パイプの「フランジ」は金属リングで、通常はパイプの端に溶接されており、多くのボルトを収容するためにパイプの中心線に平行に穴が開けられています。
ボルトを締める前に、フランジのペアの間にドーナツ型のガスケットを配置することで、耐圧のフランジ接合が作成されます。 ガスケットはフランジ材に比べて柔らかい材質で作られています。 潜在的な漏れ経路をすべてシールするために、ガスケットは 2 つのフランジの間で「押しつぶされ」ます。
これは、4- ボルト フランジ継手で取り付けられた Rosemount 電磁流量計の写真です:
フランジ接続を詳しく検査すると、フランジのペアの間に「挟まれた」ガスケット材料によって生じるフランジ面間のスペースが明らかになります。
次の画像では、かなり短い「スプール」パイプ部分の両端に 2 つの巨大なパイプ フランジ カップリングが表示されます。 各フランジ セットを固定する膨大な数のスタッドは、内部の流体の圧力の指標となります。この場合、圧力は 1,000 PSI を超えています。
上で見た流量計のフランジと同様に、フランジ リングの面間のギャップは、フランジの面間に耐圧シールを形成するガスケットが占めるスペースを示しています。
このようなフランジ ガスケットを取り付ける一般的な方法は、ボルトの半分 (パイプの中心線の下の穴) だけを取り付け、ガスケットをフランジの間に落とし、残りのボルトを挿入し、すべてのボルトを適切なトルクで締めることです。
フランジのシール設計と必要なガスケット材質は異なります。 米国で最も普及しているフランジ「面」設計の 1 つは、レイズドフェイス (RF) フランジです。これは、フランジ面に刻まれた一連の同心円状の溝によってガスケットをシールすることを目的としています。 これらの溝により、面が滑らかな場合よりも大幅に長い漏れ経路を持つシール面が形成され、加圧されたプロセス流体の漏れが防止されます。
別の種類のフランジ面は、リング型ジョイント (RTJ) として知られています。 この設計では、独自の金属リングが両方の嵌合フランジの面に刻まれた溝にフィットし、フランジが適切に締め付けられると溝を圧縮して充填します。 RTJ フランジは、漏れの制御がより難しい高圧状況でよく使用されます。 適切なシールを実現するには、RTJ フランジの溝に異物がまったくなく、適切に形成されている (変形していない) 必要があります。
ANSI (米国規格協会) 規格 16.5 は、米国におけるフランジの定格に関する「圧力クラス」のシステムを定義しています。 これらの圧力クラスは、数字の後に「ポンド」、「ポンド」、または「#」が続くことで識別されます。 一般的な ANSI 圧力クラスには、150#、300#、400#、600#、900#、1500#、および 2500# があります。 特に、これらのクラス番号は PSI の圧力定格に直ちに対応するわけではありませんが、圧力に応じて変化します (たとえば、他のすべての要素が等しい場合、600# フランジは 300# フランジよりも高い圧力定格を持ちます)。 圧力定格はフランジの「クラス」だけでなく、金属は高温では脆くなる傾向があるため、使用温度にも依存します。 もともと、ANSI クラスの指定は、これらのフランジの蒸気ラインのサービス定格に基づいていました。 たとえば、250# フランジは、250 PSI (華氏 400 度) の飽和蒸気を使用する配管サービスでの使用を目的としているため、そのように評価されました。
冶金学の進歩により、これらのフランジは高温でより大きな圧力に耐えられるようになりましたが、初期の「ポンド」定格は変更されませんでした。 この状況は、アメリカの軽トラックの「トン数」定格に匹敵します。「1 トン」トラックは、2,000 ポンドを大幅に超える貨物を牽引することができます。 「1トン」の指定は、かつては約2,000ポンドで認定されていた特定の設計を指しますが、冶金学と製造の進歩により、現在ではその容量を大幅に超えるものを運ぶことができます。
適切に機能するには、配管フランジとコンポーネントのフランジ定格と直径が一致している必要があります。 たとえば、4- インチ ANSI クラス 300# パイプ フランジとして評価されるフランジ付き本体を備えた制御バルブは、別の 4- インチ ANSI クラス 300# パイプ フランジにのみ接続できます。 圧力クラスが一致しないフランジを結合すると、パイプ システムの物理的な完全性が損なわれます。 さらに、相手フランジの圧力クラスに対応する適切なガスケット タイプを選択する必要があります。 したがって、各フランジ付きジャンクションはシステム全体として見なす必要があり、その完全性はすべてのコンポーネントが連携して動作するように設計されている場合にのみ保証されます。
2 つのフランジを接続するボルトを締めるときは、フランジのどの部分にも他の部分よりも大幅に大きな圧力がかからないように、ボルトの圧力を均等に分散することが重要です。 完璧な世界では、すべてのボルトを同時に同じトルク制限で締めることになります。 1 つのレンチでこれを達成することは不可能であるため、トルクを増加させながら段階的にナットを締めるのが最良の選択です。 次の図は、トルクシーケンスを示しています (数字はボルトを締める順序を示しています)。
1 つのレンチを使用して、図の順序で各ボルトに予備トルクを加えます。 その後、すべてのボルトが指定されたトルク値で締め付けられるまで、トルクを増加して締め付け操作がさらにサイクル繰り返されます。 トルク シーケンスがフランジの 4 つの象限にわたってどのように交互に現れるかを観察し、各ボルトを徐々に締め付けるときにフランジが均等に押しつぶされることを確認します。 クロストルクは、円の周囲で四分円を交互に配置するこのテクニックの一般的な用語です。
締め付け時にかかるトルクを測定するためのトルクレンチと呼ばれる専用のレンチがあります。
フランジ付きパイプ接続を扱う場合は、反対側のボルトを取り外すことが不可欠です。 高圧の重要な用途では、各フランジ ボルトの実際の伸びがボルト締め力の直接的な指標として監視されます。 Rotabolt というブランド名で販売されている特定のボルトには独自のひずみインジケーターが組み込まれており、整備士は使用する工具に関係なくボルトが適切に締め付けられているかどうかを判断できます。 ボルトを緩める前に、パイプの反対側のフランジ ボルトを最初に緩めます。パイプ内に圧力がある場合は、最初にそこから漏れて、最も近いフランジの側から外側に排出されます。 これは、フランジ付きパイプ内で圧力が高まった場合に、プロセス流体が顔や体に飛び散ることに対する単なる予防策です。 オーバーに達することで
フランジ付きパイプ接続のユニークな特徴は、フランジ面の上または間にブラインドと呼ばれるブランクの金属プレートを挿入して、流れを遮断できることです。 これは、パイプ部分が廃止された場合や、メンテナンス作業中の安全上の理由からパイプ部分を閉鎖する必要がある場合など、パイプを半永久的に遮断する必要がある場合に有益です。
ブラインドを取り付けるには、フランジの接合部を損傷し、フランジをこじ開けて適切なスペースを作成する必要があります。 ガスケットを交換し、ブラインドを取り付けた後、フランジ付きボルトを再度取り付けて、指定された値までトルクを加えることができます。 これはステンレス鋼のブラインド (パイプに取り付けられていない) のショットです。この重いハードウェアの取り扱いを支援するために、溶接された 2 つのリフティング タブがはっきりと見えます。
「目隠し」が頻繁に発生する用途では、作業を容易にするためにメガネブラインドとして知られる常設タイプのブラインドを取り付けることができます。 眼鏡ブラインドは、眼鏡に似た輪郭を持つ同じ直径のリングに短いタブで接続された標準のブラインド プレートで構成されます。
配管システムは、ブラインドの厚さを念頭に置いて設計および構築でき、フランジ間の隙間は「開いた」状態と「ブラインド」状態の両方で一定に保たれます。 これは、事前に嵌合されたフランジ面を分離するために必要な力が非常に大きい可能性があるため、非常に大規模な配管システムで特に役立ちます。
次の画像は、黄色に塗装された「ブラインド」半分が露出し、「開いた」半分がパイプ フランジの間に挟まれるように配置されたメガネ ブラインドを示しており、パイプ内の流れが可能になります。
次の画像は、反対方向に置かれた眼鏡ブラインドを示しています。「開いた」半分が露出し、「ブラインド」半分がパイプを通る流体の流れを制限しています。
