나사식 파이프 플랜지란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

나사형 파이프 플랜지란 무엇입니까?

나사식 플랜지라고도 하는 나사식 파이프 플랜지는 용접이나 기계적 압축을 통하지 않고 플랜지 보어에 가공된 내부 나사산을 사용하여 파이프에 연결하는 파이프 플랜지 유형입니다. 파이프의 수나사산은 플랜지 허브 내부의 암나사산과 직접 맞물려 표준 수공구를 사용하여 조립 및 분해할 수 있는 기계적으로 안전한 연결을 만듭니다. 이 설계로 인해 현장 용접 장비, 인증된 용접공 또는 열 허가가 필요하지 않으므로 개방형 화염이나 고온으로 인해 안전 또는 규정 준수 위험이 있는 환경에서 나사형 플랜지가 특히 유용합니다.

스레드 플랜지는 ASME B16.5, ASME B16.47 및 DIN 표준을 포함한 국제 표준에 따라 제조되며 가장 일반적으로 클래스 150, 300, 600 및 900의 광범위한 압력 등급으로 제공됩니다. 부식성 또는 고온 서비스 조건에 적합하도록 탄소강, 스테인레스강(304, 316), 합금강 및 이중 등급으로 생산됩니다. 공칭 파이프 크기는 일반적으로 ½인치에서 4인치까지이며, 이는 압력 하에서 구조적 무결성을 유지하면서 더 큰 직경의 파이프를 나사산하는 실제적인 한계를 반영합니다.

스레드 연결 작동 방식

뒤에 숨은 기계적 원리 스레드 플랜지 연결은 간단합니다. 파이프 끝은 테이퍼형 또는 평행 외부 나사산으로 절단됩니다. 즉, 북미 응용 분야에서는 NPT(National Pipe Taper), 많은 국제 시스템에서는 BSP(British Standard Pipe)입니다. 플랜지 보어는 일치하는 내부 나사산으로 가공됩니다. 파이프가 플랜지에 나사로 고정되면 나사 결합으로 인해 정상적인 작동 조건에서 축방향 풀아웃을 방지하는 마찰 잠금 조인트가 생성됩니다.

테이퍼형 NPT 나사산은 나사산 인치당 1/16인치의 테이퍼로 인해 나사산이 조여질 때 서로 쐐기로 고정되어 나사산 측면을 점진적으로 압축하고 유체 누출에 대한 빈 경로를 줄이기 때문에 가장 널리 사용됩니다. 추가적인 밀봉 보장을 위해 PTFE 테이프 또는 혐기성 파이프 도프와 같은 나사산 밀봉 화합물을 조립하기 전에 수나사산에 도포합니다. 이 화합물은 실의 꼭대기와 뿌리 사이의 미세한 틈을 채워 실의 나선을 따라 액체와 가스의 이동을 차단합니다. 플랜지 면이 개스킷을 사용하여 결합 플랜지에 볼트로 고정되면 전체 연결(파이프-플랜지 스레드 조인트와 볼트로 고정된 플랜지-플랜지 면 씰)이 누출에 대한 2단계 장벽을 형성합니다.

스레드 연결을 통해 신속한 설치 및 분해가 가능하므로 유지 관리 팀이 특수 장비 없이도 시스템 문제를 해결하거나 업그레이드할 수 있으므로 화학 처리, 석유 및 가스 유통, 의약품 생산과 같은 중요한 작업에서 가동 중지 시간이 줄어듭니다. 유지 관리 기술자는 플랜지 면의 볼트를 풀고 파이프의 나사를 풀어 플랜지 밸브, 스트레이너 또는 기기 연결을 제거할 수 있습니다. 이 프로세스는 고정 연결을 잘라내고 다시 용접하는 데 필요한 시간이 아닌 일반적으로 몇 분 밖에 걸리지 않습니다.

스레드 플랜지와 기타 플랜지 유형 비교

더 넓은 플랜지 유형 제품군에서 스레드 플랜지가 어디에 적합한지 이해하면 이를 지정해야 하는 시기와 대안이 더 적절한 시기를 명확히 하는 데 도움이 됩니다. 아래 표에서는 주요 선택 기준에 따라 가장 일반적인 플랜지 연결 방법을 비교합니다.

나사형 플랜지는 특정 틈새 시장을 점유합니다. 용접이 불가능하거나 금지된 곳, 파이프 크기와 압력 등급이 설계 범위 내에 속하는 곳에서 탁월합니다. 고압 또는 순환 하중 응용 분야에서 용접 넥 또는 소켓 용접 플랜지를 대체할 수 있는 보편적인 제품은 아니며, 정격 한계에 가까운 서비스 조건에 대해 지정할 때는 공학적 판단이 필요합니다.

스레드 플랜지가 가장 일반적으로 사용되는 곳

나사형 플랜지는 고온 또는 고압 유체를 운반하는 주요 공정 라인보다는 일반적으로 유틸리티 배관, 계측 및 보조 시스템 등 다양한 산업 분야에 걸쳐 사용됩니다. 가장 자주 사용되는 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 석유 및 가스 시설의 계기 탭 및 압력 게이지 연결부. 소구경 나사산 플랜지를 사용하면 주 흐름 라인을 방해하지 않고 교정을 위해 계기를 분리 및 제거할 수 있습니다.
• 제조 공장의 물 및 압축 공기 분배 시스템은 낮은 작동 압력에서 중간 정도의 작동 압력으로 나사산 연결을 안전하게 만들고 재구성이 자주 필요하므로 용접 없는 조립이 매우 실용적입니다.
• 화재 및 폭발 위험으로 인해 열간 작업 허가 요건이 요구되는 화학 처리 공장과 나사형 플랜지를 사용하면 용접 승인 지연 없이 제한된 구역에서 배관 수정이 가능합니다.
• 스테인리스 스틸 나사산 플랜지가 증기, 주사용수 또는 공정 가스를 공급하는 소직경 유틸리티 라인에 위생적이고 청소 가능한 연결을 제공하는 제약 및 식품 등급 시스템입니다.
• 원격 또는 임시 설치(파이프라인 스키드, 모듈식 프로세스 장치 및 현장 계측 패널). 장비를 오프사이트에서 조립하고 설치 위치에서 신속하게 시운전해야 합니다.

압력 및 온도 등급: 알아야 할 사항

나사형 플랜지는 플랜지 본체 자체에 대해 ASME B16.5에 정의된 압력-온도 등급을 갖지만 나사형 조인트는 용접 연결부에 없는 추가적인 구조적 변수를 도입합니다. 나사 결합 길이와 나사 부분의 파이프 벽 두께는 모두 내부 압력과 굽힘 하중을 처리하는 조인트의 능력에 영향을 미칩니다. 이러한 이유로 ASME B31.3(Process Piping Code)은 지정된 압력 임계값을 초과하는 가연성 유체를 운반하는 시스템과 심각한 주기적 조건에 영향을 받는 라인을 포함하여 심각도가 높은 특정 서비스에서 나사형 조인트의 사용을 제한합니다.

실제로 나사형 플랜지는 중간 온도 서비스의 클래스 150 및 클래스 300 응용 분야에 매우 적합합니다. 압력 등급과 온도가 증가함에 따라 용접 연결부가 나사산 루트 응력 집중을 제거하고 파이프와 플랜지 사이에 연속적인 금속 경로를 제공하기 때문에 용접 넥 또는 소켓 용접 플랜지가 선호되는 선택이 됩니다. 엔지니어는 나사형 플랜지 사양을 확정하기 전에 항상 해당 배관 코드와 유체 서비스 분류(ASME B31.3에 따른 일반, 카테고리 D 또는 카테고리 M)를 참조해야 합니다.

스레드 플랜지 설치 지침

누출이 없고 오랫동안 사용할 수 있는 나사형 플랜지 연결을 위해서는 올바른 설치가 필수적입니다. 다음 사례는 대부분의 산업용 나사형 플랜지 어셈블리에 적용되며 제조업체 권장 사항과 현장 경험을 모두 반영합니다.

실 준비 및 실런트 도포

조립하기 전에 파이프 나사산과 플랜지 보어 나사산에 버, 십자 나사산 또는 손상된 나사산 측면이 있는지 검사하십시오. 나사산이 약간 손상되더라도 완전한 맞물림을 방해하고 누출 경로가 생길 수 있습니다. 와이어 브러시로 스레드를 청소하고 적절한 스레드 밀봉제(일반 서비스용 PTFE 테이프 또는 더 높은 압력 및 온도용 혐기성 스레드 컴파운드)를 바르십시오. 플랜지를 조일 때 테이프가 느슨해지지 않고 조여지도록 PTFE 테이프를 시계 방향(파이프 끝에서 볼 때)으로 감습니다. 두 번째 스레드부터 시작하여 테이프 너비의 약 절반만큼 각 패스를 겹치도록 최소 2~3회 랩을 적용합니다.

조립 및 토크

공구 토크를 가하기 전에 나사 결합을 확인하기 위해 손으로 플랜지를 시작하십시오. NPT 나사산은 처음 2~3회전 동안 원활하게 맞물려야 합니다. 즉시 나타나는 저항은 정렬 불량이나 크로스스레딩을 암시합니다. 파이프 렌치 또는 스트랩 렌치를 사용하여 플랜지를 조이고 플랜지 면이 볼트 구멍 정렬을 위해 올바른 방향으로 지정되고 나사 결합이 파이프 크기에 지정된 최소 회전수를 충족할 때까지 일정한 토크를 적용합니다. 볼트 구멍의 위치를 ​​바꾸려고 너무 세게 조이지 마십시오. 정렬이 중요한 경우 나사산 연결을 최적의 결합 지점을 지나도록 강제하는 대신 회전 링 플랜지와 같이 자유롭게 회전할 수 있는 플랜지를 사용하십시오.

일반적인 실수와 이를 피하는 방법

산업용 배관 시스템에서 관찰되는 나사식 플랜지 고장 및 누출 사고의 대부분은 몇 가지 반복되는 오류로 인해 발생합니다. 설계 및 설치 단계에서 이러한 문제를 인식하면 비용이 많이 드는 재작업과 계획되지 않은 가동 중단을 방지할 수 있습니다.

• 스레드 루트의 피로를 고려하지 않고 고진동 서비스에서 스레드 플랜지를 지정합니다. 진동으로 인한 풀림과 나사산 피로 균열은 펌프 토출 및 압축기 출구 라인의 나사산 조인트 고장의 주요 원인입니다. 이러한 응용 분야에는 소켓 용접 또는 용접 넥 플랜지가 더 적합합니다.
• 호환되지 않는 스레드 표준 사용 - 예를 들어 NPT 스레드 파이프를 BSP 스레드 플랜지와 결합하려고 시도합니다. NPT와 BSP는 나사산 각도(60° 대 55°)와 피치 값이 다릅니다. 누출 및 나사산 손상 가능성 없이는 교체할 수 없습니다.
• 플랜지 페이스 개스킷만으로 누출을 방지할 수 있다는 가정하에 스레드 실런트를 생략합니다. 개스킷은 파이프-플랜지 스레드 경로가 아닌 플랜지 표면 인터페이스를 밀봉합니다. 두 밀봉 지점 모두 독립적으로 처리되어야 합니다.
• 비용 절감을 위해 부식성 유체 서비스용 탄소강 나사형 플랜지를 선택합니다. 탄소강 스레드는 산성 또는 염화물 함유 유체에서 빠르게 부식되어 분해를 파괴하게 만드는 마모 및 고착을 유발합니다. 부식이 확실한 서비스 위험이 될 때마다 스테인리스강 또는 합금 등급을 지정해야 합니다.

스레드 플랜지를 올바르게 지정하기

완전한 나사형 플랜지 사양은 공칭 파이프 크기, 압력 등급, 직면 유형(올려진 면, 평면 또는 링 유형 조인트), 재료 등급, 나사 유형(NPT 또는 BSP) 및 적용 가능한 치수 표준을 정의해야 합니다. 스테인레스강 등급의 경우 유체의 염화물 함량과 온도를 기준으로 정확한 합금(304 대 316)을 지정하십시오. 304는 316이 안정적으로 작동하는 따뜻한 염화물 환경에서 응력 부식 균열에 취약하기 때문입니다. 호환성을 확인하려면 항상 플랜지 재료와 파이프 재료 및 공정 유체를 상호 참조하십시오. 나사산 조인트에서 서로 다른 금속 간의 갈바닉 부식은 공정 유체 자체의 화학적 공격만큼 해로울 수 있습니다.

스레드 플랜지를 정격 압력-온도 범위 내에서 적절한 유체 서비스 및 적절한 설치 기술과 함께 올바르게 사용하면 빠른 조립, 도구에 접근 가능한 유지 관리 및 입증된 누출 무결성이라는 진정한 가치를 제공합니다. 핵심은 용접된 대안이 구조적으로 더 우수한 애플리케이션에서 편리한 지름길로 기본값을 설정하는 것이 아니라 실제 서비스 요구에 연결 유형을 일치시키는 것입니다.