Mặt bích FF và RF: khác nhau gì, lắp chung được không?

Một bộ máy bơm từ Nhật về nhà máy, bảng nozzle ghi "JIS 10K 100A FF". Đường ống của dự án lại yêu cầu mặt bích ASME B16.5 Class 150 RF, còn thân bơm làm bằng gang. Hai câu hỏi nảy ra ngay: mặt bích FF (mặt phẳng) có xiết với mặt bích RF (mặt nâng) được không, và giữa hai mặt bích dùng gioăng nào?

Câu trả lời ngắn: FF đi với FF, RF đi với RF. Không xiết mặt bích thép RF vào mặt bích gang FF; hãy làm mặt bích thép phía đường ống thành FF. FF và RF là hình dạng của mặt làm kín (nơi gioăng tiếp xúc). FF phẳng đến hết mép ngoài, còn RF có một vành nhô lên bên trong vòng lỗ bu lông. Kiểu mặt làm kín cũng quyết định loại gioăng cần dùng, nên hãy kiểm tra mặt làm kín và vật liệu của mặt bích đối ứng trước khi đặt hàng.

Bài này giải thích cách bản vẽ Nhật ghi hai kiểu mặt bích này, sự khác nhau giữa JIS B 2220 và ASME B16.5, những cặp nào được phép lắp, bảng gioăng JIS 10K, và danh sách kiểm tra cùng câu hỏi để gửi nhà cung cấp Nhật. Trong nhà máy, thường gặp cùng lúc ba hệ: JIS 10K đi theo thiết bị Nhật, ASME Class 150 theo dự án, và hệ PN (EN 1092-1, ISO 7005-1) theo đường ống mua trong nước hoặc từ châu Âu. Phần "Nối mặt bích JIS với đường ống ASME hoặc PN" bên dưới nói về chỗ dễ nhầm này.

Hình 1: Mặt bích FF (mặt phẳng) và RF (mặt nâng)

Khác biệt nằm ở phần mặt bích mà gioăng chạm vào. Mặt bích RF dồn lực xiết bu lông lên một vành hẹp.

FF (flat face, mặt phẳng)

RF (raised face, mặt nâng)

Tên tiếng Nhật (JIS)

全面座 (zenmen-za)

平面座 (heimen-za)

Hình dạng mặt làm kín

Phẳng toàn bộ, ra đến mép ngoài mặt bích

Có vành nhô lên bên trong vòng lỗ bu lông (cao 1–5 mm theo JIS)

Phần gioăng được ép

Đến mép ngoài nếu dùng gioăng toàn mặt; chỉ trong vòng bu lông nếu dùng gioăng vành

Chỉ trên vành nhô

Gioăng

Toàn mặt (có lỗ bu lông) hoặc gioăng vành

Gioăng vành (nằm gọn trong vòng bu lông)

Ứng suất lên gioăng ở cùng lực xiết

Thấp hơn (lực dàn trên diện tích rộng)

Cao hơn (lực dồn vào diện tích hẹp)

Vị trí trong JIS B 2220

Dạng cơ bản của 5K và 10K. Với 16K và 20K được chọn khi cỡ từ 600A trở xuống

Dạng cơ bản từ 16K trở lên. 5K và 10K cũng được chọn

Ứng dụng thường gặp

Nước, khí nén áp thấp; van và bơm gang; đường ống nhựa hoặc có lớp lót

Hơi, dầu, lưu chất nguy hiểm; đường ống nhiệt độ và áp suất cao

Lưu ý

Gioăng toàn mặt khó làm kín khí

Xiết vào mặt bích gang FF có thể làm bị uốn và nứt

Mục "Vị trí trong JIS B 2220" dựa trên ghi chú trong bảng kích thước JIS B 2220:2012 được in lại trong catalog gioăng của Nichias. Mục "Ứng dụng thường gặp" là thông lệ chung, không phải yêu cầu của tiêu chuẩn.

Mục lục

1. Bản vẽ Nhật ghi FF và RF như thế nào
2. Mặt bích FF (mặt phẳng)
3. Mặt bích RF (mặt nâng)
4. Mặt bích FF có lắp được với mặt bích RF không?
5. Nối mặt bích JIS với đường ống ASME hoặc PN
6. Bảng tra nhanh: mặt làm kín và gioăng JIS 10K
7. Diện tích ép lên gioăng và ứng suất: ví dụ tính
8. Các kiểu mặt làm kín khác: MF, TG và RJ
9. Danh sách kiểm tra trước khi đặt mặt bích và gioăng
10. Giới hạn của bài viết
11. Câu hỏi thường gặp
12. Nguồn tham khảo

Bản vẽ Nhật ghi FF và RF như thế nào

Bản vẽ và data sheet của Nhật thường ghi liền tiêu chuẩn, cấp áp suất, cỡ và kiểu mặt làm kín trong một chuỗi. "JIS 10K 100A FF" nghĩa là mặt bích theo JIS B 2220, áp suất danh định (yobi-atsuryoku) 10K, cỡ danh định 100A (tương đương DN100, NPS 4), mặt làm kín dạng phẳng. "K" là cấp áp suất danh định của JIS, còn "A" là cỡ danh định tính theo milimét.

Tên gọi tiếng Nhật rất dễ đọc nhầm. JIS gọi FF là 全面座 (zenmen-za, "mặt đỡ toàn mặt") và RF là 平面座 (heimen-za). Chữ heimen nghĩa là "mặt phẳng", nhưng 平面座 lại là tên JIS của mặt nâng, không phải mặt phẳng. Bảng JIS có hai cỡ mặt nâng: 大平面座 (dai-heimen-za, mặt nâng lớn) và 小平面座 (sho-heimen-za, mặt nâng nhỏ). Khi chỉ ghi "RF" thì thường hiểu là loại lớn.

Kiểu mặt làm kín cũng hay được ghi liền với loại mặt bích, như "SOFF" hoặc "SORF" (slip-on, mặt phẳng hoặc mặt nâng) và "WN" cho weld neck. Nhà máy lọc dầu và hóa dầu ở Nhật hay ghi tiêu chuẩn JPI kèm class, chẳng hạn "JPI 150 RF".

Hình 2: Thuật ngữ về mặt làm kín trên bản vẽ Nhật

Các thuật ngữ bạn có thể gặp trong bảng nozzle hoặc data sheet của van, và nghĩa của chúng.

Ghi trên bản vẽ	Cách đọc	Nghĩa
全面座	zenmen-za	Mặt phẳng toàn mặt (FF)
平面座／大平面座	heimen-za / dai-heimen-za	Mặt nâng (RF), cỡ tiêu chuẩn (lớn)
小平面座	sho-heimen-za	Mặt nâng nhỏ (phụ lục tham khảo của JIS B 2220)
hamekomi-gata (viết bằng kana và kanji)	hamekomi-gata	Lồi – lõm (MF, male and female)
溝形	mizo-gata	Gờ – rãnh (TG, tongue and groove)
zenmen-gata gasuketto (viết bằng kana và kanji)	zenmen-gata gasuketto	Gioăng toàn mặt
ringu-gata gasuketto (uchi-pakkin)	ringu-gata / uchi-pakkin	Gioăng vành (còn gọi là "packing trong")

Trong tiếng nói ở xưởng Nhật, gioăng hay được gọi là pakkin ("packing"). Vì vậy gioăng RF có thể ghi là "RF pakkin" và gioăng toàn mặt là "FF pakkin".

Mặt bích FF (mặt phẳng)

Mặt bích FF được gia công phẳng trên toàn bộ mặt làm kín. Ở Nhật, FF chủ yếu dùng ở các cấp áp suất thấp như JIS 5K và 10K, JPI Class 150 và 300.

Trong bảng kích thước của tiêu chuẩn, JIS 5K và 10K được vẽ ở dạng mặt phẳng. Bảng JIS trong catalog Nichias còn ghi chú rằng 5K và 10K có thể làm mặt nâng khi cần. Mặt bích JIS 16K và 20K có thể làm dạng FF với cỡ đến 600A.

Gioăng được ép trên diện tích rộng hơn, nên cùng một lực xiết thì ứng suất lên gioăng thấp hơn so với RF. Vì vậy FF phổ biến với lưu chất không nguy hiểm như nước và khí nén.

Theo cách dùng của JIS, mặt bích FF có thể dùng gioăng toàn mặt có lỗ bu lông, hoặc gioăng vành nằm trong vòng bu lông. Nichias ghi bảng gioăng vành JIS của họ dùng được cho cả mặt phẳng lẫn mặt nâng lớn. Gioăng toàn mặt dàn lực xiết trên diện tích lớn, và Nichias lưu ý rằng gioăng toàn mặt bằng tấm nén (compressed sheet) và PTFE khó làm kín khí, kể cả ở 10K và 16K. Ngược lại, các tài liệu của Mỹ như Project Materials ghép mặt bích FF với gioăng toàn mặt, và đó cũng là cách ghép mà hướng dẫn của Mỹ yêu cầu khi mặt bích đối ứng bằng gang (xem bên dưới).

Mặt bích RF (mặt nâng)

Mặt bích RF có một vành phẳng nhô lên bên trong vòng bu lông. Khi xiết bu lông, lực dồn vào vành hẹp đó, nên ứng suất lên gioăng cao hơn FF và mối ghép dễ kín hơn. Vì vậy RF phổ biến với lưu chất nguy hiểm và lưu chất nhiệt độ cao.

Mặt bích thép theo ASME B16.5 thường được cung cấp ở dạng RF, và nếu cần FF thì thường phải ghi rõ trong đơn đặt hàng. Trong JIS, RF là dạng cơ bản từ 16K trở lên. Với 30K trở lên, Nichias khuyên dùng gioăng bán kim loại như gioăng quấn xoắn (spiral wound) thay cho gioăng tấm.

Chiều cao vành nâng khác nhau giữa hai tiêu chuẩn, như Hình 3 cho thấy. JIS B 2220 quy định theo cỡ và cấp áp suất, còn ASME B16.5 chỉ quy định theo class.

Hình 3: Mặt làm kín của mặt bích theo JIS B 2220 và ASME B16.5

Hai tiêu chuẩn dùng cùng các kiểu mặt làm kín, nhưng kiểu mặc định và chiều cao vành nâng thì khác nhau.

	JIS B 2220 (mặt bích ống thép)	ASME B16.5 (mặt bích ống, NPS 1/2–24)
Kiểu mặc định	FF với 5K và 10K; RF từ 16K trở lên	Mặt bích thép thường được cung cấp ở dạng RF; muốn FF phải ghi rõ khi đặt hàng
Chiều cao RF	1–5 mm tùy cỡ và cấp áp suất. 10K: 1 mm (từ 25A trở xuống), 2 mm (32A–250A), 3 mm (từ 300A trở lên). 16K và 20K từ 650A trở lên: 5 mm	1,6 mm (1/16 in) với Class 150 và 300; 6,4 mm (1/4 in) với Class 400 trở lên
Chiều cao RF trong chiều dày mặt bích	Hãy hỏi nhà cung cấp	Class 150 và 300: không tính. Class 400 trở lên: có tính
Các kiểu mặt làm kín khác	Mặt nâng nhỏ (phụ lục), lồi – lõm, gờ – rãnh	Lồi – lõm, gờ – rãnh, ring joint
Kích thước gioăng	JIS B 2404	ASME B16.21 (gioăng phẳng phi kim loại)

Giá trị JIS lấy từ bảng JIS B 2220:2012 in lại trong catalog Nichias. Giá trị ASME lấy từ ấn bản 2020 theo tóm tắt của Project Materials. Dù kiểu mặt làm kín trùng nhau, mặt bích JIS và ASME vẫn có đường tròn tâm lỗ bu lông khác nhau nên không lắp thẳng với nhau được.

Mặt bích RF có một nhược điểm nghiêm trọng. Khi van đối ứng làm bằng vật liệu giòn như gang, xiết bu lông vào mặt nâng sẽ làm mặt bích của van bị uốn và có thể nứt. Vì thế ít khi dùng RF với van gang. Phần sau giải thích vết nứt hình thành thế nào và cách xử lý.

Như mặt cắt cho thấy, mối ghép FF kẹp gioăng toàn mặt qua cả các lỗ bu lông, còn mối ghép RF chỉ kẹp gioăng vành trên vành nhô. Hai loại gioăng có hình dạng khác nhau, nên khi đặt mua gioăng luôn phải ghi rõ kiểu mặt làm kín.

Mặt bích FF có lắp được với mặt bích RF không?

Theo nguyên tắc là không. Ghép FF với FF và RF với RF để lực bu lông ép đều lên gioăng. Trước khi quyết định, hãy kiểm tra bốn điều sau:

• Kiểu mặt làm kín của mặt bích đối ứng (FF hay RF)
• Vật liệu của mặt bích đối ứng (thép, hay gang hoặc nhựa)
• Tiêu chuẩn và cấp áp suất (JIS 10K, JPI 150, ASME Class 150, PN16...) và lỗ bu lông có khớp nhau không
• Loại gioăng sẽ dùng (gioăng vành hay toàn mặt)

Thực tế, có bơm và van chỉ được chế tạo với mặt bích FF, nên phía đường ống thường phải làm theo thiết bị. Cách xử lý từng cặp như sau.

Hình 4: Các cặp mặt bích và gioăng

Câu hỏi không phải là "xiết bu lông được không", mà là gioăng có được ép đều hay không.

FF + FF, gioăng toàn mặtCặp theo đúng tiêu chuẩn. Thiết bị bằng gang hoặc nhựa, nước và khí nén áp thấp. Khó làm kín khí

FF + FF, gioăng vànhPhổ biến theo cách dùng của Nhật. Gioăng vành nằm trong vòng bu lông và có ứng suất cao hơn gioăng toàn mặt

RF + RF, gioăng vànhCặp theo đúng tiêu chuẩn. Hơi, dầu, lưu chất nguy hiểm, đường ống nhiệt độ và áp suất cao

RF + FF, mặt bích đối ứng bằng gang hoặc nhựaNên tránh. Mặt bích FF có thể bị uốn và nứt. Hãy làm phía đường ống thành FF cho khớp

MIRAIZ, một nhà cung cấp đường ống và thiết bị của Nhật, cũng liệt kê gioăng toàn mặt trên mặt bích RF là cặp không nên dùng.

Nếu đặt gioăng toàn mặt lên mặt bích RF, phần gioăng nằm ngoài vành nhô không chạm vào mặt bích đối ứng nên không được ép. Chỉ phần gioăng trên vành nhô làm kín, hiệu quả không hơn gioăng vành, còn phần ngoài thì vô tác dụng.

Giữa hai mặt bích thép ở áp suất thấp, mối ghép FF với RF có thể không rò. Dù vậy, lực bu lông vẫn dồn vào vành nhô, còn mép ngoài của mặt bích FF thì không được đỡ.

Ở thiết kế mới, hãy chọn các mặt làm kín khớp nhau. Gặp đường ống đang chạy có mặt bích lẫn kiểu, hãy hỏi người thiết kế hoặc nhà sản xuất. Đặc biệt, đừng xiết cho xong khi mặt bích đối ứng bằng gang hoặc nhựa.

Vì sao mặt bích gang FF nứt khi xiết với mặt bích thép RF

Hình 5: Mặt bích thép RF làm nứt mặt bích gang FF như thế nào

Chỉ có vành nâng chạm vào gioăng, để lại khe hở quanh bu lông. Càng xiết, phần ngoài của mặt bích gang càng bị uốn.

Hình minh họa nửa trên của mối ghép. Nét đứt là gioăng vành; phần tô màu là vành nâng của RF.

Trường hợp nguy hiểm là van gang có mặt bích FF xiết vào mặt bích thép RF. Chỉ có vành nâng ép lên gioăng, nên quanh bu lông còn một khe hở.

Khi xiết bu lông, phần ngoài của mặt bích gang bị kéo vào khe hở đó. Gang thường gãy trước khi uốn, nên vết nứt bắt đầu từ chân mặt bích.

Milwaukee Valve, hãng van của Mỹ, mô tả một van gang mặt phẳng bị trả về vì nứt sau khi lắp vào mặt bích thép RF. Hãng nêu rằng ASME B16.5 và B31.1 đều yêu cầu mặt bích thép phải là mặt phẳng trong trường hợp này, và khuyên tiện bỏ vành nâng rồi dùng gioăng toàn mặt. Để biết đúng nội dung điều khoản, hãy xem ấn bản hiện hành của ASME B16.5 và B31.1 hoặc quy chuẩn áp dụng cho dự án của bạn.

Các cách xử lý thường dùng:

• Làm mặt bích đối ứng phía đường ống thành mặt bích thép FF (ví dụ JIS 10K FF)
• Tiện bỏ vành nâng của mặt bích thép đang có để thành FF, rồi dùng gioăng toàn mặt
• Xiết bu lông từ từ, đều và theo thứ tự đối xứng chéo, để một phía mặt bích gang không bị kéo xuống trước

Có được tiện bỏ vành nâng hay không là do thông số kỹ thuật đường ống quyết định. Cũng nên xác nhận với nhà sản xuất mặt bích hoặc thiết bị. Với ASME B16.5 Class 150 và 300, chiều dày mặt bích được đo không kể vành nâng; với mặt bích JIS, hãy hỏi nhà cung cấp.

Nối mặt bích JIS với đường ống ASME hoặc PN

Chọn mặt làm kín khớp nhau mới giải quyết được một nửa vấn đề ở dự án trộn lẫn tiêu chuẩn. Mặt bích JIS B 2220 và ASME B16.5 có đường tròn tâm lỗ bu lông khác nhau, nên mặt bích JIS 10K FF cũng không xiết được với mặt bích ASME Class 150 FF. Ví dụ ở cỡ 100A (NPS 4), đường tròn tâm lỗ của JIS 10K là 175 mm, còn của ASME Class 150 là 7,50 in (190,5 mm).

Cách làm thông thường là dùng mặt bích đối ứng (companion flange) theo đúng tiêu chuẩn, class và kiểu mặt làm kín của thiết bị: nozzle JIS 10K FF thì dùng mặt bích đối ứng JIS 10K FF, kèm gioăng theo JIS B 2404. Chỗ chuyển đường ống từ JIS sang ASME do người thiết kế đường ống và thông số kỹ thuật của dự án quyết định.

Ở Việt Nam, tiêu chuẩn quốc gia về mặt bích thép là TCVN 11700-1:2016, ban hành theo ISO 7005-1:2011 (mặt bích thép dùng cho hệ thống đường ống công nghiệp và thông dụng). Hệ này dùng cấp áp suất PN, không dùng cấp K của JIS. Tôi không tìm thấy tiêu chuẩn TCVN nào tương ứng trực tiếp với JIS B 2220, vì vậy đừng coi mặt bích ghi TCVN hoặc PN là "tương đương JIS 10K" chỉ vì áp suất gần nhau. Hãy so từng cỡ về đường tròn tâm lỗ, số lỗ, đường kính lỗ và kiểu mặt làm kín với bảng của nhà cung cấp.

Một điểm dễ nhầm: ở nhiều cỡ, đường tròn tâm lỗ của JIS 10K và của PN10 hoặc PN16 theo EN 1092-1 chỉ lệch nhau vài milimét (ví dụ ở DN100 là 175 mm so với 180 mm), nên nhìn qua tưởng khớp nhưng lỗ bu lông lại lệch. Hãy đo hoặc tra bảng trước khi đặt mua.

Gioăng cũng không dùng lẫn được. Gioăng JIS có kích thước theo JIS B 2404, còn gioăng phẳng phi kim loại của ASME theo ASME B16.21. Gioăng vành của mặt bích JIS 10K sẽ không tự định tâm đúng trên mặt bích ASME, vì đường kính ngoài của nó được quyết định bởi đường tròn tâm lỗ của JIS (xem phần tiếp theo).

Bảng tra nhanh: mặt làm kín và gioăng JIS 10K

Bảng dưới liệt kê bảy cỡ thường dùng của mặt bích ống thép JIS 10K. Bảng gồm kích thước mặt nâng và đường kính trong, ngoài của gioăng, tính bằng milimét. Cả gioăng vành (ở Nhật hay gọi là "RF pakkin") lẫn gioăng toàn mặt cho mặt bích FF đều có kích thước quy định trong JIS B 2404 (kích thước gioăng dùng cho mặt bích ống).

Hình 6: Kích thước mặt nâng và gioăng của JIS 10K

Đường kính ngoài gioăng vành bằng đường tròn tâm lỗ trừ đường kính bu lông, nên gioăng nằm vừa khít trong vòng bu lông.

Cỡ danh định	Đường kính mặt nâng g / chiều cao f	Gioăng vành (RF) đường kính trong × ngoài	Gioăng toàn mặt (FF) đường kính ngoài	Đường tròn tâm lỗ; lỗ (số × đường kính)	Bu lông
15A (NPS 1/2)	51 / 1	22 × 58	95	70; 4 × 15	M12
25A (NPS 1)	67 / 1	35 × 74	125	90; 4 × 19	M16
50A (NPS 2)	96 / 2	61 × 104	155	120; 4 × 19	M16
80A (NPS 3)	126 / 2	90 × 134	185	150; 8 × 19	M16
100A (NPS 4)	151 / 2	115 × 159	210	175; 8 × 19	M16
150A (NPS 6)	212 / 2	167 × 220	280	240; 8 × 23	M20
200A (NPS 8)	262 / 2	218 × 270	330	290; 12 × 23	M20

Mọi kích thước tính bằng mm. g là đường kính ngoài của mặt nâng, f là chiều cao của nó. Trích từ các bảng JIS B 2220:2012 (mặt bích ống thép) và JIS B 2404:2018 (kích thước gioăng) trong catalog gioăng của Nichias. Đường kính trong của gioăng toàn mặt bằng của gioăng vành, đường kính ngoài bằng đường kính ngoài mặt bích. Trước khi đặt hàng, hãy xác nhận tiêu chuẩn và cấp áp suất của mặt bích đối ứng, và đối chiếu bảng kích thước mới nhất của nhà sản xuất gioăng.

Ví dụ ở cỡ 100A: đường tròn tâm lỗ 175 mm trừ đường kính bu lông M16 (16 mm) được 159 mm, đúng bằng đường kính ngoài gioăng vành. Cả bảy cỡ trong bảng đều theo quy tắc này.

Vì đường kính ngoài của gioăng vành chạm vào bu lông nên bu lông tự định tâm gioăng khi xiết, và gioăng ít bị xê dịch. Đó cũng là lý do đường kính ngoài gioăng hơi lớn hơn đường kính mặt nâng (151 mm ở 100A).

Gioăng toàn mặt có đường kính ngoài bằng mặt bích và có sẵn lỗ bu lông, nên lỗ định vị gioăng và lắp dễ, nhưng chủ yếu dành cho áp suất thấp. Bảng gioăng toàn mặt trong JIS B 2404 chỉ có đến 2K, 5K, 10K và 16K, không có cột 20K trở lên.

Ở cùng cỡ danh định, đường kính ngoài gioăng cũng thay đổi theo cấp áp suất. Gioăng vành 100A có đường kính ngoài 149 mm với 5K, 159 mm với 10K và 165 mm với 20K.

Khi đặt gioăng, hãy ghi tiêu chuẩn, cấp áp suất và cỡ danh định, cộng với loại (gioăng vành hay toàn mặt), vật liệu và độ dày. Chỉ ghi "JIS 10K 100A" thì nhà cung cấp không biết bạn cần gioăng cho FF hay RF.

Diện tích ép lên gioăng và ứng suất: ví dụ tính

Mặt bích RF dễ kín hơn vì cùng một lực xiết tác dụng lên diện tích nhỏ hơn. Dùng kích thước JIS 10K 100A, ta so sánh diện tích gioăng bị ép như sau.

Hình 7: Diện tích tiếp xúc và ứng suất trung bình lên gioăng ở JIS 10K 100A

Giả sử tổng lực bu lông là 100 kN, ứng suất trung bình lên gioăng ở mặt bích RF gấp khoảng ba lần so với FF dùng gioăng toàn mặt.

RF + gioăng vành7.521 mm² / 13,3 MPaπ/4 × (151² − 115²). Chỉ được ép đến đường kính ngoài mặt nâng 151 mm

FF + gioăng vành9.469 mm² / 10,6 MPaπ/4 × (159² − 115²). Cả vành gioăng được ép

FF + gioăng toàn mặt21.981 mm² / 4,5 MPaπ/4 × (210² − 115²) trừ 8 lỗ bu lông × π/4 × 19²

Ứng suất trung bình lên gioăng = tổng lực bu lông ÷ diện tích tiếp xúc, một phép tính đơn giản. 100 kN chỉ là giá trị giả định để so sánh, không phải lực xiết khuyến nghị. Kích thước: JIS 10K 100A (đường kính ngoài mặt nâng 151, gioăng vành 115 × 159, đường kính ngoài gioăng toàn mặt 210, 8 lỗ bu lông × 19, tất cả tính bằng mm).

Mặt nâng có đường kính 151 mm, nên dù gioăng vành có đường kính ngoài 159 mm thì cũng chỉ bị ép bên trong 151 mm. Với gioăng toàn mặt trên mặt bích FF, diện tích tiếp xúc gấp khoảng 2,9 lần mối ghép RF, và ứng suất trung bình lên gioăng giảm còn khoảng một phần ba.

Cách tính chỉ là diện tích hình tròn ngoài trừ diện tích hình tròn trong. Với gioăng toàn mặt, trừ thêm tám lỗ bu lông (mỗi lỗ khoảng 284 mm²).

Lực xiết thực tế và ứng suất cần để làm kín phụ thuộc vào loại gioăng và do dữ liệu của nhà sản xuất gioăng quy định. Chỉ riêng phép tính này không cho biết mối ghép có kín hay gioăng có phù hợp hay không.

Các kiểu mặt làm kín khác: MF, TG và RJ

Ngoài FF và RF, các đường ống áp suất cao hoặc không chấp nhận rò rỉ dùng kiểu mặt làm kín mà hai mặt bích ăn khớp vào nhau.

Hình 8: Các kiểu mặt làm kín của mặt bích

Mỗi biểu tượng là mặt cắt của một mặt bích. Kiểu ở trên là phổ biến nhất; kiểu ở dưới dành cho áp suất cao hơn.

FF: mặt phẳng (flat face)Phẳng toàn bộ. Dùng gioăng toàn mặt hoặc gioăng vành. Dạng cơ bản của JIS 5K và 10K

RF: mặt nâng (raised face, cỡ lớn)Vành nhô bên trong vòng lỗ bu lông. Dùng gioăng vành. Dạng cơ bản của JIS 16K trở lên, và phổ biến ở ASME

Mặt nâng nhỏVành nhô nhỏ hơn RF tiêu chuẩn. Có trong phụ lục tham khảo của JIS B 2220

MF: lồi – lõm (male and female)Mặt lồi (male) lọt vào mặt lõm (female); gioăng nằm trong phần lõm

TG: gờ – rãnh (tongue and groove)Gờ hẹp lọt vào rãnh; gioăng nằm trong rãnh

RJ: ring jointVòng kim loại nằm trong rãnh ở cả hai mặt bích. Dùng cho mặt bích ASME và JPI nhiệt độ, áp suất cao

MF và TG có trong bảng kích thước JIS B 2220 nhưng không dùng cho 5K và 10K loại mỏng (bảng mặt bích JIS của Nichias). Vòng RJ có dạng oval và bát giác, số hiệu vòng được gán theo class từ 150 đến 2500 trong ASME và JPI.

Với MF và TG, hai mặt bích đối nhau có hình dạng khác nhau, nên khi đặt hàng bản vẽ phải ghi rõ mặt bích nào là phía lồi (male).

Mối ghép RJ làm kín bằng cách ép biến dạng vòng kim loại trong rãnh. Bạn sẽ gặp nó trên các đường ống nhiệt độ và áp suất cao ở nhà máy lọc dầu, hóa chất, và trên các van áp suất cao.

Danh sách kiểm tra trước khi đặt mặt bích và gioăng

Để phân biệt hai kiểu ngoài hiện trường, hãy nhìn bậc nhô lên. Có bậc cao vài milimét bên trong các lỗ bu lông là RF; phẳng đến mép là FF. Với mặt bích đã tháo ra, vết gioăng cũng là manh mối: vết kéo ra ngoài các lỗ bu lông nghĩa là đã dùng gioăng toàn mặt.

Hình 9: Các bước kiểm tra trước khi đặt mặt bích và gioăng

Kiểm tra theo thứ tự: tiêu chuẩn, mặt làm kín và vật liệu, loại gioăng, rồi vật liệu gioăng và bu lông.

01Tiêu chuẩn và cấp áp suấtJIS 10K, JPI 150, ASME Class 150, PN16... Số lỗ bu lông và đường tròn tâm lỗ có khớp với mặt bích đối ứng không?

02Mặt làm kín và vật liệuMặt bích đối ứng là FF hay RF? Nếu là gang hoặc nhựa, làm cả hai phía thành FF

03Loại gioăngRF dùng gioăng vành; FF dùng gioăng vành hoặc toàn mặt. Đối chiếu kích thước với JIS B 2404 hoặc ASME B16.21

04Vật liệu và bu lôngChọn vật liệu gioăng theo lưu chất, nhiệt độ và áp suất, và xiết đều theo thứ tự đối xứng chéo

Ở nhiều dự án, thông số kỹ thuật đường ống (piping class) đã quy định sẵn tiêu chuẩn, kiểu mặt làm kín và gioăng cho từng tuyến. Bạn có thể lần từ số tuyến (line number) trên P&ID đến piping class tương ứng.

Hãy dùng danh sách này khi bảng nozzle hoặc data sheet van của phía Nhật gửi đến:

• Tiêu chuẩn, cấp áp suất, cỡ danh định và kiểu mặt làm kín của từng nozzle (ví dụ JIS 10K 100A FF)
• Vật liệu thân và mặt bích của từng bơm và van (gang, gang cầu, thép, nhựa, có lớp lót)
• Kiểu mặt làm kín và vật liệu của mặt bích đối ứng định dùng
• Có chỗ nào mặt bích thép RF gặp mặt bích gang hoặc nhựa FF không
• Loại gioăng (vành hay toàn mặt), vật liệu, độ dày, và tiêu chuẩn kích thước (JIS B 2404 hoặc ASME B16.21)
• Nơi đường ống chuyển từ mặt bích JIS sang ASME hoặc PN, và ai cung cấp chi tiết chuyển tiếp
• Cỡ và ren bu lông (ren hệ mét với JIS, ren hệ inch với ASME)
• Vành nâng nào sẽ bị tiện bỏ, và việc đó đã được thông số đường ống và nhà sản xuất chấp thuận chưa
• Lưu chất là nguy hiểm (hơi, dầu, hóa chất) thì rò rỉ ở mặt bích phải nằm trong đánh giá nguy cơ rủi ro của nhà máy theo Luật An toàn, vệ sinh lao động 2015

Câu hỏi gửi nhà cung cấp Nhật

• Các nozzle theo tiêu chuẩn, cấp áp suất và kiểu mặt làm kín nào? "平面座" (heimen-za) trên bản vẽ có phải là mặt nâng lớn tiêu chuẩn không?
• Mặt bích của bơm và van làm bằng vật liệu gì? Có cái nào bằng gang không?
• Có thể cung cấp nozzle với mặt bích ASME B16.5 hoặc kiểu mặt làm kín khác không?
• Nếu nozzle vẫn theo JIS, bên anh/chị có cung cấp được mặt bích đối ứng JIS, gioăng và bu lông đi kèm không?
• Với điều kiện vận hành của chúng tôi, anh/chị đề nghị loại gioăng và vật liệu gioăng nào cho các nozzle này?
• Có mô-men siết hoặc quy trình xiết khuyến nghị cho các mặt bích gang không?

Mẫu email ngắn để bạn chỉnh lại (có thể dịch sang tiếng Anh hoặc tiếng Nhật trước khi gửi):

Tiêu đề: Kiểu mặt làm kín và vật liệu mặt bích của [mã thiết bị]

Bảng nozzle của quý công ty ghi các nozzle bơm là JIS 10K 100A FF. Đường ống tại nhà máy chúng tôi theo ASME B16.5 Class 150 RF. Xin vui lòng xác nhận: (1) vật liệu mặt bích nozzle của bơm; (2) nozzle có thể cung cấp ở dạng mặt bích ASME Class 150 không; (3) nếu không, quý công ty có cung cấp được mặt bích đối ứng JIS 10K FF kèm gioăng toàn mặt và bu lông không. Xin gửi kèm loại gioăng và mô-men siết bu lông khuyến nghị cho các nozzle này.

Giới hạn của bài viết

• Chỉ có kích thước của JIS 10K. Các cấp JIS khác và mặt bích ASME cần bảng riêng.
• Giá trị JIS lấy từ JIS B 2220:2012 và JIS B 2404:2018 được in lại trong catalog của một nhà sản xuất gioăng. Hãy kiểm tra tiêu chuẩn hiện hành và bản vẽ của nhà cung cấp trước khi đặt hàng.
• Mặt bích gang ở Nhật theo một tiêu chuẩn riêng là JIS B 2239. Bài này không so sánh kích thước của tiêu chuẩn đó.
• Về TCVN 11700-1:2016, bài chỉ xác nhận được tên và nguồn gốc ISO 7005-1:2011 của tiêu chuẩn. Bài chưa so sánh kích thước hay kiểu mặt làm kín của nó với JIS.
• Ví dụ tính dùng lực bu lông giả định. Lực bu lông và ứng suất gioăng thực tế lấy từ nhà sản xuất gioăng và thông số dự án.
• Mối ghép lẫn kiểu mặt làm kín hay lẫn tiêu chuẩn có chấp nhận được hay không còn tùy thông số dự án và quy chuẩn áp dụng. Người thiết kế đường ống là người quyết định.

Câu hỏi thường gặp

Mặt bích FF (flat face) khác mặt bích RF (raised face) ở điểm nào?

Ở hình dạng mặt làm kín. Mặt bích FF phẳng đến mép ngoài và dùng gioăng toàn mặt hoặc gioăng vành. Mặt bích RF có một vành nhô bên trong các lỗ bu lông, dùng gioăng vành, và cùng lực xiết thì ứng suất lên gioăng lớn hơn.

Có thể xiết mặt bích FF với mặt bích RF không?

Nên tránh. Giữa hai mặt bích thép ở áp suất thấp có thể không rò, nhưng lực bu lông chỉ dồn vào vành nhô. Nếu mặt bích FF bằng gang hoặc nhựa, xiết có thể làm nứt, nên hãy làm mặt bích thép thành FF và dùng gioăng toàn mặt.

Mặt bích JIS 10K RF là gì?

Là mặt bích JIS B 2220 cấp 10K có mặt nâng. JIS 10K mặc định là FF, nên "10K RF" nghĩa là đã chỉ định mặt nâng. Vành cao 1 mm với cỡ 25A trở xuống, 2 mm từ 32A đến 250A và 3 mm từ 300A trở lên.

Mặt nâng cao bao nhiêu?

Trong ASME B16.5, vành cao 1,6 mm (1/16 in) với Class 150 và 300, và 6,4 mm (1/4 in) với Class 400 trở lên. Trong JIS B 2220, chiều cao từ 1 đến 5 mm tùy cấp và cỡ; mặt bích 16K và 20K từ 650A trở lên cao 5 mm. Hãy xác nhận giá trị của mặt bích bạn đang dùng trong bảng kích thước của nhà sản xuất.

Gioăng vành (gioăng RF) có dùng cho mặt bích FF được không?

Theo JIS thì được. Đường kính ngoài gioăng vành JIS chạm vào bu lông nên tự định tâm trên mặt bích FF, và bảng gioăng của Nhật ghi nó dùng được cho cả hai kiểu mặt làm kín. Chiều ngược lại thì không: gioăng toàn mặt trên mặt bích RF chỉ bị ép ở vành nhô. Khi đối ứng là gang, hướng dẫn của Mỹ yêu cầu dùng gioăng toàn mặt.

Nguồn tham khảo

• Phạm vi và nội dung JIS B 2220 (các kiểu mặt làm kín, tổ hợp mặt bích và gioăng, gioăng toàn mặt, phụ lục mặt nâng nhỏ): Hiệp hội Tiêu chuẩn Nhật Bản (JSA), bản xem trước JIS B 2220:2012 (tiếng Nhật)
• Kích thước mặt làm kín JIS 10K, ghi chú kiểu mặt theo cấp áp suất, MF và TG, kích thước gioăng vành và toàn mặt (JIS B 2404:2018), gioăng ring joint: Catalog gioăng Nichias, gioăng cho mặt bích JIS và bảng kích thước mặt bích JIS (tiếng Nhật)
• Nứt mặt bích gang FF khi xiết với mặt bích thép RF, và cách xử lý: Milwaukee Valve, "Flat Face Cast Iron Flanges and Raised Face Steel Flanges Are a Leaky Combination" (4/8/2021)
• Chiều cao mặt nâng, chiều dày và vành nâng, RF là kiểu thường gặp của mặt bích thép theo ASME B16.5 (2020): Project Materials, "Raised Face vs Flat Face Flange"
• Gioăng phẳng phi kim loại ASME B16.21: ASME B16.21-2021, mục lục
• Tổ hợp mặt bích và gioăng: MIRAIZ, "Cách dùng mặt bích FF và RF" (11/7/2024, tiếng Nhật)
• Hình dạng gioăng RF và FF: Tokyo Electric Power Company Holdings, tài liệu về sự cố rò rỉ nước biển ở nhà tuabin (9/7/2026, tiếng Nhật)
• Phạm vi của JIS B 2239 (mặt bích ống gang): GlobalSpec, JIS B 2239
• Đường tròn tâm lỗ ASME Class 150 (NPS 4): Engineering ToolBox, "ASME/ANSI B16.5 Flanges and Bolt Dimensions"
• Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam về mặt bích thép (tên và nguồn gốc ISO 7005-1:2011): TCVN 11700-1:2016 (ISO 7005-1:2011), Thư viện Pháp luật