Le flange saldate piatte e le flange saldate di testa sono due tipi comuni di flange nel nostro lavoro quotidiano. Oggi condurremo un'analisi comparativa delle flange piatte e delle flange saldate di testa da quattro aspetti: materiale, pressione nominale, forma della saldatura e scenari applicativi.
Principali differenze
Le flange piatte hanno una struttura semplice e sono collegate tramite saldature d'angolo, mentre le flange saldate di testa hanno una struttura più complessa e sono collegate tramite saldature di testa. Questa differenza fondamentale determina le loro variazioni in termini di resistenza, affidabilità, idoneità a condizioni di lavoro specifiche e costi.
1.Materiale
Flangia piatta:
La gamma di materiali opzionali è ampia e in gran parte simile a quella delle flange saldate di testa. I materiali comuni includono acciaio al carbonio (A105), acciaio inossidabile (304, 316) e acciaio legato. Poiché sono spesso utilizzati in condizioni di pressione medio-bassa e di lavoro non impegnative, i requisiti per le prestazioni estreme dei materiali stessi sono relativamente bassi.
Flangia saldata di testa:
Altrettanto ampia è la gamma di materiali opzionali.
Il punto chiave sta nella compatibilità: in ambienti ad alta pressione, alta temperatura o corrosivi, il materiale della flangia deve corrispondere esattamente al materiale della tubazione (compresa la composizione chimica, le proprietà meccaniche e le condizioni di trattamento termico) per garantire l'integrità del giunto e prestazioni costanti in condizioni di servizio. Ad esempio, nelle condotte ad alta temperatura e alta pressione, vengono spesso utilizzati materiali in acciaio legato come P91 e F22.
Sommario: I due sono simili in termini di selezione dei materiali, ma le flange saldate di testa pongono maggiore enfasi sulla precisa compatibilità con i materiali delle tubazioni e sui requisiti di prestazioni più elevate.
2.Pressione nominale
Questo è uno degli indicatori più evidenti dell’applicazione dei due.
Flangia piatta:
È adatto principalmente per intervalli di pressione medio-bassi, che in genere coprono la serie PN (standard GB): PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, nonché la serie Class (standard ASME): Classe 150, Classe 300. È meno comunemente utilizzato in classi superiori alla Classe 300 e non è raccomandato per classi di pressione più elevate. A causa della sua struttura di saldatura d'angolo e della concentrazione delle sollecitazioni, la sua capacità di carico ha un limite superiore chiaramente definito limite.
Flangia saldata di testa:
È adatto per l'intera gamma, dalla bassa pressione all'altissima pressione. Da PN10 a PN420 e dalla Classe 150 alla Classe 2500 o anche superiore, è possibile utilizzare flange saldate di testa. La loro struttura a collo e le saldature di testa distribuiscono e resistono efficacemente alle sollecitazioni, rendendoli una configurazione standard per sistemi ad alta pressione e alta temperatura.
Sommario: Le flange piatte rappresentano una soluzione economica per applicazioni a pressione medio-bassa, mentre le flange saldate di testa sono l'unica scelta affidabile per condizioni di alta e altissima pressione.
3. Forma di saldatura
Ciò rappresenta la differenza fondamentale tra i due in termini di struttura e produzione, determinando direttamente la forza e l'affidabilità della connessione.
Flangia piatta:
Forma di saldatura: saldatura d'angolo
Metodo di connessione: il tubo viene inserito nel foro della flangia e la saldatura viene eseguita tra la parete esterna del tubo e la superficie della flangia (saldatura d'angolo esterna). Può essere applicata anche una saldatura d'angolo di sigillatura interna aggiuntiva (saldatura d'angolo interna).
Svantaggi:
- Concentrazione dello stress: la forma geometrica della saldatura d'angolo porta ad un'elevata concentrazione dello stress alla radice, rendendolo incline a diventare l'origine di cricche da fatica.
- Difficoltà di ispezione: le saldature interne sono difficili da ispezionare in modo efficace utilizzando metodi come la radiografia (RT) o i test a ultrasuoni (UT). La qualità della saldatura si basa principalmente sulle procedure di saldatura e sull'ispezione visiva.
- Disadattamento di resistenza: lo spessore della gola della saldatura è generalmente inferiore allo spessore della parete del tubo.
Flangia saldata di testa:
Forma di saldatura: saldatura di testa
Metodo di connessione: l'estremità della flangia è lavorata con una scanalatura corrispondente al tubo. Il tubo e la scanalatura della flangia vengono allineati con precisione e quindi saldati. La saldatura agisce essenzialmente come un prolungamento dello spessore della parete del tubo.
Vantaggi:
- Eccellente distribuzione delle sollecitazioni: la saldatura fornisce una transizione graduale, che si traduce in un fattore di concentrazione delle sollecitazioni estremamente basso e un'elevata resistenza alla fatica.
- Facilità di test non distruttivi: le saldature di testa possono essere sottoposte a test radiografici (RT) al 100% per garantire una qualità interna priva di difetti, soddisfacendo requisiti di sicurezza elevati.
- Uguale resistenza: la resistenza della saldatura può teoricamente raggiungere la parità con il metallo base del tubo.
Sommario: La saldatura d'angolo rispetto alla saldatura di testa rappresenta la distinzione tra "connessione" e "fusione". Quest’ultimo presenta un enorme vantaggio in termini di integrità strutturale e ispezionabilità.
4.Applicazione
Sulla base delle differenze di cui sopra, l'applicazione dei due è naturalmente differenziata.
Flangia piatta:
- Sistemi di utilità a bassa pressione: sistemi di circolazione dell'acqua negli impianti, sistemi di aria compressa a bassa pressione, condotte dell'acqua di raffreddamento a bassa pressione.
- Sostanze non pericolose: acqua domestica, acqua di condizionamento dell'aria, oleodotti lubrificanti a bassa pressione.
- Installazioni con vincoli di spazio: grazie alla loro struttura più corta, possono essere utilizzate in spazi compatti.
- Sistemi non critici sensibili ai costi: selezionati per scopi di risparmio sui costi in scenari con rischi per la sicurezza estremamente bassi e condizioni di pressione e temperatura stabili.
Flangia saldata di testa:
- Condotte di vapore ad alta temperatura e alta pressione (ad esempio, linee principali di vapore nelle centrali elettriche).
- Mezzi infiammabili ed esplosivi (ad esempio petrolio, gas naturale, idrogeno, condotte di idrocarburi).
- Sostanze tossiche e pericolose (ad esempio, cloro, ammoniaca, sostanze chimiche tossiche).
- Condotte che trasportano sostanze estremamente o altamente pericolose.
- Condizioni operative ad alto rischio e impegnative.
- Condotte soggette a fluttuazioni operative significative: quelle soggette a cicli termici, pulsazioni di pressione, vibrazioni meccaniche o soggette a colpi d'ariete.
- Tutte le condotte di processo di alta qualità: configurazioni standard in installazioni principali come impianti chimici, impianti petrolchimici, centrali nucleari e condotte per il trasporto di petrolio e gas a lunga distanza.
5.Riepilogo e tabella di riferimento rapido per la selezione del modello
| Dimensione di confronto | Flangia piatta | Flangia saldata di testa |
| Struttura centrale | Stile a piastra piana, con faccia portante | Con collo affusolato |
| Forma di saldatura | Saldatura d'angolo (raccordo interno/esterno) | Saldatura di testa (saldatura scanalata) |
| Ispezione della saldatura | Difficile, impegnativo per RT/UT | Facile, adatto per l'ispezione RT/UT al 100%. |
| Pressione nominale | Pressione medio-bassa (tipicamente ≤ PN40/Classe 30) | Intervallo di pressione completo (pressione da bassa a altissima) |
| Caratteristiche dello stress | Significativa concentrazione di stress, scarsa resistenza alla fatica | Transizione graduale dello stress, buona resistenza alla fatica |
| Materiali principali | Acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, ecc. (Uso generale) | Acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, acciaio legato, ecc. (Le tubazioni devono corrispondere) |
| Applicazioni tipiche | Acqua a bassa pressione, aria, sistemi non pericolosi | Linee di processo ad alta temperatura, alta pressione, pericolose, vibranti e critiche |
| Costo iniziale | Più in basso | Più in alto |
| Costo totale del ciclo di vita | Più in alto maintenance risk in severe service | Elevata affidabilità nei sistemi critici, costo complessivo più favorevole |
6. Raccomandazione per la selezione finale della valvola VATTEN
Nella progettazione ingegneristica o nella fabbricazione e installazione autogestita, soprattutto quando si aderiscono a standard come ASME o GB, la selezione in genere non è arbitraria. I codici e gli standard specificano direttamente gli scenari in cui è necessario utilizzare flange saldate di testa in base a fattori quali la categoria del fluido, la pressione di progetto e la temperatura della tubazione. In termini semplici: in caso di dubbio, in condizioni impegnative o in applicazioni critiche per la sicurezza, si dovrebbe dare la priorità alle flange saldate di testa. Le flange piatte sono prese in considerazione solo per condizioni operative stabili, a basso rischio, a bassa pressione e chiaramente definite, principalmente a fini di risparmio sui costi.
