フランジ接続：原理、種類、使用場所

フランジは、現代の配管および機器システムにおいて欠かすことのできない重要なコンポーネントです。標準化された着脱可能な配管接続方法として、フランジは主に配管、バルブ、ポンプ、機器間の信頼性の高いインターフェースを実現するために使用され、システムの密閉、設置、定期的なメンテナンス、点検を非常に容易にします。フランジ接続は、ボルトの予圧を利用してコンポーネントを強固に結合するため、流体輸送工学において最も広く使用されている接続形式のひとつです。

フランジとは

フランジは、基本的にボルト穴のある円形または正方形の接続部品であり、パイプや機器の端部に取り付けられる。工業的には、フランジ接続アセンブリは、3つのコアコンポーネントで構成されています：

1. フランジ本体:通常2個で、パイプまたは機器のポートを接続するために使用される。
2. ガスケット:2つのフランジ面の間に配置され、柔軟なシールを提供する。
3. ボルト締め:ボルトとナットを介して均一な予圧を加えること。

フランジ接続の核心的価値は、漏れのない作動を保証しながら、迅速で信頼性の高い分解とメンテナンスを繰り返し実現する能力にあり、これは溶接接続に比べて大きな利点である。

配管の用途にとどまらず 「フランジ また、より広い意味では、機械構造物の補強や連結に使用される突起状のリムやエッジを指すこともある。

フランジ接続の仕組み

フランジ接続のシール原理は、機械的な力に基づいている。その工程は主に次のようなものです：

1. 初期配置:ガスケットは、2つのフランジのシール面の間に正確に配置されます。
2. プリロード・アプリケーション:ボルトとナットの均一な締め付けにより、ガスケットにはかなりの軸方向の予荷重がかかる。
3. ガスケットの変形:予荷重の下で、ガスケットは制御された変形（弾性または塑性）を受け、2つのフランジ面の小さな凹凸、溝、または欠陥を完全に満たし、適合する。
4. シーリング実績:システムが作動しているとき、内部の媒体圧力、温度、外部荷重によって発生する分離力は、ボルトの予荷重によってバランスされます。ボルト力がすべての分離力の合計を上回っている限り、ガスケットは最小シール応力を維持し、信頼性の高い長寿命のシールを実現します。

一般的なフランジタイプ

フランジにはさまざまなタイプがあり、それぞれ異なる使用条件、定格圧力、設置要件に適している。

溶接ネックフランジ

溶接ネックフランジは、突き合わせ溶接でパイプに接続する長いテーパーハブが特徴です。フランジ厚みからパイプ壁面への移行が緩やかなため、応力集中が最小限に抑えられ、優れた強度とシール信頼性が得られます。蒸気ラインや熱交換器などの高圧、高温、変動する使用条件に最適です。

スリップオンフランジ

スリップオン・フランジは、パイプの上を直接ス ライドし、内側と外側の両方で隅肉溶接され ています。位置合わせが簡単で、溶接作業も少なくて済む。適度な強度があるため、常温で低圧から中圧の用途に最適ですが、厳しい圧力や温度変化にはお勧めできません。

ブラインドフランジ

ブラインドフランジは、パイプライン、バルブ、または圧力容器の端を閉じるために使用される、内径のない固体プレートです。点検、保守、静水圧試験のためのアクセスが容易で、配管システムの一部を隔離する信頼性の高い手段となる。

ソケット溶接フランジ

ソケット溶接フランジは、パイプが挿入され、単一の外部隅肉溶接で接合される凹型ボアを持っています。この設計は構造上の完全性が高く、計器管路な どの小口径高圧システムによく使用される。しかし、腐食性流体や厳密な溶接検査が必要な用途には不向きである。

ネジ付きフランジ

ネジ付きフランジは、内ネジを介してパイプに接続するため、溶接の必要がありません。迅速な取り付けが可能で、溶接が危険または許可されていない分野で特に有用です。ネジ付きフランジは通常、可燃性または爆発性の媒体を含む低圧、非臨界システムで使用されます。

ラップ・ジョイント・フランジ

ラップ・ジョイント・フランジは、スタブ・エンドと、その周りを自由に回転できる緩いバッキング・リングで構成されています。このため、ボルト穴の位置合わせが容易で、組み立てや分解が便利です。頻繁なメンテナンスが必要な配管システムや、腐食性流体を扱う配管システムに最適で、スタブエンドは耐腐食性材料で作ることができ、バッキングフランジは費用対効果の高い炭素鋼を使用します。

フランジフェーシングタイプ

シール面はガスケットと直接接触するフランジの部分であり、その形状がシール性能と適切なガスケット材料を決定する。

• リングタイプジョイント（RTJ）：シール面には精密に加工された溝があり、金属リングガスケットを保持します。この構成は極めて高いシール性を提供し、高圧、高温、または危険な媒体条件下で広く使用されています。

• レイズド・フェイス（RF）：シール面はボルトサークル面よりわずかに盛り上がっている。これは最も一般的に使用されるフランジフェーシングで、さまざまなガスケット、特に非金属シートガスケットやスパイラル巻きガスケットに幅広い適応性を提供します。

• フラットフェイス（FF）：シール面はフランジ面全体と面一です。一般的に低圧システム、鋳鉄やグラスファイバーなどの脆性材料で作られた機器に使用され、ボルト締め付け時の曲げ応力を回避します。

寸法

フランジ寸法は、配管システム内で適切なアライメント、シーリング、機械的完全性を確保するために必要な幾何学的パラメータを定義します。
フランジと接続パイプとの適合性だけでなく、圧力下でガスケットやボルトを正しく収容する能力も決定する。

主要な寸法パラメータ：

• 呼び径（DN / NPS）： 接続されたパイプの内径に対応するパイプの呼び径を表す。 識別名 メートル法と NPS インペリアル・システム用。
• 外径とボルトサークル： アライメントと互換性を保証するために、フランジ全体のサイズとボルト穴の正確な位置を指定してください。
• 設計の基本： フランジ、ガスケット、ボルトアセンブリが意図された設計圧力下で安全に機能することを保証するため、ボルトの数、サイズ、間隔を含むすべての寸法パラメーターは、適用される定格圧力規格（ASME B16.5またはEN 1092など）に厳密に準拠していなければなりません。

圧力定格

フランジ定格圧力は、フランジが所定の温度で安全に耐えられる最大内圧を定義します。フランジの強度と耐圧性能の中核となる指標であり、システム設計や材料選択の重要なパラメータとなります。

分類システム：
フランジ圧力の定格は、規格によって異なります：

• アメリカンシステム（ASMEクラス）： Class150、Class300、Class600などの呼称がある。クラス番号が大きいほど耐圧性が高いことを示す。
• 欧州システム（EN/DIN PN）： PN10、PN16、PN40などの呼称を使用。 名詞 を表す。 公称圧力 (通常、単位はバール）。

フランジの許容使用圧力は、使用温度が上昇するにつれて低下することに注意することが重要です。設計エンジニアは、選択したフランジが実際の使用条件を満たすことを確認するために、特定の材料と規格に適用される圧力-温度定格表を常に参照する必要があります。

フランジ規格とマーキング

フランジ規格は、世界的な互換性と配管システム全体での一貫した性能を可能にする寸法、材料、試験要件を定義しています。
地域や産業システムごとに分類され、それぞれに定格圧力シリーズと寸法規定がある。
すべてのフランジにマーキングが義務付けられており、製造から耐用年数を通じて完全なトレーサビリティと識別が可能です。

共通標準システム：

• ASME B16.5およびASME B16.47 - 主にアメリカ大陸で使用されている。
  B16.5はNPS 24までのフランジをカバーし、B16.47はNPS 26からNPS 60までの大口径に適用される。
• EN 1092 / DIN規格 - ヨーロッパでは一般的で、PN圧力シリーズを使用して公称定格圧力を指定する。
• HG/T 20592-20635 - 中国の化学工業規格は国際的なシステムと調和しており、PNシリーズとClassシリーズの両方をサポートしています。

すべての適合フランジには、品質管理、規制遵守、および信頼性の高いトレーサビリティを確保するため、規格呼称、材料グレード、呼び寸法、圧力クラス、およびヒート番号などの重要なデータが恒久的に表示されます。

産業におけるフランジの用途

その信頼性と保守性から、フランジ接続はさまざまな業界の重要なインフラに広く適用されている：

• 石油・ガス・パイプライン・システム:長距離送電線、ポンプ・ステーション、コンプレッサー・ステーション、石油・ガス処理設備の接続に使用される。
• 化学プロセス配管:腐食性、高温、高圧の化学媒体を輸送するために使用され、定期的な点検や機器の交換を容易にする。
• マリン＆オフショア・エンジニアリング・システム:船舶配管、海水淡水化装置、海上プラットフォーム上の各種システムの接続に使用される。
• HVACおよび水処理システム:ボイラー、熱交換器、ポンプ、大規模な都市給排水網の接続に使用される。

結論

フランジは、標準化され、メンテナンス性が高く、広範囲に適用可能な配管接続方法として、産業の安全性と効率性において重要な役割を果たしています。設計や調達の際、エンジニアは媒体の特性、使用温度、圧力などの要素を慎重に考慮しなければなりません。 フランジタイプ、フェーシング、定格圧力、規格を正しく選択する。.適切な選択と設置によってのみ、流体輸送システム全体の長期的な安全性と信頼性の高い運転が保証される。

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