Flensa Tempa Leher Las Standar ANSI: Spesifikasi & Aplikasi

Sebuah Flensa tempa leher las standar ANSI adalah pilihan yang lebih disukai untuk aplikasi perpipaan yang menuntut karena sifatnya hub yang meruncing memberikan transisi tegangan yang mulus dari permukaan flensa ke dinding pipa, menghilangkan diskontinuitas mendadak yang menyebabkan turbulensi dan kegagalan kelelahan pada jenis flensa lainnya . Flensa dipasang ke pipa dengan las butt penetrasi penuh di ujung hub, sehingga menghasilkan sambungan yang sekuat pipa itu sendiri dan dapat diperiksa secara radiografi untuk memverifikasi integritas las. Fitur desain ini, dikombinasikan dengan orientasi aliran butir yang dicapai melalui proses penempaan, menjadikan flensa leher las satu-satunya jenis flensa yang diterima secara universal untuk layanan kritis tekanan tinggi, suhu tinggi, dan pemuatan siklik di industri perminyakan, petrokimia, dan pembangkit listrik. Jika ditentukan dalam standar ANSI—umumnya ASME B16.5 untuk ukuran pipa hingga 24 inci dan ASME B16.47 untuk diameter lebih besar—dimensi flensa, peringkat tekanan-suhu, dan persyaratan material sepenuhnya terstandarisasi, memastikan pertukaran dengan katup, alat kelengkapan, dan peralatan dari pabrikan mana pun di seluruh dunia.

Keuntungan Penempaan: Mengapa Aliran Butir Penting

Proses penempaan secara mendasar mengubah struktur internal baja sedemikian rupa sehingga pengecoran atau pemesinan dari pelat tidak dapat ditiru. Flensa yang ditempa dimulai sebagai billet baja—ingot cor atau cetakan yang terus-menerus dicor yang telah dikerjakan dengan panas untuk menutup porositas internal—dan dibentuk di bawah gaya tekan yang sangat besar di antara cetakan tempa. Deformasi ini memanjangkan inklusi non-logam dan batas butir searah aliran logam, sehingga menciptakan a pola aliran butir kontinyu yang mengikuti kontur flensa . Struktur butir yang selaras menahan perambatan retak yang tegak lurus terhadap tegangan yang diterapkan, sehingga memberikan ketahanan lelah dan ketangguhan benturan yang unggul pada flensa tempa dibandingkan dengan flensa cor atau potongan pelat yang orientasi butirnya acak atau tegak lurus terhadap arah tegangan primer.

Khusus untuk flensa leher las, proses penempaan dirancang sedemikian rupa sehingga garis aliran butir berjalan terus menerus dari flensa menghadap ke atas melalui hub tirus dan ke dalam bevel las. Ini berarti bahwa ketika flensa dilas ke pipa, aliran butiran di flensa dan di dalam pipa sejajar, sehingga menciptakan sambungan yang homogen secara metalurgi . Tidak adanya lapisan batas yang lemah—karakteristik struktur cor di mana zona dingin permukaan bertemu dengan zona butiran kolumnar—berarti tidak ada jalur keruntuhan yang disukai. Untuk layanan kritis seperti layanan hidrogen, pengolahan gas asam, atau uap suhu tinggi, struktur butiran kontinu ini penting untuk mencegah penggetasan dan keretakan yang dapat terjadi pada diskontinuitas mikrostruktur.

Kelas Tekanan dan Sistem Dimensi ANSI / ASME B16.5

Standar ANSI yang mengatur flensa leher las—sekarang diterbitkan oleh ASME sebagai ASME B16.5 —mengatur flensa ke dalam kelas tekanan yang menentukan tekanan kerja maksimum yang diijinkan pada suhu tertentu untuk material tertentu. Kelas tekanan standar untuk flensa leher las adalah 150, 300, 400, 600, 900, 1500, dan 2500. Nomor kelas bukanlah tekanan kerja dalam psi; itu adalah sebutan yang berkorelasi dengan tabel peringkat tekanan-suhu. Flensa Kelas 300 dalam baja karbon (ASTM A105) pada suhu sekitar memiliki batas tekanan kerja kira-kira 740 psi (51 bar) , sedangkan flensa yang sama pada 400°C (750°F) diturunkan hingga kira-kira 635 psi (44 bar). Pada ujung ekstrimnya, flensa Kelas 2500 dari baja paduan dapat menahan tekanan melebihi 6.000 psi pada suhu sekitar.

Karakteristik dimensi yang membedakan masing-masing kelas tekanan adalah ketebalan flensa, diameter hub pada alas, diameter lingkaran baut, serta jumlah dan ukuran lubang baut . Ketika kelas tekanan meningkat, dimensi ini meningkat untuk menangani beban mekanis yang lebih besar, meskipun ukuran pipa nominalnya tetap sama. Tabel di bawah mengilustrasikan skala dimensi utama dengan kelas tekanan untuk flensa leher las umum 4 inci (DN 100).

Lubang flensa leher las dikerjakan agar sesuai dengan ketebalan dinding pipa nominal dari pipa penghubung. Artinya, untuk ukuran pipa nominal tertentu, flensa dengan diameter lubang berbeda tersedia untuk menyesuaikan jadwal pipa standar, ekstra kuat (XS), dan ganda ekstra kuat (XXS). Toleransi lubang ditentukan dalam standar, dan bevel las di ujung hub dikerjakan dengan sudut 37,5 derajat dengan permukaan akar kira-kira 1,6 mm, sesuai ASME B16.25, untuk membuat alur V standar untuk sambungan las butt.

Kelas Bahan dan Amplop Suhu-Tekanannya

Bahan dari mana flensa leher las ditempa menentukan batas suhu dan tekanan dari komponen akhir dan ketahanannya terhadap mekanisme korosi tertentu. ASME B16.5 merujuk pada spesifikasi material ASTM, dan tabel peringkat tekanan-suhu disusun berdasarkan kelompok material. Pemilihan bahan merupakan keputusan berdasarkan suhu desain, tekanan desain, kimia fluida, dan potensi mekanisme perengkahan lingkungan seperti retak tegangan sulfida dalam layanan asam atau retak korosi tegangan klorida pada baja tahan karat austenitik yang terkena klorida panas.

Bahan tempa yang paling umum ditentukan untuk flensa leher las ANSI dan selubung aplikasi tipikalnya adalah:

• ASTM A105 (Baja Karbon): Bahan standar untuk layanan industri umum dari -29°C hingga 425°C (-20°F hingga 800°F). Tidak cocok untuk paparan berkepanjangan di atas 425°C karena grafitisasi, atau untuk suhu di bawah nol di bawah suhu transisi ulet ke getas tanpa pengujian benturan. Digunakan untuk layanan uap, air, minyak, dan hidrokarbon non-korosif. Ini adalah material flensa tempa yang paling umum dan ekonomis, mewakili sebagian besar flensa leher las yang dipasang dalam layanan non-korosif.
• ASTM A350 LF2 (Baja Karbon Suhu Rendah): Baja karbon dengan kimia terkontrol dan praktik butiran halus, Charpy diuji pada suhu -46°C (-50°F). Digunakan untuk sistem perpipaan yang beroperasi di iklim dingin dan dalam penanganan gas cair di mana A105 berisiko mengalami patah getas. Muka flensa biasanya dilengkapi dengan muka terangkat atau sambungan tipe cincin menghadap sesuai spesifikasi.
• ASTM A182 F304/F304L dan F316/F316L (Baja Tahan Karat Austenitik): Bahan standar untuk layanan kimia korosif, pemrosesan makanan, dan aplikasi farmasi. Nilai "L" (karbon rendah, karbon maksimum 0,03%) ditentukan untuk fabrikasi las dan untuk servis di atas 425°C di mana nilai yang tidak distabilkan rentan terhadap sensitisasi dan korosi antar butir. F316/F316L, dengan penambahan molibdenum 2-3%, memberikan peningkatan ketahanan terhadap korosi lubang di lingkungan yang mengandung klorida dibandingkan dengan F304.
• ASTM A182 F11 dan F22 (Baja Paduan Kromium-Molibdenum): Material pekerja keras untuk layanan suhu tinggi di kilang dan pembangkit listrik, dengan kadar 1,25% Cr-0,5% Mo (F11) dan 2,25% Cr-1% Mo (F22). Bahan-bahan ini mempertahankan kekuatan tariknya pada suhu hingga 600°C (1100°F) dan tahan terhadap serangan hidrogen dalam layanan hidrogen suhu tinggi bila digunakan dalam kurva Nelson untuk kadar paduan tertentu. Flensa pada unit pemrosesan hidro kilang yang beroperasi pada suhu 450°C dengan tekanan parsial hidrogen tinggi biasanya merupakan tempa F22.
• ASTM A182 F51 / F53 (Baja Tahan Karat Dupleks dan Super Dupleks): Digunakan dalam lingkungan minyak dan gas lepas pantai, penanganan air laut, dan proses kimia yang memerlukan kombinasi kekuatan tinggi dan ketahanan lubang klorida yang luar biasa. F53 (super duplex, 25% Cr) memiliki PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) di atas 40, memberikan kekebalan terhadap korosi celah air laut pada suhu sekitar.

Jenis Muka Flange dan Pemilihan Gasket

Permukaan flensa—geometri permukaan penyegelan pada permukaan flensa—dipilih berdasarkan kelas tekanan, karakteristik fluida, dan jenis paking. Standar ANSI mendefinisikan beberapa tipe yang dihadapi, masing-masing dengan domain aplikasi tertentu. Permukaan yang paling umum pada flensa leher las adalah:

Wajah Terangkat (RF)

Permukaan standar untuk flensa Kelas 150 dan 300, terdiri dari dataran tinggi kira-kira Tinggi 1,6 mm (1/16 inci) untuk Kelas 150 dan 300 dan tinggi 6,4 mm (1/4 inci) untuk Kelas 400 ke atas. Permukaan yang terangkat memusatkan beban baut ke area paking yang lebih kecil, sehingga meningkatkan tekanan kontak dan meningkatkan seal. Permukaan akhir dari permukaan yang ditinggikan ditentukan oleh standar sebagai a pola alur konsentris atau spiral bergerigi dengan kekasaran permukaan 3,2 hingga 6,3 µm Ra (125 hingga 250 mikroinci AA). Hasil akhir bergerigi ini menggigit bahan paking lembut dan mencegahnya keluar dari sambungan flensa di bawah tekanan.

Sambungan Tipe Cincin (RTJ)

Permukaan standar untuk flensa tekanan tinggi dari Kelas 600 hingga Kelas 2500 dalam layanan kritis. Muka flensa memiliki alur mesin presisi yang menerima paking cincin logam padat—biasanya berbentuk oval atau segi delapan—terbuat dari bahan yang lebih lembut daripada bahan flensa. Saat baut dikencangkan, paking cincin berubah bentuk secara plastis menjadi alur, sehingga menimbulkan a segel logam-ke-logam yang mampu menahan tekanan melebihi 10.000 psi dan suhu melebihi 500°C . Gasket RTJ adalah satu-satunya jenis gasket yang diterima untuk layanan uap bertekanan tinggi, air umpan boiler, dan hidrokarbon di mana ledakan gasket akan menimbulkan konsekuensi bencana. Bahan paking cincin standar adalah besi lunak (untuk flensa baja karbon), baja tahan karat 304 atau 316, dan berbagai paduan nikel untuk layanan korosif dan suhu tinggi.

Wajah Datar (FF)

Digunakan terutama untuk flensa besi cor Kelas 125 dan untuk sambungan ke nozel peralatan bermuka datar di mana flensa muka yang terangkat akan membengkokkan dan memecahkan flensa besi cor yang berpasangan ketika baut dikencangkan. Gasket seluruh muka, memanjang hingga ke lingkaran baut, digunakan dengan flensa muka datar untuk mendistribusikan beban baut secara merata ke seluruh area muka.

Prosedur Pengelasan Butt dan Kontrol Zona yang Terkena Dampak Panas

Pemasangan flensa leher las pada pipa memerlukan a las butt alur V tunggal dengan penetrasi penuh yang menghubungkan bevel mesin di ujung hub flensa ke bevel yang cocok di ujung pipa. Pengelasan biasanya dilakukan menggunakan proses las busur tungsten gas (GTAW) untuk lintasan akar guna memastikan penetrasi sempurna dan permukaan akar yang bersih dan bebas oksida, diikuti dengan pengelasan busur logam berpelindung (SMAW) atau pengelasan busur berinti fluks (FCAW) untuk lintasan pengisian dan penutup. Spesifikasi prosedur pengelasan (WPS) harus memenuhi syarat sesuai ASME Bagian IX, dan tukang las harus memenuhi syarat untuk material, ketebalan, dan posisi tertentu.

Pertimbangan pengelasan yang penting untuk flensa leher las adalah kontrol zona yang terkena dampak panas (HAZ) di hub flensa . Hub flensa di dekat pengelasan mengalami siklus termal kompleks yang dapat mengubah struktur mikronya, menyebabkan tegangan sisa, dan, untuk baja paduan tertentu, menciptakan zona martensit yang keras dan rapuh jika laju pendinginan terlalu cepat. Untuk flensa baja paduan kromium-molibdenum (ASTM A182 F11, F22), pemanasan awal hingga 200°C hingga 300°C (400°F hingga 575°F) adalah wajib sebelum pengelasan untuk memperlambat laju pendinginan dan mencegah pembentukan martensit, dan perlakuan panas pasca pengelasan (PWHT) pada 675°C hingga 730°C (1250°F hingga 1350°F) selama satu jam per 25 mm ketebalan las diperlukan untuk meredam HAZ, menghilangkan tegangan sisa, dan mengembalikan ketangguhan patah material. PWHT rakitan pipa flensa yang dilas dilakukan pada pengelasan yang telah selesai, dan kekerasan HAZ diverifikasi dengan pengujian kekerasan portabel sesuai ASTM E110 untuk memastikan bahwa kekerasan berada di bawah maksimum yang ditentukan—biasanya 225 HBW untuk P-No. 4 dan P-No. Baja paduan 5A dalam layanan kilang.

Inspeksi, Pengujian, dan Dokumentasi Mutu

Flensa leher las yang diproduksi sesuai standar ANSI dilengkapi dengan serangkaian dokumen kualitas wajib dan opsional yang memverifikasi kepatuhannya terhadap spesifikasi material dan dimensi. Itu Laporan Uji Material (MTR) atau sertifikat pabrik adalah dokumen utama, yang menyatakan nomor panas penempaan, komposisi kimianya, kekuatan tariknya, kekuatan luluhnya, perpanjangan, dan pengurangan luas dari uji tarik, dan kekerasannya. Untuk flensa baja karbon suhu rendah (A350 LF2), MTR juga menyertakan hasil uji impak Charpy V-notch pada suhu pengujian yang ditentukan. Untuk flensa baja tahan karat, MTR menyertakan hasil uji korosi antar butir bila ditentukan. MTR harus dapat ditelusuri ke flensa dengan nomor panas, yang tertera di pinggiran flensa bersama dengan tingkat material, kelas tekanan, ukuran pipa nominal, dan tanda identifikasi pabrikan sesuai dengan persyaratan penandaan ASME B16.5.

Pemeriksaan non-destruktif pada flensa yang sudah jadi meliputi inspeksi visual pada permukaan mesin, permukaan, dan bevel las untuk lap, jahitan, retakan, dan diskontinuitas permukaan lainnya sesuai MSS SP-55. Untuk flensa layanan kritis, NDE tambahan ditentukan: pemeriksaan penetran cair (PT) atau pemeriksaan partikel magnetik (MT) pada permukaan flensa, transisi hub-ke-muka, dan bevel las sesuai ASME B16.5 paragraf 8.3; dan pemeriksaan ultrasonik (UT) seluruh volume penempaan sesuai ASTM A388 atau spesifikasi penempaan ASTM yang berlaku untuk mendeteksi cacat internal seperti inklusi, rongga, atau laminasi. Kriteria penerimaan untuk pemeriksaan ini ditentukan oleh standar penempaan ASTM yang berlaku dan persyaratan tambahan pembeli.

Torsi Baut, Kompresi Gasket, dan Perakitan Bebas Bocor

Perakitan sambungan flensa leher las ANSI memerlukan: pengencangan baut yang terkontrol hingga torsi atau tegangan baut tertentu untuk mencapai kompresi gasket yang diperlukan agar seal bebas bocor tanpa memberi tekanan berlebih pada flensa, baut, atau gasket. Baut dikencangkan dalam urutan pola silang—juga disebut pola bintang—setidaknya dalam tiga kali peningkatan torsi: 30%, 60%, dan 100% dari torsi target. Pengencangan progresif ini memastikan bahwa paking dikompresi secara merata dan mencegah flensa miring, yang akan menciptakan celah berbentuk baji yang tidak dapat diisi oleh paking.

Torsi target baut dihitung dari tegangan dudukan gasket, luas kontak gasket, kekuatan luluh material baut, dan koefisien gesekan ulir baut dan permukaan bantalan mur. Tegangan baut target biasanya 40% hingga 70% kekuatan luluh material baut untuk gasket standar, dengan kisaran harga paling bawah digunakan untuk gasket lunak seperti serat terkompresi atau PTFE dan harga tertinggi untuk gasket logam dan spiral. Pelumasan ulir baut dan permukaan bantalan mur dengan senyawa anti kejang bertekanan tinggi sangat penting untuk mencapai hubungan yang konsisten antara torsi dan tegangan baut; ulir yang tidak dilumasi dapat mengonsumsi 50% atau lebih torsi yang diterapkan dalam gesekan, sehingga menghasilkan beban awal baut yang jauh lebih rendah daripada nilai yang dihitung. Untuk sambungan flensa kritis dalam perpipaan proses ASME B31.3, prosedur pengencangan baut merupakan bagian terdokumentasi dari proses jaminan kualitas, dan nilai torsi baut dicatat pada laporan integritas sambungan flensa.