炭素鋼フランジとその寸法のガイド

正しいフランジ サイズを特定することは、配管システムの設計、メンテナンス、調達において最も重要な作業の 1 つです。フランジの寸法が一致しないと、漏れ、システム障害、およびコストのかかるダウンタイムが発生する可能性があります。炭素鋼フランジは、その強度、手頃な価格、多用途性により、工業用配管で最も広く使用されていますが、サイズ、圧力クラス、面タイプが広範囲にわたるため、取り付けや交換の前に正確に識別する必要があります。このガイドでは、測定すべき主要な寸法やそれらを管理する規格など、炭素鋼フランジのフランジ サイズを知る方法について知っておくべきことをすべて説明します。

炭素鋼フランジのサイズは何によって定義されますか?

フランジの「サイズ」は単一の測定値ではなく、2 つのフランジに互換性があり、特定のサービスに適しているかどうかを定義するいくつかの寸法パラメータの組み合わせです。 ASME B16.5 および ASME B16.47 規格に従って製造された炭素鋼フランジは工業用配管で最も一般的であり、その寸法はこれらの文書内で正確に指定されています。

炭素鋼フランジの主な寸法識別子には、公称パイプ サイズ (NPS)、圧力クラス定格、ボルト円直径、ボルト穴の数と直径、フランジの外径、フランジの厚さ、およびボア直径が含まれます。これらの各パラメータとそれらがどのように相互作用するかを理解することは、現場または工学設計中にフランジを正確に識別するために不可欠です。

公称パイプサイズ: フランジ識別の出発点

公称パイプ サイズ (NPS) は、炭素鋼フランジを説明するために使用される最初で最も基本的な寸法です。 NPS は標準化された名称であり、フランジ自体の物理的な測定値に直接対応するものではないことを理解することが重要です。 14 インチ以上のパイプ サイズの場合、NPS はインチ単位のパイプの外径と等しくなりますが、14 インチ未満のサイズの場合、NPS は公称参照値にすぎません。

NPS を決定するには 炭素鋼フランジ 文書が入手できない場合、最も信頼できる方法は、フランジの外径を測定し、その測定値を標準フランジ寸法表と照合することです。各 NPS と圧力クラスの組み合わせにより特定の外径が得られるため、測定値を表と照合することで公称サイズを確認できます。たとえば、NPS 4 クラス 150 フランジの外径は 9.00 インチですが、NPS 4 クラス 300 フランジの寸法は 10.75 インチです。これは、同じ公称パイプ サイズであっても、圧力クラスがフランジの物理的サイズに大きく影響することを示しています。

キーフランジの寸法を正確に測定する方法

フランジがすでに取り付けられているか、文書から削除されている場合、フランジのサイズを知る唯一の信頼できる方法は物理的な測定です。精度を高めるには、校正済みのノギスまたは外側のマイクロメーターを使用してください。次の測定を系統的に行う必要があります。

外径 (OD)

中心を通り、一方の外縁から反対側の外縁までフランジの全面にわたって測定します。フランジ外径です。この値をインチまたはミリメートルで記録し、参照標準テーブルと比較します。多くの場合、この 1 つの測定値と、以下で説明するボルト穴の数を組み合わせることで、NPS とクラスを 1 つまたは 2 つの可能性まで絞り込むのに十分です。

ボルト円直径 (BCD)

ボルト円直径は、各ボルト穴の中心を通過する仮想円の直径です。測定するには、1 つのボルト穴の中心から真反対のボルト穴の中心までを測定します。穴が直接向かい合っていない場合 (ボルト穴の数が奇数の場合に発生します)、1 つの穴の中心からフランジを横切る 2 つの隣接する穴の間の中点までを測定し、幾何学的補正を適用します。 BCD は、ボルト穴の数と直径と組み合わせることで、信頼性の高い識別子になります。

ボルト穴の数と直径

フランジ面の周囲のボルト穴の総数を数えます。各 NPS と圧力クラスの組み合わせには、指定された数のボルト穴があります。次に、内部キャリパーを使用して 1 つのボルト穴の直径を測定します。これら 2 つの値を組み合わせると、識別範囲が大幅に狭まります。たとえば、NPS 6 クラス 150 フランジには直径 0.88 インチのボルト穴が 8 つありますが、NPS 6 クラス 300 には直径 0.88 インチのボルト穴が 12 つあり、穴の直径は同じですが数が異なるため、この 2 つは明確に区別されます。

穴径

ボアはパイプが接続される内側の開口部です。フランジ面の穴の内径を測定します。この寸法は、パイプ スケジュールの互換性を確認するのに役立ちます。たとえば、炭素鋼の溶接ネック フランジには接続パイプの内径に一致する穴があり、接続パイプの内径はスケジュール (肉厚) によって異なります。これは、面一で漏れのない溶接を確保するためにボアがパイプと正確に一致する必要がある溶接ネック フランジの場合に特に重要です。

炭素鋼フランジ寸法対照表

次の表に、ASME B16.5 クラス 150 に基づく一般的な炭素鋼フランジの主な寸法を示します。ASME B16.5 クラス 150 は、一般的な工業用配管で最も頻繁に使用される圧力クラスです。

圧力クラス: フランジの物理的なサイズが変化する理由

ASME B16.5 に基づく炭素鋼フランジは、150、300、600、900、1500、2500 の 7 つの圧力クラスで製造されます。圧力クラスはすべてのフランジの目に見える場所に刻印されていないため、マーキングが磨耗しているかどうかを識別するためには、圧力クラスが寸法にどのような影響を与えるかを知ることが重要です。

圧力クラスが増加すると、同じ NPS でもフランジが物理的に大きくなり、重くなります。外径が大きくなり、フランジの厚さが増加し、必要とされるより高いクランプ力を分散するためにボルト穴の数も増加する場合があります。たとえば、NPS 4 クラス 150 フランジの重量は約 7.5 ポンドですが、同じ炭素鋼材料の NPS 4 クラス 2500 フランジの重量は 50 ポンドを超えます。未確認のフランジを使用していて、その内径の割に異常に厚いまたは重いと思われる場合は、より高い圧力クラスを疑い、クラス固有の寸法表に対して注意深く測定して確認する必要があります。

フランジ面のタイプとそれらがサイズ設定に及ぼす影響

寸法パラメータのほかに、炭素鋼フランジの面のタイプも互換性に関する重要な要素です。最も一般的な顔のタイプは次のとおりです。

• レイズドフェイス (RF): 最も一般的なタイプで、ガスケットが着座するボアの周囲の盛り上がった円形領域が特徴です。盛り上がった面には特定の高さ (クラス 150 および 300 では 1/16 インチ、クラス 600 以上では 1/4 インチ) があり、これを対面配管の寸法で考慮する必要があります。
• フラットフェイス (FF): フランジ面全体は面一であり、隆起部はありません。鋳鉄またはダクタイル鋳鉄のフランジと嵌合する際に使用し、不均等荷重による亀裂を防止します。ボルト穴と外径の寸法は、同じ NPS およびクラスの RF と同じままです。
• リングタイプジョイント（RTJ）： 金属リングガスケットを受け入れるフェース上の機械加工された溝が特徴です。高圧、高温の用途で使用されます。確実にシールするには、溝の寸法をリング ガスケットと正確に一致させる必要があります。
• タングアンドグルーブ (T&G): 嵌合フランジの片面には盛り上がったリング (舌) があり、もう一方の面には対応するくぼみ (溝) があります。これらは常にペアにする必要があり、平面フランジまたは平面フランジとはかん合できません。

交換または嵌合の目的でフランジを特定する場合は、交換を注文する前に必ず面のタイプを目視で検査してください。調整せずに平面または RTJ システムに対して凸面フランジを取り付けると、他の寸法の精度に関係なく、シール不良が発生します。

フランジのマーキングとヒートスタンプの読み取り

ASME 規格に従って製造されたほとんどの炭素鋼フランジには、フランジ ハブの外縁または表面に刻印または浮き彫りのマークが付いています。これらのマークの読み方を学ぶことは、物理的な測定を行わずにフランジのサイズを知る最も早い方法です。一般的なマーキング シーケンスは次の形式に従います。

• 材料グレード: 炭素鋼フランジの場合、一般的な名称には A105 (高温使用用) および A350 LF2 (低温使用用) が含まれます。これはマーキング文字列の最初に現れます。
• 圧力クラス: メーカーの規約により「CL150」「300#」などと表記されます。
• NPS: 公称パイプ サイズ。通常は「4」や「6」などの単純な数字で指定されます。
• 標準: 「B16.5」や「ASME B16.47 シリーズ A」などの管理規格への参照。
• ヒート番号: フランジを材料試験レポート (MTR) にリンクするトレーサビリティ コード。圧力容器や重要なサービス用途にとって重要です。

マーキングが塗装、腐食、または機械的損傷によって部分的に隠れている場合は、スタンプを読み取る前に、ワイヤ ブラシまたは溶剤でフランジ表面を清掃してください。マーキングが完全に判読できない場合は、全寸法測定と硬度試験または PMI (陽性材料識別) による材料検証を組み合わせることが適切な手順です。

炭素鋼フランジのサイズを特定する際のよくある間違い

経験豊富な配管エンジニアやメンテナンス担当者でも、時間の制約を受けるとフランジ サイズを特定する際に間違いを犯します。最もよくある間違いには、ボア直径が NPS と等しいと仮定することが含まれますが、これは 14 インチ未満のパイプ サイズでは正しくありません。もう 1 つのよくあるエラーは、圧力クラスを確認せずに外径だけでフランジを一致させることです。2 つのフランジは外径が同じであっても、ボルト円直径が異なる異なる圧力クラスに属しており、互換性がありません。ボルトのサイズではなくボルト穴の直径を測定することも混乱の原因です。ボルト穴は位置合わせを考慮して常にボルトの直径よりわずかに大きくなっているため、0.88 インチのボルト穴には 7/8 インチのボルトではなく 3/4 インチのボルトが受け入れられます。穴の直径だけでなく、実際のボルト仕様を規格から確認することで、再組み立て時に正しい留め具が使用されることが保証されます。