Flensa bertekanan tinggi: kelas dan material tekanan 

Apa itu flensa tekanan tinggi dan mengapa kelas tekanan lebih penting daripada kelas baja

Flensa bertekanan tinggi bukan hanya bagian penghubung, tetapi merupakan elemen keselamatan penting dari sistem perpipaan yang beroperasi pada tekanan 10 MPa ke atas. Dalam praktik teknik kami, kami telah mengamati kasus di mana pemilihan material berdasarkan prinsip “lebih mahal” tanpa memperhitungkan kelas tekanan menyebabkan penurunan tekanan pada unit setelah hanya tiga bulan beroperasi di bawah beban siklik. Kesalahan utama yang dilakukan pembeli adalah berfokus pada kualitas baja (misalnya, 09G2S atau AISI 316) dan mengabaikan peringkat tekanan sebenarnya (PN/Class), yang menentukan geometri dan berat produk. Untuk sistem dengan tekanan operasi di atas 16 bar, flensa standar tidak cocok; hal ini memerlukan solusi yang mematuhi standar ASME B16.5 Kelas 300-2500 atau GOST 33259-2015 untuk tekanan hingga 20 MPa.

Pemilihan flensa tekanan tinggi yang benar dimulai dengan analisis bukan pada komposisi kimianya, tetapi pada karakteristik suhu dan tekanan medium. Jika sistem Anda beroperasi pada suhu di atas 400°C, kekuatan luluh baja akan turun dan flensa PN16 dapat berubah bentuk bahkan pada tekanan terukur. Kami menyarankan untuk segera menyaring pemasok yang tidak dapat memberikan sertifikat uji kebocoran pada suhu ekstrem. Di bawah ini kita akan melihat lebih dekat bagaimana kelas tekanan berhubungan dengan material dan risiko tersembunyi apa yang ada ketika mengimpor komponen-komponen ini dari Asia.

Kelas tekanan: Kelas PN ke ASME dan perangkap konversi

Memahami kelas tekanan adalah dasar untuk pengoperasian yang aman. Dalam praktik internasional, ada dua sistem penunjukan utama: Eropa (PN - Nominal Tekanan) dan Amerika (Kelas - lbs). Kesalahan dalam perbandingannya menyebabkan kerugian jutaan rubel bagi perusahaan setiap tahunnya. Banyak manajer pembelian secara keliru percaya bahwa PN16 kira-kira sama dengan Kelas 150 dan PN40 kira-kira sama dengan Kelas 300. Ini merupakan penyederhanaan berlebihan yang berbahaya. Kepatuhan sebenarnya bergantung pada suhu sekitar. Pada suhu kamar (20°C) flensa Kelas 150 sebenarnya mampu menahan tekanan sekitar 20 bar, yang mendekati PN20. Namun, ketika dipanaskan hingga 400°C, tekanan yang diizinkan untuk Kelas 150 turun menjadi 8-9 bar, sementara PN16 mempertahankan peringkatnya pada suhu yang lebih tinggi karena metode penghitungan faktor keamanan yang berbeda.

Untuk aplikasi tekanan tinggi dengan tekanan pengoperasian melebihi 100 bar (10 MPa), kami menggunakan ASME Kelas 600, 900, 1500, dan 2500. Flensa Kelas 2500 dapat menahan beban yang sangat besar, namun bobotnya 3-4 kali lipat dari setara tekanan rendah dengan diameter yang sama. Dalam salah satu proyek modernisasi kilang kami, penggantian flensa Kelas 900 dengan flensa Kelas 600 (karena kesalahan spesifikasi) mengakibatkan penghentian total saluran setelah dua minggu. Permukaan penyegelan tidak bisa menahan paking selama palu air. Oleh karena itu, aturan nomor satu: jangan pernah mengubah kelas tekanan “satu langkah lebih rendah” tanpa menghitung ulang tegangan pada sambungan baut.

Standar Rusia GOST 33259-2015 “Flensa alat kelengkapan, bagian penghubung, dan pipa untuk tekanan hingga 20 MPa” selaras dengan standar internasional, tetapi memiliki karakteristik tersendiri dalam dimensi permukaan penyegelan. Jika Anda memesan flensa tekanan tinggi sesuai dengan Gost, pastikan bahwa flensa kawin pada peralatan yang diimpor memiliki geometri proyeksi yang kompatibel (lembah lug atau alur lidah). Ketidakcocokan bahkan sebesar 0,5 mm akan membuat pemasangan tidak mungkin dilakukan tanpa menggunakan adaptor, yang dengan sendirinya menjadi penghubung lemah pada saluran tekanan tinggi. Selalu minta gambar dengan toleransi sebelum membayar faktur Anda.

Pilihan kelas tekanan juga menentukan persyaratan pengencang. Untuk flensa Kelas 150, baut kelas 8,8 seringkali cukup, tetapi untuk Kelas 900 dan lebih tinggi, diperlukan stud baja paduan (seperti ASTM A193 Gr.B7) dengan tingkat kekuatan minimal 10,9 atau 12,9. Penggunaan logam besi biasa tidak dapat diterima di sini - baut hanya akan meregang di bawah beban dan sambungan akan kehilangan kekencangannya. Kami telah melihat kasus di mana penghematan 5% pada biaya pengikat mengakibatkan 100% produk hilang karena kecelakaan. Periksa spesifikasi pengikat pada setiap pesanan flensa tekanan tinggi.

Bahan untuk kondisi ekstrim: karbon, paduan dan baja tahan karat

Pilihan bahan untuk flensa tekanan tinggi ditentukan oleh agresivitas lingkungan dan kondisi suhu, dan bukan hanya anggaran proyek. Baja karbon seperti ASTM A105 (mirip dengan St20 atau 20GL) adalah standar untuk suhu dari -29°C hingga +425°C. Ini adalah opsi paling umum untuk jaringan pipa minyak dan gas bertekanan sedang. Namun jika suhu turun di bawah -29°C, baja karbon menjadi rapuh. Dalam praktik kami, terdapat kasus kerusakan flensa yang terbuat dari baja A105 pada suhu -35°C selama permulaan instalasi musim dingin di Siberia. Untuk aplikasi kriogenik, baja normalisasi atau grade paduan rendah seperti ASTM A350 LF2, yang mempertahankan ketangguhan pada suhu rendah, adalah suatu keharusan.

Jika menyangkut suhu di atas 450°C atau lingkungan korosif (asam, basa, hidrogen sulfida), baja karbon tidak termasuk. Di sinilah baja paduan krom-molibdenum, seperti ASTM A182 F11 atau F22, ikut berperan. Bahan-bahan ini mengandung kromium dan molibdenum, yang meningkatkan ketahanan panas dan ketahanan mulur. Flensa yang terbuat dari baja F22 dapat beroperasi pada suhu hingga 550-580°C di bawah tekanan tinggi, sedangkan baja biasa sudah mulai “bocor”. Biaya flensa tersebut 40-60% lebih tinggi, tetapi ini adalah satu-satunya solusi yang secara teknis masuk akal untuk pabrik boiler dan proses perengkahan.

Baja tahan karat (Baja Tahan Karat Austenitik), seperti ASTM A182 F304/L dan F316/L, tidak banyak digunakan untuk tekanan tinggi, tetapi untuk ketahanan terhadap korosi. Penting untuk memahami perbedaan antara F304 dan F304L. Huruf "L" berarti Karbon Rendah. Saat mengelas komponen bertekanan tinggi, F304 konvensional rentan terhadap korosi intergranular di area las, yang dapat menyebabkan retakan tekanan. Kami selalu merekomendasikan penggunaan nilai "L" untuk struktur las bertekanan, tidak peduli seberapa lembamnya lingkungan. Untuk lingkungan dengan kandungan klorida tinggi (air laut, beberapa proses kimia), diperlukan baja F316L dengan tambahan molibdenum, yang tahan terhadap korosi lubang.

Perhatian khusus harus diberikan pada kualitas pengecoran dan penempaan. Flensa bertekanan tinggi harus ditempa daripada dicor, kecuali pada paduan khusus yang tidak memungkinkan untuk ditempa. Penempaan menghaluskan butiran logam, menghilangkan rongga internal dan meningkatkan sifat mekanik. Flensa cor (berlabel CF8M, bukan F316) memiliki peringkat tegangan lebih rendah dan sering digunakan hanya untuk aplikasi tekanan rendah. Periksa tanda pada ujung flensa: adanya tanda "F" di depan nomor kelas (misalnya, F316) biasanya menunjukkan bahan palsu. Jika Anda melihat tanda seperti “WCB” atau “CF8” tanpa menunjukkan metode pembuatannya, tanyakan kepada pemasok tentang teknologi produksinya, karena untuk tekanan di atas 10 MPa, pengecoran seringkali tidak dapat diterima tanpa kontrol sinar-X tambahan.

Persyaratan material yang ketat ini berdampak langsung pada pemilihan pemasok OEM. Misalnya,Wuxi Kaisheng Tenaga Listrik dan Peralatan Petrokimia Co., Ltd.mengkhususkan diri dalam desain dan produksi unit kompleks di mana flensa bertekanan tinggi diintegrasikan ke dalam penukar panas dan reaktor. Perusahaan memproduksi peralatan dari berbagai bahan - mulai dari baja karbon dan paduan hingga titanium, kuningan laut C46400, dan paduan nikel N06625. Produk mereka, termasuk penukar panas bertekanan tinggi ASME dan bundel tabung, bersertifikat PED dan ASME untuk memastikan produk tersebut memenuhi persyaratan ketahanan terhadap korosi yang ketat dan tekanan ekstrem. Pendekatan ini, ketika pabrikan mengontrol kualitas tidak hanya flensa itu sendiri, tetapi seluruh rakitan, meminimalkan risiko ketidakcocokan material di lingkungan agresif industri penyulingan minyak dan kimia.

Jenis permukaan penyegelan dan pengaruhnya terhadap kekencangan

Geometri permukaan perapat (Jenis Muka) memainkan peran yang menentukan dalam kemampuan sambungan flensa untuk menahan tekanan tinggi. Untuk sistem tekanan rendah dan menengah, desain RF (Raised Face) banyak digunakan. Namun, untuk tekanan di atas 100 bar (Kelas 600 ke atas) atau untuk media beracun, desain RF seringkali tidak cukup dapat diandalkan. Dalam kasus ini, para insinyur beralih ke desain RTJ (Ring Type Joint) atau MFM (Male-Female Face). Dalam pengalaman kami dalam menyervis stasiun kompresor, 90% kebocoran pada saluran bertekanan tinggi justru terjadi pada flensa RF karena terjepitnya paking selama denyut tekanan.

Versi RTJ adalah standar emas untuk tekanan sangat tinggi (hingga 250 bar ke atas). Di sini, kekencangan dipastikan bukan dengan mengompres paking lunak, tetapi dengan deformasi plastis pada cincin logam (penampang oval atau segi delapan) yang sesuai dengan alur pada flensa. Cincin logam (biasanya baja ringan atau baja tahan karat berlapis) mengisi setiap ketidaksempurnaan pada alur, sehingga menciptakan sambungan monolitik. Keuntungan RTJ adalah badan flensa itu sendiri tidak bersentuhan, beban hanya ditransfer ke ring. Hal ini memungkinkan sambungan dibongkar dan dipasang kembali beberapa kali tanpa kehilangan segel jika cincin diganti. Kerugiannya adalah tingginya biaya cincin dan kebutuhan akan alur yang presisi.

Versi MFM (Thorn-Groove) dan TG (Tongue-Groove - Groove-Groove) menempati posisi perantara. Mereka ideal untuk aplikasi bertekanan tinggi di mana penggunaan gasket lunak tidak memungkinkan, namun penggunaan cincin RTJ logam memerlukan biaya atau kerumitan pemasangan yang berlebihan. Dalam desain ini, paking ditahan secara mekanis di dalam alur, yang mencegah ekstrusinya di bawah pengaruh tekanan internal. Kami merekomendasikan penggunaan MFM untuk flensa hingga diameter DN300 dan tekanan dari PN100 hingga PN160. Nuansa penting: selama pemasangan, paralelisme bidang harus dikontrol secara ketat, karena ketidaksejajaran akan menyebabkan kerusakan pada dinding tipis duri atau alur.

Pilihan paking terkait erat dengan jenis permukaan. Untuk RF, digunakan Gasket Luka Spiral dengan cincin pemusatan. Untuk aplikasi bertekanan tinggi, pemilihan bahan pengisi dan pelapis yang tepat sangatlah penting. Pengisi grafit baik untuk suhu tinggi, tetapi mengalami oksidasi pada suhu yang sangat tinggi jika ada udara. PTFE (Teflon) bersifat inert secara kimia, namun memiliki koefisien mulur yang tinggi, sehingga memerlukan pengencangan baut secara teratur. Dalam sistem dengan tekanan di atas 150 bar, kami sangat menyarankan penggunaan gasket dengan cincin tengah baja tahan karat internal dan eksternal untuk mencegah pengisi rusak akibat palu air.

Cacat produksi dan kontrol kualitas: apa yang harus dicari saat diterima

Pasar dibanjiri flensa yang terlihat sempurna di luar, namun memiliki cacat tersembunyi pada struktur logamnya. Penipuan yang paling umum adalah penggunaan besi tua yang dilebur kembali dan bukan baja murni atau pelanggaran sistem perlakuan panas. Tidak mungkin untuk membedakan flensa seperti itu secara visual, tetapi di bawah beban ia berperilaku tidak dapat diprediksi. Salah satu klien kami dihadapkan pada situasi di mana sejumlah flensa baja 09G2S hancur selama pengujian hidraulik. Analisis laboratorium menunjukkan bahwa pabrikan melakukan penghematan dalam proses quenching dan tempering, yang mengakibatkan kekerasan logam berada di bawah normal dan struktur butiran menjadi kasar.

Saat menerima flensa bertekanan tinggi, harap minta sertifikat material Tipe 3.1 sesuai dengan EN 10204. Dokumen ini mengonfirmasi bahwa batch tertentu telah lulus semua pengujian yang diperlukan dan hasilnya dicatat. Sertifikat 2.2 atau pernyataan kesesuaian pabrikan tidak cukup untuk tekanan di atas 10 MPa. Sertifikat 3.1 harus menunjukkan hasil analisis kimia (semua elemen, termasuk pengotor sulfur dan fosfor yang berbahaya), hasil pengujian mekanis (kekuatan hasil, kekuatan tarik, perpanjangan) dan data kekuatan impak pada suhu operasi.

Perhatikan tandanya. Menurut standar ASME dan GOST, setiap flensa bertekanan tinggi harus ditandai dengan jelas, termasuk: nama pabrikan, tingkat bahan, kelas tekanan, ukuran, nomor panas, dan perlakuan panas. Tidak adanya salah satu elemen ini merupakan tanda bahaya. Yang paling penting adalah Nomor Panas, yang memungkinkan Anda melacak sejarah logam dari pabrik baja hingga produk jadi. Jika penjual tidak dapat mencocokkan nomor pada flensa dengan nomor pada sertifikat, tolak pembelian. Risiko mendapatkan barang palsu terlalu besar.

Kami juga merekomendasikan pengujian ultrasonik acak (UT) pada badan flensa, terutama di area transisi hub-ke-ring. Ini adalah tempat di mana stres terkonsentrasi. Retakan yang terjadi selama penempaan atau perlakuan panas seringkali tersembunyi di sana. Untuk objek kritis (pembangkit listrik tenaga nuklir, jaringan pipa gas utama), kontrol kekerasan pada seluruh penampang adalah wajib. Kekerasan yang terlalu tinggi menunjukkan risiko patah getas; kekerasan yang terlalu rendah menunjukkan kekuatan yang tidak mencukupi. Kisaran kekerasan optimal untuk baja karbon biasanya 140-190 HB, untuk baja paduan lebih tinggi, tergantung gradenya.

Sertifikasi logistik dan impor: risiko EAC, GOST, dan bea cukai

Impor flensa tekanan tinggi ke negara-negara EAEU memerlukan kepatuhan yang ketat terhadap peraturan teknis Serikat Pabean (TR CU 032/2013 “Tentang keselamatan peralatan yang beroperasi di bawah tekanan berlebih”). Tanpa penandaan EAC dan sertifikat kesesuaian yang sah, bea cukai tidak mungkin dilakukan, dan pengoperasian peralatan tersebut dilarang oleh hukum. Proses memperoleh sertifikat dapat memakan waktu mulai dari 2 minggu hingga 2 bulan tergantung skema sertifikasi. Untuk pengiriman serial, lebih menguntungkan menerbitkan sertifikat untuk produksi batch atau serial daripada menerima kesimpulan satu kali untuk setiap pengiriman.

Saat memesan flensa dari Cina atau negara Asia lainnya, pastikan pabrikan memahami persyaratan GOST dan TR CU. Banyak pabrik di Asia memproduksi produk secara ketat sesuai dengan ASME atau DIN, yang dimensinya mungkin berbeda dari GOST. Misalnya, jarak pusat-ke-pusat lubang (diameter lingkaran baut) untuk flensa DIN dan GOST dengan diameter nominal dan tekanan yang sama mungkin berbeda beberapa milimeter, sehingga pemasangan tidak mungkin dilakukan tanpa mengubah bagian kawin. Kami merekomendasikan untuk memasukkan dalam kontrak sebuah klausul yang menyatakan bahwa geometrinya sesuai dengan standar Rusia atau memberikan gambar rinci kepada pabrikan dengan toleransi.

Pengemasan dan pengawetan memegang peranan penting selama transportasi laut jarak jauh. Flensa bertekanan tinggi sering kali memiliki permukaan penyegelan yang dikerjakan dengan mesin yang akan berkarat dalam waktu dua minggu dalam wadah lembab. Minta pemasok untuk menggunakan senyawa anti korosi dan mengemas setiap flensa satu per satu dalam film polietilen dengan gel silika dan kemudian dalam kotak kayu. Kemasan kayu harus menjalani perawatan fitosanitasi dan mempunyai stempel yang sesuai (IPPC), jika tidak maka muatannya dapat ditolak di bea cukai. Dalam praktik kami, ada kasus ketika flensa dengan kualitas ideal tiba dengan cermin segel yang terkorosi karena kemasannya yang murah, sehingga memerlukan pengerjaan ulang atau penggantian yang mahal.

Waktu pengiriman adalah faktor penting lainnya. Produksi flensa bertekanan tinggi yang ditempa adalah proses yang panjang. Ini termasuk pemanasan benda kerja, penempaan, permesinan, pengeboran, perlakuan panas dan penyelesaian akhir. Waktu produksi standar untuk satu batch adalah 45-60 hari. Jika pemasok menjanjikan pengiriman dalam 2 minggu, ini adalah alasan untuk waspada: kemungkinan besar, dia menawarkan sisa-sisa gudang yang tidak diketahui asalnya atau produk yang diproduksi dengan melanggar teknologi (misalnya, tanpa perlakuan panas penuh). Rencanakan pembelian Anda terlebih dahulu, dengan mempertimbangkan siklus produksi, agar tidak ketinggalan tenggat waktu pemasangan.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Kelas tekanan manakah yang harus saya pilih untuk sistem dengan tekanan operasi 80 bar?

Untuk tekanan kerja 80 bar (8 MPa), kelas minimum yang dapat diterima adalah PN100 atau ASME Kelas 600. Memilih Kelas 300 (yang secara teori dapat bertahan sekitar 50 bar pada suhu tinggi) akan berisiko dan melanggar standar margin keselamatan. Kami merekomendasikan untuk mengambil Kelas 600, karena ini akan memberikan margin yang diperlukan untuk water hammer dan kemungkinan lonjakan tekanan dalam sistem. Selalu pilih kelas yang melebihi tekanan kerja setidaknya 20-30%.

Bisakah flensa baja tahan karat 304 digunakan di lingkungan asam?

Tidak, baja tahan karat standar AISI 304 (08Х18Н10) tidak cocok untuk lingkungan yang mengandung hidrogen sulfida (H2S), terutama di bawah tekanan tinggi. Hal ini rentan terhadap retak korosi tegangan sulfida. Untuk kondisi seperti itu, perlu menggunakan grade baja khusus yang lulus uji NACE MR0175 / ISO 15156, seperti baja duplex (2205) atau baja austenitik dengan kandungan karbon rendah dan perlakuan panas khusus. Menggunakan baja tahan karat biasa akan mengakibatkan kerusakan getas secara tiba-tiba.

Apa perbedaan antara flensa gost dan flensa DIN, apakah bisa disambung?

Sangat tidak disarankan untuk menyambung flensa GOST dan DIN secara langsung, meskipun tekanan nominal dan diameternya sama. Perbedaan utamanya adalah diameter lingkaran baut (jarak antara pusat lubang) dan jumlah lubang. Misalnya, untuk flensa DN100 PN16 menurut GOST dan DIN, parameter ini mungkin berbeda, sehingga lubang untuk baut tidak dapat disejajarkan. Selain itu, dimensi permukaan penyegelan dapat bervariasi. Gunakan adaptor hanya dalam kasus ekstrim dan setelah persetujuan dengan kepala teknisi proyek.

Seberapa sering gasket pada flensa bertekanan tinggi perlu diganti?

Frekuensi penggantian gasket tidak diatur oleh tenggat waktu yang ketat, tetapi tergantung pada kondisi pengoperasian. Namun, praktik terbaik menyatakan bahwa gasket pada flensa di atas PN100 harus diganti setiap kali sambungan dilepas. Luka spiral atau gasket logam tidak boleh digunakan kembali karena sudah mengalami deformasi permanen dan tidak akan memberikan segel saat dikencangkan kembali. Untuk sistem dengan siklus getaran atau termal, kami menyarankan untuk melakukan kontrol pengencangan baut 24 jam setelah penyalaan dan kemudian sesuai dengan jadwal perawatan.

Kesimpulan dan rekomendasi dalam memilih pemasok

Memilih flensa bertekanan tinggi adalah keseimbangan antara biaya, keamanan, dan daya tahan. Menghemat kelas tekanan, material, atau kualitas perawatan permukaan penyegelan selalu menyebabkan banyak kerugian di masa depan karena penghentian dan perbaikan darurat. Pemasok yang andal tidak boleh hanya menjual sebagian, tetapi menyediakan paket lengkap dokumentasi teknis, termasuk sertifikat 3.1, sertifikat mutu, dan jaminan kepatuhan terhadap CU TR. Kami hanya bekerja dengan pabrik penempaan terbukti yang mengontrol seluruh siklus produksi mulai dari peleburan baja hingga pengemasan akhir.

Jika Anda berencana membeli sejumlah flensa bertekanan tinggi untuk fasilitas penting, jangan ambil risiko kualitas. Hubungi kami hari ini untuk saran dalam memilih material dan kelas tekanan untuk kondisi pengoperasian spesifik Anda. Teknisi kami akan membantu Anda menyusun spesifikasi yang menghilangkan kesalahan kompatibilitas dan mengatur pengiriman produk bersertifikat dalam waktu sesingkat mungkin.Lihat katalog flensa tekanan tinggiatau minta penawaran komersial yang disesuaikan dengan kebutuhan spesifik Anda.