فلنج فولادی یا کربن استیل

فلنج فولادی یا فلنج کربن استیل قطعه ای دیسک مانند است که برای اتصال اجزاء خطوط لوله مانند لوله ها، پمپها، شیرها، لرزه گیرها و… به یکدیگر به کار می رود. اتصال فلنجها با پیچ و مهره و واشر و گسگت است و قابل باز و بسته کردن است. و این مزیت بزرگی برای تعمیرات و ایرادیابی و تمیز کاری سیستم های تأسیساتی است.

فلنج فولادی یا کربن استیل
فلنج فولادی یا کربن استیل

فلنج یک قطعه دیسک مانند است که یک سر آن متناسب با قطر لوله می باشد که معمولا به لوله جوش داده می شود. و سر دیگر آن یک دیسک است که به فلنج همانند دیگر یا به فلنج متناظر تجهیزات خط لوله مانند شیرها، پمپها، لرزه گیرها و سایر تجهیزات فلنجدار خطوط لوله با پیچ و مهره بسته می شوند. 

به طور کلی فلنج ها با چند مشخصه شناخته می شوند که در زیر به آنها می پردازم:
  • نوع فلنج: ما باید با توجه به نیاز و کاربرد خاص فلنج و جایی که می بایست نصب گردد، لازم است نوع فلنج را مشخص کنیم. به عنوان مثال: فلنج تخت، فلنج گلودار، فلنج اسلیپون، فلنج ساکت ولد و یا فلنج لپ جوینت و … .
  • قطر اسمی فلنج: این قطر دقیقا همان قطر اسمی لوله متناظر فلنج می باشد.
  • استاندارد مربوط به فلنج فولادی: این استانداردها هم مشخصات ابعادی فلنج را مشخص می کنند و هم مواد سازنده آن را معرفی می کنند. بنابراین استاندارد یک فلنج بسیاری از مشخصات فلنج را برای ما مشخص میکند. و برای انتخاب درست یک فلنج حتما می بایست استاندارد آن را بدانیم تا با سایر المان های خطوط لوله سازگار باشند و هم از لحاظ مکانیکی جوابگوی نیازهای ما باشند.
  • کلاس فشار فلنج فولادی: کلاس فشار یا PN یک فلنج هم مشخصه دیگریست که حتما می بایست برای یک فلنج مشخص و معلوم باشد.
  • دمای کاری فلنج فولادی
  • رده فلنج فولادی: از آنجا که معمولا یک سر فلنج به لوله جوش داده می شود می بایست ضخامت آن سر فلنج دقیقا برابر با ضخامت لوله متناظر آن باشد و بنابر این رده فلنج باید برابر رده لوله ای که به آن جوش داده می شود انتخاب شود.
  • نوع سطح آب بندی فلنج
  • نوع پوشش سطحی فلنج 

فلنج فولادی یا فلنج کربن استیل معمولا به فلنج هایی می گویند که از فولاد کم کربن یعنی کربن 0 تا 1/2 درصد وزنی ساخته می شوند. در این آلیاژ از فولاد ، عناصر دیگر آلیاژی نیز بسیار ناچیز می باشند. از جمله کروم (cr)، مولییدن (mo)، نیکل (ni)، تیتانیوم (ti) و حداکثر میزان عنصر مس (cu) نباید بیشتر از 0.04 درصد باشد. و همینطور عنصر منگنز (Mn) نباید بیشتر از 1.65% و سیلیوم (si) نیز نباید بیشتر از 0.06 درصد باشد.

استاندارد های رایج برای فلنج های کربن استیل عبارتند از ASTM A694، DIN2533، MSS SP-44، ASTM SA105N، ASTM A105N و همچنین رنج فشارهای قابل تحمل این فلنج ها از کلاس 150 تا 2500 می باشد.

روش های تولید فلنج کربن استیل:

فلنج فولادی یا فلنج کربن استیل به دو روش تولید می شوند: فورج و ریخته گری.

تفاوتهای بین فلنجهای فولادی فورج شده و ریخته گری شده:

  • فرآیند فورج از ریخته گری گرانتر است.
  • در عملیات ریخته گری شکل پذیری برای بدست آوردن پروفیل های پیچیده امکان پذیر است.
  • فلنج ریخته گری فقط برای خطوط لوله کم فشار می تواند به کار رود. در حالیکه فلنج های فورج شده در خطوط با فشار بالا استفاده می گردد.
  • از روش دستگاه گریز از مرکز برای ساخت فلنج های ریخته گری با دقت بالا نسبت به فلنج های ریخته گری استفاده می شود.
  • فولاد فورج شده به راحتی قابل برش است و می تواند مقاومت کششی بالاتری را تحمل نماید.
  • به طور کلی فولاد فورج شده از نظر عملکرد خیلی بهتر از فلنج های ریخته گری است زیرا هم ظاهر بهتری دارد و هم از لحاظ استحکام کششی و مقاومت مکانیکی بسیار بالاتر از فلنج های ریخته گری می باشد.

انواع فلنج فولادی یا کربن استیل:

با توجه به نوع اتصال فلنج های فولادی به لوله ها ، فلنج ها به انواع گوناگون زیر دسته بندی می شوند:

 

فلنج تخت فولادی: (plate flange)

فلنج تخت فولادی (plate flange)
فلنج تخت فولادی (plate flange)

یک دسته از فلنج های فولادی، فلنج تخت فولادی است که به خاطر نصب آسان (که مستقیم به لوله ها جوش داده می شوند.) و کم هزینه بودن و آسانی ساخت آنها، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. ولی معایبی نیز دارند از جمله مهمترین آنها استحکام کم آنها است. که به دلیل آن نباید در سیستم های لوله کشی با فشار بالا و یا دارای فرآیند شیمیایی و یا دماهای بالا مورد استفاده قرار گیرند.

فلنج گلودار جوشی فولادی: (welding neck flange)

فلنج گلودار جوشی فولادی (welding neck flange)
فلنج گلودار جوشی فولادی (welding neck flange)

نوع دیگر فلنج های فولادی، فلنج گلودار جوشی فولادی (WN) است که دارای یک مخروطی بلند است که می تواند به لوله جوش شود. این نوع فلنج برای کاربردهای با فشار بالا و دماهای بالا و یا دماهای پایین استفاده می شود. قسمت مخروطی فلنج اجازه توزیع یکنواخت تنش مکانیکی بین لوله و فلنج گلودار می دهد و امکان بازرسی های رادیوگرافی برای تشخیص نشتی های احتمالی و عیوب جوش را راحت تر می کند. ابعاد فلنج از قبیل قطر نامی فلنج (NPS یا DN) و رده یا schedule آن باید با ابعاد لوله ای که به آن متصل می شود مطابقت داشته باشند.

قابل ذکر است که فلنج گلودار با یک جوش لب به لب v شکل با نفوذ کامل به لوله متصل می گردد. برای مطالعه بیشتر می توانید به مقاله فلنج گلودار فولادی مراجعه فرمایید.

فلنج اسلیپون فولادی: (slip-on flange)

فلنج اسلیپون فولادی (slip-on flange)
فلنج اسلیپون فولادی (slip-on flange)

یک فلنج اسلیپون با دو جوش ماهیچه ای به لوله یا اجزاء دیگر سیستم های لوله کشی متصل می شود. که یکی در داخل و دیگری خارج از حفره فلنج اجرا می شود.

اندازه سوراخ وسط فلنج اسلیپون بزرگتر از قطر بیرونی لوله اتصال می باشد، زیرا لوله باید در داخل فلنج بلغزد تا با اجرای جوش ماهیچه ای به آن متصل شود. فلنج های اسلیپون از شکل باریک و فشرده آن به راحتی قابل تشخیص می باشند. مطالب بیشتر را میتوانید در مقاله فلنج اسلیپون فولادی مطالعه فرمایید.

فلنج ساکت ولد فولادی: (socket weld flange)

فلنج ساکت ولد فولادی (socket weld flange)
فلنج ساکت ولد فولادی (socket weld flange)

دسته دیگر، فلنج ساکت ولد فولادی است که با استفاده از یک جوش ماهیچه ای (fillet weld) که در قسمت بیرونی فلنج اجرا می شود به لوله ها متصل می شوند. که مطابق استاندارد ASME B31.1 برای اجرای اتصال فلنج ساکت ولد ابتدا باید لوله را تا زمانی که به ته فلنج برسد در ساکت فلنج فرو کرده، سپس به اندازه 1/6 میلیمتر برگردانید و لوله را بلند کرده و جوشکاری نمایید.

قابل ذکر است که فلنج های ساکت ولد برای لوله کشی های در اندازه های کوچک و فشار بالا استفاده می شود. که سیالات بسیار خورنده را منتقل نمی کند. و این به دلیل آن است که این فلنج در معرض خورندگی در ناحیه شکاف بین انتهای لوله و شانه فلنج ساکت ولد هستند. استحکام استاتیکی فلنج های ساکت ولد مانند فلنج های اسلیپون است، اما به دلیل وجود یک جوش ماهیچه ای به جای دو جوش، مقاومت خستگی آنها بیشتر است. مطالب بیشتر را در مقاله فلنج ساکت ولد فولادی ببینید.

فلنج دنده ای (رزوه ای) فولادی: (threaded flange)

فلنج دنده ای (رزوه ای) فولادی (threaded flange)
فلنج دنده ای (رزوه ای) فولادی (threaded flange)

باید توجه داشت که فلنج های رزوه ای یا دنده ای فولادی با پیچاندن لوله که دارای رزوه نر است و معمولا به صورت NPT بر اساس استاندارد ASME B1.20.1 می باشد ؛ روی فلنج به لوله ها متصل می شوند. این اتصال معمولا بدون درز جوش انجام می شود ولی گاهی برای استحکام بیشتر بعد از اتصال رزوه ای یک جوش کوچک نیز بین  لوله و فلنج می دهند.

علاوه بر این فلنج های رزوه ای معمولا در اندازه های حداکثر تا 4 اینچ و درجه بندی فشار چند گانه تولید می شوند. ولی عمدتا برای لوله کشی با اندازه کوچک و فشار پایین و دمای پایین استفاده می شوند. همچنین فلنج های رزوه ای برای جاهایی که احتمال انفجار و آتش سوزی زیاد است و نیاز به جوشکاری ندارد مانند پمپ بنزین ها و کارخانه ها پیشنهاد می شود.

فلنج لبه دار فولادی: (Lap joint flange)

فلنج لبه دار فولادی (Lap joint flange)
فلنج لبه دار فولادی (Lap joint flange)

فلنج لبه دار یا کف رینگ فولادی (Lap joint) دارای یک سطح صاف است و همیشه با یک اتصال ته کوب (stub end) مورد استفاده قرار می گیرند.

توجه داشته باشید که فلنج لبه دار فولادی روی لوله می لغزد و پشت رینگ ته کوب (stub end) قرار می گیرد و این دو قسمت فلنج را با فشار پیچ ها در کنار هم نگه می دارند.

استفاده از فلنج های لبه دار فولادی یک راه حل مقرون به صرفه برای خطوط لوله فولادی ضد زنگ یا آلیاژ نیکل است. در جاهایی که خورندگی بالایی وجود دارد زیرا جنس فلنج و رینگ لبه دار می توانند متفاوت انتخاب شوند. و جنس فلنج چون با سیال در تماس نیست می تواند آلیاژ پایین تری داشته باشد و جنس رینگ لبه دار می تواند از آلیاژ بالاتری باشد. (چون با سیال در تماس است.)

بنابر این این نوع فلنج دارای دو مزیت است:

– هزینه کلی اتصالات فلنجی خط لوله را کاهش می دهد.

– عملیات بستن پیچ و مهره بسیار ساده می شود. زیرا فلنج لبه دار می تواند دور لوله بچرخد تا به تراز کردن پیچ ها کمک کند.

فلنج کور فولادی: (Blind flange)

فلنج کور فولادی (Blind flange)
فلنج کور فولادی (Blind flange)

بر خلاف تمام انواع فلنج که در بالا ذکر شد فلنج کور فولادی سوراخ مرکزی ندارد و برای کور کردن یا مسدود کردن و بستن انتهای یک خط لوله یا یک شیر، یا مخزن فشاری و مسدود کردن جریان سیال مورد استفاده قرار می گیرند.

علاوه بر این فلنج کور فولادی به دلیل فشار سیستم و نیروهای پیچ و مهره تنش مکانیکی قابل توجهی را تحمل می نمایند.

همچنین فلنج های کور امکان دسترسی آسان به خطوط لوله را فراهم می نمایند، زیرا می توان آنها را براحتی باز کرد تا اپراتور یا تعمیرکار بتواند فعالیت های لازم را در پایانه های لوله انجام دهد. (به همین دلیل است که از فلنج کور به عنوان منهول برای مخازن تحت فشار استفاده می کنند.)

انواع پوشش سطحی فلنج ها:

چندین نوع پوشش برای محافظت از فلنج کربن استیل در برابر زنگ زدگی یا خوردگی بکار می رود:

  • رنگ ضد زنگ
  • روغن وارنیش شده
  • گالوانیزه گرم یا سرد (سفید یا طلایی)
  • روکش آلیاژی

کاربردهای فلنج فولادی:

فلنج روشی برای اتصال لوله ها، شیر ها، پمپ ها و سایر المانهای خطوط لوله یا سیستم لوله کشی می باشد. این نوع اتصال امکان دسترسی آسان برای تمیز کردن، بازرسی و یا تعمیر سیستم لوله کشی را امکان پذیر می کند.

هرجا که یک اتصال لوله کشی نیاز به جداسازی داشته باشد فلنج ها مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین بسیاری از تجهیزات خطوط لوله به صورت فلنجدار تولید می شوند و برای اتصال آنها به یکدیگر و یا به لوله ها می بایست حتما از فلنج استفاده گردد.

استفاده از فلنج کربن استیل در فواصل از پیش تعیین شده در خطوط لوله که در آن تعمیر و نگهداری مورد نیاز است الزامی می باشد. فلنج ها، پیچ و مهره ها و گسگت ها سه جزء لازم برای اتصالات فلنجی می باشند. برای دستیابی به یک اتصال بدون نشتی، باید در انتخاب هر کدام از این سه جزء کنترلهای خاصی صورت گیرد.

مزیت های استفاده از فلنج ها:

لوله ها، شیرها، پمپ ها و سایر المانهای خطوط لوله با فلنج به یکدیگر متصل می گردند. استفاده از فلنج باعث می شود تعمیر و نگهداری سیستم لوله کشی راحت شود. به جای برداشتن کل لوله برای بازررسی می توان بخش کوچکی را به دقت بررسی کرد. از فلنج ها می توان برای تعیین محل عیب سیستم لوله کشی نیز بهره برد.

چند مورد از مهم ترین مزایای فلنج کربن استیل:

1-  نصب و مونتاژ آسان در فضاهای تنگ

2- در سیستم های لوله کشی سنگین با فشارهای بالا بدون اتصالات فلنجی لرزش یا فشار ضربه ای ممکن است به سیسم هیدرولیک آسیب برساند.

3- در خطوط صلب مانند لوله های فلزی جوش کاری شده و پیوسته، ایجاد اتصالات فلنجی امکان تعمیر و نگهداری آسان را فراهم می کند.

4- در کاربردهای هیدرولیک فشار قوی، احتمال شل شدن قطعات را کاهش می دهد.

استاندارد های فلنج فولادی یا فلنج کربن استیل:

استاندارد های فلنج فولادی عمدتاً شامل سه سیسم استاندارد در جهان است. یکی سیستم استاندارد ANSI / ASME (آمریکایی)، دیگری سیستم استاندارد DIN (سیستم اروپایی)، و همینطور سیستم استاندارد JIS. توجه داشته باشید که استانداردهای دیگر همگی بر اساس این سه استاندارد ساخته شده اند مانند استاندارد GB که عمدتا مطابق با استاندارد ANSI / ASME و DIN می باشد.

استاندارد ASME:

  • ASME B16.1:استاندارد فلنج های چدن خاکستری و اتصالات فلنجی کلاسهای 25 و 125 و 250 می باشد.
  • ASME B16.5: استاندارد فلنج های لوله و اتصالات فلنجی سایزهای NPS 1/2 تا NPS24  متریک / اینچ می باشد.
  • ASME B16.20: این استاندارد مربوط به واشر و شیارهای اتصال رینگی برای فلنج های لوله های فولادی است.
  • ASME B16.21:و همچنین این  استاندارد مربوط به واشر های تخت غیر فلزی برای فلنج های فولادی است.
  • ASME B16.24: این استاندارد هم فلنج و اتصالات فلنجی لوله های آلیاژ مس ریخته گری، و  کلاسهای 150، 300، 600، 900، 1500و 2500 را شامل می شود.
  • ASME B16.47: استاندارد فلنج های فولادی با قطر بزرگ (NPS26 تا NPS60) می باشد.

استاندارد ASTM:

  • ASTM A105: مشخصات آلیاژی فولاد کربن برای کاربردهای لوله کشی.
  • ASTM A182: مربوط به فلنج فولادی فورج یا نورد شده، اتصالات فورج و شیرها و قطعات برای استفاده در دماهای بالا.
  • ASTM A193: اطلاعات و مشخصات فولاد آلیاژی و مواد مورد استفاده در پیچ و مهره های فولاد و ضد زنگ برای استفاده در دماهای بالا.
  • ASTM A194: داده ها و مشخصات مهره های فولاد آلیاژی برای پیچ و مهره برای استفاده در فشارهای بالا و دماهای بالا.
  • ASTM A694: استاندارد مشخصات فولادهای فورج شده و آلیاژی برای فلنج های لوله، اتصالات، شیر ها و قطعات برای استفاده در فشارهای بالا.
  • ASTM A707: مشخصات فلنج فورج شده فولادی مجاز برای استفاده در دماهای پایین.

فلنج های فولادی در کلاسهای 150 و 300 و 600 و 900 و 1500 و 2500 و سایزهای  1/2 تا 60 اینچ تولید می شوند.