フランジとは何ですか？
フランジは略して一般的な用語で、通常は円盤状の金属本体にいくつかの固定穴を開け、他のものを接続するために使用されます。この種のものは機械で広く使用されているため、少し奇妙に見えるかもしれませんが、フランジとして知られており、その名前は英語のflangeに由来しています。パイプとパイプの相互接続部品であり、パイプの端に接続され、フランジには開口部があり、ネジで2つのフランジをしっかりと接続し、フランジ間にガスケットシールがあります。
フランジは円盤状の部品で、パイプライン工事で最も一般的に使用され、通常はペアで使用されます。
フランジ接続の種類に関しては、以下の3つの構成要素があります。
- パイプフランジ
- ガスケット
- ボルト接続
ほとんどの場合、パイプフランジ部品と同じ材質で作られた専用のガスケットとボルトが用意されています。最も一般的なフランジはステンレス鋼フランジです。一方、フランジは現場の要件に合わせてさまざまな材質で提供されています。実際の現場の要件に応じて、最も一般的なフランジ材質にはモネル、インコネル、クロムモリブデンなどがあります。最適な材質の選択は、特定の要件を持つフランジを使用するシステムの種類によって決まります。
フランジの一般的な7つのタイプ
フランジには様々な種類があり、設置場所の要件に応じて選択できます。理想的なフランジの設計に合わせるためには、信頼性の高い動作と長い耐用年数を確保するとともに、最適な価格を考慮する必要があります。
1. ねじ込みフランジ：
フランジ穴にねじ山が切られたねじ付きフランジは、継手側に外ねじを取り付けて使用します。ねじ接続は、あらゆる場合において溶接を回避することを目的としています。主に、取り付けるパイプとのねじ山の合わせ合わせによって接続されます。
2. ソケット溶接フランジ
このタイプのフランジは、通常、低温・低圧領域の直径が小さい小径パイプに使用されます。接続部は、パイプをフランジの内側に配置し、単一または複数の経路のすみ肉溶接で確実に接続する構造になっています。これにより、他の溶接フランジタイプと比較して、ねじ込み端部に伴う制約を回避できるため、設置が容易になります。
3. 重ねフランジ
ラップフランジとは、フランジ接続を形成するためにサポートフランジと組み合わせて使用する際に、スタブ端を継手に突合せ溶接する必要があるタイプのフランジです。この設計により、物理的なスペースが限られている場合、頻繁な分解が必要な場合、または高度なメンテナンスが必要な場合など、さまざまなシステムでこの方式が広く利用されています。
4. スライドフランジ
スライドフランジは非常に一般的で、流量や処理量の多いシステムに対応できるよう、幅広いサイズが用意されています。フランジをパイプの外径に合わせるだけで、接続は非常に簡単に行えます。ただし、フランジをパイプに固定するために両側にすみ肉溶接が必要となるため、取り付けにはやや技術的な知識が必要です。
5. ブラインドフランジ
これらのフランジは、配管システムの終端処理に最適です。ブラインドプレートは、ボルトで固定できる円盤状の形状をしています。これらを適切に取り付け、適切なガスケットと組み合わせることで、優れた密閉性を実現し、必要に応じて簡単に取り外すことができます。
6. 溶接ネックフランジ
溶接ネックフランジは重ねフランジと非常によく似ていますが、取り付けには突合せ溶接が必要です。このシステムの性能の信頼性、何度も曲げても問題なく使用できる能力、そして高圧・高温システムでの使用に耐える能力から、プロセス配管において最もよく選ばれる選択肢となっています。
7. 特殊フランジ
このタイプのフランジは最もよく知られています。しかし、さまざまな用途や環境に対応するため、他にも幅広い種類の特殊なフランジが用意されています。ニポフランジ、ウェルドフランジ、エキスパンションフランジ、オリフィス、ロングウェルドネック、レデューサーフランジなど、さまざまな選択肢があります。
5種類の特殊フランジ
1. ウェルドFランゲ
ウェルドフランジは、突合せ溶接フランジと分岐継手接続部を組み合わせた構造であるため、ニポフランジと非常によく似ています。ウェルドフランジは、個々の部品を溶接して作られるのではなく、一体成形された鍛造鋼板から作られています。
2. ニポフランジ
ニポフランジは、90度の角度で傾斜した分岐管であり、突合せ溶接フランジと鍛造ニポレットを組み合わせて製造される製品です。ニポフランジは頑丈な一体型の鍛造鋼材であることがわかりますが、2つの異なる製品を溶接して作られたものではありません。ニポフランジの設置は、配管作業員が機器のニポレット部分に溶接して配管を通し、フランジ部分をスタブパイプフランジにボルトで固定することからなります。
Nipoフランジは、炭素鋼、高温・低温炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金など、さまざまな材質で製造されていることを知っておくことが重要です。Nipoフランジは、多くの場合、強化構造で製造されており、標準的なNipoフランジと比較して、より高い機械的強度を実現しています。
3. エルボフランジとラトロフランジ
エルボフランジはフランジとエルボレットの組み合わせとして知られ、ラトロフランジはフランジとラトロレットの組み合わせとして知られています。エルボフランジは、パイプを45度の角度で分岐させるために使用されます。
4. 旋回リングフランジ
旋回リングフランジの用途は、2つのフランジ間のボルト穴の位置合わせを容易にすることであり、大口径パイプライン、海底パイプライン、オフショアパイプラインなどの設置において非常に役立ちます。これらのフランジは、石油、ガス、炭化水素、水、化学薬品、その他の石油化学および水管理用途における、要求の厳しい流体に適しています。
大口径パイプラインの場合、パイプの一端には標準的な突合せ溶接フランジが、もう一端には旋回フランジが取り付けられています。これは、パイプライン上の旋回フランジを回転させるだけで、作業者がボルト穴の位置合わせを非常に簡単かつ迅速に行えるようにするための仕組みです。
旋回リングフランジの主な規格には、ASME または ANSI、DIN、BS、EN、ISO などがあります。石油化学用途で最も一般的な規格の 1 つは、ANSI または ASME B16.5 または ASME B16.47 です。旋回フランジは、一般的なフランジ標準形状すべてに使用できるフランジです。たとえば、溶接ネック、スリップオン、ラップジョイント、ソケット溶接など、あらゆる材質グレードで、3/8 インチから 60 インチまでの幅広いサイズ、150 から 2500 までの圧力に対応しています。これらのフランジは、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼から簡単に製造できます。
5. 拡張フランジ
拡張フランジは、ポンプ、コンプレッサー、バルブなど、入口サイズが異なる他の機械設備にパイプを接続するために、パイプの内径をある特定の地点から別の地点まで拡大するために使用されます。
拡張フランジは通常、突合せ溶接されたフランジで、フランジのない端に非常に大きな穴が開いています。配管の内径を1～2サイズ、または最大4インチまで拡張するために使用できます。これらのタイプのフランジは、突合せ溶接レデューサーと標準フランジの組み合わせよりも安価で軽量であるため、好まれています。拡張フランジによく使用される材料の1つは、A105とステンレス鋼ASTM A182です。
拡張フランジは、ANSIまたはASME B16.5規格に準拠した圧力定格とサイズで提供され、主に凸型または平面型（RFまたはFF）があります。縮小フランジ（縮小フランジとも呼ばれる）は、拡張フランジとは正反対の機能を持ち、パイプの内径を縮小するために使用されます。パイプの内径は簡単に縮小できますが、1～2サイズ以上縮小することはできません。それ以上縮小しようとする場合は、突合せ溶接された縮小フランジと標準フランジを組み合わせたソリューションを使用する必要があります。
フランジのサイズ選定と一般的な考慮事項
フランジの機能設計に加え、配管システムの設計、保守、更新においてフランジの選定に最も影響を与える要因はサイズです。適切なサイズ選定を確保するためには、フランジと配管との接合部、および使用するガスケットを考慮する必要があります。さらに、以下のような一般的な考慮事項があります。
- 外径：外径とは、フランジ面の対向する2つの端点間の距離のことです。
- 厚さ：厚さはリムの外側から測定されます。
- ボルト円直径：これは、ボルト穴の中心から中心までの距離です。
- パイプサイズ：パイプサイズはフランジに対応するサイズです。
- 公称内径：公称内径とは、フランジコネクタの内径のサイズのことです。
フランジの分類とサービスレベル
フランジは主に、さまざまな温度と圧力に耐える能力によって分類されます。これは、「#」、「lb」、「class」などの文字または接尾辞で示されます。これらの接尾辞は互換性があり、地域や供給業者によっても異なります。よく知られている分類を以下に示します。
- 150ポンド
- 300ポンド
- 600ポンド
- 900#
- 1500ポンド
- 2500ポンド
圧力と温度の許容範囲は、使用する材料、フランジの設計、フランジのサイズによって異なります。ただし、唯一一定なのは耐圧性能であり、これは温度の上昇とともに低下します。
フランジ面タイプ
フランジ面の形状も、フランジの最終的な性能と耐用年数に大きな影響を与える非常に重要な特性です。そこで、最も重要なフランジ面の形状について、以下に分析します。
1. フラットフランジ（FF）
平フランジのガスケット面は、ボルト締めフレームの表面と同じ平面にあります。平フランジを使用する製品は、通常、フランジまたはフランジカバーに合うように金型を使用して製造されます。平フランジは、反転したサイドフランジの上に配置しないでください。ASME B31.1 では、平鋳鉄フランジを炭素鋼フランジに接合する場合、炭素鋼フランジの隆起面を除去し、全面ガスケットが必要であると規定されています。これは、小さくて脆い鋳鉄フランジが、炭素鋼フランジの隆起したノーズによって形成された空隙に飛び散るのを防ぐためです。
このタイプのフランジ面は、鋳鉄が製造されるあらゆる用途の機器やバルブの製造に使用されます。鋳鉄は脆いため、通常は低温・低圧用途にのみ使用されます。平らな面により、両方のフランジが表面全体で完全に接触できます。平フランジ（FF）の接触面は、フランジのボルトねじと同じ高さです。2 つの平フランジの間には全面ワッシャーが使用され、通常は柔らかい素材です。ASME B31.3 によると、フランジ接合部からの漏れの可能性があるため、平フランジを隆起フランジと接合してはいけません。
2. レイズドフェイスフランジ（RF）
突起面フランジは、製造現場で最も一般的に使用されるタイプで、容易に識別できます。ガスケット面がボルトリング面よりも上にあるため、凸型と呼ばれています。各タイプのフランジには、さまざまな平型リングタブや、らせん巻き型、二重被覆型などの金属複合材を含む、複数の種類のガスケットが必要です。
RF フランジは、ガスケットのより小さな領域にさらに圧力を集中させるように設計されており、それによってジョイントの圧力制御が向上します。圧力レベルと直径による直径と高さは、ASME B16.5 に記載されています。フランジ圧力レベルは、持ち上げられる面の高さを指定します。RF フランジは、ガスケットのより小さな領域にさらに圧力を集中させることを目的としており、それによってジョイントの圧力制御能力を高めます。圧力クラスと直径による直径と高さは、ASME B16.5 に記載されています。圧力フランジ定格。
3. リングフランジ（RTJ）
一対のフランジ間で金属同士のシールが必要な場合（これは高圧・高温用途、すなわち700～800℃以上の用途に該当する）、リングジョイントフランジ（RTJ）が使用されます。
リングジョイントフランジには、リングジョイントガスケット（楕円形または長方形）をはめ込むための円形の溝があります。
2つのリングジョイントフランジをボルトで固定し、締め付けると、ボルトの力によってフランジの溝内のガスケットが変形し、金属同士が非常に密着したシールが形成されます。これを実現するには、リングジョイントガスケットの材質がフランジの材質よりも柔らかい（延性が高い）必要があります。
RTJフランジは、さまざまなタイプ（R、RX、BX）および形状（例えば、Rタイプの場合は八角形／楕円形）のRTJガスケットでシールできます。
RTJガスケットで最も一般的なのは、八角形の断面を持つRタイプです。これは非常に強力なシール性を確保するためです（楕円形の断面は旧型です）。ただし、「フラットグルーブ」設計では、八角形と楕円形の両方の断面を持つRTJガスケットを使用できます。
4. 舌と溝付きフランジ（T&G）
2つの舌と溝のフランジ（T&G面）は完璧にフィットします。一方のフランジには隆起したリングがあり、もう一方のフランジには溝があり、そこに簡単に嵌合します（舌が溝に入り込み、接合部を密閉します）。
舌と溝のフランジは、大小さまざまなサイズで入手可能です。
5. オスフランジとメスフランジ（M & F）
舌と溝のフランジと同様に、オスフランジとメスフランジ（M面とF面のタイプ）は互いに適合します。
一方のフランジは、その表面積を超えて突出した領域を有しており、これを雄フランジと呼ぶ。もう一方のフランジは、対向面に加工された対応する凹部を有しており、これを雌フランジと呼ぶ。
フランジ表面仕上げ
フランジとガスケット、そして相手側フランジとの完璧な嵌合を確保するためには、フランジ表面に一定の粗さが必要となります（RFおよびFFフランジ仕上げのみ）。フランジ表面の粗さの種類によって、「フランジ仕上げ」の種類が決まります。
一般的なタイプとしては、標準フランジ面、同心鋸歯状フランジ面、らせん状鋸歯状フランジ面、および平滑フランジ面がある。
鋼製フランジには4つの基本的な表面仕上げがありますが、どのタイプのフランジ表面仕上げにも共通する目的は、フランジ、ガスケット、および相手側フランジ間の確実な嵌合を確保し、高品質なシールを実現するために、フランジ表面に所望の粗さを作り出すことです。
投稿日時：2023年10月8日