Tiêu chuẩn mặt bích: ANSI, DIN, JIS, BS và cách chọn

Tiêu chuẩn mặt bích là bộ quy định về kích thước, cấp áp suất và kiểu mặt làm kín của mặt bích: đường kính ngoài, vòng tâm lỗ bu lông (PCD), số lỗ, đường kính lỗ và độ dày. Bốn hệ gặp nhiều nhất ở Việt Nam là ANSI/ASME của Mỹ, DIN và EN 1092-1 của Đức và châu Âu, JIS của Nhật, BS của Anh. Mặt bích ANSI, EN và JIS không lắp lẫn được dù cùng cỡ DN, nên phải chốt đúng hệ trước khi đặt hàng.

Mối nối bích gồm hai mặt bích, một gioăng và bộ bu lông, thường do các nhà máy khác nhau sản xuất. Tiêu chuẩn quy định kích thước của mặt bích để các phần này khớp nhau và chịu được áp suất ghi trên nhãn. Tổng quan quốc tế về các họ tiêu chuẩn bích có trên trang Flange – Wikipedia (tiếng Anh).

Các tiêu chuẩn mặt bích phổ biến

Mỗi tiêu chuẩn mặt bích quy định bộ kích thước riêng cho từng cỡ và cấp áp suất. Vì vậy cùng là ống DN100 nhưng bích ANSI, EN và JIS có vòng tâm lỗ, số lỗ và đường kính lỗ khác nhau. Dưới đây là phạm vi, cách phân cấp và hiệu lực hiện nay của từng tiêu chuẩn mặt bích.

Tiêu chuẩn mặt bích ANSI/ASME (Mỹ)

ASME (Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ) soạn thảo tiêu chuẩn, ANSI (Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ) công nhận. Cái tên "ANSI B16.5" là cách gọi quen thuộc, còn văn bản hiện hành là ASME B16.5, bản mới nhất phát hành năm 2025.

• ASME B16.5: mặt bích và phụ kiện nối bích cỡ NPS 1/2 đến 24 inch, gồm Class 150, 300, 400, 600, 900, 1500 và 2500.
• ASME B16.47: cỡ NPS 26 đến 60 inch, có hai chuỗi. Series A (tương ứng MSS SP-44) dày và nặng hơn, Series B (tương ứng API 605) mỏng và nhẹ hơn. Hai chuỗi không lắp lẫn với nhau.
• Kiểu mặt mặc định: mặt lồi RF cao 1,6 mm ở Class 150 và 300, cao 6,4 mm từ Class 400 trở lên. Ngoài ra có mặt phẳng FF, rãnh vòng RTJ, lồi–lõm và lưỡi gà–rãnh.
• Ứng dụng: dầu khí, hóa dầu, nhà máy điện, hơi nóng và các hệ áp suất cao.

Class không phải áp suất tính bằng psi. Đó là cấp áp suất theo nhiệt độ: vật liệu mất dần độ bền khi nóng lên nên áp suất cho phép giảm theo nhiệt độ. Ví dụ bích thép A105 Class 150 chịu 19,6 bar ở nhiệt độ từ −29 đến 38 °C, nhưng chỉ còn 13,8 bar ở 204 °C và 5,5 bar ở 427 °C (theo ASME B16.5-2020). Class 300 cùng vật liệu ở nhiệt độ thường là 51,1 bar. Số liệu đầy đủ theo từng cỡ nằm ở bài bảng tra mặt bích ANSI Class 150–2500.

Tiêu chuẩn mặt bích DIN (Đức) và EN 1092-1

DIN là tiêu chuẩn của Viện Tiêu chuẩn Đức. Với mặt bích thép, các tiêu chuẩn DIN cũ như DIN 2501, 2527, 2576, 2631 đến 2638 đã được thay bằng EN 1092-1 của châu Âu (bản 2018, có sửa đổi A1:2023). Tên "mặt bích DIN" vẫn được dùng nhiều ngoài thực tế vì kích thước kết nối của các cấp PN thông dụng được giữ lại.

• Phân cấp theo PN: EN 1092-1 có dải PN2,5 đến PN400, thông dụng nhất là PN6, PN10, PN16, PN25, PN40. PN là áp suất danh nghĩa tính bằng bar ở nhiệt độ tham chiếu 20 °C, ví dụ PN16 ứng với 16 bar, tức 1,6 MPa. Áp suất cho phép giảm khi nhiệt độ tăng, mức giảm tùy nhóm vật liệu trong bảng áp suất–nhiệt độ của EN 1092-1.
• Kiểu mặt làm kín: Type A là mặt phẳng, B1 là mặt lồi thông dụng nhất cho bích thép, B2 là mặt lồi gia công mịn hơn. Các kiểu C, D (lưỡi gà, rãnh) và E, F (lồi, lõm) ít gặp hơn.
• Họ tiêu chuẩn: EN 1092-1 cho thép, EN 1092-2 cho gang, EN 1092-3 cho hợp kim đồng, EN 1092-4 cho nhôm.
• Ứng dụng: cấp thoát nước, xử lý nước thải, hóa chất, HVAC, công nghiệp chung và thiết bị nhập từ châu Âu.

PN10 và PN16 có cùng kích thước lắp ráp đến DN150, từ DN200 trở lên mới khác vòng tâm lỗ và số lỗ. Riêng DN65 có thể gặp bích 4 lỗ (theo DIN cũ) hoặc 8 lỗ, nên đếm lỗ trước khi đặt. Vì vậy phải tra đúng cấp PN ghi trên bản vẽ, xem bài mặt bích DIN để lấy số liệu từng cỡ.

Tiêu chuẩn mặt bích JIS (Nhật Bản)

JIS (Japanese Industrial Standards) phổ biến ở Nhật, Hàn Quốc và nhiều nước châu Á, trong đó có Việt Nam. Tiêu chuẩn mặt bích thép đường ống là JIS B2220 (bản hiện hành 2012), bích gang thuộc JIS B2239, bích hợp kim đồng thuộc JIS B2240. Cỡ được ghi theo "A" tính bằng mm hoặc "B" tính bằng inch, ví dụ 100A tương đương 4B.

• Phân cấp theo K: thường gặp 5K, 10K, 16K, 20K; JIS B2220 còn có 30K, 40K, 63K.
• Áp suất theo nhiệt độ: con số K gần bằng kgf/cm² ở nhiệt độ cao nhất của dải. Bích thép 10K cho phép 1,4 MPa đến 120 °C, 1,2 MPa ở 220 °C và 1,0 MPa ở 300 °C. Vì vậy "10K bằng 10 bar" chỉ đúng ở 300 °C, còn với nước lạnh bích 10K chịu được tới 1,4 MPa.
• Vật liệu hay gặp: thép kết cấu SS400 (JIS G3101) cho nước và khí nén, không dùng cho nhiệt độ hoặc áp suất cao.
• Ứng dụng: cấp thoát nước, phòng cháy chữa cháy, đóng tàu, máy công nghiệp Nhật và Hàn.

Ở cùng cỡ, bích JIS 10K thường mỏng và nhẹ hơn bích ANSI Class 150. Số liệu đầy đủ nằm ở bài bảng tra kích thước mặt bích JIS.

Tiêu chuẩn mặt bích BS (Anh)

BS (British Standards) là hệ tiêu chuẩn của Anh. Mặt bích theo BS 4504 dùng chỉ số PN và có kích thước rất gần DIN. BS 4504 đã bị rút và thay bằng BS EN 1092-1, nên dự án mới chỉ định EN 1092-1 thay vì BS 4504. Trên thị trường Việt Nam, ký hiệu "BS4504 PN16" vẫn còn trên bản vẽ cũ và đơn đặt hàng. Hệ inch BS 10 (Table D, E, F, H) là hệ rất cũ và không lắp lẫn với BS 4504.

Khi thay mặt bích trong hệ thống cũ, cần đối chiếu kích thước thực tế chứ đừng mặc định hai bên lắp được. Tình trạng hiệu lực và cách đối chiếu nằm trong bài về tiêu chuẩn BS 4504.

Bảng so sánh các tiêu chuẩn mặt bích

Bảng so sánh tiêu chuẩn mặt bích dưới đây đặt bốn hệ cạnh nhau theo các tiêu chí quyết định khi đặt hàng.

Ví dụ so sánh tiêu chuẩn mặt bích ở cỡ DN100

Cùng một ống DN100 (NPS 4, 100A), ba hệ cho ba bộ kích thước khác nhau như bảng dưới. Số liệu lấy từ bảng tra mặt bích thép của từng hệ, không gồm chiều dày vì chiều dày phụ thuộc kiểu bích.

Cả ba đều có 8 lỗ nhưng vòng tâm lỗ lệch nhau từ 5 đến 15,5 mm, đủ để bu lông không xuyên qua hai bích đặt đối nhau.

Đối chiếu cỡ DN, NPS và A

Cách gọi cỡ khác nhau giữa các hệ, và đường kính ngoài ống cũng không hoàn toàn giống nhau. Ống theo ISO/EN và ASME gần như trùng nhau, còn ống JIS từ 125A trở lên nhỏ hơn vài milimet. Bảng dưới đối chiếu các cỡ hay gặp, cách quy đổi chi tiết xem bài DN sang inch.

DN, NPS và A là cỡ danh nghĩa, không bằng đường kính thực của ống. Lỗ bích hàn trượt được gia công theo đường kính ngoài ống của chính hệ đó, nên bích JIS 150A không lồng vừa ống 168,3 mm, còn bích EN lắp vào ống JIS 165,2 mm thì khe hở rộng, mối hàn khó đạt. Ống cùng DN khác độ dày thành (schedule) dùng chung bích hàn trượt, nhưng bích hàn cổ phải đặt đúng đường kính trong theo schedule.

Mặt bích khác tiêu chuẩn có lắp lẫn được không

Về nguyên tắc là không. Các tiêu chuẩn mặt bích được xây dựng độc lập, nên vòng tâm lỗ, số lỗ và đường kính lỗ không trùng. Việc ép bu lông qua hai bích lệch lỗ làm lệch tải lên gioăng và gây rò rỉ, hoặc gãy tai bích khi siết cưỡng bức. Ma trận dưới đây, lập từ các bảng tra mặt bích của từng hệ, tóm tắt các cặp thường gặp.

Cấp áp suất danh nghĩa gần nhau không có nghĩa là lắp được. PN16 (16 bar) và Class 150 (19,6 bar ở nhiệt độ thường) có áp suất xấp xỉ nhưng khác kích thước, nên không thay cho nhau. Muốn nối hai hệ phải dùng mặt bích chuyển tiếp hoặc đổi cả hai đầu về cùng một tiêu chuẩn.

Còn một loại ghép lẫn khác là cùng kích thước nhưng khác kiểu mặt. Bích thép mặt lồi RF ghép với bích gang hoặc thân van gang mặt phẳng FF làm bu lông tạo mô men uốn quanh mép gờ RF, tai bích gang giòn nên dễ nứt. Cách xử lý là gia công phẳng mặt RF của bích thép và dùng gioăng toàn mặt.

Nhận biết tiêu chuẩn mặt bích đang có sẵn

Cách nhanh nhất là đọc dòng khắc hoặc đúc trên thân, xem hướng dẫn cách đọc thông số khắc trên mặt bích. Khi dòng khắc đã mờ hoặc mặt bích không có nhãn, đo trực tiếp theo thứ tự sau.

1. Đọc ký hiệu cấp áp suất: Class hoặc LB (150LB, CL300) là ANSI/ASME, PN (PN16) là EN/DIN/BS, K (10K) là JIS.
2. Đếm lỗ bu lông: số lỗ cho biết nhóm cỡ nhưng chưa đủ để xác định hệ vì nhiều hệ có cùng số lỗ ở một cỡ, như ví dụ DN100 ở trên.
3. Đo đường kính ngoài và vòng tâm lỗ: dùng thước kẹp, với số lỗ chẵn đo khoảng cách giữa tâm hai lỗ đối diện. Ví dụ bích 8 lỗ có vòng tâm lỗ 180 mm là hệ EN, 190,5 mm là ANSI, 175 mm là JIS.
4. Đo đường kính lỗ và kiểm tra ren bu lông: ở cỡ DN100, lỗ 18 mm đi với M16 của EN, lỗ 19 mm có thể là JIS 10K (M16) hoặc ANSI (5/8 in). Bu lông ren inch UNC có bước ren khác ren mét M.
5. Đối chiếu với bảng tra mặt bích: so ba số đo trên với bảng tra mặt bích của từng hệ. Chỉ khi cả vòng tâm lỗ, số lỗ và đường kính lỗ cùng khớp mới xác định được hệ.

Nếu mặt bích có mặt lồi, đo thêm đường kính và chiều cao gờ. Gờ 1,6 mm hoặc 6,4 mm gợi ý hệ ASME, còn gờ trên bích EN có kích thước riêng theo Type B1. Đừng chỉ dựa vào hình dáng, vì hai bích trông giống nhau vẫn có thể khác vòng tâm lỗ vài milimet.

Chọn tiêu chuẩn mặt bích cho dự án

Không có tiêu chuẩn mặt bích nào tốt hơn hẳn, chỉ có hệ phù hợp với hệ thống đang làm. Xét bốn yếu tố theo thứ tự sau.

• Hồ sơ thiết kế của chủ đầu tư: bản chỉ dẫn kỹ thuật đường ống (piping specification) thường đã ghi rõ, ví dụ ASME B16.5 Class 300. Khi đó phải theo đúng, không tự đổi sang hệ khác dù cùng cấp áp suất.
• Thiết bị đã có: bơm, van, bồn hoặc đồng hồ nhập từ Đức thường có bích EN/DIN, thiết bị Nhật và Hàn thường là JIS, thiết bị dầu khí Mỹ là ASME. Mặt bích đường ống phải cùng hệ với mặt bích thiết bị để bắt được bu lông. Với van, hệ bích đi theo tiêu chuẩn van công nghiệp ghi trong datasheet (API, EN hay JIS).
• Xuất xứ hệ thống đã lắp: nhà máy mở rộng nên theo hệ đang dùng để giữ đồng bộ phụ tùng và kho vật tư. Với hệ cũ ghi BS 4504, đặt hàng mới theo EN 1092-1 cùng cấp PN.
• Áp suất và nhiệt độ làm việc: áp suất cao, nhiệt độ cao thường dùng ANSI Class cao. Cấp nước, HVAC thường chỉ cần EN PN10, PN16 hoặc JIS 10K. Luôn tra áp suất cho phép theo nhiệt độ của đúng vật liệu, đừng chỉ nhìn số PN hay Class.

Tiêu chuẩn mặt bích đi cùng mác vật liệu: bích ASME thường là thép rèn A105 hoặc inox F304, F316, bích EN thường là P250GH hoặc S235JR, bích JIS thường là SS400 hoặc SFVC2A. Chi tiết xem bài vật liệu mặt bích theo từng tiêu chuẩn.

Gioăng và bu lông đi theo tiêu chuẩn mặt bích

Gioăng cũng có tiêu chuẩn kích thước riêng. Gioăng phi kim tấm phẳng cho bích ASME theo ASME B16.21, gioăng kim loại như xoắn (spiral wound) và vòng RTJ theo ASME B16.20, gioăng cho bích PN theo EN 1514. Chọn gioăng sai hệ thì đường kính trong, đường kính ngoài hoặc vòng định tâm không khớp mặt làm kín.

Bu lông cần đúng ren và cấp bền: bích ASME dùng ren inch UNC, bích EN và JIS dùng ren mét. Cấp nước, khí nén dùng bu lông thép 4.6 hoặc 8.8, dầu khí và hơi áp cao thường dùng ASTM A193 B7 với đai ốc A194 2H, bích inox dùng A2-70, A4-70 hoặc A193 B8/B8M. Ren phải nhô khỏi đai ốc tối thiểu 1 đến 2 bước ren.

Sai lầm thường gặp khi chọn tiêu chuẩn mặt bích

• Coi 10K bằng PN10: JIS 10K cho phép 1,4 MPa với nước lạnh, cao hơn PN10 (1,0 MPa), nhưng hai hệ vẫn khác vòng tâm lỗ nên không lắp lẫn.
• Chỉ ghi "mặt bích DN100" khi đặt hàng: thiếu tiêu chuẩn mặt bích và cấp áp thì nhà cung cấp không biết giao bộ kích thước nào. Phải ghi cả hệ và cấp, ví dụ EN 1092-1 PN16.
• Dùng lại bản vẽ BS 4504 để đặt hàng theo tên cũ: nhà cung cấp mới thường giao theo EN 1092-1. Hai hệ hài hòa kích thước nhưng vật liệu và dung sai có thể khác, nên đối chiếu từng cỡ trước khi chốt.

Chọn xong tiêu chuẩn mặt bích, hãy kiểm tra thêm bu lông và gioăng cùng cỡ. Viva có sẵn các loại mặt bích theo những tiêu chuẩn mặt bích trên, đi kèm bu lông đúng ren và cấp bền. Gửi tiêu chuẩn mặt bích, DN, cấp áp suất, vật liệu và kiểu mặt làm kín để được tư vấn đúng loại. Viva tư vấn tại Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội.

Câu hỏi thường gặp về tiêu chuẩn mặt bích