فلنج چیست؟ و انواع آن

فلنج ها یکی از اجزای اصلی خط لوله ها می باشند که به منظور اتصال خط لوله ها، شیرآلات، تجهیزات ابزار دقیق، پمپ ها و سایر دستگاه ها به یکدیگر به کار می روند.

فلنج چیست؟

در واقع فلنج قطعه ای فلزی است که با استفاده از پیچ ها به اجزای قابل مونتاژ متصل می شوند. به هر قطعه قابل مونتاژ درون خط لوله (ولوها، پمپ ها، …) دو عدد فلنج وصل می شود که با استفاده از پیچ ها محکم شده و مابین هر دو فلنجی که روبروی هم نصب می شوند یک عدد گسکت قرار می گیرد تا به عنوان آب بند ما بین دو قطعه فلزی عمل کند.

حالت‌های فلنج

لبه ای از فلنج که گسکت بر روی آن قرار می گیرد می تواند به صورت Raised Face (RF)، Flat face یا Ring type joint (RTJ) و Tongue and Groove باشد.
در حالت Flat Face سطحی از فلنج که گسکت بر روی آن قرار می گیرد به صورت کاملاً صاف می باشد و عمدتاً برای اتصال شیرآلات چدنی به کار می رود. در حالت Flat Face جنس سیال خطر ناک نیست بنابراین ایجاد نشتی در این نوع از فلنج خطر ناک نمی باشد.

در حالت Raised Face طرفی از فلنج ها که در روبروی هم قرار می گیرند به صورت لایه ای است که برجسته تر از نقاط دیگر سطح می باشد. در این نوع از فلنج ها، گسکت بر روی این قسمت Raised شده قرار می گیرد. مقدار این برجستگی در کلاس های مختلف فلنج با یکدیگر متفاوت است. مدل Raised Face به صورت رایج ترین و مرسوم ترین نوع مابین سایر مدل ها می باشد و به اختصار در MTO به صورت RF نشان داده می شود.

در حالت Ring Type Joint بر روی سطح خارجی فلنج یک شیار عمیق قرار دارد که گسکتی فلزی و به شکل یک حلقه در درون آن قرار می گیرد و هنگامی که پیچ ها دو فلنج را به یکدیگر فشرده می کنند یک آب بندی از جنس فلز به فلز به وجود می آید که مقاومت به دما و حرارت در آن بسیار بالا می باشد. بس از فلنج های Raised Face، مدل RTJ پر کاربردترین نوع از فلنج ها می باشد.

در مدل Tongue & Groove یک فلنج به صورت زبانه دار (Tongue) و یک فلنج به صورت شیار دار (Groove) می باشد که این دو قسمت در درون یک دیگر چفت می شوند.

انواع فلنج

فلنج ها با توجه به شکل ظاهری و نحوه اتصالشان به دسته بندی های مختلفی تقسیم می شوند:

فلنج گلودار، فلنج اسلیپ ان، فلنج کور، فلنج ساکت، فلنج دنده ای، لوز فلنج به همراه کلار، فلنج اریفیس و … که در شکل های زیر می توان نمونه ای از هرکدام از فلنج ها را مشاهده کرد.

فلنج گلودار

فلنج گلودار یا Welding neck flange دارای یک گلویی مخروطی شکل و با طول بلند می باشد که به لوله جوش می شود. دنباله بلند این فلنج باعث افزایش استحکام آن ها در برابر دماها و فشارهای زیاد می شود. در واقع شکل مخروطی بالای این فلنج امکان انتقال آرام سیال از فلنج به لوله یا سایر اجزای دیگر را می دهد. شکل مخروطی باعث توزیع یکنواخت تنش در طول فلنج شده و مخروطی سر فلنج به راحتی قابل رادیو گرافی و بازرسی است. ضخامت لبه فلنج که به اجزا جوش می شود برابر با ضخامت لوله یا اتصالات می باشد که به این ضخامت اصطلاحاً Schedule می گویند. فلنج های گلودار در schedule های SCH10، SCH20، SCH40، SCH80، SCH 160 و … تولید می شوند.

در شکل زیر می توان نحوه اتصال یک فلنج گلودار به لوله را مشاهده کرد.

1- فلنج گلودار لب جوش
2- قسمت جوش شده به صورت لب جوش یا But weld
3- لوله یا اتصالات

فلنج اسلیپ ان (Slip on flange)

استقامت فلنج های slip on در برابر فشار های داخلی به اندازه 3/2 فلنج های گلودار و عمر آن ها زیر بارهای خستگی به اندازه یک سوم فلنج های گلودار می باشد.

قسمت بیرون و درون فلنج هرکدام با دو fillet از جوش به لوله وصل می شوند که در شکل زیر قابل رویت است. همانطور که در شکل معلوم است قسمتی از لوله باید درون فلنج برود و جوش شود بنابراین اتصالاتی مانند زانویی اگر بخواهند به این فلنج نصب شوند ابتدا باید لوله را به آن ها جوش داد و سپس کمی جلوتر از زانویی استفاده کرد.

1- فلنج slip on
2- جوش از قسمت بیرونی
3- جوش از قسمت داخلی
4- لوله

فلنج ساکت ولد

فلنج ساکت (Socket weld flange) نوعی از فلنج می باشد که دارای یک پله برای قرار گیری لوله می باشد. اولین بار فلنج های ساکت در سایزهای پایین برای اتصال به لوله های فشار بالا به وجود آمدند. استحکام استاتیک آن ها برابر با فلنج های اسلیپ ان می باشد در صورتیکه مقاومت خستگی در آن ها 50 درصد بیشتر از فلنج های اسلیپ ان دو طرف جوش می باشد.

در محل داخلی اتصال لوله به فلنج، یک گپ قرار می گیرد که این گپ به منظور کاهش تنش های شعاعی به وجد آمده در زمان مستحکم سازی لوله تعبیه شده است.

1- فلنج ساکت ولد 2- جوش 3-گپ ایجاد شده

لازم است اشاره شود که در سرویس های خورنده با لوله و اتصالات استنلس استیل، گپ ایجاد شده باعث خرابی تدریجی لوله و فلنج می شود بنابراین در بسیاری از سرویس ها از فلنج های socket weld نمی توان استفاده کرد.

فلنج Lap joint

فلنج های Lap Joint که در اصطلاحاً به آن ها لوز فلنج (Lap Joint) و کولار (Stub end) اطلاق می شود، نوعی از فلنج هستند که سیال با خود فلنج مستقیماً در تماس نمی باشد و سیال عبوری از درون کولار عبور می کند. این نوع از کانکشن برای سرویس های با فشار پایین و غیر خطرناک استفاده می شود و در واقع یک روش ارزان برای اتصال اجزا به یک دیگر می باشد. به طور مثال هنگامیکه سیستمی از لوله های استنلس استیل وجود دارد و فشار سیال پایین می باشد، می توان از لوز فلنج های فولادی به همراه کولار های استنلس استیل استفاده کرد که استفاده از فلنج های فولادی باعث شده هزینه خرید به شدت کاهش یابد. استاندارد های ASME B.16.9 و MSS SP43 برای ابعاد و اندازه های این نوع از فلنج ها به کار می روند.

روش اتصال این نوع از فلنج ها به لوله مطابق شکل زیر می باشد. این کانکشن ها تنها با ایجاد جوش بین کولار و لوله به هم محکم می شوند.

1- فلنج Lap Joint 2-Stub End 3- جوش 4-لوله

لوز فلنج می تواند به راحتی حول کولاری که به لوله جوش شده بچرخد که این باعث شده بتوان به راحتی با فلنج شیری که به آن وصل می شود هم تراز کرد. لوز فلنج تنها به صورت Flat Face قابل استفاده می باشد.

فلنج کور

فلنج کور یا Blind Flange یک صفحه گرد و تخت می باشد که به منظور بستن خط های پر فشار در انتهایشان، vessel ها، تانک ها و… به کار می رود. این نوع از فلنج ها و همچنین پیچ های استفاده شده در آن ها، بیشترین مقاومت های فشاری را مابین سایر فلنج ها دارا می باشند. یکی از موارد کاربرد فلنج های کور، در تجیهزات تست شیرآلات و خط لوله ها می باشد.

وسط و مرکز فلنج های کور در مرکز بیشترین تنش های ایجاد شده قرار می گیرد. در شکل زیر می توان نحوه اتصال یک فلنج کور به یک فلنج گلودار، در انتهای خط و به منظور کور کردن خط را مشاهده کرد.

1- فلنج کور 2- پیچ 3- گسکت 4- فلنج گلودار مقابل

فلنج دنده ای

فلنج دنده ای یا Threaded Flange در جاهایی استفاده می شود که نمی توان از گزینه جوش دادن لوله استفاده کرد. این نوع از فلنج ها در فشار های پایین و برای لوله های سایز کوچک (تا سایز 4 اینچ) مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع از فلنج ها برای سیستم هایی که لوله آن ها رده پایینی دارد (مثلا SCH 10) قابل استفاده نمی باشند زیرا نمی توان سر لوله های آن ها را دنده کرد. مثلا در صنایع غذایی و دارویی که ضخامت لوله ها کم می باشد نمی توان از فلنج های دنده ای استفاده کرد.

فلنج اریفیس

فلنج اریفیس یا Orifice Flange یک فلنج خاص می باشد که همیشه به صورت دوتایی مورد استفاده قرار می گیرد. صفحات اریفیس یا Orifice Plate مابین این دو فلنج قرار می گیرد و با استفاده از آن ها می توان دبی سیال ها را اندازه گیری کرد. در محیط دور این فلنج ها سوراخ هایی با هدف جایگزاری لوله های اندازه گیری تعبیه شده است. فلنج های استفاده شده در اریفیس عمدتاً به صورت گلودار می باشند.

فلنج عینکی

در فلنج عینکی یا Spectacle Flange یک طرف فلنج کاملاً باز و طرف دیگر کاملاً بسته می باشد و این دو صفحه به راحتی می توانند بچرخند و موقعیتشان را با یکدیگر عوض کنند. بدون جدا کردن قسمتی از خط لوله، به راحتی می توان خط را باز و یا بسته نمود.

علامت های حک شده بر روی فلنج ها

نام سازنده: معروف ترین فلنج های مصرف شده در ایران برندهای Galperti، FERARI، KNS، FAD و … می باشند که نام خود را گاهی به صورت کامل یا به طور اختصاری بر محیط پیرامونی فلنج حک می کنند.

سایز فلنج: Nominal Pipe size یا اندازه فلنج یا بر حسب میلیمتر یا بر حسب اینچ بر روی بدنه فلنج حک می شود.

فشار کاری: Pressure Class یا فشار کاری فلنج یا بر اساس کلاس یا بر اساس PN بر روی فلنج حک می شود.

جنس فلنج: متریال بدنه فلنج حتماً بر روی آن حک می شود.

Heat Number: هیت نامبر فلنج برای مطابقت با سرتیفیکت به صورت یک عدد چند رقمی حک می شود.

متریال های مختلف فلنج ها

متریال های مختلف فلنج ها همانند شیرآلات است و از تنوع بسیار زیادی برخوردار می باشد.

1- کربن استیل (ASTM A105، C22.8، GS-C25 و LF2 و …)
2- فولاد آلیاژی (ASTM A182 F1, F2, F5/A, F6/A, F9, F11, F22, F91)
3- استنل استیل (ASTM A182 F304/304L, 316/316L, 321)
4- آلومینیوم
5- مس
6- تیتانیوم
7- اینکونل

کلاس کاری فلنج ها

حداکثر فشار کاری قابل تحمل توسط فلنج و ارتباط آن با دمای عملکردی را کلاس کاری فلنج می گویند. کلاس کاری فلنج با شیرآلات یا سایر تجهیزاتی که به آن ها متصل شده است برابر می باشد.

– در استاندارد ANSI B16.34 فشار کاری فلنج ها بر اساس psi مطرح می شود و که در واقع بیانگر رابطه فشار و دما در جداول کلاس می باشد. این کلاس کاری به اعداد 150، 300، 600، 900، 1500، 2500 ختم می شود.

– در استاندارد DIN فشار کاری فلنج ها بر اساس PN مطرح می شود و به اعداد 6، 10، 16، 25، 40، 63 و … می باشد.

– استاندارد API نیز برای فلنج های سر چاهی با فشار های کاری بسیار بالا می باشد.

بررسی استانداردهای فلنج ها

استاندارد ASME B16.5 برای ابعاد و اندازه ها و همچنین سوراخکاری فلنج های کلاسی از 150 تا 2500 از سایز 2/1 اینچ تا سایز 24 اینچ می باشد. از سایز 24 تا 60 اینچ، استاندارد ASME B16.47 این ابعاد را مشخص می کند.
برای فلنج هایی که تحت استاندارد DIN ساخته می شوند استانداردهای مختلفی وجود دارد که در ادامه به برخی از آن ها اشاره می شود.

برای فلنج های عینکی از استاندارد ASME B16.48 و برای اریفیس فلنج ها از استاندارد ASME B16.36 استفاده می شود.
استاندارد فلنج های ژاپنی JIS B2220 می باشد که برای فشار های مختلف فلنج های ژاپنی(5K, 10K, 16K, 20K, 30K) طراحی شده است.
استاندارد انگلیسی فلنج ها BS-EN 1092 می باشد که برای فشار های 2.5، 6، 10، 16، 25، 40، 63، 100 طراحی شده است.