Che cos'è una flangia?
Flangia, in breve, è un termine generico che si riferisce a un corpo metallico a forma di disco con alcuni fori fissi, utilizzato per collegare altri elementi. Questo tipo di componente è ampiamente utilizzato nei macchinari, quindi, pur avendo un aspetto un po' particolare, è comunque noto come flangia, il cui nome deriva dall'inglese "flange" (flange). Serve per collegare due parti di tubi. La flangia, collegata all'estremità del tubo, presenta un'apertura e le viti consentono di unire saldamente le due flange, garantendo al contempo la tenuta tra di esse tramite una guarnizione.
La flangia è un componente a forma di disco, il più comune nell'ingegneria delle condotte, e viene utilizzata in coppia.
Per quanto riguarda le tipologie di connessioni flangiate, esistono tre componenti:
- Flange per tubi
- Guarnizione
- Collegamento a bullone
Nella maggior parte dei casi, si utilizza un materiale specifico per guarnizioni e bulloni, realizzato con lo stesso materiale della flangia del tubo. Le flange più comuni sono in acciaio inossidabile. Le flange, d'altra parte, sono disponibili in una varietà di materiali per adattarsi alle esigenze del sito. Alcuni dei materiali più comuni per le flange sono monel, inconel e cromo-molibdeno, a seconda delle specifiche esigenze del sito. La scelta del materiale migliore dipende dal tipo di sistema in cui si desidera utilizzare la flangia e dai requisiti specifici.
7 tipi comuni di flange
Esistono diverse tipologie di flange, selezionabili in base alle esigenze del sito. Per individuare la flangia ideale, è necessario garantire un funzionamento affidabile e una lunga durata, tenendo conto anche del prezzo più competitivo.
1. flangia filettata:
Le flange filettate, che presentano una filettatura all'interno del foro flangiato, sono dotate di filettatura esterna sul raccordo. Il collegamento filettato ha lo scopo di evitare la saldatura in ogni caso. Il collegamento avviene principalmente tramite l'accoppiamento della filettatura con il tubo da installare.
2. Flange a saldare a tasca
Questo tipo di flangia viene solitamente utilizzato per tubi di piccolo diametro, dove la zona a bassa temperatura e bassa pressione presenta un diametro che determina la connessione con il tubo inserito all'interno della flangia, tramite una saldatura d'angolo singola o multipla. Ciò evita le limitazioni associate alle estremità filettate rispetto ad altri tipi di flange saldate, semplificando l'installazione.
3. Flange sovrapposte
Una flangia a sovrapposizione è un tipo di flangia che richiede che l'estremità sporgente venga saldata di testa a un raccordo per poter essere utilizzata con una flangia di supporto e formare una connessione flangiata. Questa configurazione ha reso questo metodo popolare in una varietà di sistemi in cui lo spazio fisico è limitato, o dove è richiesto un frequente smontaggio, o dove è necessaria un'elevata manutenzione.
4. Flange scorrevoli
Le flange scorrevoli sono molto comuni e disponibili in un'ampia gamma di dimensioni per adattarsi a sistemi con portate e flussi elevati. È sufficiente abbinare la flangia al diametro esterno del tubo per rendere il collegamento molto facile da installare. L'installazione di queste flange è tuttavia un po' complessa, in quanto richiede la saldatura a cordone su entrambi i lati per fissare saldamente la flangia al tubo.
5. Flange cieche
Questi tipi di flange sono particolarmente adatti per la terminazione di sistemi di tubazioni. La piastra cieca ha la forma di un disco liscio che può essere imbullonato. Una volta installate correttamente e abbinate alla guarnizione appropriata, garantiscono un'ottima tenuta e sono facili da rimuovere quando necessario.
6. Flange a collo di saldatura
Le flange a collo di saldatura sono molto simili alle flange a sovrapposizione, ma richiedono la saldatura di testa per l'installazione. L'affidabilità di questo sistema, la sua capacità di essere piegato più volte e di essere utilizzato in sistemi ad alta pressione e alta temperatura lo rendono la scelta principale per le tubazioni di processo.
7. Flange speciali
Questo tipo di flangia è il più comune. Tuttavia, esiste una vasta gamma di altri tipi di flange specializzate, adatte a diversi usi e ambienti. Tra le varie opzioni si annoverano le flange Nipo, le flange Weldo, le flange di espansione, gli orifizi, i colli di saldatura lunghi e le flange di riduzione.
5 tipi speciali di flange
1. BenvenutoFlingua
La flangia Weldo è molto simile alla flangia Nipo, in quanto combina flange a saldare di testa e raccordi di derivazione. Le flange Weldo sono realizzate da un unico pezzo di acciaio forgiato massiccio, anziché da singole parti saldate insieme.
2. Flangia Nipo
La Nipoflange è una derivazione di tubo inclinata a 90 gradi, un prodotto realizzato combinando flange saldate testa a testa e Nipolet forgiato. Sebbene la Nipoflange sia costituita da un unico pezzo robusto di acciaio forgiato, non si tratta di due prodotti diversi saldati insieme. L'installazione della Nipoflange consiste nella saldatura alla parte in Nipolet dell'apparecchiatura per far passare il tubo e nel bullonaggio della flangia alla flangia del tubo di raccordo da parte della squadra di tubisti.
È importante sapere che le flange Nipo sono disponibili in vari tipi di materiali, come acciaio al carbonio, acciai al carbonio per alte e basse temperature, acciai inossidabili e leghe di nichel. Le flange Nipo sono per lo più realizzate con una struttura rinforzata, che contribuisce a conferire loro una maggiore resistenza meccanica rispetto alle flange Nipo standard.
3. Elboflange e Latroflange
La flangia a gomito è nota come combinazione di flangia e laccio, mentre la flangia a laccio è nota come combinazione di flangia e laccio. Le flange a gomito vengono utilizzate per diramare tubi con un angolo di 45 gradi.
4. Flange ad anello girevole
L'applicazione delle flange con anello girevole consiste nel facilitare l'allineamento dei fori per i bulloni tra due flange accoppiate, il che risulta particolarmente utile in molte situazioni, come l'installazione di condotte di grande diametro, condotte sottomarine o offshore e ambienti simili. Queste tipologie di flange sono adatte a fluidi esigenti come petrolio, gas, idrocarburi, acqua, prodotti chimici e altre applicazioni petrolchimiche e di gestione delle acque.
Nel caso di condotte di grande diametro, il tubo è dotato di una flangia standard a saldare di testa a un'estremità e di una flangia girevole all'altra. Il funzionamento è semplice: ruotando la flangia girevole sulla condotta, l'operatore può allineare i fori dei bulloni in modo facile e veloce.
Alcuni dei principali standard per le flange girevoli sono ASME o ANSI, DIN, BS, EN, ISO e altri. Uno degli standard più diffusi per le applicazioni petrolchimiche è ANSI o ASME B16.5 o ASME B16.47. Le flange girevoli sono flange utilizzabili in tutte le forme standard comuni. Ad esempio, colli di saldatura, sovrapposizioni, giunti a saldare a tasca, ecc., in tutti i gradi di materiale, in un'ampia gamma di dimensioni da 3/8" a 60" e pressioni da 150 a 2500. Queste flange possono essere facilmente realizzate in acciaio al carbonio, legato e inossidabile.
5. Flange di espansione
Le flange di espansione vengono utilizzate per aumentare il diametro interno di un tubo da un punto all'altro, al fine di collegare il tubo ad altre apparecchiature meccaniche, come pompe, compressori e valvole, che presentano diametri di ingresso diversi.
Le flange di espansione sono generalmente flange saldate di testa che presentano un foro molto ampio all'estremità non flangiata. Possono essere utilizzate per aumentare il diametro del tubo di una o due misure, fino a 4 pollici. Questo tipo di flange è preferibile alla combinazione di riduttori a saldare di testa e flange standard perché sono più economiche e leggere. Tra i materiali più comuni utilizzati per le flange di espansione vi sono l'acciaio A105 e l'acciaio inossidabile ASTM A182.
Le flange di espansione sono disponibili in diverse classi di pressione e dimensioni conformi alle specifiche ANSI o ASME B16.5, principalmente convesse o piatte (RF o FF). Le flange di riduzione, note anche come flange di riduzione, svolgono la funzione opposta rispetto alle flange di espansione, ovvero vengono utilizzate per ridurre il diametro interno di un tubo. Il diametro interno di un tratto di tubo può essere facilmente ridotto, ma non di più di 1 o 2 misure. Se si tenta una riduzione maggiore, è necessario utilizzare una soluzione basata su una combinazione di riduttori saldati di testa e flange standard.
Dimensionamento delle flange e considerazioni comuni
Oltre alla funzionalità progettuale, le dimensioni di una flangia sono il fattore che più probabilmente influenza la sua scelta in fase di progettazione, manutenzione e aggiornamento di un sistema di tubazioni. È fondamentale considerare l'interfaccia tra la flangia e il tubo, nonché le guarnizioni utilizzate per garantire un dimensionamento corretto. A tal proposito, si possono citare i seguenti aspetti comuni:
- Diametro esterno: Il diametro esterno è la distanza tra due bordi opposti della superficie della flangia.
- Spessore: Lo spessore viene misurato dall'esterno del bordo.
- Diametro del cerchio dei bulloni: Questa è la distanza relativa tra i fori dei bulloni, misurata da centro a centro.
- Dimensione del tubo: La dimensione del tubo è quella corrispondente alla flangia.
- Diametro nominale: Il diametro nominale è la dimensione del diametro interno del connettore flangiato.
Classificazione delle flange e livello di servizio
Le flange vengono classificate principalmente in base alla loro capacità di resistere a diverse temperature e pressioni. La classificazione viene indicata tramite lettere o suffissi come "#", "lb" o "classe". Questi suffissi sono intercambiabili e variano anche in base alla regione o al fornitore. Di seguito sono elencate le classificazioni più comuni:
- 150#
- 300#
- 600#
- 900#
- 1500#
- 2500#
Le tolleranze di pressione e temperatura variano a seconda del materiale utilizzato, del design e delle dimensioni della flangia. Tuttavia, l'unica costante è la pressione nominale, che diminuisce all'aumentare della temperatura.
Tipo di flangia
Anche la tipologia di superficie di tenuta è una caratteristica molto importante che ha un impatto significativo sulle prestazioni finali e sulla durata della flangia. Pertanto, di seguito vengono analizzate alcune delle tipologie di superfici di tenuta più importanti:
1. Flangia piatta (FF)
La superficie di tenuta di una flangia piana si trova sullo stesso piano della superficie del telaio imbullonato. I prodotti che utilizzano flange piane sono generalmente quelli realizzati con stampi che si adattano alla flangia o al coperchio della flangia. Le flange piane non devono essere montate su flange laterali invertite. La norma ASME B31.1 stabilisce che, quando si uniscono flange piane in ghisa a flange in acciaio al carbonio, la superficie rialzata delle flange in acciaio al carbonio deve essere rimossa ed è necessaria una guarnizione a superficie piena. Ciò serve a impedire che le piccole e fragili flange in ghisa schizzino nello spazio vuoto formato dalla parte rialzata della flangia in acciaio al carbonio.
Questo tipo di flangia viene utilizzato nella produzione di apparecchiature e valvole per tutte le applicazioni in cui si impiega la ghisa. La ghisa è più fragile e viene solitamente utilizzata solo per applicazioni a bassa temperatura e bassa pressione. La superficie piana consente a entrambe le flange di entrare in contatto completo su tutta la superficie. Le flange piane (FF) hanno una superficie di contatto che ha la stessa altezza della filettatura del bullone della flangia. Tra due flange piane si utilizzano rondelle a superficie piena, generalmente morbide. Secondo la norma ASME B31.3, le flange piane non devono essere accoppiate con flange rialzate a causa del potenziale rischio di perdite dalla giunzione flangiata risultante.
2. Flangia a faccia rialzata (RF)
La flangia con superficie rialzata è il tipo più comune utilizzato nelle applicazioni di fabbricazione ed è facilmente riconoscibile. Viene definita convessa perché la superficie della guarnizione si trova al di sopra della superficie dell'anello del bullone. Ogni tipo di flangia richiede l'utilizzo di diversi tipi di guarnizioni, tra cui una varietà di linguette ad anello piatte e compositi metallici come quelli a spirale e a doppio rivestimento.
Le flange RF sono progettate per concentrare una pressione maggiore su un'area più piccola della guarnizione, migliorando così il controllo della pressione del giunto. Diametri e altezze per livello di pressione e diametro sono descritti nella norma ASME B16.5. Il livello di pressione della flangia specifica l'altezza della superficie sollevata. Le flange RF sono progettate per concentrare una pressione maggiore su un'area più piccola della guarnizione, aumentando così la capacità di controllo della pressione del giunto. Diametri e altezze per classe di pressione e diametro sono descritti nella norma ASME B16.5. Valori nominali delle flange di pressione.
3. Flangia ad anello (RTJ)
Quando è richiesta una tenuta metallo-metallo tra flange accoppiate (condizione necessaria per applicazioni ad alta pressione e alta temperatura, ovvero superiori a 700/800 °C), si utilizza la flangia ad anello (RTJ).
La flangia del giunto ad anello presenta una scanalatura circolare che alloggia la guarnizione del giunto ad anello (ovale o rettangolare).
Quando due flange ad anello vengono imbullonate insieme e poi serrate, la forza esercitata dai bulloni deforma la guarnizione nella scanalatura della flangia, creando una tenuta metallo-metallo molto ermetica. Per ottenere questo risultato, il materiale della guarnizione ad anello deve essere più morbido (più duttile) del materiale delle flange.
Le flange RTJ possono essere sigillate con guarnizioni RTJ di diversi tipi (R, RX, BX) e profili (ad esempio, ottagonali/ellittiche per il tipo R).
La guarnizione RTJ più comune è quella di tipo R con sezione ottagonale, poiché garantisce una tenuta molto forte (la sezione ovale è il tipo più vecchio). Tuttavia, il design a "scanalatura piatta" accetta entrambi i tipi di guarnizioni RTJ con sezione ottagonale o ovale.
4. Flange a incastro maschio-femmina (T&G)
Due flange a incastro maschio-femmina (con superfici a T e G) si adattano perfettamente: una flangia ha un anello in rilievo e l'altra ha delle scanalature in cui si incastrano facilmente (la linguetta entra nella scanalatura e sigilla il giunto).
Le flange a incastro maschio-femmina sono disponibili in misure grandi e piccole.
5. Flange maschio e femmina (M e F)
Analogamente alle flange a incastro, le flange maschio e femmina (tipi di superficie M e F) si accoppiano tra loro.
Una flangia presenta un'area che si estende oltre la sua superficie, detta flangia maschio, mentre l'altra flangia presenta delle cavità corrispondenti ricavate mediante lavorazione meccanica sulla superficie di contatto, detta flangia femmina.
Finitura superficiale della flangia
Per garantire un perfetto accoppiamento della flangia con la guarnizione e la flangia di accoppiamento, la superficie della flangia deve presentare un certo grado di rugosità (solo per le finiture flangia RF e FF). Il tipo di rugosità della superficie della flangia definisce il tipo di "finitura flangia".
I tipi più comuni sono quelli standard, con zigrinatura concentrica, con zigrinatura a spirale e con flangia liscia.
Esistono quattro finiture superficiali di base per le flange in acciaio; tuttavia, l'obiettivo comune di qualsiasi tipo di finitura superficiale è quello di ottenere la rugosità desiderata sulla superficie della flangia per garantire un accoppiamento solido tra flangia, guarnizione e flangia di accoppiamento, in modo da fornire una tenuta di qualità.
Data di pubblicazione: 08-ott-2023