Flange slip-on: guida completa ad applicazioni e vantaggi

Le flange slip-on sono componenti importanti in molti settori: sono facili da installare e poco costose. Se opera nei settori citati o nell’edilizia, queste informazioni La aiuteranno a comprendere il valore e la funzione di questi elementi nel sistema, senza comprometterne le prestazioni. L’articolo si concentra sulla progettazione e sull’ambito di utilizzo delle flange slip-on, oltre che sui vantaggi offerti dalla loro struttura. Se desidera rendere più efficienti le operazioni, semplificare o velocizzare la logistica o il montaggio, oppure rispettare i limiti di spesa imposti dalle norme, questa guida completa Le fornirà le informazioni necessarie. Scorra la pagina per scoprire come una flangia slip-on può rivoluzionare la Sua attività.

Che cos’è una flangia slip-on?

Contenuto spettacolo

Una flangia slip-on è progettata per essere inserita con gioco sull’estremità di un tubo e poi saldata lungo il giunto. È dotata di un mozzo corto con un diametro interno leggermente superiore al diametro esterno del tubo, così da facilitarne l’allineamento prima della saldatura. Nell’industria si preferisce spesso questo tipo di flangia per la semplicità di montaggio, il costo contenuto dei materiali e l’idoneità agli impieghi a bassa pressione. Il giunto consente piccoli aggiustamenti angolari durante l’installazione, agevolando così il compito, altrimenti laborioso, di ottenere un allineamento perfetto nelle applicazioni meno impegnative.

Struttura della flangia

Una flangia è un anello sporgente di un componente, utilizzato per collegare tubi, valvole, pompe e altri elementi, conferire maggiore resistenza e realizzare connessioni che non consentono alcuno slittamento della flangia.

Applicazioni nei sistemi di tubazioni

Saldature, giunzioni e raccordi filettati creano percorsi a tenuta per combustibili liquidi, acque di processo o gas compressi.
Le flange fungono anche da supporti per valvole, filtri e pompe dosatrici, trasformando una semplice linea di tubi in un circuito reattivo.
I passi d’uomo e gli sportelli d’ispezione interrompono la monotonia dell’acciaio e consentono ai tecnici di misurare, pulire o documentare lo stato del sistema.
I raccordi a sgancio rapido consentono alle squadre di sostituire sezioni in tempi brevi, riducendo al minimo i tempi di fermo durante le riparazioni urgenti.
I compensatori a U e i soffietti intrecciati proteggono i tubi dai picchi di calore e dalle vibrazioni dei macchinari, prolungandone la vita utile.
Le flange di riduzione collegano tubi schedule 40 e attuatori sovradimensionati, adattandosi a dimensioni insolite senza ricorrere a lavorazioni su misura.
Le guarnizioni in PTFE o Inconel fanno presa sulle superfici di tenuta scanalate, contenendo vapori acidi e picchi di pressione idraulica che distruggerebbero le guarnizioni di carta.

Vantaggi rispetto ad altri tipi di flangia

La flangia slip-on consente inoltre di allineare facilmente i fori per i bulloni, riducendo ulteriormente i tempi di installazione.
L’impiego di materiali rinforzati aumenta sensibilmente la resistenza nelle applicazioni ad alte prestazioni.
Adatta a tubi di rivestimento realizzati in diversi materiali, tra cui acciaio inossidabile, acciaio al carbonio e leghe speciali.
Si adatta a progetti con reti di tubazioni complesse o semplici, nonché a sistemi in cui le tubazioni sono sottoposte a pressioni e temperature diverse.
Consente collegamenti saldi e adeguati, riducendo al minimo i potenziali percorsi di perdita, ed è una soluzione economica per i sistemi di tubazioni standard e per altri sistemi.
È completamente resistente all’usura e alla corrosione, quindi ha una lunga durata.
La maggior parte dei componenti richiede poca manutenzione grazie alla struttura e ai componenti per impieghi gravosi.
Consente al cliente di operare in un’ampia gamma di condizioni di alta pressione senza compromettere le prestazioni o la sicurezza.
È conforme ai codici di buona pratica pertinenti, come ASME, ANSI e ISO, favorendone l’impiego in settori diversi.

Come si installa una flangia slip-on?

Preparazione del tubo e del raccordo

I meccanici esperti sanno che una preparazione accurata può determinare il successo o il fallimento dell’installazione di una flangia slip-on, e di solito hanno ragione. Il primo passo consiste nell’esaminare attentamente tubo e flangia per individuare crepe, graffi o persino oscillazioni, che possono segnalare tempestivamente un problema. Poi si passa alla pulizia: una spazzola metallica o una rapida passata con solvente rimuovono grasso, sporco e ruggine, lasciando il metallo nudo pronto per la saldatura. Se l’estremità del tubo presenta un taglio irregolare, smussarla fino a ottenere il profilo richiesto dal disegno. Anche il diametro è importante: la corrispondenza precisa tra diametro esterno del tubo e diametro interno della flangia evita che il giunto si fletta sotto sforzo. Poco prima di innescare l’arco, verificare ancora una volta le dimensioni e ruotare la flangia per allinearla all’apparecchiatura o alla tubazione a cui deve essere collegata.

Tecniche di saldatura per le flange slip-on

I giunti con flange slip-on devono essere ben saldi. A tal fine si possono eseguire due saldature d’angolo, una a ciascuna estremità. Una saldatura va eseguita all’interno dell’estremità della sede della flangia, l’altra sul bordo esterno superiore della flangia. Il tubo non deve essere inserito troppo a fondo nella flangia. Il procedimento di saldatura da utilizzare dipende tuttavia dall’applicazione e dalle specifiche di procedura di saldatura disponibili.

Come garantire il corretto allineamento della guarnizione

Il corretto posizionamento della guarnizione è uno dei passaggi più semplici, ma anche più spesso trascurati, per prevenire le perdite dalle flange. Prima di tutto, il materiale deve essere compatibile con i fluidi, le pressioni e le temperature a cui sarà esposto una volta avviato il sistema. Centrare la guarnizione tra le flange distribuisce la compressione in modo uniforme; se è decentrata, la tensione rischia di concentrarsi in una striscia ristretta. Un’installazione storta o disallineata può causare estrusione, deformazione eccessiva o un nuovo guasto, settimane prima dell’ispezione successiva. Prima di serrare, pulire accuratamente ogni superficie di tenuta e controllare che non presenti tacche, incisioni o deformazioni. Utensili appositi, come perni per guarnizioni, anelli di guida o persino spezzoni di barra, mantengono la guarnizione in posizione durante l’inserimento dei bulloni; questo piccolo accorgimento spesso determina la durata del giunto.

Materiali utilizzati per le flange slip-on

Scegliere tra acciaio inossidabile e acciaio al carbonio

La scelta tra acciaio al carbonio e acciaio inossidabile per le applicazioni con flange slip dipende dall’applicazione specifica. In ambienti altamente corrosivi, come quelli della lavorazione chimica e gli ambienti marini, preferisco sempre l’acciaio inossidabile. Se invece occorre contenere il costo dei materiali e sostenere carichi elevati, consiglio l’acciaio al carbonio. In ogni caso, la scelta dipende da una serie di valutazioni sulle condizioni operative, sul budget disponibile e sulla resistenza all’usura del componente.

Vantaggi delle flange con faccia rialzata

Tenuta migliorata: Nelle flange con faccia rialzata, la pressione di tenuta si concentra su una superficie più ridotta della guarnizione, contribuendo a ottenere una tenuta più efficace e sicura.
Versatilità delle guarnizioni: possono essere utilizzate con quasi tutti i tipi di guarnizione, comprese quelle più morbide e quelle a spirale, per quasi ogni applicazione.
Resistenza a pressione e calore: sono progettate per sistemi ad alta pressione e alta temperatura grazie alle superiori capacità di tenuta.
Facilità di montaggio: le facce rialzate facilitano l’allineamento delle superfici da unire durante l’installazione, riducendo tempi ed errori.
Impiego industriale: queste flange sono utilizzate da tempo e sono adottate come standard nella maggior parte dei settori per l’integrazione nei sistemi e negli impianti di tubazioni esistenti.
Durata e riparazione: garantiscono una durabilità adeguata e, se i materiali sono scelti correttamente e l’installazione è eseguita a regola d’arte, la corrosione si verifica di rado.

Aspetti da considerare nelle applicazioni ad alta pressione

Scelta dei materiali: optare per materiali con un’elevata resistenza a trazione, in grado di sopportare le sollecitazioni durante l’uso senza cedere.
Efficienza della tenuta: assicurarsi di utilizzare guarnizioni con la pressione nominale adeguata per limitare le perdite e mantenere i componenti in posizione.
Compatibilità termica: verificare che tutti i materiali, gli elementi di fissaggio e le guarnizioni, insieme agli altri sistemi progettati, resistano agli intervalli di temperatura di esercizio senza usura significativa.
Metodo di installazione corretto: rispettare i valori di coppia esatti e le altre istruzioni di allineamento per evitare forze eccessive o il posizionamento errato dei componenti.
Ispezioni durante l’esercizio: stabilire un programma regolare di ispezione per individuare scorrimento, fatica o cricche da tensocorrosione nel sistema ad alta pressione.
Verifica delle pressioni nominali e della capacità: assicurarsi che i vari elementi rispettino o superino la pressione di esercizio nominale e, se necessario, includere nel programma prove idrostatiche e pneumatiche.
Misure di sicurezza: installare i sistemi di sicurezza pertinenti per gestire i possibili rischi dell’operazione, considerando l’impiego di componenti critici come valvole di sicurezza e sistemi di arresto di emergenza

Quali sono le differenze tra le flange slip-on e gli altri tipi di flangia?

Confronto con le flange a tasca da saldare

Le flange IP-on tendono a essere economiche, facili da usare e adatte alle linee a bassa o media pressione con tubi di diametro maggiore. Le flange a tasca da saldare, invece, offrono una resistenza superiore, eliminano praticamente le perdite e sono la scelta ideale quando la pressione di esercizio aumenta e il diametro del tubo diminuisce.

Parametro	Flangia slip-on	Flangia a tasca da saldare
Pressione	Da bassa a moderata	Alta
Temperatura	Moderata	Alta
Dimensione del tubo	Grande (fino a 24″)	Piccola (≤ 2″)
Resistenza	Inferiore	Superiore
Installazione	Più semplice, due saldature	Precisa, una saldatura
Costo	Economico	Superiore
Applicazioni	Climatizzazione, impianti idraulici	Impianti chimici, linee del vapore
Materiale	Acciaio al carbonio, acciaio inossidabile	Lega, acciaio inossidabile
Durabilità	Moderata	Alta

Compatibilità tra giunti a sovrapposizione e estremità stub

L’estremità stub e le flange a sovrapposizione possono essere utilizzate insieme: l’estremità stub è unita al tubo con una saldatura testa a testa, mentre la flangia a sovrapposizione scorre sopra l’estremità stub, il cui raggio consente di accogliere la faccia rialzata della flangia, agevolando il montaggio e il centraggio rapido.

Valutazione del tipo di flangia in base alla dimensione del tubo

La scelta della flangia adatta a un determinato diametro del tubo raramente si riduce a una semplice verifica: gli ingegneri valutano regolarmente la pressione di progetto, la temperatura di esercizio e il comportamento meccanico del materiale di base. Per mantenere i margini di sicurezza e garantire un funzionamento affidabile della linea, ogni flangia deve corrispondere esattamente al diametro nominale interno.

Norme di dimensionamento delle flange

In genere, le flange sono dimensionate secondo le misure standard stabilite da enti come ASME (American Society of Mechanical Engineers). Di seguito sono riportati alcuni aspetti correlati da considerare:

Diametro nominale del tubo (NPS): il diametro nominale del tubo.
Classe di pressione: valori di pressione come 150, 300, 600, 900 e superiori, che rappresentano l’intervallo di pressione che la flangia è progettata per sopportare.
Diametro esterno (OD): il diametro massimo della flangia.
Diametro del cerchio dei bulloni (BCD): distanza tra i centri dei bulloni lungo la circonferenza della flangia slip-on.

Diametro nominale del tubo (NPS)	Diametro esterno (OD) per classe di pressione 150 (in)	Diametro esterno (OD) per classe di pressione 300 (in)	Diametro esterno (OD) per classe di pressione 600 (in)
2	6.00	6.50	6.65
4	9.00	9.50	10.75
6	11.00	11.50	14.00
8	13.50	13.88	15.88

Scelta del tipo di flangia più adatto

La scelta di un tipo specifico di flangia, come una flangia a saldare, una flangia a collo da saldare scorrevole, una flangia slip-on o una flangia a sovrapposizione, dipende solitamente dalle dimensioni dei tubi e dalle prestazioni richieste:

Flange a collo da saldare: sono ideali quando la temperatura e la pressione sono elevate e devono essere pari a quelle del diametro interno del tubo.
Flange slip-on: sono utilizzate per pressioni controllate e basse e tendono a costare meno, soprattutto con i tubi di diametro inferiore.
Flange a tasca da saldare: sono generalmente utilizzate nei sistemi di tubazioni di piccolo diametro in cui è prevista un’alta pressione ed è necessario un collegamento saldato.
Flange a sovrapposizione: sono utilizzate nelle applicazioni che richiedono montaggi e smontaggi frequenti. Per il montaggio, si usano principalmente con estremità stub saldate testa a testa.

Aspetti principali da considerare

Per le tubazioni con diametro superiore a 24 pollici sono spesso necessarie flange su misura; le configurazioni standard non sono sufficienti.
La scelta del materiale — acciaio al carbonio, acciaio inossidabile o una variante legata — dipende in larga misura da fattori quali l’esposizione alla corrosione, le variazioni di temperatura e i vincoli di budget.
La conformità a specifiche di riferimento come ASME B16.5 o B16.47 è essenziale per garantire la compatibilità tra sistemi e un livello di sicurezza di base.

Abbinare attentamente il tipo di flangia alla dimensione del tubo e alle specifiche del progetto può migliorare la resilienza complessiva del sistema e ridurre i tempi di fermo imprevisti.

Perché scegliere una flangia slip-on per il proprio progetto?

Convenienza economica nei sistemi a bassa pressione

Nei sistemi a bassa pressione, una flangia slip-on è una scelta relativamente economica rispetto alle altre, perché i raccordi slip-on sono più facili da installare e quindi meno costosi. Le flange slip-on richiedono meno saldature rispetto ad altri tipi di flangia, riducendo così sia i costi di manodopera sia i tempi del progetto. Un altro vantaggio è la loro ampia diffusione e il costo generalmente contenuto: sono quindi un’ottima opzione, soprattutto dove la pressione non è un problema. Anche l’installazione è semplice e riduce le difficoltà di allineamento, rendendo il processo conveniente in questi casi.

Facilità di installazione per la manutenzione dei sistemi di tubazioni

Le flange slip-on sono molto utili quando occorre montare flange sui tubi, soprattutto durante gli interventi di manutenzione. I dati e le opinioni attuali del settore indicano che sono sempre più diffuse nelle applicazioni industriali che richiedono interventi rapidi e tempi di fermo ridotti. Le flange slip-on di nuova generazione sono più resistenti e precise e sono progettate per essere installate facilmente sugli impianti di tubazioni esistenti, grazie alla disponibilità di materiali più avanzati e a processi di produzione migliori. Molti professionisti cercano soluzioni economiche e resistenti ai guasti. Le flange slip-on rispondono efficacemente a entrambe le esigenze. La facilità di collegamento semplifica la manutenzione, evitando fattori come saldature superflue o giunti disallineati e mantenendo l’impianto quasi sempre operativo. La produttività e la versatilità ne fanno una soluzione vantaggiosa per la manutenzione degli attuali sistemi di tubazioni.

Versatilità delle classi di pressione, compresa la Classe 150

Le flange slip-on sono compatibili con la maggior parte delle classi di pressione, in particolare con la Classe 150. Questa classe indica le prestazioni della flangia in funzione della pressione e della temperatura e ne consente l’integrazione in sistemi a pressione bassa o moderata. Molte applicazioni utilizzano soprattutto la flangia slip-on di classe 150, o da 150 libbre, grazie all’ampia diffusione e al costo favorevole, ad esempio nelle reti idriche e di riscaldamento e climatizzazione. Queste flange si adattano facilmente a tubi di diametri e materiali diversi, risultando adatte ai settori che richiedono giunti per tubazioni robusti ma semplici.

Domande frequenti (FAQ)

D: Che aspetto ha una flangia slip-on per tubi e qual è il suo scopo principale nei raccordi per tubi?

R: Questo tipo di flangia per tubi è progettato per essere inserito sul tubo e saldato a quest’ultimo; da qui il nome «slip-on». Si utilizza quando il tubo di progetto deve essere collegato a un altro tubo o a un’apparecchiatura dotata di un collegamento terminale. La flangia slip-on è adatta agli impieghi a bassa pressione.

D: Perché dovrei usare una flangia slip-on nelle applicazioni a bassa pressione?

R: Negli impianti a bassa pressione, le flange slip-on consentono di risparmiare tempo e denaro grazie alla facilità di montaggio e di centraggio. Assicurano una buona tenuta e costano meno della maggior parte delle flange tradizionali, come quelle a saldare e quelle a sovrapposizione. Sono particolarmente vantaggiose nei sistemi in cui è necessario rimuovere spesso i componenti.

D: Da cosa dipende la dimensione del diametro delle flange slip-on?

R: Il diametro della flangia slip-on serve a verificare che possa essere unita al tubo con cui si desidera collegarla. Ricordare che, per un montaggio corretto, il diametro esterno del tubo deve corrispondere al diametro interno della flangia. Questa corrispondenza garantisce un fissaggio adeguato ed elimina le potenziali perdite.

D: Quali flange slip-on sono disponibili e in quali dimensioni? Qual è la dimensione tipica di un giunto da 2 pollici?

R: Contattare il produttore della valvola per sapere quali dimensioni sono disponibili per gli ingranditori e quale dimensione occorre. In presenza di un raccordo da 2 pollici, è necessario montare una flangia slip-on corrispondente alle stesse dimensioni del tubo (dimensione esterna). Ciò è indicato nelle dimensioni della flangia cieca ANSI B16.5 da 2 in 150 lb.

D: Esistono limitazioni sui materiali utilizzati per produrre flange slip-on?

R: Le flange slip-on sono comunemente realizzate in materiali come l’acciaio, l’acciaio slip e l’acciaio inossidabile 316L, che presenta una buona velocità di corrosione. Il materiale scelto dipende dalle condizioni di pressione e dall’ambiente.

D: In che modo differisce il collegamento delle flange slip-on da quello delle flange a collo da saldare?

R: La differenza principale tra una flangia slip-on e una flangia a collo da saldare riguarda il metodo di collegamento. La flangia slip-on scorre sull’estremità del tubo e viene poi saldata in posizione, mentre la flangia a collo da saldare ha una sezione di materiale chiamata collo, che viene saldata al tubo. In genere, una flangia a collo da saldare può operare a pressioni superiori rispetto a una flangia slip-on equivalente.

D: Qual è il ruolo dei fori per i bulloni sulle flange slip-on nel garantire la solidità del giunto?

R: Questi fori sulle flange slip-on si allineano con quelli dell’altra flangia o dell’apparecchiatura, così da consentire il passaggio dei bulloni e unire i due elementi. In questo modo si evita che si allentino e si spinge la flangia verso l’interno, riducendo il rischio di guasti dovuti a giunti non serrati.

D: Qualcuno ha detto che sono pochissimi i tipi di raccordi per tubi compatibili con una flangia slip-on?

R: No, esistono numerosi tipi di tubi collegabili con una flangia slip-on, compresi i tubi filettati e quelli senza saldatura. Inoltre, sono compatibili con diversi tipi di sistemi di collegamento e si utilizzano con componenti che devono essere montati e smontati più volte.

D: Quali principi importanti occorre seguire nella scelta delle flange slip-on per applicazioni a bassa pressione?

A: Per isolare un’applicazione a bassa pressione, nella preparazione di una serie di flange slip-on con guarnizioni occorre tenere conto di alcuni aspetti. Si ricordi che, per le applicazioni a bassa pressione, sono importanti il materiale, il diametro e il tipo di flangia, in particolare gli ultimi due parametri. Per contenere i costi ed evitare perdite, le flange devono essere adatte alle dimensioni esterne del tubo e realizzate in un materiale appropriato, come l’acciaio.

Fonti di riferimento

1. Titolo: Configurazioni geometriche ottimali delle giunzioni tra anima e flangia per migliorare la resistenza allo scorrimento per attrito di una trave a I

Autori: R. Sakura, Takashi Yamaguchi
Anno di pubblicazione: 2022
Fonte: Atti del Congresso IABSE, Nanjing 2022

Risultati principali:

Lo studio analizza le tendenze allo scorrimento dei bulloni ad attrito ad alta resistenza installati nelle strutture di travi a I.
L’analisi agli elementi finiti elastoplastica esamina diverse larghezze dell’anima, profondità delle flange e disposizioni sfalsate dei bulloni.
Aumentando la distanza tra i bulloni e riducendo il numero di file nella giunzione dell’anima, la forza di attrito misurata supera nettamente le previsioni convenzionali della resistenza allo scorrimento.
Queste modifiche geometriche indicano agli ingegneri una soluzione semplice per aumentare la durabilità delle connessioni senza ricorrere a componenti più pesanti.

Metodologia:

Le analisi agli elementi finiti con elementi shell e trave hanno mappato le risposte allo scorrimento sinergico in decine di configurazioni sperimentali di giunzione (Sakura e Yamaguchi, 2022).

2. Titolo: Studio sperimentale dei limiti combinati di scorrimento e appoggio nei giunti di travi bullonati ad attrito con bulloni ad alta resistenza

Autori: Ron Sakura, T. Yamaguchi, Yuhikus Aoki
Anno di pubblicazione: 2022
Fonte: Simposio IABSE a Praga, 2022