フランジ付き管継手とユニオン管継手: システムに適切な接続を選択する方法

産業用配管システムでは、すべての接続ポイントの完全性がネットワーク全体の安全性と効率性を決定します。エンジニアや請負業者が利用できる多くの接続方法の中で、フランジ付きパイプ継手とパイプ継手のユニオンは、最も広く指定されている 2 つのソリューションとして際立っています。それぞれが明確な機能的目的を果たしており、それらがどのように機能するか、どこで優れているか、そしてそれらを正しく選択する方法を理解することは、石油やガスから水処理、化学処理に至るまでの業界全体で信頼性の高いパイプライン システムを設計するための基礎となります。

フランジ付き管継手とは

フランジ付き管継手 は、突き出た平らな縁 (フランジ) を使用してパイプ、バルブ、ポンプ、および機器を結合する機械部品です。 2 つの合わせフランジは、ボルトと面の間に配置されたガスケットを使用して一緒に締め付けられ、密閉された耐圧ジョイントを形成します。このボルト締めアセンブリは、パイプの端を損傷することなく何度でも分解および再組み立てができるため、検査、清掃、または機器の交換のために定期的にアクセスする必要がある場合には、フランジ接続が好ましい選択肢となります。

フランジ付き継手の設計は、アプリケーションの特定の圧力、温度、流体特性に対応する必要があります。フランジ面は正確な公差に合わせて機械加工されているため、ガスケットはボルト荷重下で均等に圧縮され、熱サイクルや機械的振動下でも漏れを防ぎます。使用条件や使用するガスケット材質に応じて、面上げ面、平面、リング形ジョイント、さね溝形などのさまざまな面タイプが選択されます。

フランジ付き管継手の一般的なタイプ

フランジ付きパイプ継手は、さまざまな接続形状や設置要件に対応するために、幅広い構成で利用できます。最も頻繁に指定されるタイプは次のとおりです。

• ウェルドネックフランジ: パイプに突合せ溶接された長いテーパーハブが特徴です。段階的な移行により応力が均等に分散されるため、このタイプは耐疲労性が重要な高圧および高温での使用に最適です。
• スリップオン フランジ: パイプの上にスライドさせて内側と外側の両方をすみ肉溶接します。溶接ネックタイプよりも設置時の位置合わせが容易でコストも低いため、中圧力の用途に適しています。
• ブラインド フランジ: パイプまたはノズルの端を閉じるために使用される固体ディスク。これらは一般に、テストまたは将来の拡張のためにシステムのセクションを分離するために使用されます。
• ソケット溶接フランジ: 溶接する前に、パイプを凹型ソケットに受け入れます。これらは滑らかなボアを提供し、通常はより小さな直径の高圧システムで使用されます。
• ネジ付きフランジ: 雌ねじでパイプに接続するため、溶接の必要がありません。これらは、特定の危険な環境または可燃性の環境など、溶接が非現実的または禁止されている場所で使用されます。
• ラップジョイントフランジ: スタブエンドで使用され、パイプの周りを自由に回転するように設計されており、頻繁に分解が必要なシステムでのボルト穴の位置合わせが簡素化されます。

材質と圧力定格

フランジ付きパイプ継手の材料の選択は、動作環境、輸送される流体またはガス、およびシステムの機械的要求によって決まります。最も一般的な材料には炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼があり、それぞれが異なる性能特性を備えています。

フランジ付きパイプ継手の圧力定格は ASME B16.5 および ASME B16.47 で標準化されており、150、300、400、600、900、1500、2500 の 7 つの圧力クラスをカバーしています。各クラスは、特定の材料グループの所定の温度における最大許容使用圧力を定義します。正しい圧力クラスを選択することは、単にシステムの動作圧力に適合させるだけの問題ではありません。エンジニアは、圧力サージ、温度ディレーティング、および将来の動作変更を考慮して、設置の耐用年数全体にわたって適切な安全マージンを確保する必要があります。

管継手のユニオンについて

大口径および高圧用途ではフランジ付き接続が主流ですが、フルフランジアセンブリのスペースやコストのオーバーヘッドなしに、頻繁に分解する必要がある小口径システムでは、パイプ継手のユニオンが重要な役割を果たします。ユニオン継手は、パイプの端に恒久的に取り付けられる 2 つのエンド コネクタと、2 つのコネクタを互いに引き寄せて密閉ジョイントを形成する中央ナットの 3 つの部分で構成されます。

パイプ継手のユニオンの決定的な利点は、配管の残りの部分を妨げることなく、接続全体を数秒で切断して再作成できることです。これは、ポンプ、メーター、ストレーナー、その他のインライン機器を保守のために定期的に取り外す必要がある、メンテナンス集約型のシステムでは非常に役立ちます。組み立てる際にパイプ自体を回転させる必要があるカップリングやねじ継手とは異なり、ユニオンを使用すると、中央のナットを締めるだけで 2 つの固定パイプ端を結合できます。これは、混雑した機械スペースにおいて実用上大きな利点となります。

ユニオン継手の種類

ユニオン継手は、さまざまな接続方法や材質に合わせていくつかの構成で製造されています。

• ねじ山付きユニオン: 最も一般的なタイプで、エンドコネクタがパイプにねじ込まれています。給水、圧縮空気、低圧流体システムで広く使用されています。
• ソケット溶接ユニオン: エンドコネクタは高圧および高温の用途に備えてパイプに溶接されていますが、ジョイント自体はユニオンナットを介して取り外すことができます。
• 突合せ溶接ユニオン: 高純度または高圧システムで使用され、両端の完全溶け込み溶接により最大の接合部の完全性が実現されます。

ユニオン継手のシール面は通常、流体と圧力定格に応じて、金属対金属の接地シート、または PTFE、ゴム、またはその他のガスケット材料を使用したソフトシートです。 PTFE シートを備えたステンレス鋼ユニオン継手は化学および製薬用途では標準ですが、真鍮または炭素鋼のねじ付きユニオンは公共サービスや HVAC システムで一般的です。

フランジ継手とユニオン継手: 適切な接続の選択

フランジ付きパイプ継手とパイプ継手のユニオンはどちらも取り外し可能な接続ですが、異なる運用規模と条件に対応します。どちらを選択するかは、パイプの直径、圧力クラス、メンテナンスの頻度、利用可能な設置スペースによって決まります。

• DN50 (2 インチ) を超えるパイプ直径と 150 を超える圧力クラスの場合、優れた荷重分散と十分に確立された漏れ試験プロトコルにより、フランジ接続がほぼ普遍的に好まれます。
• より小さな直径のユーティリティラインやプロセスライン、特にスペースの制約によりボルト締めフランジが実用的でない場合、パイプ継手のユニオンは、はるかにコンパクトな形状で同じメンテナンス性の利点をもたらします。
• プラントの停止中にパイプラインの完全な分解が必要なシステムでは、ユニオンを使用するとセクションを迅速に分解できるため、メンテナンスのダウンタイムが大幅に短縮されます。
• 長期的な耐食性や高温性能が重要な場合、合金またはステンレス鋼のフランジ付きパイプ継手は、追跡可能な材料認証を備えた、より工学的に設計されたソリューションを提供します。

品質基準と設置上の考慮事項

重要な用途で使用されるフランジ付きパイプ継手とパイプ継手のユニオンの両方において、精密エンジニアリングと国際規格への準拠は交渉の余地がありません。フランジ継手は ASME B16.5、EN 1092-1、DIN 2501 などの規格に従って製造およびテストされていますが、ユニオン継手はソケット溶接タイプおよびねじ込みタイプに関して ASME B16.11 に従います。 ASTM または EN 規格に準拠した材料認証と、圧力試験および寸法検査レポートを組み合わせることで、規制産業に必要なトレーサビリティが提供されます。

取り付け中は、ガスケットが均等に圧縮されるように、フランジ ボルトをクロスパターンの順序で締める必要があります。トルク値は、推定ではなく、ボルトの材質、ガスケットの種類、ターゲットのボルト応力に基づいて計算する必要があります。ユニオン継手の場合、ユニオンナットを締めすぎると着座面を傷つけ漏れの原因となり、締めすぎるとシール力が不足します。どちらの接続タイプでも、組み立て前に合わせ面がきれいで損傷がなく、正しい寸法であることを確認するための取り付け前検査が役立ちます。最初から正しい設置方法に投資することで、現場で見られる早期の接続障害の大部分を排除できます。