엔지니어와 조달 전문가는 특정 사항을 지정할 때 중요한 결정에 직면합니다. 탄소강 플랜지 산업용 배관 시스템용. 이러한 기계 구성요소는 파이프, 밸브, 펌프 및 장비를 연결하는 동시에 압력 무결성을 유지하고 유지보수 접근을 가능하게 합니다. 재료 사양, 치수 표준 및 압력-온도 등급을 이해하면 석유 및 가스, 석유화학, 발전 및 수처리 응용 분야 전반에 걸쳐 안전하고 규정을 준수하는 시스템 설계가 보장됩니다.
탄소강 플랜지 기본 사항 이해
탄소강 플랜지 결정립 구조 정렬 및 기계적 강도를 달성하기 위해 주로 단조 공정을 통해 제조된 배관 인프라의 연결 지점 역할을 합니다. 재료 구성에는 일반적으로 최대 0.35%의 탄소 함량, 강도 향상을 위한 망간, 탈산을 위한 제어된 실리콘 수준이 포함됩니다. 이 플랜지는 공칭 직경 15mm(½인치)부터 대구경 적용 분야의 2000mm(80인치)까지의 파이프 크기를 수용합니다.
제조 공정에는 탄소강 빌렛을 단조 온도로 가열한 다음 필요한 형상을 얻기 위해 기계적 압력으로 성형하는 과정이 포함됩니다. 후속 가공 작업에서는 밀봉 면, 볼트 구멍 및 허브 구성이 생성됩니다. 열처리(노멀라이징, 담금질 및 템퍼링 또는 어닐링)는 특정 서비스 조건에 맞게 기계적 특성을 최적화합니다.
재료 사양 및 등급
재료 선택은 극한의 압력과 온도에서 플랜지 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 가장 일반적인 사양은 탄소강 플랜지 ASTM A105는 주변 및 고온 서비스용 단조 탄소강 배관 부품을 다루고 있습니다. 이 사양은 485MPa(70ksi)의 최대 인장 강도와 22%의 최소 연신율로 250MPa(36ksi)의 항복 강도를 보장합니다.
다음 표는 일반적인 탄소강 플랜지 재료와 서비스 특성을 비교합니다.
ASTM A105 탄소강 플랜지 재료는 일반 배관 응용 분야의 산업 표준을 나타냅니다. 사양에서는 특정 블라인드 플랜지 구성에 대해 ASTM A216 등급 WCB와 동등한 주조를 허용합니다. 최대 0.35%의 탄소 함량은 클래스 2500을 통해 압력 등급에 대해 충분한 강도를 유지하면서 탁월한 기계 가공성과 용접성을 제공합니다. 이 소재는 약 1420°C(2590°F)의 융점과 137-187 HBW 사이의 브리넬 경도를 나타냅니다. 이러한 특성은 표준 절단, 드릴링 및 용접 작업과의 호환성을 보장하는 동시에 볼트 연결에 적절한 내마모성을 제공합니다. -29°C 미만의 응용 분야에서는 취성 파괴를 방지하기 위해 ASTM A350 LF2 재료가 필요합니다. 이 사양에서는 노치 인성을 확인하기 위해 지정된 온도에서 충격 테스트를 요구합니다. 클래스 1은 표준 저온 기능을 제공하는 반면, 클래스 2는 극저온 서비스를 위한 향상된 특성을 제공합니다. ASTM A105 플랜지는 특정 조건(클래스 300 이상의 플랜지, 알 수 없는 압력 또는 온도 매개변수가 있는 특수 설계 플랜지 또는 클래스 300 이상에서 4인치 NPS를 초과하는 플랜지)을 제외하고는 열처리가 필요하지 않습니다. 필요한 경우 열처리 옵션에는 어닐링, 비정규화 정규화 및 템퍼링, 또는 지정된 기계적 특성을 달성하기 위한 담금질 및 템퍼링이 포함됩니다. 플랜지 형상 선택은 배관 시스템 요구 사항, 압력 등급 및 유지 관리 고려 사항에 따라 달라집니다. 각 유형은 고압 웰드 넥 구성부터 경제적인 슬립온 설계에 이르기까지 특정 응용 분야에 뚜렷한 이점을 제공합니다[^74^]. 다음 비교표에는 주요 플랜지 유형의 특성이 요약되어 있습니다. 탄소강 웰드 넥 플랜지 구성은 까다로운 응용 분야에 대해 최고의 구조적 무결성을 제공합니다. 테이퍼형 허브 설계는 파이프 벽 두께와 일치하여 응력을 점진적으로 분산시키고 날카로운 불연속성을 제거합니다. 맞대기 용접은 기본 파이프와 동일한 강도의 완전 관통 조인트를 만듭니다. 이러한 플랜지는 신뢰성이 가장 중요한 공정 배관, 고압 증기 시스템 및 탄화수소 서비스를 지배합니다. 슬립온 플랜지는 피트의 외경 위로 미끄러지고 내부 및 외부 플랜지 면 모두에서 필렛 용접으로 고정됩니다. 이 설계는 정렬을 단순화하고 설치 시간을 줄여 일반 산업 및 상수도 응용 분야에 비용 효율적입니다. 그러나 용접 넥 설계에 비해 이중 용접 요구 사항과 낮은 피로 저항으로 인해 주기적인 서비스 또는 심한 압력 변동에 대한 적합성이 제한됩니다[^74^]. 블라인드 플랜지는 배관 끝부분, 용기 노즐 및 격리 지점을 위한 견고한 폐쇄 역할을 합니다. 중앙 보어가 없는 디스크 모양의 구성 요소는 전체 시스템 압력을 견디며 정수압 테스트를 용이하게 합니다. 돌출된 면 또는 링형 조인트 구성은 적절한 개스킷 장착을 보장합니다. 블라인드 플랜지는 향후 라인 확장이나 유지 관리 접근을 위해 쉽게 제거됩니다. 소켓 용접 플랜지는 파이프 삽입을 허용하는 내부 소켓을 통해 더 작은 직경의 파이프(일반적으로 NPS 2 이하)를 수용합니다. 허브 외경의 필렛 용접은 고압, 소구경 응용 분야에 적합한 내압 조인트를 만듭니다. 나사형 플랜지에는 비용접 연결을 위한 내부 NPT 나사산이 있으며 일반적으로 용접으로 인해 발화 위험이 있는 위험한 장소에 지정됩니다. 고압 탄화수소 처리에는 구조적 무결성을 위한 웰드 넥 구성이 필요합니다. 수처리 및 HVAC 시스템은 경제성을 위해 슬립온 플랜지를 사용합니다. 교체 가능한 스터브 끝이 있는 랩 조인트 플랜지를 사용하면 유지 관리 집약적인 작업에 도움이 됩니다. 사양 엔지니어는 플랜지 유형을 선택할 때 압력 주기, 온도 과도 현상 및 검사 요구 사항을 평가해야 합니다. 글로벌 플랜지 표준은 국제 프로젝트 전반에 걸쳐 호환성과 규정 준수를 보장합니다. 두 가지 주요 시스템은 북미 시장용 ASME/ANSI B16.5와 유럽 애플리케이션용 EN 1092-1/DIN입니다. 다음 표에서는 주요 치수 표준을 비교합니다. ANSI B16.5 플랜지 치수 가장 널리 지정된 플랜지 형상을 전체적으로 정의합니다. 표준은 압력 등급 150~2500에 걸쳐 ½인치~24인치 공칭 파이프 크기를 포괄합니다. 각 등급 지정은 외부 직경, 볼트 원 직경, 볼트 수 및 플랜지 두께의 특정 조합을 나타냅니다. 주요 치수 매개변수는 다음과 같습니다. 유럽 표준은 클래스 등급 대신 (압력 공칭) 지정을 사용합니다. PN16 탄소강 플랜지 사양은 ANSI 클래스 150과 거의 동일한 가장 일반적인 유럽 압력 등급을 나타냅니다. EN 1092-1 표준은 이전 DIN, NF 및 BS 표준을 통합된 유럽 표준으로 통합합니다. EN 1092-1에 따른 유형 지정은 다음과 같습니다. PN과 클래스 시스템 간의 직접적인 등가성은 대략적이지만 다음 관계 지침 사양은 PN6은 클래스 75, PN10/16은 클래스 150, PN25/40은 클래스 300, PN63은 클래스 600, PN100은 클래스 900에 해당합니다. 엔지니어는 공칭 등가성에 의존하기보다는 정확한 압력-온도 정격을 확인해야 합니다. 압력 등급 등급은 기준 온도에서 허용되는 최대 작동 압력을 정의하며, 서비스 조건이 높아지면 감소가 필요합니다. 이러한 등급은 결합된 기계적 및 열적 하중 하에서 플랜지 무결성을 보장합니다. 다음 표는 ASTM A105 탄소강 플랜지의 압력-온도 등급을 나타냅니다. 탄소강 플랜지 압력 등급 선택하려면 최대 작동 압력과 온도에 대한 분석이 필요합니다. 클래스 150은 주변 조건에서 최대 285psig의 저압 수처리 시스템과 일반 산업 배관에 적합합니다. 클래스 300은 공정 배관 및 압축 공기에 대해 740psig까지의 중간 압력을 수용합니다. 고압 탄화수소 서비스에는 클래스 600(1480psig) 이상이 필요합니다. 반응기 노즐을 포함한 초고압 응용 분야에서는 클래스 1500 또는 2500을 지정합니다. 작동 온도가 증가하면 허용 압력이 크게 감소합니다. 427°C(800°F)에서 클래스 300 ASTM A105 플랜지는 주변 압력 등급의 55%만 유지합니다. 이러한 정격 감소는 고온에서의 재료 항복 강도 감소를 반영합니다. 시스템 설계자는 공칭 등급 등급이 아닌 실제 작동 조건을 기반으로 플랜지를 지정해야 합니다. ASME B16.5는 특정 압력-온도 테이블을 사용하여 재료를 그룹으로 구성합니다. ASTM A10,5를 포함한 탄소강은 재료 그룹 1.1에 속합니다. 저합금강은 1.2~1.18그룹에 속하고, 스테인리스강은 2.1~2.12그룹에 속합니다. 각 그룹은 특정 등급 테이블이 필요한 뚜렷한 강도-온도 관계를 나타냅니다. 적절한 플랜지 사양을 위해서는 설계 압력, 설계 온도, 파이프 재질 및 외부 하중을 결정해야 합니다. 설계 압력은 적절한 안전 여유만큼 최대 작동 압력을 초과해야 합니다. 온도 고려 사항에는 시작 또는 장애 시나리오 중 연속 작동과 일시적인 조건이 모두 포함됩니다. 부식 허용으로 인해 표준 치수보다 더 두꺼운 플랜지가 필요할 수 있습니다. 씰링 면 구성은 개스킷 선택 및 압력 성능에 영향을 미칩니다. RF(Raised Face)는 일반 서비스를 위한 표준 구성으로, 2~7mm 높은 좌석 표면을 제공합니다. 플랫 페이스(FF)는 전면 개스킷을 사용하는 저압 응용 분야에 적합합니다. 링형 조인트(RTJ)는 기존 개스킷이 작동하지 않는 고압, 고온 서비스의 금속 링 개스킷에 정밀하게 가공된 홈을 사용합니다. 적절한 볼트 체결 절차는 플랜지 조인트의 무결성을 보장합니다. ASME PCC-1 지침은 볼트 체결 순서, 토크 값 및 재조임 절차를 지정합니다. 개스킷 선택은 플랜지 표면 마감, 압력 등급 및 공정 유체 호환성과 일치해야 합니다. 나선형으로 감긴 개스킷은 대부분의 산업 응용 분야에서 RF 플랜지에 적합한 반면, RTJ 홈에는 일치하는 타원형 또는 팔각형 링 개스킷이 필요합니다. 품질 검증에는 ASME B16.5에 따른 치수 검사, ASTM 사양에 따른 재료 인증, 중요한 응용 분야에 대한 비파괴 테스트가 포함됩니다. 설계 압력의 1.5배에 달하는 수압 테스트를 통해 시스템 무결성을 검증합니다. 문서 패키지에는 EN 10204 3.1 또는 3.2에 따른 재료 테스트 인증서(MTC), 열처리 기록 및 NDE 보고서가 포함되어야 합니다. ASTM A105N은 표준화되지 않은 가공 처리를 나타내는 반면, 표준 A105는 단조된 상태로 공급될 수 있습니다. 노멀라이징은 결정립 구조를 미세화하고, 기계적 성질의 균일성을 향상시키며, 인성을 향상시킵니다. A105N은 클래스 300 이상의 플랜지, 특수 설계 플랜지 또는 클래스 300 이상에서 4인치 NPS를 초과하는 모든 플랜지에 필요합니다. "N" 지정은 부품 전반에 걸쳐 일관된 특성을 보장하며 온도 순환 또는 충격 하중과 관련된 응용 분야에 권장됩니다. ANSI B16.5와 EN 1092-1 플랜지 사이의 직접적인 치수 호환성은 제한되어 있습니다. PN16은 클래스 150에 가깝고 PN40은 클래스 300에 가깝지만 볼트 원 직경, 볼트 크기 및 플랜지 두께는 다릅니다. 클래스 150 플랜지는 동일한 압력 등급에서도 PN16 플랜지에 볼트로 체결할 수 없습니다. 혼합 표준이 필요한 프로젝트는 전이 플랜지를 지정하거나 전체 시스템 표준화를 지정해야 합니다. 신규 건설의 경우 ANSI B16.5가 북미 및 전 세계 석유/가스 프로젝트에 적용되는 반면, EN 1092-1은 유럽 수처리 및 일반 산업 응용 분야에 적용됩니다. 300°C(572°F)에서 ASTM A105 플랜지는 주변 등급에 비해 상당한 감소가 필요합니다. 클래스 150의 정격은 이 온도에서 약 140psig(9.7bar)로 20bar 서비스에는 충분하지 않습니다. 클래스 300은 300°C에서 약 550psig(38bar)의 성능을 유지하여 적절한 안전 요소와 함께 20bar 작동 압력에 대한 적절한 여유를 제공합니다. 돌출된 면과 나선형으로 감긴 개스킷이 있는 클래스 300 웰드 넥 플랜지는 최소 사양을 나타냅니다. 중요한 증기 서비스의 경우 압력 과도 및 장기 크리프 효과에 대한 추가 여유를 위해 클래스 600을 고려하십시오. 고압, 고온 또는 주기적 서비스 응용 분야에는 웰드 넥 플랜지가 필수입니다. 테이퍼형 허브는 파이프 자체와 동일한 응력 분포를 제공하여 슬립온 설계에 내재된 응력 집중을 제거합니다. 클래스 600 이상, 10bar 이상의 증기 시스템, 압력 순환이 있는 탄화수소 서비스 및 피로 저항이 필요한 모든 응용 분야에 대한 용접 목을 지정하십시오. 슬립온 플랜지는 일반 수도 서비스, 저압 공기 시스템 및 피로 문제보다 설치 경제성이 더 중요한 응용 분야에 적합합니다. 웰드 넥 플랜지의 맞대기 용접 이음부에서는 전체 방사선 검사가 가능하지만 슬립온 필렛 용접에서는 제한된 NDE 옵션이 제공됩니다.
재료 사양 ASTM 표준 인장강도 항복 강도 온도 범위 주요 애플리케이션 A105 ASTM A105 ≥485MPa ≥250MPa -29°C ~ 425°C 일반 산업, 석유 및 가스 A105N(N정규화된 ASTM A105 ≥485MPa ≥250MPa -29°C ~ 425°C 개선된 입자 구조 A350 LF2 클래스 1 ASTM A350 ≥485MPa -46°C ~ 343°C 저온 서비스 A350 LF2 클래스 2 ASTM A350 ≥485MPa ≥260MPa -46°C ~ 343°C 극저온 응용 분야 A694 F52-F70 ASTM A694 ≥455-585MPa ≥360-485MPa -29°C ~ 260°C 고수익 전송 ASTM A105 단조 탄소강
ASTM A350 LF2 저온
열처리 요구 사항
플랜지 유형 및 설계 구성
플랜지 종류 연결 방법 압력 성능 피로 저항 설치 복잡성 주요 애플리케이션 용접 목 맞대기 용접 클래스 150-2500 우수 높음(용접 필요) 중요 공정, 고압 슬립온 필렛 용접(내부/외부) 클래스 150-2500 보통 낮음(정렬 용이) 일반 서비스, 수도 맹인 볼트로만 체결됨 클래스 150-2500 해당 없음(폐쇄) 낮음 라인 종단, 절연 소켓 용접 소켓 필렛 용접 클래스 150-1500 좋음 보통 작은 직경, 높은 압력 스레드 NPT 연결 클래스 150-600 제한적 낮음 (no welding) 비용접 애플리케이션 랩조인트 맞대기 용접 (stub end) 클래스 150-2500 보통 보통 빈번한 해체 필요 용접 넥 플랜지
슬립온 플랜지
블라인드 플랜지
소켓 용접 및 나사식 플랜지
애플리케이션 매칭
치수 표준 및 분류
표준 크기 범위 압력 지정 플랜지 종류s Covered 지리적 보급 ASME B16.5 NPS ½인치 ~ 24인치 클래스 150-2500 WN, SO, BL, SW, TH, LJ 북미, 글로벌 석유/가스 ASME B16.47 NPS 26"~60" 클래스 75-900 WN, BL 대구경 파이프라인 EN 1092-1 DN 10 ~ DN 4000 PN 2.5 ~ PN 400 유형 01, 02, 05, 11, 12, 13 유럽, 국제 프로젝트 DIN 2631-2638 DN 10 ~ DN 4000 PN 6 ~ PN 100 용접 넥, 슬립온, 블라인드 독일, 레거시 시스템 JIS B2220 10A~1500A 5K, 10K, 16K, 20K, 30K, 40K 그래서, BL, WN 일본, 아시아 태평양 ASME/ANSI B16.5 표준
EN 1092-1 및 DIN 표준
PN 대 클래스 등급 등가물
압력-온도 등급
ASME 클래스 100°F(psig)에서의 압력 400°F(psig)에서의 압력 800°F(psig)에서의 압력 최대 온도 150 285 200 80 538°C 300 740 635 410 538°C 400 985 845 550 538°C 600 1480 1265 825 538°C 900 2220 1900 1235 538°C 1500 3705 3170 2055 538°C 2500 6170 5280 3430 538°C 클래스 150부터 클래스 2500 등급까지
온도 경감 요인
재료 그룹 분류
B2B 조달을 위한 선택 방법론
시스템 요구 사항 계산
얼굴 유형 선택(RF, FF, RTJ)
설치 및 품질 고려 사항
볼트 체결 및 개스킷 요구 사항
검사 및 테스트 표준
자주 묻는 질문
ASTM A105와 A105N의 차이점은 무엇입니까 탄소강 플랜지 ?
어떻게 변환하나요? ANSI B16.5 플랜지 치수 그리고 DIN/EN 표준?
무엇 탄소강 플랜지 압력 등급 300°C에서 20bar 스팀 서비스가 필요합니까?
언제 지정해야합니까? 탄소강 용접 넥 플랜지 슬립온 플랜지와 비교하면?
참고자료
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