Um flange de tubulação é um componente mecânico que conecta tubos, válvulas, bombas e equipamentos para formar um sistema de tubulação completo. Os flanges proporcionam vedação à prova de vazamentos através da ação combinada de juntas e parafusos, ao mesmo tempo que permitem montagem, desmontagem e acesso para manutenção ao longo do ciclo de vida do sistema. Este guia abrangente cobre todos os aspectos da seleção de flanges, desde tipos básicos e classes de pressão até normas de materiais e processos de fabricação.
O que é um Flange de Tubulação?
Um flange de tubulação é um acessório em forma de disco que cria uma conexão segura e à prova de vazamentos entre duas seções de tubo ou entre um tubo e qualquer equipamento flangeado. A junta flangeada consiste em dois flanges complementares com uma junta entre eles, mantidos juntos por parafusos ou pinos. Quando os parafusos são apertados, a junta é comprimida e preenche irregularidades microscópicas da superfície das faces dos flanges, criando uma vedação à prova de pressão.
Os flanges são amplamente utilizados nas indústrias de petróleo e gás, processamento químico, geração de energia, tratamento de água, marítima e farmacêutica. Eles permitem que os engenheiros projetem sistemas de tubulação que podem ser montados, inspecionados, limpos, modificados e desmontados sem cortar ou soldar tubos. Essa facilidade de manutenção é uma vantagem crítica sobre conexões permanentemente soldadas.
Visão Geral dos Tipos Comuns de Flanges
Existem oito tipos principais de flanges, cada um projetado para requisitos específicos de tubulação. A escolha entre eles depende da pressão de operação, temperatura, tamanho do tubo, método de fixação e frequência de manutenção.
| Tipo de Flange | Característica Principal | Melhor Aplicação | Faixa de Pressão |
|---|---|---|---|
| Pescoço de Solda (WN) | Cubo cônico para distribuição de tensões | Alta pressão, alta temperatura | Classe 150-2500 |
| Deslizante (SO) | Desliza sobre o tubo, duas soldas de filete | Serviços utilitários de baixa pressão | Classe 150-600 |
| Cego | Disco sólido, sem furo | Fechamento de extremidade de tubo, testes | Classe 150-2500 |
| Solda de Soquete (SW) | Rebaixo para tubos de pequeno diâmetro | Linhas pequenas de alta pressão | Classe 150-2500 |
| Rosqueado | Roscas internas NPT | Áreas perigosas sem solda | Classe 150-300 |
| Junta Sobreposta | Anel solto sobre extremidade de stub | Desmontagem frequente | Classe 150-600 |
| Redutor | Dois diâmetros de furo diferentes | Transições de tamanho de tubo | Classe 150-600 |
| Orifício | Furos para tomada de pressão para medição de vazão | Medição para transferência de custódia | Classe 300-2500 |
Os flanges de pescoço de solda são a escolha preferida para condições de serviço severas porque seu cubo cônico distribui suavemente as tensões mecânicas do tubo para o corpo do flange. Os flanges deslizantes oferecem uma alternativa de menor custo para sistemas de baixa pressão não críticos. Os flanges cegos fornecem fechamentos robustos de extremidade para testes de pressão e futuros pontos de expansão. Flanges de solda de soquete e rosqueados atendem a tubulações de pequeno diâmetro onde restrições de espaço ou segurança limitam a soldagem.
Classes de Pressão de Flanges (Classe 150-2500)
A face do flange é a superfície de vedação que entra em contato com a junta. A seleção adequada do tipo de face é crítica para obter uma junta sem vazamentos. Os cinco tipos padrão de face atendem a diferentes sistemas de junta e condições de pressão.
Face Elevada (RF) é a face mais comum, com uma superfície elevada que concentra a carga dos parafusos na junta. A altura típica da face elevada é de 1/16 polegada para Classes 150-300 e 1/4 de polegada para Classes 400-2500. Face Plana (FF) se estende por toda a face do flange e é usada com equipamentos de ferro fundido ou face plana para evitar fratura do flange devido à tensão dos parafusos. Junta de Anel (RTJ) apresenta uma ranhura usinada com precisão que aceita uma junta de anel metálico, criando uma vedação metal-metal para serviços de alta pressão e alta temperatura. Macho & Fêmea (M&F) e Macho & Fêmea (T&G) fornecem alinhamento autocentrante e proteção contra sopro para serviços químicos e de fluidos perigosos.
Normas de Materiais para Flanges
A seleção do material é uma das decisões mais importantes na especificação de flanges. O material deve suportar a pressão de operação, temperatura e ambiente químico, permanecendo econômico e fabricável.
ASTM A105 é o material padrão de aço carbono para flanges de uso geral operando entre -20°F e 1000°F. ASTM A182 F304/F316 são aços inoxidáveis austeníticos que fornecem resistência à corrosão para ambientes químicos e marinhos. ASTM A350 LF2 é aço carbono testado por impacto para serviço de baixa temperatura até -50°F. ASTM A182 F11/F22/F91 ligas de cromo-molibdênio suportam serviços de alta temperatura até 1100°F com excelente resistência à fluência. ASTM A182 F51/F53 graus duplex e super duplex oferecem alta resistência e resistência à corrosão para aplicações marítimas e de gás ácido.
| Norma do Material | Tipo | Faixa de Temperatura | Aplicação Típica |
|---|---|---|---|
| ASTM A105 | Aço Carbono | -20°F a 1000°F | Serviço geral |
| ASTM A182 F304 | Aço Inoxidável | -425°F a 1500°F | Ambientes corrosivos |
| ASTM A182 F316 | Aço Inoxidável | -425°F a 1500°F | Meios com cloretos |
| ASTM A350 LF2 | Aço Carbono de Baixa Temperatura | -50°F a 650°F | LNG, criogênico |
| ASTM A182 F22 | Cromo-Molibdênio | 0°F a 1100°F | Serviço com hidrogênio |
| ASTM A182 F91 | Cromo-Molibdênio-Vanádio | 0°F a 1200°F | Serviço de fluência a alta temperatura |
| ASTM A182 F51 | Duplex SS | -50°F a 600°F | Marinho, gás ácido |
Fabricação de Flanges
Os flanges são fabricados por três processos principais: forjamento, fundição e corte a partir de chapa. Forjamento é o método mais comum para flanges ASME B16.5, produzindo fluxo de grão superior alinhado com o contorno do flange para máxima resistência e resistência à fadiga. Fundição é mais econômica para formas complexas e grandes volumes de produção, mas produz propriedades mecânicas inferiores com maior risco de porosidade interna. Corte de chapa flanges são usinados a partir de chapa de aço laminado para grandes diâmetros além das capacidades padrão de forjamento.
O tratamento térmico é aplicado com base nos requisitos do material: normalização alivia tensões internas, recozimento amacia o material para usinagem, e têmpera e revenimento aumentam resistência e dureza. O tratamento térmico adequado garante que o flange atenda aos requisitos de propriedades mecânicas da especificação de material aplicável.
Normas de Flanges
Múltiplas normas internacionais regem dimensões, classes de pressão e materiais de flanges. ASME B16.5 é a norma mais utilizada para flanges de NPS 1/2 a 24, definindo dimensões em polegadas com classes de pressão 150 a 2500. EN 1092-1 é a norma europeia que usa dimensões métricas e classificações PN (PN2.5 a PN400). JIS B2220 é a norma japonesa que usa classificações K (5K a 40K). GB/T 9112 é a norma nacional chinesa para flanges de tubos de aço. Compreender a norma aplicável para a localização do seu projeto é crítico, pois flanges de diferentes normas não são diretamente intercambiáveis.
Como Selecionar o Flange Correto
A seleção eficaz de flanges segue um processo sistemático. Primeiro, determine a pressão e temperatura de projeto a partir das condições do processo para estabelecer a classe de pressão necessária. Segundo, selecione o tipo de face com base no sistema de junta e nos requisitos de vedação. Terceiro, escolha um material compatível com o meio do processo, condições ambientais e faixa de temperatura. Quarto, selecione o tipo de flange com base no método de fixação do tubo (soldado, rosqueado ou solto) e nos requisitos de manutenção. Finalmente, verifique se a combinação selecionada atende a todos os requisitos de código e normas da indústria aplicáveis.
A principal conclusão é que a seleção correta do flange requer avaliar pressão, temperatura, meio e requisitos de manutenção em conjunto, em vez de isoladamente. Um flange que é adequado apenas para pressão pode falhar se o material for incompatível com o meio do processo ou se o tipo de face não for adequado ao sistema de junta.
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