صورت ملایم بین لوله و فلنج گلودار پخش شده و اجرای بازرسی‌های رادیوگرافی جهت تشخیص نشت‌های احتمالی و نقص‌های جوشکاری را تسهیل می‌کند.

ابعاد فلنج (سایز اسمی لوله و رده) باید با ابعاد لوله مورد نظر تطابق داشته باشد. بنابراین زمانیکه کارفرما فلنج گلودار سفارش می‌دهد باید حتماً سایز اسمی لوله و ضخامت دیواره آن (رده لوله) را نیز به تامین کننده اعلام کند. فلنج گلودار با جوش لب به لب V شکل به لوله متصل می‌شود.

فلنج گلودار بلند

فلنج گلودار بلند (LWN) شبیه به فلنج گلودار است با این تفاوت که گلوی آن (هاب مخروطی فلنج) بلندتر است. این نوع فلنج معمولاً در کشتی‌ها و مخازن استفاده می‌شود. این نوع فلنج در انواع  HB و E نیز موجود است.

فلنج ساکت ولد (SOCKET WELD FLANGES)

فلنج ساکت ولد معمولاً برای لوله‌های فشار بالا زیر ۲ اینچ مورد استفاده قرار می‌گیرد (DN 50). در این نوع فلنج، لوله داخل هاب (تو رفتگی) فلنج قرار می‌گیرد. از آنجایی که انجام تست رادیوگرافی برای فلنج ساکت ولد آسان نیست، مهارت جوشکار در جوش دادن این نوع اتصالات بسیار حائز اهمیت است. با این حال، اگر اتصالی بسیار حیاتی است و بررسی چشمی کافی نیست، ممکن است برای اطمینان از اتصال نیاز به انجام تست‌های خاصی مانند تست ذرات مغناطیسی (MP) یا تست نفوذ مایع (PT) باشد.

فلنج ساکت ولد با جوشکاری بر روی قسمت خارجی فلنج به لوله متصل می‌شود. طبق استاندارد ASME B31.1 برای اجرای یک اتصال فلنجی با استفاده از فلنج ساکت ولد، ابتدا باید لوله داخل حفره فلنج قرار گرفته تا به انتهای فلنج برسد، سپس باید آن را ۱.۶ میلیمتر بالاتر آورده و جوش داد. این شکاف باید وجود داشته باشد تا بتوان لوله را پس از استحکام جوش در موقعیت درستی قرار داد.

فلنج ساکت ولد برای لوله‌کشی‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که سایزی کوچک و فشاری بالا دارند و سیال‌هایی که خورندگی بالایی دارند از داخل آن‌ها عبور نمی‌کند. دلیل این امر آنست که این نوع فلنج‌ها در فاصله شکاف بین انتهای لوله و شانه حفره فلنج دچار خوردگی می‌شوند. مقاومت استاتیک فلنج ساکت ولد مشابه فلنج اسلیپون است اما به دلیل وجود یک جوش (بجای دو نقطه جوش) مقاومت فرسودگی آن بالاتر است.

فلنج اسلیپون (SLIP ON FLANGES)

معمولاً فلنج اسلیپون به دلیل هزینه کمتر و سرعت و آسانی نصب بیشتر، نسبت به فلنج گلودار ترجیح داده می‌شود. نقطه ضعف فلنج اسلیپون نسبت به فلنج گلودار این است که قدرت آن یک سوم فلنج گلودار می‌باشد. به همین دلیل فلنج اسلیپون معمولاً در سیستم‌های کم فشار که کاربری حساسی ندارند مانند مخازن آب آتش‌نشانی، سیستم‌های خنک کننده آب و لوله‌کشی‌های متداول که چالش برانگیز نیستند مورد استفاده قرار می‌گیرد. لوله هم داخل هاب فلنج و هم حفره فلنج جوش داده می‌شود و می‌توان از تست‌های MT و PT برای اطمینان از صحت اتصال فلنج کمک گرفت. فلنج اسلیپون معمولاً برای لوله‌هایی با سایز بزرگتر از ۲/۱ ۲ NPS (DN 65) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فلنج اسلیپون با استفاده از جوشکاری گوشه (fillet weld) به لوله و اتصالات دیگر متصل می‌شود، که یکی داخل حفره فلنج و دیگری بیرون حفره فلنج انجام می‌گردد.

کالیبر فلنج اسلیپون بیشتر از قطر خارجی لوله اتصالی می‌باشد، از آنجایی که لوله باید داخل فلنج قرار بگیرد تا بتوان با انجام جوشکاری گوشه این دو را به هم متصل کرد.

تفاوت فلنج اسلیپون و فلنج گلودار

تجربیات میدانی نشان می‌دهد که فلنج اسلیپون به دلیل نداشتن هاب مخروطی شکل و وجود جوش در دو نقطه متفاوت، تحت فشار مکانیکی یکسان طول عمر کمتری از فلنج گلودار دارد. علاوه بر این می‌توان فلنج گلودار را هم به اتصالات و هم به لوله‌ها متصل کرد اما فلنج اسلیپون فقط به لوله متصل می‌شود.

فلنج‌های اسلیپون با عنوان ” Hubbed flanges ” شناخته شده و می‌توان آن‌ها را از طریق شکل باریکشان تشخیص داد.

فلنج لپ جوینت (LAP JOINT FLANGES)

این نوع فلنج گاهی اوقات برای خطوط لوله‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد که از متریال‌های گران قیمت ساخته شده‌اند (مانند استنلس استیل و آلیاژهای نیکل)، زیرا به کاهش هزینه کلی اتصالات فلنج کمک می‌کند. اتصال لپ جوینت ترکیبی از اتصال بخش stub end (بخشی از فلنج که به لوله جوش می‌شود) و اتصال لبه فلنج می‌باشد. برای مثال stub end که از جنس استنلس استیل باشد در ترکیب با فلنج لپ جوینت کربن استیل مورد استفاده قرار می‌گیرد که علاوه بر ارزان‌تر بودن نسبت به یک اتصال تماماً استنلس استیل، استحکام آن نیز بیشتر است. فلنج لبه‌دار عموماً به صورت raised face است و با گسکت حلقه‌ای صاف محکم می‌شود.

فلنج لپ جوینت دارای سطحی صاف بوده و همیشه همراه با لوله‌هایی که انتهای پخ دارند مورد استفاده قرار می‌گیرد. فلنج لپ جوینت از نظر ظاهری شبیه به فلنج اسلیپون است اما تفاوت‌های ظاهری مشهودی هم دارند.

فلنج لپ جوینت روی لوله می‌لغزد و پشت پخ لوله قرار می‌گیرد و با پیچ و مهره در محل خود محکم می‌شود. استفاده از ترکیب فلنج لپ جوینت و لوله با انتهای پخ راهکاری مقرون به صرفه برای خطوط لوله استنلس استیل و آلیاژ نیکلی می‌باشد، چراکه متریال فلنج لپ جوینت می‌تواند گرید کمتری از متریال لوله با انتهای پخ داشته باشد.

این ترکیب دارای دو مزیت است:

۱- هزینه کلی اتصالات فلنجی خطوط لوله را کاهش می‌دهد چراکه استفاده از متریال‌های گرید بالا کاهش می‌یابد.

۲- عملیات پیچ و مهره کردن فلنج لپ جوینت ساده است چرا که می‌توان آن را دور لوله چرخاند تا بتوان به راحتی ترازبندی پیچ و مهره‌ها را انجام داد.

فلنج رزوه‌ای (THREADED FLANGE)

فلنج رزوه ای با پیچاندن فلنج بر روی لوله و بدون هیچگونه جوشی به آن متصل می‌شود؛ البته در برخی موارد جهت افزایش قدرت اتصال جوش‌های کوچکی اعمال می‌شوند. فلنج‌های رزوه‌ای تا سایز ۴ اینچ و با درجه‌بندی فشار چندگانه موجود هستند، گرچه فلنج عمدتاً برای لوله‌های زیر ۲ اینچ و ضخامت دیواره بالای رده ۸۰ مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از فلنج رزوه‌ای در کاربری‌های حساس مانند ایستگاه‌های سوخت و نیروگاه‌ها یک الزام است، چراکه استفاده از اتصالات جوشی در چنین کاربری‌هایی خطرناک است.

فلنج کور (BLIND FLANGE)

فلنج کور بر خلاف تمامی فلنج‌هایی که در بالا ذکر شد، فاقد حفره مرکزی می‌باشد و از آن برای کور کردن یا بستن خط لوله، شیر یا دریچه و مسدود کردن جریان سیال استفاده می‌شود.

فلنج کور به دلیل فشار سیستم و نیروهای وارده از سوی پیچ و مهره‌ها باید بتواند تنش مکانیکی قابل توجهی را تحمل کند. فلنج کور دسترسی آسان به خطوط لوله را امکان‌پذیر می‌کند چراکه اپراتور می‌تواند به راحتی پیچ و مهره‌های آن را باز کرده و عملیات لازم در انتهای پایانه خط لوله را انجام دهد.

فلنج اریفیس (ORIFICE FLANGE)

فلنج اریفیس همراه با اریفیس متر استفاده می‌شود تا بتوان نرخ جریان نفت، گاز و سیالات دیگری که درون لوله جریان دارند را اندازه‌گیری کرد. فلنج اریفیس بر اساس استاندارد ASME B16.36 و در سایزهای مختلف و گریدهای متریال متفاوت تولید می‌شود.

فلنج اریفیس با استفاده از نازلی که بر روی آن تعبیه شده می‌تواند جریان سیال را اندازه‌گیری کند. ضرباتی که جریان سیال به فلنج وارد می‌کند باعث ایجاد ضرباتی جداگانه به دیواره لوله می‌شود که غیر ضروری است. مونتاژ متداول فلنج اریفیس شامل یک جفت فلنج، صفحه اریفیس، پیچ و مهره‌ها، گسکت‌ها، پیچ‌های جک و پلاگ می‌باشد. با استفاده از پیچ‌های جک مطمئن می‌شویم که می‌توان اِلِمان جریان اولیه را حذف کرد.

فلنج اریفیس در تمامی گریدهای ASTM وجود دارد (ASTM A105، ASTM A350، ASTM A694، ASTM 182 که به ترتیب برای فلنج‌های کربن، الوی استیل و استنلس استیل مورد استفاده قرار می‌گیرند). همچنین این فلنج دارای سایزهای مختلف بوده و به صورت ساکت ولد، رزوه‌ای و یا گلودار تولید می‌شود. فلنج اریفیس گلودار (WN) متداولترین نوع این فلنج می‌باشد.