Qual é a diferença entre flanges de classe 300 e classe 600? Classificações de pressão, especificações e aplicações

Flanges são componentes cruciais em sistemas de tubulação, permitindo a conexão segura de tubos, válvulas e outros equipamentos. Entender as distinções entre flanges de classe 300 e classe 600 é essencial para engenheiros e profissionais de compras. 

Este artigo compara essas duas classes de flange com base em classificações de pressão, especificações e aplicações. Essas informações ajudarão a orientar a seleção correta para seu sistema ou negócio.

Diferenças de classificação de pressão

A classificação de pressão de um flange determina sua capacidade de suportar pressões internas em temperaturas específicas. Tanto a Classe 300 quanto a Classe 600 são regidas pelas classificações de flange ASME B16.5. Elas definem suas classificações de pressão de trabalho máxima permitidas.

Pressão máxima de trabalho permitida

• Classe 300: 740 psi a 100°F
• Classe 600: 1.480 psi a 100°F

Essas classificações refletem a capacidade de cada flange de gerenciar a pressão em temperaturas padrão. Classificações mais altas para ANSI 600 o tornam adequado para aplicações exigentes.

Dimensões detalhadas para flange ASME B16.5>>>

Fatores de redução de temperatura

Os limites de pressão-temperatura do flange são afetados por aumentos de temperatura. Por exemplo:

• Um flange classe 300 pode tolerar pressão reduzida em temperaturas elevadas em comparação à temperatura ambiente.
• Curvas específicas de material nas classificações de flange ASME B16.5 orientam engenheiros na estimativa de impactos de redução.

Influências do grau do material

O material do flange afeta significativamente as classificações de pressão. As especificações do flange de aço carbono são comuns, mas ligas de alta qualidade podem ser necessárias para condições extremas.

Efeitos da temperatura

A temperatura afeta significativamente o desempenho de um flange, exigindo consideração cuidadosa.

Classificações de pressão em temperaturas elevadas

Enquanto flanges de classe 300 são adequados para sistemas de temperatura moderada, flanges de classe 600 lidam com condições mais severas. Isso se deve às suas tolerâncias superiores de pressão-temperatura.

Limites Máximos de Temperatura

A composição do material determina o limite de temperatura superior de um flange. Por exemplo, o aço carbono suporta temperaturas de até aproximadamente 800°F antes de exigir ligas alternativas.

Curvas de redução específicas do material

Ao escolher entre flanges Classe 300 e Classe 600, é fundamental entender como as classificações de pressão diminuem à medida que a temperatura aumenta. 

Engenheiros contam com curvas de desclassificação para prever o desempenho do flange sob temperaturas variáveis, garantindo operações seguras. Abaixo está um gráfico de comparação ilustrando como as classificações de pressão para flanges de aço carbono e aço inoxidável 316 diferem entre essas duas classes em várias faixas de temperatura.

Temperatura (°F)	Classe 300 (Aço Carbono)	Classe 600 (Aço Carbono)	Classe 300 (SS316)	Classe 600 (SS316)
-20 a 100	740 psig	1480 libras por polegada quadrada	720 psig	1440 libras por polegada quadrada
200	680 psig	1360 libras por polegada quadrada	620 psig	1240 psig
400	580 psig	1160 psig	540 psig	1080 psig
600	425 psig	850 psig	410 psig	820 psig
800	Não recomendado	Não recomendado	260 psig	520 psig

Características físicas

O design físico de um flange afeta sua aplicação e compatibilidade.

Diferenças dimensionais

Fatores-chave na comparação das dimensões do flange Classe 300 vs. Classe 600:

• Espessura do flange: A espessura do flange aumenta com a classificação de classe para lidar com pressões mais altas. Com base nos padrões ANSI/ASME, aqui estão as espessuras mínimas aproximadas para flanges de aço carbono: Classe 300: ~1,38 polegadas e Classe 600: ~2,12 polegadas
• Diâmetro do círculo do parafuso e número de furos do parafuso: Flanges de classificação mais alta exigem mais parafusos e um círculo de parafusos maior para distribuir o estresse de forma eficaz. Abaixo estão especificações de exemplo para flanges NPS 6:

Aula	Diâmetro do círculo do parafuso (polegadas)	Número de furos para parafusos
Classe 300	26.00	12
Classe 600	36	20

• Dimensões face a face: As dimensões face a face também variam ligeiramente entre as classes para se alinharem aos requisitos de desempenho. Por exemplo:

Classe 300 (NPS 6): 1/16 de polegada 

Classe 600 (NPS 6): 1/4 de polegada

Requisitos de material

• Graus mínimos de material: Os flanges de Classe 300 e Classe 600 são normalmente feitos dos seguintes materiais, escolhidos por sua capacidade de suportar condições operacionais específicas:

1. Aço carbono (por exemplo, ASTM A105)

• Tolerância à pressão: Até ~1480 PSIG para Classe 600 em temperatura ambiente.
• Tolerância à temperatura: Adequado para temperaturas que variam de -20°F a ~800°F.
• Motivo de uso: Econômico e amplamente disponível; adequado para aplicações de baixa a moderada temperatura e pressão.

2. Aço inoxidável 316 (por exemplo, ASTM A182 F316)

• Tolerância à pressão: Até ~1440 PSIG para Classe 300 e ~2750 PSIG para Classe 600 em temperatura ambiente.
• Tolerância à temperatura: apresenta bom desempenho em temperaturas que variam de -150°F a ~1500°F.
• Motivo de uso: Resistência superior à corrosão e incrustação em altas temperaturas, tornando-o ideal para ambientes químicos e de alta temperatura.

3. Aço de liga (por exemplo, ASTM A182 F22)

• Tolerância à pressão: comparável ao aço inoxidável com classificações semelhantes.
• Tolerância à temperatura: suporta temperaturas extremas de até ~1200°F.
• Motivo de uso: Alta resistência e durabilidade para ambientes exigentes, incluindo aqueles com alto ciclo térmico.

• Considerações Metalúrgicas

1. Controle da composição química: Garante uma mistura de liga consistente para fornecer propriedades mecânicas uniformes, como resistência à tração, resistência ao escoamento e tenacidade. Por exemplo, flanges de aço carbono mantêm um baixo teor de carbono (<0,35%) para equilibrar soldabilidade e resistência, enquanto o aço inoxidável incorpora cromo (~16-18%) para resistência à corrosão.
2. Integridade Estrutural: Foco no tamanho do grão e distribuição de fase, alcançados por meio de tratamento térmico preciso, para evitar falhas sob cargas cíclicas. Flanges frequentemente passam por normalização ou têmpera e revenimento para refinar estruturas de grãos, aumentando sua resiliência ao estresse e expansão térmica.

• Especificações de tratamento térmico

O tratamento térmico para flanges inclui normalização, recozimento ou têmpera e revenimento. O processo depende do material. Flanges ASTM A105 são normalizados a ~1650°F para melhorar a tenacidade. 

Flanges de aço de liga são temperados para aliviar o estresse. O controle rigoroso da temperatura previne empenamento ou outros defeitos. O aço inoxidável pode precisar de recozimento de solução a ~1900°F para restaurar a resistência à corrosão.

• Protocolos de teste de materiais

Testes mecânicos garantem que os flanges podem suportar as cargas esperadas. Os testes incluem resistência à tração, resistência ao escoamento e teste de impacto. 

Por exemplo, um flange ASTM A182 F316 Classe 600 deve ter uma resistência à tração de pelo menos 515 MPa e um limite de escoamento de 205 MPa. Testes não destrutivos (NDT), como métodos radiográficos ou ultrassônicos, detectam falhas internas. 

Testes de dureza confirmam tratamento térmico bem-sucedido. Os fabricantes devem fornecer certificados de teste de material (MTCs) e cumprir com os padrões ASME B16.5 ou API 6A.

Implicações de custo

Flanges com classificações de pressão mais altas, como classe 600, normalmente têm custos mais altos devido às demandas de material e à complexidade de fabricação.

Flanges de classe 600 custam mais devido a materiais de qualidade superior, maior volume de material e complexidade de fabricação. Materiais premium, como ASTM A182 F316, podem custar 20–30% a mais, pois oferecem a resistência e a corrosão necessárias para aplicações de alta pressão. Flanges de classe 600 exigem paredes mais espessas, diâmetros externos maiores e mais furos de parafusos, resultando em até 50% a mais de uso de material do que a classe 300. 

Além disso, disponibilidade mais rigorosa de material, prazos de entrega mais longos e tolerâncias de usinagem precisas aumentam os custos de produção. Tratamentos térmicos extensivos e controle de qualidade rigoroso aumentam ainda mais seu preço premium.

Custos de material

• Disponibilidade de matéria-prima: Materiais escassos de alta qualidade aumentam os custos.
• Requisitos de volume:Produções maiores podem reduzir os custos unitários, mas são menos comuns para classes especializadas.

Considerações sobre a instalação

1. GRequisitos de solicitação

As juntas diferem significativamente entre os flanges Classe 300 e Classe 600 devido às demandas de pressão e temperatura:

• Classe 300: Normalmente utiliza juntas macias, como borracha ou materiais não metálicos, adequadas para pressões e temperaturas mais baixas.
• Classe 600: Requer juntas de alto desempenho, como grafite comprimido com inserção de aço inoxidável ou PTFE expandido, projetadas para lidar com pressões e temperaturas mais altas.

Diretrizes de instalação: use sempre uma junta nova, certifique-se de que ela esteja devidamente centralizada entre os flanges e confirme se está limpa e sem danos para evitar vazamentos e manter uma vedação adequada.

2. Especificações de aparafusamento

Os requisitos de fixação diferem significativamente entre flanges de Classe 300 e Classe 600 para acomodar classificações de pressão mais altas:

• Número de parafusos: Flanges de classe 600 geralmente requerem mais parafusos para distribuir tensões mais altas uniformemente.
• Diâmetro do parafuso: Diâmetros de parafusos maiores são normalmente especificados para flanges Classe 600 para suportar cargas maiores.
• Grau de parafuso: Os parafusos da Classe 600 usam graus mais fortes e tratados termicamente, como ASTM A193 Grau B7, em comparação aos parafusos de grau inferior usados para a Classe 300.

3. Requisitos de torque

Os requisitos de torque aumentam com classes de flange mais altas devido a flanges mais espessas e juntas mais fortes. A aplicação adequada de torque garante uma vedação sem vazamentos:

• Processo de aplicação de torque: Aperte os parafusos em padrão estrela ou cruzado, aumentando gradualmente o torque em incrementos para garantir pressão uniforme.
• Valores de torque específicos: Flanges de Classe 600 geralmente requerem 25–50% a mais de torque do que flanges de Classe 300, dependendo do tamanho do parafuso e do tipo de junta.
• Pós-instalação: Verifique e reaperte os parafusos depois que o sistema atingir a temperatura operacional para corrigir qualquer relaxamento ou compressão da junta.

Diretrizes de aplicação

A escolha entre a classe 300 e a classe 600 depende das condições de operação.

Aplicações da Classe 300

• Sistemas de pressão moderada
• Tubulação de processo padrão
• Uso industrial geral
• Condições comuns de serviço

Aplicações da Classe 600

• Sistemas de alta pressão
• Serviços de processos críticos
• Condições operacionais severas
• Requisitos especiais de serviço

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Referência

1. Teste experimental de vazamento de flange RFWN Classe 300 de 16 polegadas com e sem momento de flexão externo; George Bible, T. Fath e W. Palmer; 2001 (https://www.researchgate.net/publication/291440904)
2. Análise de elementos finitos na tensão de contato de juntas de flange classe 600; Min-Young Lee, Doo-Hyung Jeong e Byung-Tak Kim; 2017 (https://www.researchgate.net/publication/312078397)