레이즈드 페이스와 플랫 페이스 플랜지: 주요 차이점은 무엇이며 올바른 것을 어떻게 선택합니까?

배관 시스템 설계에서 플랜지 면 유형이 중요한 이유

석유 및 가스 처리, 화학 공장, 수처리 시설 또는 발전 등 모든 배관 시스템에서 플랜지는 파이프 섹션, 밸브, 펌프 및 장비를 함께 연결하여 누출 없는 완전한 유체 경로를 형성하는 기계적 커넥터입니다. 엔지니어는 연결을 지정할 때 플랜지 재질, 압력 등급 및 보어 크기에 중점을 두는 경우가 많지만 플랜지 표면 유형도 마찬가지로 중요하며 흔히 오해됩니다. 면은 플랜지의 접촉 표면, 즉 씰을 생성하기 위해 개스킷에 대해 압축되는 영역입니다. 산업용으로 사용되는 가장 일반적인 두 가지 면 유형은 RF(Raised Face)와 FF(Flat Face)이며, 훈련받지 않은 사람의 눈에는 유사해 보일 수 있지만 기하학적 구조, 밀봉 메커니즘, 압력 기능 및 적용 적합성의 차이는 주어진 시스템에서 잘못된 유형을 사용하면 개스킷 오류, 조인트 누출, 장비 손상 또는 심각한 안전 사고를 초래할 수 있을 만큼 충분히 큽니다.

레이즈드 페이스 플랜지와 플랫 페이스 플랜지가 어떻게 다른지, 그리고 어떤 조건에서 각각을 지정해야 하는지를 정확히 이해하는 것은 배관 엔지니어, 조달 전문가, 유지 보수 기술자가 설계 단계와 현장 설치 및 교체 작업 중에 올바른 결정을 내려야 하는 실용적인 지식입니다.

돌출면 플랜지란?

돌출면 플랜지는 플랜지 본체의 볼트 원형 면 위로 돌출된 원형의 돌출된 밀봉 표면을 특징으로 합니다. ASME B16.5에 따라 클래스 150 및 클래스 300 플랜지의 경우 일반적으로 1.6mm(1/16인치), 클래스 400 및 더 높은 압력 등급의 경우 6.4mm(1/4인치)만큼 올라간 이 돌출 부분은 볼트 하중을 더 작은 접촉 영역에 집중시킵니다. 볼트의 조임력이 전체 플랜지 면이 아닌 제한된 표면적에 적용되기 때문에 개스킷의 접촉 응력은 주어진 볼트 토크에 대해 훨씬 더 높습니다. 이러한 높은 개스킷 응력으로 인해 고압 작동 조건에서도 단단하고 안정적인 밀봉이 생성됩니다.

융기된 표면은 일반적으로 특정 표면 마감(일반적으로 125-250 AARH(산술 평균 거칠기 높이)) 나선형 톱니 모양 또는 동심 톱니 모양 마감으로 마감됩니다. 이 마감은 압축 중에 개스킷 재료와 기계적으로 맞물려 밀봉 성능을 더욱 향상시키고 압력 서지 시 개스킷 파열을 방지합니다. 돌출면 플랜지는 대부분의 산업 응용 분야에서 강철 플랜지에 대해 ASME B16.5에 따라 지정된 기본 면 유형이며 나선형 상처 개스킷, 링 유형 조인트 및 다양한 연질 소재 시트 개스킷을 포함한 광범위한 개스킷 재료와 호환됩니다.

플랫 페이스 플랜지란?

플랫 페이스 플랜지에는 보어에서 볼트 구멍의 외부 가장자리까지 플랜지의 전체 면에 걸쳐 동일하고 연속적인 밀봉 표면이 있습니다. 올려진 시트 표면이 없습니다. 개스킷은 볼트 구멍 주변 영역을 포함하여 플랜지의 전체 표면에 접촉합니다. 이 전면 접촉 설계는 훨씬 더 넓은 영역에 볼트 하중을 분산시켜 동일한 볼트 토크로 조여진 돌출면 플랜지에 비해 개스킷 접촉 응력이 더 낮습니다.

플랫 페이스 플랜지는 특정 응용 분야에서 필수입니다. 가장 중요한 것은 주철, 연성 철 또는 기타 부서지기 쉬운 재료로 만든 플랜지 장비에 연결할 때입니다. 주철 플랜지는 표준으로 평면형으로 제작되며, 이는 단순한 관습의 문제가 아닙니다. 돌출된 면 강철 플랜지가 평평한 면 주철 플랜지에 볼트로 체결된 경우 볼트 하중은 강철 플랜지의 돌출된 부분에만 집중되어 주철 플랜지 면 전체에 고르지 않은 굽힘 모멘트가 생성됩니다. 이러한 굽힘 응력은 주철 플랜지에 균열을 일으킬 수 있습니다. 이는 뜨거운 유체나 위험한 화학 물질을 운반하는 시스템에서 특히 위험한 고장 모드입니다. 전면 개스킷과 평면 플랜지를 사용하면 하중이 고르게 분산되어 굽힘 응력으로부터 부서지기 쉬운 부품을 보호할 수 있습니다.

직접적인 비교: 돌출된 면과 평평한 면 플랜지

아래 표에는 주요 기술 및 적용 매개변수 전반에 걸쳐 돌출면 플랜지와 평면 플랜지 간의 가장 중요한 차이점이 요약되어 있습니다.

개스킷 선택: 페이스 유형이 개스킷 설계를 주도하는 방법

플랜지 면 유형과 개스킷 선택 간의 관계는 선택 사항이 아니며 직접적인 엔지니어링 종속성입니다. 주어진 플랜지 면 구성에 잘못된 개스킷 유형을 사용하면 부적절한 밀봉 응력, 개스킷 돌출 또는 플랜지나 결합 장비의 기계적 손상이 발생합니다.

돌출면 플랜지용 개스킷

돌출면 플랜지는 보어와 볼트 원의 내부 가장자리 사이의 돌출된 안착 영역 내에 위치하는 링형 개스킷을 사용합니다. 돌출된 면 적용을 위한 일반적인 개스킷 유형에는 외부 센터링 링(볼트 체결 중에 개스킷이 변위되는 것을 방지)이 있는 나선형 상처 개스킷, 초고압 적용을 위한 견고한 금속 링 개스킷, 저압, 저온 서비스를 위해 링 치수로 절단된 압축 비석면 섬유(CNAF) 시트 개스킷이 포함됩니다. 나선형으로 감긴 개스킷의 센터링 링은 돌출된 면 외경에 맞도록 특별히 설계되어 개스킷의 정확한 위치 지정을 보장하고 권선의 과도한 압축을 방지합니다.

플랫 페이스 플랜지용 개스킷

플랫 페이스 플랜지에는 플랜지 볼트 원과 일치하도록 가스켓 재료를 관통하는 볼트 구멍이 있는 전체 플랜지 면에 걸쳐 확장되는 전면 가스켓이 필요합니다. 이 전면 설계는 필수적입니다. 볼트 하중이 전체 면에 고르게 분산되어 링 개스킷만 사용할 경우 발생할 수 있는 굽힘 모멘트를 방지합니다. 전면 개스킷은 일반적으로 고무(EPDM, 네오프렌, 니트릴), PTFE 또는 압축 섬유 시트와 같이 더 부드럽고 압축성이 높은 재료로 만들어지며, 평면 연결에서 사용할 수 있는 낮은 접촉 압력에서 적절한 밀봉 응력을 달성할 수 있습니다. 재료는 낮은 볼트 하중에서도 밀봉할 수 있을 만큼 부드러워야 하지만 시간이 지남에 따라 공정 유체, 온도 및 기계적 이완을 견딜 수 있을 만큼 내구성이 있어야 합니다.

각 얼굴 유형이 지정된 애플리케이션 환경

돌출면 플랜지와 평면 플랜지 사이의 선택은 주로 유체 서비스, 압력 및 온도 조건, 연결 장비의 재료 등 적용 환경에 따라 결정됩니다. 이러한 애플리케이션 컨텍스트를 이해하면 대부분의 경우 선택 결정이 간단해집니다.

• 고압 증기 및 공정 배관: 나선형 상처 개스킷이 있는 돌출면 플랜지는 증기 라인, 탄화수소 공정 배관, 정유소 및 화학 공장의 고온 서비스를 위한 표준 사양입니다. RF 설계의 집중된 밀봉 응력은 열 순환 및 압력 변동 하에서 조인트 무결성을 유지하는 데 필수적입니다.
• 주철 펌프 및 밸브에 연결: 강철 배관을 주철 펌프 케이싱, 밸브 본체 또는 기타 부서지기 쉬운 장비에 연결할 때는 전면 개스킷이 있는 평면 플랜지가 필수입니다. 이는 작업자가 평면 및 전면 개스킷으로 전환하지 않고 실수로 표준 강철 RF 플랜지를 주철 장비에 직접 볼트로 고정하는 현장 설치에서 가장 자주 위반되는 규칙 중 하나입니다.
• 물 및 저압 유틸리티 서비스: 플랫 페이스 플랜지는 연결된 장비가 주철 또는 연성 철이고 작동 압력이 클래스 150 제한 미만으로 유지되는 물 공급, HVAC 및 저압 유틸리티 시스템에서 일반적입니다. 이러한 시스템은 일반적으로 적당한 볼트 하중에서 안정적인 밀봉을 제공하는 고무 전면 개스킷을 사용합니다.
• 유리섬유 강화 플라스틱(FRP) 배관 시스템: FRP 플랜지는 평평한 면으로 제조되며 주철과 같은 이유로 평평한 면 결합 플랜지와 전면 개스킷이 필요합니다. 재료는 부서지기 쉽고 균열이나 박리 위험 없이 돌출된 면 연결로 인해 부과되는 굽힘 응력을 견딜 수 없습니다.
• 해저 및 무결성 애플리케이션: 돌출면 플랜지와 가장 까다로운 경우 RTJ(Ring Type Joint) 플랜지는 누출 결과가 심각하고 빈번한 유지 관리 접근이 불가능한 해저 파이프라인 및 기타 중요한 무결성 압력 함유 시스템에 지정됩니다.

일반적인 설치 실수와 이를 방지하는 방법

플랜지 면 유형의 잘못된 적용은 산업 시설에서 플랜지 조인트 누출 및 장비 손상의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다. 이러한 오류 중 상당수는 면형 호환성에 대한 적절한 고려 없이 새로운 강관을 기존 주철 장비에 연결할 때 유지 관리 및 확장 작업 중에 발생합니다. 다음은 가장 자주 발생하는 실수와 이를 예방하는 올바른 방법입니다.

• FF 주철 장비에 RF 강철 플랜지 볼트 체결: 이것은 가장 위험한 오용입니다. 올바른 해결책은 연결 강철 플랜지를 평평한 면으로 지정하거나, 강철 플랜지가 이미 돌출된 면으로 배송된 경우 설치 전에 돌출된 면을 아래로 향하는 평평한 면으로 가공하는 것입니다. 이 구성에서는 링 개스킷을 사용하지 마십시오. 주철 표면 전체에 하중이 적절하게 분산되지 않습니다.
• 플랫 페이스 플랜지에 링 개스킷 사용: 두 개의 평면 플랜지 사이에 링 개스킷을 설치하면 외부 볼트 구멍 영역이 지지되지 않고 볼트 하중 하에서 플랜지가 안쪽으로 기울어지게 됩니다. 이로 인해 밀봉 표면이 왜곡되고 내부 가장자리에 응력이 집중되며 거의 항상 누출이 발생합니다. 항상 평면 플랜지가 있는 전면 개스킷을 사용하십시오.
• 페이스 유형에 대한 잘못된 볼트 토크: 돌출면 플랜지와 평면 플랜지는 효과적인 가스켓 안착 면적이 다르기 때문에 적절한 가스켓 응력을 달성하는 데 필요한 볼트 토크는 동일한 압력 등급과 플랜지 크기에서도 두 구성 간에 다릅니다. 항상 특정 면 유형, 가스켓 재질 및 가스켓 치수에 대해 계산된 토크 값을 사용하십시오. 이러한 변수를 설명하지 않는 일반적인 볼트 토크 테이블은 사용하지 마십시오.
• 표면 마감 검사 무시: 가스켓을 통해 누출 경로를 제공할 수 있는 방사형 긁힘, 패임 또는 부식 손상이 있는지 가스켓을 설치하기 전에 돌출된 페이스 시트 표면을 검사해야 합니다. 밀봉 방향에 수직인 시트 표면을 가로질러 반경 방향으로 진행되는 손상은 특히 심각하며 일반적으로 재조립하기 전에 플랜지 면 가공이나 플랜지 교체가 필요합니다.

배관 시스템을 위한 올바른 선택

제기 된 얼굴과 얼굴 사이의 결정 편평한 얼굴 플랜지 이는 선호의 문제가 아니라 각 특정 연결과 관련된 재료, 압력 등급, 유체 서비스 및 장비에 따라 결정되는 엔지니어링 요구 사항입니다. 저압 이상에서 작동하는 대부분의 산업용 강철 배관 시스템에서 나선형 상처 개스킷이 있는 돌출면 플랜지는 정확하고 입증된 표준 사양을 나타냅니다. 주철, 연성철, FRP 또는 기타 부서지기 쉬운 플랜지 부품과 관련된 모든 연결의 경우 전면 개스킷이 있는 플랫 페이스 플랜지는 기계적 무결성과 안전 관점에서 타협할 수 없습니다.

설계 또는 조달 단계에서 확실하지 않은 경우 장비 제조업체의 플랜지 사양 및 해당 배관 표준(강철 플랜지의 경우 ASME B16.5, 주철 및 연성철 플랜지의 경우 ASME B16.1 또는 B16.42, 개스킷 치수의 경우 ASME B16.21)을 참조하십시오. 이러한 표준은 플랜지 등급과 재료의 모든 조합에 대한 면 유형 호환성과 개스킷 선택에 대한 확실한 지침을 제공하며 이를 준수하는 것은 시스템이 직면하게 될 전체 작동 조건에서 장기적인 접합 무결성을 보장하는 가장 신뢰할 수 있는 방법입니다.