Phân loại áp suất mặt bích theo tiêu chuẩn ASME, JIS, DIN
Khi đặt mua mặt bích, ngoài cỡ ống và vật liệu, thông số quan trọng nhất là cấp áp suất. Ba hệ tiêu chuẩn phổ biến tại Việt Nam dùng ba cách ký hiệu khác nhau: Class (ASME), K (JIS) và PN (EN/DIN). Bài viết giải thích ý nghĩa của từng ký hiệu, cách tra áp suất làm việc theo nhiệt độ và lý do mặt bích khác hệ không lắp lẫn được.
Bài thuộc loạt bài về đường ống: Phân loại đường ống công nghiệp · Phụ kiện đường ống và kiểu kết nối.
Cấp áp suất của mặt bích là gì?
Là ký hiệu định danh cho biết mặt bích được thiết kế để chịu áp suất ở mức nào. Cấp áp suất quyết định chiều dày bích, đường kính vòng bu lông, số lượng và cỡ bu lông. Áp suất làm việc cho phép thực tế còn phụ thuộc vào vật liệu và nhiệt độ, không phải lúc nào cũng bằng con số trong ký hiệu.
1. Tổng quan ba hệ tiêu chuẩn
| Tiêu chuẩn | Ký hiệu cấp áp | Các cấp thường gặp | Cỡ danh nghĩa | Thị trường sử dụng |
|---|---|---|---|---|
| ASME B16.5 (Mỹ) | Class | 150, 300, 400, 600, 900, 1500, 2500 | NPS ½ – 24 (lớn hơn: ASME B16.47) | Dầu khí, hóa chất, thiết bị Mỹ, dự án quốc tế |
| JIS B2220 (Nhật) | K | 5K, 10K, 16K, 20K, 30K, 40K, 63K | 10A trở lên (ký hiệu A theo mm) | Dự án và thiết bị Nhật Bản, xử lý nước |
| EN 1092-1 (châu Âu, thay thế DIN) | PN | PN6, 10, 16, 25, 40, 63, 100… | DN10 – DN4000 (tùy cấp PN) | Thiết bị châu Âu, van, bơm, cấp thoát nước |
- Class (ASME): chỉ là số định danh, không phải áp suất. Bích Class 150 thép carbon chịu được khoảng 19,6 bar (285 psi) ở nhiệt độ thường, chứ không phải 150 psi.
- K (JIS): xấp xỉ áp suất làm việc tối đa tính bằng kgf/cm² ở nhiệt độ thường. 10K ≈ 10 kgf/cm² ≈ 9,8 bar.
- PN (EN/DIN): áp suất danh định tính bằng bar ở nhiệt độ tham chiếu. PN16 ≈ 16 bar; khi nhiệt độ tăng, áp suất cho phép giảm theo nhóm vật liệu.
2. Áp suất làm việc giảm khi nhiệt độ tăng
Mỗi tiêu chuẩn có bảng áp suất – nhiệt độ (P–T rating) cho từng nhóm vật liệu. Biểu đồ dưới đây minh họa mặt bích thép carbon (nhóm 1.1, ví dụ ASTM A105) theo ASME B16.5: nhiệt độ càng cao, áp suất cho phép càng thấp.
| Nhiệt độ (°C) | Class 150 | Class 300 | Class 600 | Class 900 |
|---|---|---|---|---|
| −29 đến 38 | 19,6 | 51,1 | 102,1 | 153,2 |
| 100 | 17,7 | 46,6 | 93,2 | 139,8 |
| 150 | 15,8 | 45,1 | 90,2 | 135,2 |
| 200 | 13,8 | 43,8 | 87,6 | 131,4 |
| 250 | 12,1 | 41,9 | 83,9 | 125,8 |
| 300 | 10,2 | 39,8 | 79,6 | 119,5 |
| 400 | 6,5 | 34,7 | 69,4 | 104,2 |
Với inox, giá trị cũng khác: bích Class 150 bằng inox 304 hoặc 316 chỉ chịu khoảng 19,0 bar ở nhiệt độ thường, thấp hơn thép carbon một chút.
| Nhiệt độ (°C) | 10K | 16K | 20K | 30K |
|---|---|---|---|---|
| đến 120 | 14 | 27 | 34 | 51 |
| 220 | 12 | 25 | 31 | 46 |
| 300 | 10 | 23 | 29 | 43 |
| 350 | – | 21 | 26 | 39 |
Mặt bích JIS 10K thép carbon cho phép khoảng 14 bar (1,4 MPa) ở nhiệt độ đến 120 °C, cao hơn con số “10” trong ký hiệu. Tuy vậy, khi thiết kế, TNI vẫn chọn theo đúng bảng áp suất – nhiệt độ của vật liệu cụ thể, không suy ra từ ký hiệu.
3. Vì sao mặt bích khác hệ không lắp lẫn được?
Cùng cỡ ống 100 mm và cấp áp tương đương, ba tiêu chuẩn có đường kính ngoài, đường kính vòng bu lông (PCD) và cỡ bu lông khác nhau. Lệch vài milimét cũng đủ khiến bu lông không xuyên qua được.
| Cỡ ống | ASME B16.5 Class 150 | JIS B2220 10K | EN 1092-1 PN16 |
|---|---|---|---|
| 50 mm (NPS 2 / 50A / DN50) | OD 152,4 · PCD 120,7 · 4 × 5/8″ | OD 155 · PCD 120 · 4 × M16 | OD 165 · PCD 125 · 4 × M16 |
| 100 mm (NPS 4 / 100A / DN100) | OD 228,6 · PCD 190,5 · 8 × 5/8″ | OD 210 · PCD 175 · 8 × M16 | OD 220 · PCD 180 · 8 × M16 |
Ngoài ra, ASME còn có ký hiệu PN tương đương danh nghĩa cho từng Class: Class 150 ≈ PN20, Class 300 ≈ PN50, Class 600 ≈ PN110. Đây chỉ là cách gọi tương đương, kích thước vẫn theo ASME và không lắp được với bích EN PN16 hay PN40.
4. Cách chọn cấp áp suất mặt bích
- Xác định áp suất thiết kế và nhiệt độ thiết kế của đường ống (không lấy áp suất vận hành).
- Xác định vật liệu mặt bích và nhóm vật liệu tương ứng trong tiêu chuẩn.
- Tra bảng áp suất – nhiệt độ, chọn cấp thấp nhất có áp suất cho phép ≥ áp suất thiết kế ở nhiệt độ thiết kế.
- Kiểm tra áp suất thử (hydrotest) của hệ thống và tải trọng ngoài (mô-men uốn) tại vị trí bích.
- Thống nhất một hệ tiêu chuẩn cho cả tuyến ống, van và vòi thiết bị.
Ví dụ 1: Nước nóng, áp suất thiết kế 10 bar, 150 °C, bích A105. Class 150 ở 150 °C cho phép 15,8 bar ≥ 10 bar → chọn Class 150.
Ví dụ 2: Hơi, áp suất thiết kế 18 bar, 250 °C, bích A105. Class 150 ở 250 °C chỉ cho phép 12,1 bar < 18 bar → phải dùng Class 300 (41,9 bar).
Ví dụ 3: Theo JIS, 12 bar ở 200 °C: bích 10K thép carbon ở 220 °C cho phép 12 bar, sát giới hạn → nên chọn 16K để có dự phòng.
5. Đọc ký hiệu trên mặt bích
- 4″ – cỡ danh nghĩa NPS 4 (DN100)
- CL150 – cấp áp suất Class 150
- RF – mặt tiếp xúc nhô (Raised Face)
- WN – kiểu bích cổ hàn (Weld Neck)
- SCH40 – chiều dày cổ bích khớp với ống Schedule 40
- ASTM A105 – vật liệu thép carbon rèn (nhóm 1.1)
- ASME B16.5 – tiêu chuẩn kích thước và áp suất
Kiểu mặt tiếp xúc cũng phải khớp nhau: mặt phẳng FF, mặt nhô RF, rãnh vòng RTJ, lưỡi – rãnh, lồi – lõm. Bích Class 150 và 300 thường dùng RF; bích nối với thiết bị gang, nhựa hoặc FRP dùng FF để tránh nứt bích. Bích áp suất cao (Class 900 trở lên) thường dùng RTJ với gioăng kim loại.
Xem thêm các loại mặt bích trong bài Phụ kiện đường ống và kiểu kết nối.
6. Kinh nghiệm thực tế từ TNI
- Dự án của khách hàng Nhật thường dùng JIS 10K làm tiêu chuẩn chung. Khi mua thiết bị Mỹ hoặc châu Âu (bơm, van, thiết bị đo), cần ghi rõ trong đơn hàng yêu cầu khoan lỗ bích theo JIS 10K, hoặc chuẩn bị bích chuyển (adapter flange).
- Bích ASME dùng bu lông hệ inch, bích JIS và EN dùng bu lông hệ mét. Gioăng cũng theo từng tiêu chuẩn, nên đặt vật tư phải đồng bộ cả bộ: bích, gioăng, bu lông.
- Trên bản vẽ P&ID và isometric, luôn ghi đủ tiêu chuẩn, cấp áp và kiểu mặt (ví dụ “JIS 10K FF”, “ASME CL150 RF”). Đây là nguyên nhân thường gặp nhất gây đặt sai vật tư.
- Trong AutoCAD Plant 3D, TNI cài sẵn piping class theo đúng hệ bích của dự án. Nhờ vậy bảng MTO xuất ra đã đúng tiêu chuẩn, cấp áp và loại bu lông.
Kết luận
Class, K và PN là ba cách ký hiệu cấp áp khác nhau và không quy đổi trực tiếp được bằng con số. Muốn chọn đúng, cần dựa vào bảng áp suất – nhiệt độ của vật liệu cụ thể, đồng thời giữ một hệ tiêu chuẩn thống nhất cho cả tuyến ống.
Cần chọn cấp áp, thiết kế hoặc cung cấp mặt bích?
TNI thiết kế đường ống theo ASME B31.3 và cung cấp mặt bích, gioăng, bu lông theo ASME, JIS, EN.
Tra nhanh: Quy đổi áp suất bar ↔ psi ↔ MPa ↔ kgf/cm² · Tra cỡ ống NPS ↔ DN ↔ OD
Tài liệu tham khảo
- ASME B16.5 – Pipe Flanges and Flanged Fittings, NPS ½ through NPS 24 (bảng P–T, nhóm vật liệu 1.1, 2.1, 2.3).
- ASME B16.47 – Large Diameter Steel Flanges, NPS 26 through NPS 60.
- JIS B2220 – Steel pipe flanges.
- EN 1092-1 – Flanges and their joints: Steel flanges, PN designated.
- Engineers Edge – Pressure ratings for Group 1.1 materials per ASME B16.5.
- Project Materials – Class 150 flange temperature limits; What is JIS B2220.
- Roymech – BS EN 1092-1 PN16 dimensions.
