フランジとは何ですか？

● フランジ入門

パイプフランジは、ボルト接続とガスケットを使用して、配管システム内の配管とコンポーネントを接続します。 最も一般的に使用されるフランジは、溶接ネックフランジ、スリップオンフランジ、ブラインドフランジ、ソケット溶接フランジ、ねじ込みフランジ、および重ね継手フランジ（RTJフランジ）です。 パイプフランジのこのタイプの接続により、修理や定期的なメンテナンスのための分解と分離が容易になります。 炭素鋼およびステンレス鋼フランジの最も一般的な仕様は、ANSI B16.5 /ASMEB16.5です。

金属フランジは、一般的に産業、商業、および機関のアプリケーションに使用されます。 鋼管フランジは、さまざまなスタイルと圧力クラスで利用できます。 金属フランジは150から2500＃定格に分類されます。 圧力クラスの指定に加えて、溶接ネックフランジやソケット溶接フランジなどの特定のフランジでも、パイプスケジュールを指定する必要があります。 これにより、パイプの穴が溶接ネックまたはソケット溶接フランジの穴と一致することが保証されます。

SSMは、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金のさまざまなパイプフランジを提供しています。 また、長い溶接ネックフランジ、特殊な材料の要求、高収率のパイプフランジなどの特殊なフランジも提供できます。

フランジの分類は、次のようにいくつかの代替方法で行われます。

● パイプアタッチメントに基づく

フランジは、配管への取り付け方法により、以下のように分類できます。

● 溶接ネックフランジ

溶接ネックフランジ（「溶接ネックフランジ」とも呼ばれます）は、機械的強度を提供する長いテーパーハブでよく知られています（「皿」や「曲がり」に抵抗するのに役立ちます）。 溶接ネックフランジは完全性の高いフランジであり、すべてのサイズ、すべての一般的な面タイプ（フラット、隆起、RTJ）、およびすべてのクラスで利用できます。 ハブの強度と溶接の完全性により、このタイプのフランジは高温高圧の用途に最適です。

● スリッポンフランジ

「ハブフランジ」とも呼ばれるスリップオンフランジには、非常に薄型のハブがあります。 このタイプのフランジは通常、1つまたは2つのすみ肉溶接（1つはフランジの外側、もう1つはフランジの内側）によってパイプに接続されますが、1つの溶接のみを使用することもできます。 スリップオンフランジは多くのサイズで製造されており、低圧アプリケーション（ASMEクラス600以下）に適しています。 スリップオンフランジのボアサイズ（内径）は、接続パイプのボアサイズよりも大きいため、パイプ上でスライド/スリップ（パイプ上でスリップオン）できます。 パイプとフランジの間に完全溶け込み溶接がないため、溶接の完全性が低いため、使用に制限があります。

● ソケット溶接フランジ

ソケット溶接フランジには、パイプが挿入されるソケットがあります。 パイプは、フランジハブの外側にある1つのすみ肉溶接によって固定されます。 このタイプのフランジの重大な欠点は、溶接を証明するのが難しいため、高完全性ジョイントとは見なされないことです。 したがって、ソケット溶接フランジは、低から中程度のクラス（ASME 600以下）にのみ適しています。 完全性が低く、高圧での使用には適していないため、ソケット溶接フランジはほとんどの場合、平らな面または隆起した面を持っています。 ソケット溶接フランジは、小さな公称パイプサイズ（4インチ以下、10cm以下）用に設計されており、1/2〜 2-インチのパイプサイズ（1.3〜5cmのパイプサイズ）で一般的です。 ソケット溶接フランジの機械的強度はスリッポンフランジの機械的強度と似ていますが、スリッポンフランジは2つの溶接を使用できます。

● ねじ山付きフランジ

ねじ山設計（「ねじ山フランジ」とも呼ばれます）は、ねじ山を使用してフランジをパイプに接続します。 おねじはパイプの端にカットされ、めねじはフランジの穴にカットされます。 次に、おねじ山パイプがめねじフランジにねじ込まれます。

ねじ山付きフランジの設計には多くのサイズと圧力定格がありますが、主に4インチ以下の小さなサイズの配管システムに使用されます。 また、その使用法は通常、無毒システム、低圧システム、および低温システムに制限されています。 ½インチから2-インチのサイズのねじ山付きフランジは、2インチ以上のサイズよりもはるかに一般的です。 低圧用途のため、ねじ山付きフランジは平らで隆起した面のみを使用します。 ねじ山の形状が歪んで漏れが発生することが多いため、高温用途には適していません。

● ブラインドフランジ

ブラインドフランジ（「クロージャープレートフランジ」とも呼ばれます）は、パイプを終端するために配管システムの端に取り付けられます。 センターホール（ボア）がないため、フランジに流れがありません。 ブラインドフランジは、パイプ、バルブ、または圧力容器を隔離するために使用できます。 このタイプのフランジは、すべてのサイズとクラスで利用でき、フラット、隆起、またはリングタイプのジョイント面を使用できます。

ブラインドフランジは、配管ラインの延長が必要な場合、または配管検査が必要な場合に、突合せ溶接キャップを置き換えることができます（ブラインドフランジを取り外してパイプ内部にアクセスします）。 このタイプのフランジは、排水システムのロッドアクセスポイントとしても使用できます。 用途に応じて、ブラインドフランジにドリルで穴を開けてスリップオンフランジとして使用することも、タップしてねじ山フランジとして使用することもできます。

● ラップジョイントフランジ（LJF）

重ね継手フランジ（LJF）は、スタブエンドと重ね継手リングフランジ（「重ね継手フランジ」とも呼ばれます）を含む2つの要素のアセンブリです。 技術的に正確に言うと、スタブの端は重ね継手フランジの一部ではありません。 ただし、重ね継手フランジは常にスタブエンドと組み合わせて使用​​されるため、両方の部品をまとめて「重ね継手フランジ」と呼ぶことがよくあります。 それらの設計により、重ね継手フランジは常に滑らかな表面を備えた平らな面を持っています。 ただし、スタブエンドと組み合わせると、結果として得られるシール面が浮き上がります。 これは、スタブ端のシール面がフランジのボルト締め面より上にあるために発生します。 重ね継手フランジにはシール面がなく、スタブ端のみにシール面があります。 スタブエンドのシール面は、リングタイプのジョイントを可能にするために、プレーン、鋸歯状、または溝付きにすることができます。

重ね継手リングフランジとスタブエンドを組み立てるには、スタブエンドをフランジリングのボアにスライドさせてから、パイプに突合せ溶接する必要があります。 スタブ端の片側がシール面を形成し、スタブ端の反対側/裏側がラップジョイントフランジリングを押します（フランジが組み立てられている場合）。 重ね継手フランジリングは、スタブ端がパイプに溶接された後、自由に回転します。これは、スタブ端に物理的に結合されていないためです。 フランジジョイントが組み立てられると、ラップジョイントリングは自由に回転できなくなります。

多くのエンジニアが遭遇する他のフランジタイプは、オスとメス、および舌と溝のタイプです。 あまり一般的ではないタイプには、オリフィス、エキスパンダー、レデューシング、および長い溶接ネックフランジの設計が含まれます。

フランジの端は、関連する配管にねじ込み、溶接、またはラップ（金属同士の接触）することができます。

フランジタイプの概要

フランジタイプに関するいくつかの重要な情報が以下の表にまとめられています。 表にはASME規格が引用されていますが、代替の国際規格および国内規格（DIN、ENなど）も利用できます。 ただし、ASMEは最も広く受け入れられている配管規格組織であるため、その規格が引用されています。

以下の表の「面」列は、フランジタイプごとに選択された通常のシール面を示しています。 ただし、フランジの種類によっては例外となる場合があります。 この表は一般的な概要表として扱う必要がありますが、特定の情報は関連する規格で探す必要があります。

● 向きに基づく

フランジ面には、プレーン/フラット、レイズド、リングタイプのジョイント（RTJ）の3つの一般的なタイプがあります。 他のタイプのフランジ面、主にタングアンドグルーブ（T＆G）、ラップジョイント、およびオスアンドメス（M＆F）デザインが存在しますが、これらはあまり一般的ではありません。 配管規格は、フランジ面の正確な形状、寸法、材料、および表面仕上げを定義します。

フランジは、次のようにフェーシングに基づいて分類することもできます。

● 上げ面フランジ（RF）

隆起面（RF）フランジには、フランジのボルト締め円面から突き出た円形のシール面があります。 隆起面フランジは、すべての圧力クラスで利用できるため、幅広い圧力および温度定格に対応します。 RFフランジは、石油およびガスおよび化学工学産業で採用されている最も一般的なタイプのフランジです。

RFフランジは、非金属または半金属タイプのガスケットを備えた鋸歯状のシール面を使用します。 RFフランジのシール面は、フランジの内径から隆起面の外径までです。 RFフランジの一般的なガスケットは、最大400⁰C（750⁰F）の温度定格と最大250 bar（3,625 psi）の圧力定格を持つグラファイト鋼組成ガスケットです。

ボルト締め面の平面からの隆起面の高さは、フランジのクラスとフランジの基準によって決まります。 ASME B16.5規格の場合、クラス150および300の鋼製フランジの面の高さは1/16インチ（1.6mm）です。 クラス300を超える鋼製フランジは、1/4インチ（6.4mm）の隆起面を使用します。 理想的な世界では、クラスが増えると隆起した面の高さが高くなりますが、これはほとんどの標準では発生しません。 ただし、これは論理的な一般化です。

●フラットフェースフランジ（FF）

平面（FF）フランジは、非金属ガスケット（ソフトガスケット）を使用し、常に鋸歯状のシール面を備えている必要があります。 このタイプのフランジは、低圧アプリケーションに最適であり、圧力クラス125および250に使用されます。

ガスケットは、フランジブレードの前面シール面、つまりボルト締め円面と同じ平面に直接取り付けられます。 ガスケットのシール領域は、フランジの内側の直径からフランジの外側の直径までです。 一般的なソフトガスケットの材料は、通常、定格が100⁰C（212⁰F）で、圧力が20 bar（290 psi）以下です。 平面フランジはこのような大きなシール面積を使用するため、フィットするように作られています。 平面フランジガスケットは、ボルト穴がガスケットを貫通しているため、一度取り付けたら回転できません。 シール面のサイズが大きいため、フラット面フランジは機械的歪み（曲がり、曲がりなど）に耐性があります。

平らな面のフランジは、特に隆起した面のフランジがより硬い材料で製造されている場合は、隆起した面のフランジと決して結合しないでください。

● リングタイプジョイント（RTJ）

Ring-type joint (RTJ) flanges are a variation of the raised face flange design. RTJ flanges are typically used for more severe applications, particularly for high pressure systems, and/or high temperature systems (>750⁰C/1,382⁰F）。 すべての圧力クラスでRTJフランジを使用できますが、通常はクラス900以上で使用されます。

RTJフランジと隆起面フランジの違いは、シールの取得方法です。 金属ガスケット（ハード）はRTJフランジで使用され、隆起面ガスケットはソフトまたはセミメタリックガスケットを使用します。 3つの主要なリングタイプのジョイントグループがあります。これらはR、RX、およびBXです。 Rタイプのジョイントが最も一般的であるため、ここではRタイプのジョイントに焦点を当てます。

RタイプのRTJガスケットは円形で、楕円形または八角形のプロファイル/ボディを備えています。 八角形のプロファイルは最も効率的なシールを取得し、よりモダンなデザインです。 RTJフランジの面に溝が機械加工され、関連するガスケットがこの溝に取り付けられます。 フランジが組み立てられると、2つの合わせ面がガスケットを圧縮して変形し、金属同士のシールが形成されます。 フランジが正しく組み立てられている場合、2つの嵌合RTJフランジが互いに物理的に接触しないようにする必要があります。

RTJガスケットは、フランジよりもわずかに柔らかい材料で製造されることがよくあります。 ガスケットの材質が柔らかいため、フランジよりも低い圧力で変形します。これにより、ガスケットの周囲でフランジが変形するのではなく、ガスケットが変形してシールが作成されます。

● 舌と溝（T / G）

一方のフランジ面には、フランジ面に機械加工された隆起リング（舌）があり、相手フランジには、その面に機械加工された対応するくぼみ（溝）があります。 このフランジの舌面と溝面は一致している必要があります。 タングアンドグルーブフェーシングは、ラージタイプとスモールタイプの両方で標準化されています。 さねはぎの内径がフランジベースまで伸びていないため、ガスケットの内径と外径が保持されるという点で、オスとメスとは異なります。 これらは一般的にポンプカバーとバルブボンネットに見られます。 舌と溝の接合部は、自己整合性があり、接着剤のリザーバーとして機能するという利点もあります。 スカーフジョイントは、荷重軸をジョイントと一致させ、大規模な機械加工操作を必要としません。

● 男性と女性（M / F）

このタイプでは、フランジも一致させる必要があります。 1つのフランジ面には、通常のフランジ面（オス）を超えて延びる領域があります。 もう一方のフランジまたは嵌合フランジには、対応するくぼみ（メス）が面に機械加工されています。 女性の顔の深さは3/16-インチ、男性の顔の高さは1 / 4-インチで、どちらも滑らかに仕上げられています。 メス面の外径は、ガスケットの位置を特定して保持するように機能します。 カスタムのオスとメスのフェーシングは、熱交換器のシェルにあり、フランジをチャネル化してカバーします。 女性の顔と男性の顔は滑らかに仕上げられています。 メス面の外径は、ガスケットの位置を特定して保持するように機能します。

フランジ面の概要

次の表は、最も一般的な3つのフランジ面の特性をまとめたものです。

● フェイスフィニッシュに基づく

フランジ面は、シール要素（ガスケット）が取り付けられている領域です。 最も一般的なフランジ面の表面設計は滑らかで鋸歯状です。 平面（FF）フランジ面と隆起面（RF）フランジ面は、業界標準に基づいて構築されている場合、セレーションが必要です。

● ストックフィニッシュ

フランジ表面仕上げの中で最も広く使用されているのは、実際には、すべての通常の使用条件に適しているためです。 圧縮すると、ガスケットの柔らかい面がこの仕上げに埋め込まれ、シールの作成に役立ち、合わせ面間に高レベルの摩擦が発生します。 これらのフランジの仕上げは、半径1.6 mmの丸い先端の工具によって、最大12インチまで1回転あたり0.8mmの送り速度で生成されます。 14インチ以上のサイズの場合、仕上げは3.2mmの丸い鼻の工具で1回転あたり1.2mmの送りで行われます。

● スムーズな仕上がり

この仕上げは、視覚的に明らかなツールマーキングを示していません。 これらの仕上げは、通常、ダブルジャケット、平鋼、波形金属などの金属面を備えたガスケットに使用されます。 滑らかな表面がかみ合ってシールを作成し、対向する面の平坦度に依存してシールを作成します。 これは通常、ガスケットの接触面を、{{0}}。 } .3 mm /回転、深さ0.05mm。 これにより、Ra 3.2〜6.3マイクロメートル（125〜250マイクロインチ）の粗さが生じます。

● 鋸歯状仕上げ

これも連続または蓄音機のスパイラルグルーブですが、通常、45度の角度のセレーションを持つ「V」ジオメトリを作成する90-度のツールを使用してグルーブが生成されるという点で、ストック仕上げとは異なります。 フェーシングに提供されるセレーションは、同心またはスパイラル（蓄音機）である可能性があります。 同心のセレーションは、運ばれる流体の密度が非常に低く、キャビティを通る漏れ経路を見つけることができる場合、表面仕上げのために主張されます。 セレーションは、算術平均粗さ高さ（AARH）である数値で指定されます。 これは、サンプリング長内で取得され、グラフィカルな中心線から測定された、測定されたプロファイルの高さの偏差の絶対値の算術平均です。

滑らかな仕上げのフランジは、金属ガスケットが指定されている場合に指定され、鋸歯状の仕上げは、非金属ガスケットが提供されている場合に提供されます。

適切な粗さの値

業界標準では適切な粗さの値が規定されており、ASMEB16.5標準から次の値が採用されています。

● 建築材料に基づく

フランジは、プレートから製造されるごくわずかな場合を除いて、通常は鍛造されています。 プレートを製造に使用する場合、それらは溶接可能な品質でなければなりません。 ASME B16.5では、プレートから製造できるのはレデューシングフランジとブラインドフランジのみです。 通常使用される建材は次のとおりです。

● 圧力-温度定格に基づく

フランジは、ASMEB16.5の圧力温度定格によっても次のように分類されます。

150#

300#

400#

600#

900#

1500#

2500#

標準ASMEB16.5の圧力温度定格チャートは、特定の温度でフランジが受けることができる非衝撃作動ゲージ圧力を指定します。 フランジは、さまざまな温度でさまざまな圧力に耐えることができます。 温度が上昇すると、フランジの定格圧力は低下します。 150＃、300＃などの示された圧力クラスは基本定格であり、フランジはより低い温度でより高い圧力に耐えることができます。 ASME B 16.5は、温度に対するさまざまな建築材料の許容圧力を示しています。 ASME B16.5は、華氏400度（200度）を超える150＃フランジの使用を推奨していません。 フランジの圧力クラスまたは定格はポンドで示されます。 圧力クラスを示すために異なる名前が使用されます。 例：150ポンドまたは150ポンドまたは150＃またはクラス150、すべて同じ意味です。

● 結論

上記のさまざまなタイプのフランジ、製造、およびパフォーマンス機能から判断できます。 ステンレス鋼、低合金鋼、炭素鋼、二重鋼など、さまざまな材料から製造された適切な鋼製フランジを選択できます。

適切な材料で適切なフランジを選択し、配管方法を使用するアプリケーション中にフランジが直面する要素を知ることが重要です。 このブログが、フランジを購入する前に重要なことを特定するのに役立つことを願っています。