Um "flange" de tubo é um anel de metal, normalmente soldado ao final de um tubo, com furos paralelos à linha central do tubo para acomodar muitos parafusos:
Antes de apertar os parafusos, juntas de flange à prova de pressão são criadas colocando uma junta em forma de anel entre os pares de flange. As juntas são feitas de materiais mais macios do que os materiais de flange. A gaxeta será "esmagada" entre dois flanges para vedar todas as possíveis rotas de vazamento.
Aqui está uma fotografia de um medidor de vazão magnético Rosemount montado com 4-conexões de flange de parafuso:
Uma inspeção minuciosa das conexões flangeadas revela o espaço entre as faces do flange causado pelo material da junta "sanduichado" entre os pares de flanges.
Na imagem a seguir, dois enormes acoplamentos de flange de tubo são visíveis em cada extremidade de um pedaço de tubo "carretel" bastante curto. O enorme número de prisioneiros que prendem cada conjunto de flange fornece um indicador da pressão do fluido interno, que neste caso excede 1,000 PSI!
Semelhante aos flanges do medidor de vazão vistos acima, as folgas entre as faces do anel do flange exibem o espaço ocupado pela gaxeta que forma uma vedação estanque à pressão entre as superfícies do flange.
Um método popular para instalar tal junta de flange é instalar apenas metade dos parafusos (nos orifícios abaixo da linha central do tubo), soltar a junta entre os flanges, inserir os parafusos restantes e, em seguida, apertar todos os parafusos com os torques apropriados:
Os flanges variam em seu projeto de vedação e no material de vedação necessário. Um dos designs de "face" de flange mais prevalentes nos Estados Unidos é o flange de face elevada (RF), que se destina a vedar contra uma gaxeta por meio de uma série de ranhuras concêntricas cortadas na face do flange. Essas ranhuras criam uma superfície de vedação com um caminho de vazamento significativamente mais longo do que se as faces fossem lisas, desencorajando assim o vazamento de fluido de processo pressurizado.
Outro tipo de face de flange é conhecido como junta tipo anel (RTJ). Nesse projeto, um anel de metal exclusivo se encaixa em uma ranhura esculpida nas faces de ambos os flanges correspondentes, comprimindo e preenchendo a ranhura quando os flanges são devidamente apertados. Os flanges RTJ são frequentemente usados em situações de alta pressão onde o controle de vazamento é mais difícil. Para obter vedação adequada, as ranhuras do flange RTJ devem estar totalmente livres de materiais estranhos e bem formadas (não deformadas).
O padrão ANSI (American National Standards Institute) 16.5 define um sistema de "classes de pressão" para flanges de classificação nos Estados Unidos. Essas classes de pressão são identificadas por números seguidos de "libra", "lb" ou "#". As classes comuns de pressão ANSI incluem 150#, 300#, 400#, 600#, 900#, 1500# e 2500#. Notavelmente, esses números de classe não correspondem imediatamente às classificações de pressão em PSI, mas escalam com a pressão (por exemplo, um flange 600# terá uma classificação de pressão mais alta que um flange 300#, todos os outros fatores sendo iguais). As classificações de pressão não dependem apenas da "classe" do flange, mas também da temperatura de trabalho, pois os metais tendem a se tornar mais quebradiços em temperaturas mais altas. Originalmente, as designações de classe ANSI eram baseadas nas classificações de serviço da linha de vapor desses flanges. Um flange 250#, por exemplo, foi classificado como tal porque foi projetado para uso em serviço de tubulação com vapor saturado a 250 PSI (e 400 graus Fahrenheit).
Com o avanço da metalurgia, esses flanges tornaram-se capazes de suportar pressões maiores em temperaturas mais altas, mas a classificação inicial de "libra" permaneceu inalterada. Essa situação é comparável à classificação de "tonelagem" dos caminhões leves americanos: um caminhão de "uma tonelada" é capaz de rebocar significativamente mais de 2,000 libras de carga. A designação de "uma tonelada" refere-se a um projeto específico que já foi certificado para cerca de 2,000 libras, mas devido aos avanços na metalurgia e na fabricação agora é capaz de transportar significativamente mais do que essa capacidade.
Para um desempenho adequado, os flanges e componentes da tubulação devem ter classificações e diâmetros de flange correspondentes. Por exemplo, uma válvula de controle com um corpo flangeado classificado como um flange de tubo ANSI classe 300# de 4-polegadas só pode ser conectada a outro flange de tubo ANSI classe 300# de 4-polegadas. Se flanges de classe de pressão incompatíveis forem acoplados, a integridade física do sistema de tubulação será comprometida. Além disso, os tipos de juntas apropriados devem ser selecionados para corresponder à classe de pressão dos flanges correspondentes. Assim, cada junção flangeada deve ser vista como um sistema completo, com sua integridade garantida apenas se todos os seus componentes forem projetados para trabalhar em conjunto.
Ao apertar os parafusos que conectam dois flanges, é crucial distribuir igualmente a pressão do parafuso de forma que nenhuma seção do flange receba significativamente mais pressão do que qualquer outro local. Em um mundo perfeito, você apertaria simultaneamente todos os parafusos com o mesmo limite de torque. Devido à impossibilidade de conseguir isso com uma única chave, a melhor opção é apertar as porcas sequencialmente em estágios de torque crescente. O diagrama a seguir ilustra uma sequência de torque (os números indicam a ordem em que os parafusos devem ser apertados):
Usando uma única chave, você aplicaria um torque preliminar a cada parafuso na ordem descrita. Em seguida, a operação de aperto seria repetida com torque aumentado por ciclos adicionais até que todos os parafusos tivessem sido apertados com o valor de torque especificado. Observe como a sequência de torque se alterna nos quatro quadrantes do flange, garantindo que os flanges sejam esmagados igualmente à medida que cada parafuso é gradualmente apertado. Torque cruzado é o termo comum para esta técnica de quadrantes alternados ao redor do círculo.
Existem chaves especializadas chamadas torquímetros para medir o torque aplicado durante a operação de aperto
Ao lidar com conexões de tubos flangeados, é essencial remover os parafusos na lateral oposta. Em aplicações essenciais de alta pressão, o alongamento real de cada parafuso de flange é monitorado como um indicador direto da força de aparafusamento. Um parafuso específico comercializado sob a marca Rotabolt incorpora seu próprio indicador de tensão, permitindo que o mecânico determine se o parafuso foi adequadamente apertado, independentemente da ferramenta usada. do flange antes de afrouxar os parafusos r o tubo para primeiro afrouxar os parafusos do flange no lado oposto, se houver alguma pressão dentro do tubo, deve vazar primeiro, ventilando para longe de você. no lado do flange mais próximo de você. Esta é apenas uma precaução contra respingos de fluido de processo em seu rosto ou corpo em caso de acúmulo de pressão dentro de um tubo flangeado. Ao chegar acima
Uma característica única das conexões de tubos flangeados é a capacidade de inserir uma placa de metal cega conhecida como cego sobre ou entre as faces do flange, bloqueando assim o fluxo. Isso é benéfico quando um tubo deve ser bloqueado semipermanentemente, como quando uma parte do tubo foi desativada ou quando uma seção do tubo deve ser fechada por razões de segurança durante as operações de manutenção.
Para instalar uma persiana, a junta do flange deve estar danificada e, em seguida, os flanges devem ser separados para criar o espaço apropriado. Depois que as gaxetas de substituição e as persianas forem colocadas, os parafusos flangeados podem ser reinstalados e apertados com o valor especificado. Aqui está uma foto de uma persiana de aço inoxidável (não montada em um tubo), com duas abas de elevação soldadas claramente visíveis para auxiliar no manuseio deste hardware pesado:
Em aplicações onde o "cegueira" ocorre com frequência, um tipo de persiana permanente conhecido como persiana para óculos pode ser instalado para facilitar a tarefa. Uma cortina de óculos consiste em uma placa cega padrão ligada por uma aba curta a um anel de diâmetro igual cujo contorno se assemelha a um par de óculos:
O sistema de tubulação pode ser projetado e construído com a espessura da persiana em mente, com a folga flange-a-flange permanecendo constante nos estados "aberto" e "cego". Isso é particularmente útil em sistemas de tubulação extremamente grandes, porque a força necessária para separar as faces de flanges previamente combinadas pode ser muito grande.
A imagem a seguir mostra uma cortina de óculos colocada de forma que a metade "cega" pintada de amarelo fique exposta e a metade "aberta" fique entre os flanges do tubo para permitir o fluxo através desse tubo:
Esta imagem a seguir mostra uma cortina de óculos colocada na direção oposta, com a metade "aberta" exposta e a metade "cega" restringindo o fluxo de fluido através do tubo:
