La grande maggioranza delle perdite nelle tubazioni di processo avviene ai giunti flangiati. Eppure la progettazione delle flange (ASME B16.5, B16.47) è matura e ben collaudata. Il problema non è il progetto — è l'installazione: guarnizione sbagliata, precarico bulloni insufficiente o non uniforme, faccia flangia danneggiata.
Principio di Funzionamento della Tenuta
Un giunto flangiato imbullonato sigilla tramite la pressione di contatto compressiva generata dai bulloni sulla guarnizione. La tenuta richiede due condizioni:
Stato di montaggio (freddo): la forza di serraggio deve superare la tensione minima di sede della guarnizione (m × P, dove m è il fattore di guarnizione e P la pressione di progetto). Questo crea la tenuta iniziale.
Stato operativo (caldo): la pressione interna genera una forza di apertura sulle facce delle flange riducendo la compressione sulla guarnizione. La compressione residua deve essere superiore al minimo per mantenere la tenuta (m × P). Variazioni di temperatura alterano il precarico dei bulloni per disadattamento di dilatazione termica.
Tipi di Guarnizioni e Selezione
PTFE espanso (e-PTFE): eccellente compatibilità chimica (quasi tutte le sostanze chimiche eccetto alcali fusi e fluoro liquido), range di temperatura −200°C ÷ +260°C, basse pressioni di sede (adatto per bassi carichi di bullone). Fattori m e y bassi, ma il PTFE fluisce nel tempo sotto carico prolungato (creep), richiedendo serraggio periodico.
Grafite flessibile: applicazioni ad alta temperatura (fino a 450°C in ambienti ossidanti, oltre 800°C in inerzia), ampia compatibilità chimica. Usare sempre con inserto metallico (es. acciaio inox 316L) per resistenza meccanica.
Guarnizione spiralata (Spiral Wound Gasket, SWG): il tipo più usato nelle tubazioni di processo; nastro metallico (316L) e nastro di riempimento (grafite o PTFE) avvolti a spirale alternata. ASME B16.20 standardizza le dimensioni. Configurazione completa: anello interno + corpo spiralato + anello esterno di centraggio e battuta. Non riutilizzabile dopo smontaggio.
Guarnizione Ring Joint (RTJ): anello metallico solido (sezione ovale o ottagonale) per flange con sede RTJ. Utilizzata per Class 900 e superiori, servizi ad alta pressione e temperatura, gas acidi (H₂S). Non intercambiabile con flange RF.
Procedura ASME PCC-1 per il Serraggio dei Bulloni
Sequenza di serraggio: i bulloni NON si serrano in sequenza circolare ma in sequenza a croce diagonale (Star Pattern). Per 8 bulloni: 1-5, poi 3-7, poi 2-6, poi 4-8 (con rotazione di 90° del riferimento). La sequenza circolare scarica i bulloni già serrati quando si serrando quelli adiacenti, generando una distribuzione di carico non uniforme.
Serraggio in più passate: almeno tre passate progressive: 1ª passata ≈ 30% del momento di serraggio target; 2ª passata ≈ 70%; 3ª passata 100%. Le passate multiple permettono alla guarnizione di comprimersi uniformemente e compensano l'interazione elastica (elastic interaction) tra bulloni.
Verifica finale: dopo la 3ª passata, riverificare ogni bullone in sequenza circolare partendo dal primo.
Materiali per Bulloni e Dadi
| Bullone | Dado | Applicazione |
|---|---|---|
| A193 B7 | A194 2H | Acciaio al carbonio, servizio fino a +450°C |
| A193 B7M | A194 2HM | Servizio gas acido H₂S (NACE MR0175, HRC ≤22) |
| A193 B8M (316 SS) | A194 8M | Flange in acciaio inox o ambienti corrosivi |
Ispezione della Faccia Flangia
- Nessun graffio radiale (per SWG: i graffi creano vie di perdita)
- Rugosità corretta (SWG: Ra 3,2÷6,3 μm con tornitura a spirale)
- Nessun punto di ruggine, graffio meccanico o residuo di guarnizione precedente
- Per flange di grande diametro: verificare la planarità con un bordo rettificato
Forgepoint include la specifica completa di flange, guarnizioni e bulloneria nella documentazione di classe tubazioni, con riferimento alle procedure ASME PCC-1 per il serraggio.
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