ねじ込み管フランジとは何ですか?またその仕組みは何ですか?

ねじ込み管フランジとは何ですか?

ねじ付き管フランジ (ねじ込みフランジとも呼ばれます) は、溶接や機械的圧縮ではなく、フランジの穴に機械加工された雌ねじを使用して管に接続する管フランジの一種です。パイプの雄ネジはフランジ ハブ内の雌ネジと直接噛み合い、標準的な手動工具を使用して組み立ておよび分解できる機械的に安全な接続を形成します。この設計により、現場での溶接設備、認定溶接工、または熱許可が不要になるため、裸火や高温が安全性やコンプライアンスのリスクを引き起こす環境では、ねじ付きフランジが特に価値があります。

ねじ付きフランジは、ASME B16.5、ASME B16.47、DIN 規格などの国際規格に従って製造されており、幅広い圧力クラス (最も一般的なのはクラス 150、300、600、および 900) で利用できます。これらは、腐食性または高温の使用条件に適するように、炭素鋼、ステンレス鋼 (304、316)、合金鋼、および二相鋼グレードで製造されています。公称パイプサイズは通常、1/2 インチから 4 インチの範囲であり、圧力下で構造的完全性を維持しながらより大きな直径のパイプをねじ込む際の実際的な制限を反映しています。

ネジ接続の仕組み

背後にある機械原理 ねじ付きフランジ 接続は簡単です。パイプの端は、テーパーまたは平行の雄ねじで切断されます。北米の用途では NPT (National Pipe Taper)、多くの国際システムでは BSP (British Standard Pipe) になります。フランジの穴には適合する雌ねじが機械加工されています。パイプをフランジにねじ込むと、ねじの噛み合いによって摩擦ロックジョイントが形成され、通常の動作条件下では軸方向の引き抜きに抵抗します。

テーパー付き NPT ねじが最も広く使用されています。その理由は、テーパー (ねじ山 1 インチあたり 1/16 インチ) により、ねじが締められるとねじ山が互いに食い込み、ねじ山の側面が徐々に圧縮され、流体漏れのための空隙経路が減少するためです。シールをさらに確実にするために、PTFE テープや嫌気性パイプドープなどのねじシーラント化合物を組み立て前におねじに塗布します。これらの化合物は、ねじ山と根元の間の微細な隙間を埋め、ねじ山のらせんに沿った液体とガスの移動をブロックします。ガスケットを取り付けてフランジ面を相手フランジにボルトで固定すると、接続全体 (パイプとフランジのねじ継手とボルトで締められたフランジとフランジの面シール) が、漏れに対する 2 段階のバリアを形成します。

ネジ接続により、迅速な設置と分解が可能になり、メンテナンス チームが特殊な機器を使用せずにシステムのトラブルシューティングやアップグレードを行えるようになり、化学処理、石油とガスの流通、医薬品生産などの重要な業務のダウンタイムが削減されます。メンテナンス技術者は、フランジ面のボルトを外し、パイプのネジを緩めることによって、フランジ付きのバルブ、ストレーナ、または計器接続を取り外すことができます。このプロセスは、固定接続を切断して再溶接するのに数時間かかるのではなく、通常は数分で完了します。

ねじ付きフランジと他のタイプのフランジの比較

より広範なフランジ タイプの中でねじ付きフランジがどこに適合するかを理解することは、ねじ付きフランジをいつ指定するか、また、いつ代替品がより適切であるかを明確にするのに役立ちます。以下の表は、主要な選択基準全体で最も一般的なフランジ接続方法を比較しています。

ねじ付きフランジは特定のニッチを占めます。溶接が非現実的または禁止されている場合、およびパイプのサイズと圧力クラスが設計範囲内に収まる場合に優れています。これらは、高圧または繰り返し負荷の用途におけるウェルドネックまたはソケット溶接フランジの汎用的な代替品ではなく、定格限界に近い使用条件にこれらを指定する場合には、技術的な判断が必要です。

ねじ付きフランジが最も一般的に使用される場所

ねじ付きフランジは、高温または高圧の流体を運ぶ主要なプロセス ラインではなく、ユーティリティ配管、計装、補助システムなど、さまざまな業界で使用されています。最も頻繁に使用されるアプリケーションは次のとおりです。

• 石油およびガス施設における計器のタップと圧力計の接続。小口径のねじ付きフランジにより、メインフローラインを中断することなく、校正のために計器を分離および取り外しできます。
• 製造工場における水と圧縮空気の分配システム。低から中程度の動作圧力によりねじ接続が安全になり、再構成が頻繁に必要になるため、溶接のない組み立てが非常に実用的になります。
• 火災や爆発の危険性により火気厳禁の許可が必要となる化学処理工場や、ねじ付きフランジにより、溶接承認を遅らせることなく制限エリアでの配管の変更が可能になります。
• ステンレス鋼のネジ付きフランジが、蒸気、注射用水、またはプロセスガスを供給する小径ユーティリティラインに衛生的で洗浄可能な接続を提供する医薬品および食品グレードのシステム。
• 遠隔または一時的な設置 - パイプラインスキッド、モジュラープロセスユニット、フィールド計装パネル - 機器をオフサイトで組み立て、設置場所で迅速に試運転する必要がある場合。

圧力と温度の定格: 知っておくべきこと

ねじ付きフランジには、フランジ本体自体について ASME B16.5 によって定義された圧力温度定格が適用されますが、ねじ付き継手により、溶接接続には存在しない追加の構造変数が導入されます。ねじの係合長さとねじ部分のパイプの壁の厚さは両方とも、内圧と曲げ荷重に耐えるジョイントの能力に影響します。このため、ASME B31.3 (プロセス配管規格) は、特定の圧力閾値を超える可燃性流体を輸送するシステムや、厳しい周期条件にさらされるラインなど、特定の高重大度のサービスでのねじ継手の使用を制限しています。

実際には、ねじ付きフランジは、中温での使用におけるクラス 150 およびクラス 300 の用途に適しています。圧力クラスと温度が上昇するにつれて、溶接接続によってねじ山根の応力集中が排除され、パイプとフランジの間に連続した金属経路が提供されるため、溶接ネックまたはソケット溶接フランジが推奨される選択肢になります。エンジニアは、ネジ付きフランジの仕様を最終決定する前に、該当する配管規格と流体サービス分類 (ASME B31.3 に基づく標準、カテゴリ D、またはカテゴリ M) を常に参照する必要があります。

ねじ付きフランジの取り付けガイドライン

漏れのない、長期間使用できるねじ付きフランジ接続を実現するには、正しい取り付けが不可欠です。以下の実践は、ほとんどの工業用ねじ付きフランジ アセンブリに適用され、メーカーの推奨事項と現場での経験の両方を反映しています。

ネジの準備とシーラントの塗布

組み立て前に、パイプのねじ山とフランジの穴のねじ山にバリ、横ねじ、またはねじ山側面の損傷がないか検査してください。ねじ山の損傷が軽度であっても、完全にかみ合うことができず、漏れ経路が生じる可能性があります。ワイヤーブラシでネジ山を清掃し、適切なネジ山シーラントを塗布します。一般的なサービスの場合は PTFE テープ、高圧および高温の場合は嫌気性ネジ山コンパウンドを使用します。 PTFE テープを時計回りに (パイプの端から見て) 巻き付け、フランジをねじ込むときにテープが緩むのではなく締めるようにします。少なくとも 2 ～ 3 回巻き付けます。2 番目の糸から始めて、各パスをテープ幅の約半分だけ重ねます。

組み立てとトルク

工具のトルクを加える前に、フランジを手で動かしてネジのかみ合いを確認します。 NPT ねじは最初の 2 ～ 3 回転までスムーズにかみ合うはずです。すぐに現れる抵抗は、位置ずれまたはねじ山の交差を示唆しています。パイプ レンチまたはストラップ レンチを使用して、フランジ面がボルト穴の位置に合わせて正しい向きになり、ねじのかみ合いがパイプ サイズに指定された最小回転数を満たすまで、一定のトルクを加えてフランジを締めます。ボルト穴の位置を変更しようとして締めすぎないでください。位置合わせが重要な場合は、ネジ接続を最適な係合点を超えて無理に行うのではなく、スイベル リング フランジなど、自由に回転できるフランジを使用してください。

よくある間違いとその回避方法

産業用配管システムで観察されるねじ付きフランジの故障や漏れ事故の大部分は、いくつかの繰り返し発生するエラーによって引き起こされます。設計と設置の段階でこれらの問題を認識しておくことで、コストのかかるやり直しや計画外のシャットダウンを防ぐことができます。

• 高振動用途では、ねじ山根元の疲労を考慮せずにねじ付きフランジを指定します。振動による緩みやねじ山疲労亀裂は、ポンプ吐出ラインやコンプレッサー出口ラインのねじ継手の故障の主な原因です。このような用途には、ソケット溶接または溶接ネック フランジの方が適しています。
• 互換性のないねじ規格を使用する — たとえば、NPT ねじ付きパイプを BSP ねじ付きフランジと嵌合しようとします。 NPT と BSP はねじ山の角度 (60° 対 55°) とピッチ値が異なります。漏れやねじ山損傷の可能性なしに交換することはできません。
• フランジ面ガスケットのみで漏れを防止することを想定し、ねじシール剤を省略しています。ガスケットは、パイプからフランジまでのねじ経路ではなく、フランジ面の境界面をシールします。両方のシール ポイントに個別に対処する必要があります。
• コストを削減するために、腐食性流体のサービスには炭素鋼のねじ付きフランジを選択します。炭素鋼のねじ山は、酸性または塩化物を含む流体中で急速に腐食し、かじりや焼付きを引き起こし、分解が破壊的になります。腐食が確実なサービスリスクとなる場合は常に、ステンレス鋼または合金のグレードを指定する必要があります。

ねじ付きフランジを正しく指定する

完全なねじ付きフランジの仕様では、公称パイプ サイズ、圧力クラス、フェーシング タイプ (平面、平面、またはリング タイプ ジョイント)、材料グレード、ねじタイプ (NPT または BSP)、および該当する寸法標準を定義する必要があります。ステンレス鋼グレードの場合、流体の塩化物含有量と温度に基づいて正確な合金 (304 対 316) を指定します。304 は、316 が確実に機能する暖かい塩化物環境では応力腐食割れを起こしやすいためです。互換性を確認するために、フランジの材質とパイプの材質およびプロセス流体を常に相互参照してください。ねじ継手での異種金属間の電気腐食は、プロセス流体自体からの化学攻撃と同じくらい有害となる可能性があります。

ねじ付きフランジが、定格圧力温度範囲内で、適切な流体サービスで、適切な取り付け技術で正しく使用されると、迅速な組み立て、工具でアクセスできるメンテナンス、実証済みの漏れの完全性などの真の価値が提供されます。重要なのは、接続タイプを実際のサービスの要求に合わせることであり、溶接された代替手段の方が構造的に優れているアプリケーションで便利なショートカットとしてデフォルトで接続するのではありません。