Guia de flanges de tubo ASME B16.5: classes de pressão, materiais e dimensionamento

Durante uma atualização de tubulação, um engenheiro encomendou vinte flanges Classe 150 para uma linha de vapor de 6 polegadas planejada para operar a 200 psi. Quando os círculos dos parafusos não correspondiam aos flanges vizinhos da válvula Classe 300, a discrepância foi atribuída à classe de pressão e não ao tamanho do tubo. Esse é um erro frequente quando Flanges de tubo ASME B16.5 são escolhidos apenas pelo tamanho. Um flange que se ajusta ao furo do tubo ainda pode não corresponder à válvula correspondente, ao tipo de junta ou ao comprimento do parafuso necessário. ASME B16.5 é referência mundial para conexões flangeadas, abrangendo NPS 1/2 até NPS 24 em seis classes de pressão e definindo dimensões, tolerâncias, materiais e requisitos de teste. Este guia transforma a norma em etapas práticas de seleção para engenheiros, compradores e inspetores de qualidade.

Escopo ASME B16.5: NPS 1/2 a 24 em seis classes de pressão

ASME B16.5 se aplica a flanges de tubos nos tamanhos NPS 1/2 a NPS 24 e define seis classes de pressão: Classe 150, 300, 600, 900, 1500 e 2500. Cada classe carrega sua própria tabela de classificação de pressão-temperatura, espessura mínima de parede e padrão de parafuso. A norma também abrange flanges redutores, acessórios flangeados e juntas cegas de flange dentro dessa faixa de tamanho.

A norma foi revisada para se alinhar aos atuais métodos de fabricação e códigos de vasos de pressão. Suas tabelas de pressão-temperatura são construídas com base no conceito de tensão de projeto, portanto, uma classe mais alta não apenas adiciona espessura de parede, mas também altera o padrão do parafuso, o material do parafuso e os requisitos da gaxeta.

Selecionando uma classe de pressão por condições de trabalho

A seleção da classe é orientada pela classificação de pressão-temperatura, e não apenas pela pressão nominal do tubo.

As tabelas ASME B16.5 listam a pressão máxima de trabalho permitida para cada material em diferentes temperaturas. Um flange de aço carbono A105 Classe 150 é classificado como 285psi a 100 graus F, mas a classificação cai para 230psi a 500 graus F. Se uma linha transporta 250 psi a 500 graus F, um flange Classe 300 é a escolha mínima aceitável.

As cargas externas das bombas conectadas, a expansão térmica e a força de assentamento da junta também devem ser avaliadas. Para uma tubulação sob vibração sustentada ou oscilações periódicas de pressão, ir uma classe acima do mínimo calculado é uma estratégia conservadora e amplamente praticada.

Ao especificar um flange para um novo projeto, forneça a pressão de projeto, a temperatura de projeto, o revestimento do flange, o tipo de gaxeta e o grupo de materiais. O fornecedor pode então cruzar a referência da classe e das opções. Para bombas de alta pressão, um flange Classe 1500 ou Classe 2500 é geralmente selecionado para reduzir a deflexão do flange frontal sob altas cargas de assentamento.

Combinação de materiais: aço carbono, aço inoxidável e duplex

A seleção do material segue a classificação de pressão-temperatura, a química do fluido e a demanda de resistência mecânica.

• Flange de aço carbono A105 para serviços gerais de água, óleo e vapor até cerca de 800 graus F, com o menor custo por unidade.
• Flanges de aço inoxidável F304 e F316 para serviços corrosivos e de alta temperatura; F316 adiciona molibdênio para resistir aos cloretos.
• Flanges duplex de aço inoxidável F55 e F60 para linhas de água do mar e offshore, onde a fissuração por corrosão sob tensão por cloreto é um risco real.

Um erro comum de aquisição é encomendar "flange de aço inoxidável 304" sem especificar o grau F304 ou F304L. A diferença no teor de carbono afeta a soldabilidade e a resistência à corrosão e altera a tabela de classificação de pressão-temperatura aplicável.

Para classes de aço inoxidável, a norma distingue entre material forjado, como F304, e material de placa, como placa 304. Os flanges forjados têm melhor tenacidade em toda a seção, e é por isso que a ASME B16.5 contém uma lista de números de especificações de forjamento aprovados em vez de nomes genéricos de ligas.

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Tipos de conexão: pescoço de soldagem, deslizamento e junta sobreposta

Flanges de pescoço de soldagem são o padrão para cargas cíclicas e de alta pressão; flanges deslizantes são econômicos para sistemas de baixa pressão.

• Flange de pescoço de soldagem: o pescoço é soldado de topo ao tubo, proporcionando distribuição de tensão superior e adequado para serviços severos, de temperaturas abaixo de zero a altas.
• Flange deslizante: o tubo é inserido e soldado em ângulo em ambos os lados. Mais rápido de instalar, menor custo de material, mas menor resistência à fadiga.
• Flange de junta sobreposta: usado quando é necessária desmontagem frequente ou quando uma combinação de materiais diferentes é necessária entre o flange e a extremidade da ponta.

Para uma linha de 6 polegadas a 250 psi e 500 graus F, um flange de pescoço de soldagem na Classe 300 é a escolha típica, especialmente onde estão presentes momentos fletores de expansão térmica. O flange de aço certo para um sistema de tubulação depende dessas condições combinadas.

A seleção da face faz parte da escolha da conexão. Uma face elevada é a opção mais comum até a Classe 600. Para serviços de alta pressão acima da Classe 600, uma junta tipo anel torna-se necessária porque uma junta macia pode ser estourada pela pressão.

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Forjamento e Inspeção: Como Avaliar a Qualidade do Flange

Os flanges forjados exibem fluxo de grãos alinhado com a circunferência do flange, o que proporciona resistência ao impacto e resistência à fadiga superiores em comparação com flanges cortados em placa ou fundidos.

Na Jiangyin Zhonghai Precision Machinery, o forjamento, o tratamento térmico e a usinagem CNC são realizados internamente, o que permite um controle mais rígido sobre o fluxo de grãos e a precisão dimensional em comparação com a terceirização de etapas individuais.

1. Forjamento: o tarugo é recortado em uma matriz fechada ou laminado em anel para produzir um fluxo contínuo de grãos.
2. Tratamento térmico: o alívio de tensão ou normalização é aplicado para atingir as propriedades mecânicas exigidas.
3. Usinagem CNC: furos de parafusos, faceamento e conicidade do pescoço são usinados com tolerâncias B16.5.
4. Testes não destrutivos: partículas magnéticas ou testes ultrassônicos verificam defeitos superficiais e subterrâneos.
5. Inspeção dimensional: são verificados o diâmetro externo, o círculo do parafuso, a espessura e a altura da face elevada.
6. Documentação: são emitidos certificado de material, número de calor e relatórios dimensionais.

A rejeição mais comum observada durante a inspeção de entrada é uma medição de altura de face elevada que fica abaixo da tolerância ASME B16.5. A face elevada em um flange Classe 150 de 2 polegadas deve ter 0,06 polegadas de altura, enquanto um flange Classe 1500 usa uma face elevada de 0,25 polegadas. Esses detalhes são importantes porque a gaxeta precisa de uma carga específica para vedar.

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Perguntas frequentes sobre flanges de tubo ASME B16.5

Qual é a diferença entre ASME B16.5 e ASME B16.47?

ASME B16.5 cobre NPS 1/2 a 24, enquanto ASME B16.47 cobre NPS 26 a 60. Cada padrão tem suas próprias tabelas de dimensões, classificações de pressão-temperatura e estilos de revestimento, e os dois não são intercambiáveis ​​no limite de tamanho.

Um flange Classe 150 pode ser usado a 300 psi?

Não automaticamente. Um flange de aço carbono A105 Classe 150 é classificado para 285 psi a 100 graus F, mas apenas 230 psi a 500 graus F. A temperatura real do projeto deve ser verificada em relação à tabela de classificação aplicável antes que uma classe seja confirmada.

Qual documentação é necessária para flanges ASME B16.5?

Um certificado de material conforme EN 10204 3.1, um relatório dimensional e resultados de testes de composição química e propriedades mecânicas. Para Classe 600 e superiores, também são esperados relatórios de testes não destrutivos.

Qual é a diferença entre os revestimentos RF e RTJ?

Uma face elevada (RF) comprime uma junta dentro do círculo do parafuso. Uma junta tipo anel (RTJ) assenta um anel de metal em uma ranhura, proporcionando uma vedação mais confiável para serviços de alta pressão ou gás acima da Classe 600.