Фланец и фланцевое соединение в трубопроводной арматуре

Что такое фланцевые соединения? Типы фланцевых соединений. Фланцевые соединения в промышленности

Трубное фланцевое соединение отличается практичностью и надежностью Фланцевое соединение очень часто используют в промышленности. Такие соединения обеспечивают прочность и герметичность стыков. Такие факторы в производстве очень важны, так как если не будет качественного соединения, то это становится угрозой для рабочих. В таких соединениях основным элементом является фланец. Такой элемент представляется в форме металлического диска, который обеспечивает прочное и надежное соединение. Так же такой фланец используется в отрасли транспортного трубопровода.

Виды фланцев

Для технологических трубопроводов разработано большое количество конструкций этой детали. Все фланцевые соединения состоят из следующих элементов – фланцев, прокладки, крепежных изделий. Главная задача, которая возложена на этот узел – объединение частей трубопровода либо же присоединение к трубам дополнительного оборудования. Фланцы подразделяются на виды в зависимости от различных параметров. По конструкции они делятся на:

Отличие заключается в том, что цельные фланцы вместе с корпусом претерпевают соответственно одинаковые нагрузки. Изготавливаются они совместно с арматурой в процессе отливки или штамповки, также совмещение можно производить при помощи сварки. Что касается свободных, они представляют собой диск, который крепится к приваренному фланцу или отбортованному краю трубы. У обоих видов имеются как недостатки, так и достоинства. Свободные фланцы удобны в сборке, их конструкция позволяет легко совмещать отверстия под шпильки. Недостатком является меньшая прочность и жесткость, чем у цельных фланцев.
Разделение фланцев по назначению:

• Для арматуры и трубопроводов. Фланцевые соединения трубопроводов данного типа используются для всех видов и отраслей трубного, транспортного и жилищно-коммунального хозяйства.
• Для сосудов и аппаратов, такие соединения применяются для перегонки нефти, оборудования систем теплообеспечения, а также емкостей под резервацию.

Стандарты

Все фланцы подразделяются на несколько видов в зависимости от ГОСТа и исполнения:

1. Литые фланцы, изготавливаются как единое целое с корпусом. Отливаться они могут из стали или чугуна.
2. Стальные фланцы, которые имеют резьбу на шейке. Этот тип имеет достаточно ограниченное применение и в основном используется для трубопроводов с низким давлением.
3. Воротниковые фланцы. Представляют собой изделие из стали, которое получено сваркой встык. Назначение воротниковых фланцев заключается в соединении трубопроводов с высоким и средним давлением. Преимущество этого типа заключается в простоте монтажа и экономичности. По сравнению с фланцами плоскими приварными, которые мы рассмотрим следующим пунктом, они сокращают трудоемкость изготовления в среднем на 20% и объем работ по сварке в два раза.
4. Фланцы плоские приварные. Производятся они из стали и применяются такие фланцевые соединения для технологических трубопроводов.
5. Свободные фланцы. Этот вид имеет свои особенности и подразделяется на три подвида:

• с буртом, они применяются для трубопроводов с агрессивными средами, от воздействия которых бурт предохраняет сам фланец;
• на отбортованной трубе;
• на приварном кольце, они используются для трубопроводов из цветных металлов – меди и ее сплавов, алюминия, а также нержавеющей стали;

Виды затворов

Как и любые другие виды запорной арматуры, эти имеют несколько разновидностей, которые определяются конструкционными особенностями и способом воздействия на трубопровод:

Читайте также: Дымоход из стальной трубы и черной стали своими руками

• Дисковые затворы с одним или несколькими дисками;
• Клиновые затворы с выдвижным шпинделем;
• Клиновые затворы с фиксированным шпинделем.

Кроме того, некоторые модели могут дополнительно комплектоваться прорезиненной головкой клина, что увеличивает плотность прилегания и уровень герметизации.

Параметры выбора соединения

1. Форма фланцевого соединения. Фланцы могут быть: круглые, овальные или прямоугольные.
2. Условный проход. Его размер соответствует внутреннему сечению фланца, по которому будет протекать среда.
3. Конструктивное исполнение. Этот параметр регламентирует фланцевые соединения, ГОСТ 12815-80 включает 9 различных категорий исполнения.
4. Давление. Соединения могут выдерживать максимально условное давление, оно зависит от исполнения и геометрических размеров фланца. Этот параметр также предусмотрен основным нормативным документом.
5. Материал. Для изготовления используется чугун, углеродистая, легированная, нержавеющая сталь. Материал выбирается в соответствии с используемой средой применения. Могут также применяться и дорогостоящие металлы.

Технологические.

Эти характеристики связаны с особенностями производства (из каких заготовок и по каким технологиям выполняется фланец).

Круглые и квадратные фланцы. В настоящее время выпускается небольшое количество задвижек, клапанов и т. п. трубопроводной арматуры, имеющей в качестве присоединительного узла фланец квадратный. Поэтому в соответствии с ГОСТ 12815-80 до давления условного Ру 4 МПа (40 кгс/см2) предусмотрены по конструкции фланцы как круглые, так и квадратные. При заказе квадратных фланцев необходимо помнить, что существует прямая зависимость диметра фланца от условного давления: чем выше давление, тем меньшего диаметра фланец можно произвести (табл. 2).

Ру, кг/см2	1,0; 2,5; 6,0	10,0; 16,0	25,0; 40,0
Ду, мм	10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100	10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80	10, 15, 20, 25, 32, 40, 50

Электроизолирующее соединение

Изолирующее фланцевое соединение имеет ряд отличий от других видов и несет на себе задачу препятствия прохождению электрического тока, а также защиты от электрохимической коррозии. Большинство трубопроводов проложены под землей, где возможна вероятность возникновения блуждающих токов. В целом они не несут опасности всему трубопроводу на входе, но очень опасны на месте выхода. Такое воздействие может приводить к разрушению металла, образованию трещин и утечкам транспортируемой жидкости или газа, изолирующее фланцевое соединение обеспечивает необходимую безопасность. Состоит оно из фланцев, специальных изолированных прокладок, втулок и крепежных изделий. Применяют такое соединение в следующих случаях:

• на границе трубопровода и переходе его от поставщика к потребителю;
• когда фланцевое соединение труб обеспечивает совмещение разных материалов, из которых они изготовлены;
• на трубопроводах, которые проложены в области источников блуждающих токов;
• на выходе изолированной трубопроводной сети, которая соединяется с неизолированным трубопроводом;
• на наземных участках газораспределительных станций.

Другие типы фланцевых соединений

• Измерительные фланцевые соединения. Они обеспечивают стыковку трубопроводных сетей с дополнительным оборудованием и измерительными устройствами.
• Соединения, работающие под большим давлением. Такие узлы подвергаются переменным нагрузкам от работающих механизмов. Поэтому чтобы обеспечить плотность и прочность, а также долговечность, следует соблюдать ряд технологических нюансов при монтаже. Закручивание шпилек производится постепенно по кругу и в определенной последовательности. Фланцевые соединения могут стать более прочными за счет использования линзового вида прокладки. Чтобы использовать этот вид прокладок, предварительно необходимо отшлифовать поверхность и прокладки, и трубы непосредственно. Наилучшим вариантом для данного вида служат резьбовые фланцевые соединения. Также может использоваться наряду с линзовой прокладкой, плоская металлическая. Максимальная плотность фланцевого соединения обеспечивается использованием таких материалов для плоских прокладок, как медь или алюминий.

• Фланцевый замок. Это соединение по конструкции полностью соответствует фланцевому, отличие заключается в том, что вместо привычных крепежных изделий – болтов и шпилек, используется специальная конструкция в виде полосы, которая обжимает фланцы и затягивается болтами. В таких соединениях отверстия по диаметру фланцев отсутствуют. Такой вид отлично зарекомендовал себя в узлах, которые требуют быстрого и периодического разъединения-соединения. Использовать в этом случае можно плоские приварные фланцы или приваренные встык.

Виды фланцевых соединений и их характеристики

При проведении химического процесса необходимо выполнять требования безопасной эксплуатации оборудования. В инженерной практике использования химических реакторов встречаются технические оболочки, изготовленные как одна деталь (отливки, поковки). Другие оболочки представляют собой свариваемые между собой конструкции, что обеспечивает наибольшую гарантию герметичности конструкции. Однако часто узлы реакторов соединяются между собой с помощью разъемных соединений, что обусловлено требованиями изготовления, монтажа и эксплуатации реактора. Наиболее распространенным видом разъемного соединения является фланцевое соединение. Фланцевые соединения должны обеспечивать герметичность соединения, обладать прочностью, быстро разбираться и собираться, быть дешевыми [11].

Основным элементом фланцевого соединения является фланец. В настоящее время широкое применение получили три вида фланцев: плоские приварные, приварные встык и свободные на приварном кольце (накидные) (рисунок 10). Конструкции фланцев стандартизированы и классифицируются по условному давлению и условному диаметру.

а ‒ плоский приварной; б ‒ приварной встык; в ‒ свободный на приварном кольце; 1 ‒ фланец; 2 ‒ привариваемая труба; 3 ‒ приварное кольцо

Рисунок 10 ‒ Фланцы трубопроводов

Наиболее простыми являются плоские приварные фланцы. Они применяются при давлении до 2,5 МПа и температуре до 300 °С. В силу своей простоты и небольшой материалоемкости фланцы такой конструкции в настоящее время нашли широкое распространение в нефтеперерабатывающей промышленности.

Приварные встык фланцы не имеют ограничений по давлению и температуре. Коническая втулка этих фланцев позволяет, во-первых, снизить напряжения во фланце, а во-вторых, вынести сварной шов из зоны наибольших нагрузок фланцевого соединения.

Накидные фланцы удобны при монтаже, так как в этой конструкции часть фланца под установку прокладки соединена с патрубком жестко, а сам фланец на патрубке не закреплен, поэтому отверстия под болты можно поворачивать на любой угол. Накидные фланцы применяют при условном давлении до 2,5 МПа.

Присоединительной поверхностью фланцев называется поверхность под установку прокладки. Виды фланцевых соединений в зависимости от этой поверхности представлены на рисунок 11.

Читайте также: Схема подключения и обвязка отопительного котла в частном доме

а ‒ с гладкой поверхностью; б ‒ выступ-впадина; в ‒ шип-паз; г ‒ с овальной (или восьмиугольной) прокладкой; д ‒ с линзовой прокладкой

Рисунок 11 ‒ Некоторые виды фланцевых соединений

Фланцевые соединения с гладкой присоединительной поверхностью получили широкое распространение в связи с простотой конструкции.

Соединения типа «выступ-впадина» и «шип-паз» являются более надежными, поэтому их применяют при проведении взрывопожароопасных процессов, а также процессов, протекающих при рабочей температуре от -40 °С и выше +300 °С. Монтируют фланцы таким образом, чтобы фланец, находящийся внизу в рабочем состоянии аппарата, имел исполнение «паз» (впадина). Это облегчает установку прокладки при монтаже.

При высоких давлениях (более 6,3 МПа) применяют фланцевые соединения с поверхностью под металлическую прокладку овального или восьмиугольного сечения. Сопрягаемая поверхность таких фланцев имеет одинаковые фасонные канавки.

Герметичность фланцевого соединения обеспечивается с помощью прокладки. Прокладка должна быть эластичной, стойкой к воздействию уплотняемой среды, прочной и долговечной. Наиболее часто в качестве материала прокладок используют неметаллические материалы (резину, асбестовый картон, паронит, фторопласт), атак же металлы (алюминий, латунь, медь, сталь).

Существует еще группа так называемых спирально навитых прокладок. Уплотнительная поверхность таких прокладок состоит из двух спирально навитых чередующихся лент: перфорированной холоднокатаной из коррозионно-стойкой стали и ленты из уплотнительного материала, например фторопласта. Дополнительную прочность прокладке придает одно или два металлических кольца. Если прокладка имеет одно кольцо, то оно может располагаться как с внешней стороны уплотнительного материала, так и с внутренней (рисунок 12).

Такие прокладки обладают хорошей герметичностью по сравнению с плоскими неметаллическими прокладками. Их можно использовать, например, при комплектовании фланцевых соединений с гладкой уплотнительной поверхностью в случае невозможности применения обычных неметаллических прокладок.

а ‒ основной тип; б ‒ с внутренним кольцом; в ‒ с наружным кольцом;

г ‒ с внутренним и наружным кольцом; 1 ‒ лента-наполнитель;

2 ‒ перфорированная лента из коррозионно-стойкой стали; 3 ‒ внутреннее кольцо; 4 ‒ внешнее кольцо

Рисунок 12 ‒ Спирально-навитые прокладки

Крепежными деталями фланцевого соединения являются болты или шпильки и гайки. Шпильки устанавливают в более ответственных соединениях, так как они обладают меньшим коэффициентом концентрации напряжений. Материал крепежных деталей фланцевого соединения подбирается также в зависимости от рабочих параметров рабочего процесса (давления, температуры) и материала фланцев. Если сосуд работает при высоких температурах, то мате риал болтов должен иметь тот же коэффициент температурного расширения, что и фланцы. Это позволяет снизить значения возникающих во фланцевом соединении напряжений.

Читайте также: Валтек металлопластиковая труба PEX-AL-PEX, 16х2,0 мм, 40 м, Valtec

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном отчете рассмотрен блок деизогексанизации установки изомеризации гидроочищенной бензиновой фракции

В литературном обзоре описаны подготовка к ремонту и ремонт основного оборудования блока деизогексанизации установки изомеризации гидроочищенной бензиновой фракции

В технологическом разделе приводятся технические и технологические характеристики основного оборудования блока деизогексанизации установки изомеризации гидроочищенной бензиновой фракции.

Также в отчете рассматривается ремонт насосного оборудования и виды фланцевых соединений.

Фланцевый крепеж

Для монтажа фланцевых соединений обязательно необходим крепеж. Для крепления трубопроводов применяют такие крепежные изделия: болт, гайка, шпилька и шайба. Так как фланцевые соединения трубопроводов — это достаточно ответственная конструкция, к крепежу предъявляются требования в соответствии со следующими параметрами:

1. Среда. Она может быть агрессивной и нет. Основываясь на этом параметре среды, выбирается крепеж. Для агрессивных сред предпочтение отдается стали с антикоррозионными свойствами. Также возможно применение специальных покрытий, препятствующих коррозии.
2. Температура. Здесь играет роль температура жидкости или газа, который будет транспортироваться по данному трубопроводу, а также температурный режим окружающей среды. Каждый материал имеет рабочий диапазон температур, в соответствии с которым выбирается изделие. Если окружающая среда не превышает –30 ºС, возможно применение обычных марок стали, для более низких температур применяются холодостойкие марки.
3. Давление. Чем выше показатель рабочего давления, тем более высокими параметрами должен обладать используемый материал, из которого изготовлены шпильки для фланцевых соединений.
4. Показатели крепежных изделий: тип резьбы, шаг, длина.
5. Материал. Сталь, которую используют в производстве крепежных изделий для фланцевых соединений можно классифицировать по четырем категориям:

• углеродистая сталь общего назначения, рабочая температура не должна превышать показатель 200 ºС, а максимальный диаметр – 48 мм;
• углеродистая сталь, применяемая для изделий повышенной точности, температура работы не может быть выше значения 300 ºС;
• сталь углеродистая с повышенным качеством, крепежные изделия из этого материала могут эксплуатироваться при температуре выше 450 ºС;
• легированные стали, которые обладают теплоустойчивыми и антикоррозионными свойствами.

Назначение фланцев

Итак, разберёмся, что такое фланец, для каких целей его используют? Какие типы фланцев бывают?

Фланец – это металлическая деталь различной геометрической формы, используемая в трубопроводных арматурах для герметичного и прочного присоединения элементов трубопроводов друг к другу и к специальному оборудованию. Равномерно по периметру фланец имеет отверстия для обеспечения прочного соединения деталей с помощью шпилек, болтов и других крепежных элементов. В настоящее время производят 9 вариантов фланцев разной формы и размеров площади стыка.

Фланцы любого типа и назначения в большинстве случаев изготавливают из стали широкого ряда марок. Выбор материала определяется рабочей средой, для использования в которой предполагается фланец.

В настоящее время наибольшее распространение в производстве фланцев получили марки стали:

• углеродсодержащая конструкционная сталь 20 (ст.20). Фланцы из данной марки стали в основном используют при монтаже трубопроводов с жидкой и газовой рабочей средой (пар, вода и др.) при температурах носителя и окружающей среды от минус 40 до плюс 475°С;
• низколегированная конструкционная сталь 09г2с (ст. 09Г2С), широко применяемая для сварных конструкций. Такие фланцы могут выдерживать рабочий диапазон температур от минус 70 до плюс 475°С и предназначены для трубопроводных магистралей нефтеперерабатывающей и газоперерабатывающей промышленности;
• криогенная конструкционная сталь 12Х18Н10Т для фланцев, применяемых в трубопроводных конструкциях для агрессивных сред в химической промышленности с рабочим диапазоном температур от минус 196 до плюс 350°С;
• коррозионно-стойкая сталь 10Х17Н13М2Т работоспособна в рабочих средах повышенной агрессивности, имеет продолжительные сроки эксплуатации. Обладает высокой устойчивостью к воздействию коррозии различной природы (электрохимической, химической, межкристаллической, коррозии под напряжением и др.) в интервале температур от минус 196 до плюс 600°С;
• жаропрочная легированная сталь марки 15Х5М применяется для изготовления соединяющих элементов трубопроводов с повышенной устойчивостью к окислительным процессам в температурных условиях до 600-650°С.

Ограниченность применения крепежных изделий

Выбор крепежных изделий обусловлен вышеперечисленными параметрами, но существуют и некоторые ограничения:

1. Крепежи, эксплуатируемые при рабочем давлении до 25 кгс/см, не ограничены выбором типа изделия. Что же касается давления, которое превышает эту цифру, использоваться могут только шпильки для фланцевых соединений, применение болтов запрещено.
2. Марка стали для пары «шпилька–гайка» может выбираться как одинаковой, так и различной. Если используется один материал, прочность гайки должна быть ниже прочности шпильки на 20 единиц.

Существует специальный ГОСТ шпильки для фланцевых соединений, в соответствии с которым выбираются номинальные размеры крепежного изделия. Выбор размеров зависит от рабочего давления, которому будет подвержена шпилька.

Давление

• Еще одной важной конструктивной особенностью всех изделий, составляющих фланцевое соединение, является условное давление, которое может выдержать соединение. Показатели по давлению зависят от геометрических размеров фланца и исполнения уплотнительной поверхности. Фланец стальной плоский приварной (ГОСТ 12820-80) и фланец стальной свободный на приварном кольце (ГОСТ 12822-80) выдерживают давление до 25 кгс/см2, а вот фланец стальной приварной встык (ГОСТ 12821-80) может выдерживать давление до 200 кгс/см2.
• При этом особенностью данного показателя является то, что он может выражаться в различных единицах измерения: кгс/см2, Па, МПа, атм, бар. Единицей измерения при производстве и обозначении фланцев является кгс/см2. Во избежание недоразумений при заказе продукции всегда указывайте единицу измерения давления.

Прокладки

Эта деталь входит в изолированное фланцевое соединение, для того чтобы обеспечить необходимую плотность между фланцами. Прокладки разделяют на различные виды по определенным параметрам. В зависимости от материала, из которого они изготовлены, различают категории:

• металлические;
• неметаллические;
• комбинированные.

Распределение прокладок по упругости:

Это свойство предопределяет материал, из которого изготовлены прокладки для фланцевых соединений. Упругие получаются из комбинированных и неметаллических видов. Жесткие прокладки в основном представляют собой металлические, а также неметаллические, полученные из таких материалов, как фибра, твердая резина, паронит и т. д.

Конструктивные особенности прокладок

По этому признаку прокладки для фланцевых соединений делятся на:

• Плоские (могут быть как металлическими, неметаллическими и комбинированными), их применяют в соединениях с плоскими поверхностями. Внутренний диаметр плоских прокладок должен быть больше диаметра трубы на 1-3 мм.
• Линзовые прокладки изготавливают из углеродистых и легированных сталей, они могут быть как жесткими, так и упругими.
• Овальные обеспечивают надежное уплотнение, при этом нагрузка на болты достаточно умеренная. Контакт прокладочного изделия происходит по наружной и внутренней окружности с фланцем. Материалом для этих прокладок служит углеродистая или нержавеющая сталь.
• Гофрированные прокладки могут быть как металлическими, так и неметаллическими. Их изготавливают из тонкого листа меди, мягкой стали, в качестве неметаллического материала используется асбестовый картон или бумага. Внутренний диаметр соответствует диаметру фланца, а внешний корректируется расположением болтов.
• Спиральные относятся к упругим прокладкам. Такая прокладка состоит из трех элементов – спиральной части и двух ограничительных колец.
• Зубчатые прокладки, материалом для этих прокладок служит малоуглеродистая или легированная сталь. Изолированное фланцевое соединение с данным типом прокладок может эксплуатироваться при температурах, не превышающих 480 ºС.

Краны шаровые муфтовые

Трубопроводная арматура устанавливается у конечных потребителей при тепло- и водоснабжении для отсекания потока рабочей среды. Например, на вводе водопровода, на подводе к унитазу, мойке, умывальнику. Краны шаровые муфтовые для воды просты в монтаже и демонтаже: подсоединение к линии происходит за счет резьбовой нарезки в корпусе разной комбинации:

• В-в (мама-мама) — внутренняя резьба с обеих сторон муфты.
• В-н (мама-папа) — с одной стороны внутренняя, с другой наружная.
• Н-н (папа-папа) — на обеих сторонах наружная нарезка резьбы.

Конструкция состоит из стального корпуса, в котором расположен сферический затвор со сквозным отверстием и шток, соединяющийся с ручкой-рычагом или «бабочкой» с ограничителем поворота. Для перекрытия потока ручку поворачивают на 90 градусов, при этом шток перемещает ось отверстия шара-затвора в плоскость, перпендикулярную направлению рабочей среды. Герметичность обеспечивается уплотнительными кольцами из полимеров.

Краны шаровые муфтовыелатунные подходят для трубопроводных систем с диаметром не больше 45 мм. Для установки запорной арматуры на трубах большего диаметра используется кран шаровой фланцевый.

Расчет фланцевых соединений

После определения типа фланца, в зависимости от его назначения, вида прокладочного изделия, а также материалов, из которых изделие будет изготавливаться, конструкторами выбираются необходимые размеры детали по специальным таблицам. Они представлены в соответствующих ГОСТах. Несмотря на то что фланцы являются стандартными деталями, очень часто возникает потребность в конструировании индивидуального изделия. Система расчета включает следующие пункты:

1. Расчет пластических деформаций в основании втулок, это касается соединений, работающих при небольших температурах и давлениях.
2. Учет внешнего изгибающего момента, возникающего от нагрузки на болты. Этот параметр определяет прочностные характеристики фланца.
3. Вычисление возникающих напряжений, особенно это касается изделий, которые получены сваркой.
4. Выбор шага болтов, неправильно определенный этот параметр может вызвать прогиб колец фланца между болтами.

Расчет фланцевых соединений должен учитывать разновидность нагрузки. Возможны два варианта – в первом случае нагрузка от болтов передается на прокладку, во втором – идет равномерное распределение нагрузок между прокладкой и опорным кольцом.

Фланец и фланцевое соединение в трубопроводной арматуре

В соответствии с «ГОСТ 24856-2014. Арматура трубопроводная. Термины и определения» фланцем называют элемент арматуры, служащий для ее соединения с трубопроводом или технологическим оборудованием. В большинстве случаев фланцы изготавливают в виде плоского кольца с уплотнительной поверхностью и отверстиями для крепежных деталей.

В этом же нормативном документе говорится об основных разновидностях фланцев: фланец плоский, фланец приварной встык (воротниковый), фланец резьбовой.

Фланцевая арматура

Снаряженная фланцами трубопроводная арматура носит название фланцевой арматуры, а патрубок, обеспечивающий фланцевое присоединение к трубопроводу, называется фланцевым патрубком.

Несмотря на то, что каждый из способов присоединения трубопроводной арматуры тяготеет к своему наиболее предпочтительному сочетанию условий (номинальные параметры арматуры, материалы, из которых она изготовлена, свойства рабочей среды и др.), «сферы интересов» разных типов присоединений могут пересекаться. В этом случае появляется повод говорить о технологической конкуренции различных присоединений трубопроводной арматуры. Так, например, при проектировании и сооружении трубопроводных систем для транспортировки сжиженного природного газа (СПГ) фланцевой арматуре напрямую «противостоит» приварная арматура.

Как любое другое, фланцевое соединение арматуры, наряду с безусловными преимуществами, имеет не самые сильные стороны. Но в случае фланцевой арматуры баланс между ними все-таки чаще складывается в пользу «плюсов», и именно на фланцевых соединениях останавливают свой выбор проектировщики трубопроводных систем. Это наглядно подтверждается высоким удельным весом фланцевой арматуры среди других разновидностей арматуры по присоединению к трубопроводу.

Герметичность фланцевого соединения

Важнейшее требование к любому соединению трубопроводной арматуры ─ герметичность. Разгерметизация фланцевых соединений происходит не в силу присущих им объективных недостатков, а из-за факторов сугубо субъективных ─ несвоевременного или недостаточного обслуживания. Чтобы гарантированно поддерживать герметичность на высоком уровне, необходимо периодически подтягивать фиксирующий соединение фланцев крепеж. И, конечно, не забывать менять прокладки между фланцами.

Достоинства фланцевого соединения ─ прочность, надежность, возможность многократного монтажа и демонтажа и использования в широком температурном диапазоне. Фланцам подвластны фактически любые диаметры арматуры, что убедительно доказывает опыт ведущих отечественных и зарубежных производителей. Например, компания АРМАТЭК из Санкт-Петербурга поставляет ответные фланцы к трубопроводной арматуре диаметром от10 до 1800 миллиметров.

Фланцы и ГОСТ

Впечатляющее разнообразие фланцев не превращается в хаос, напротив, оно структурировано и упорядоченно. Стандартизованы конструкции, варианты исполнения, типоразмеры фланцев, а также общие технические требования к ним, применяемые для их изготовления материалы, способы закрепления.

В настоящее время действует национальный стандарт РФ «ГОСТ 33259-2015 Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление до PN 250. Конструкция, размеры и общие технические требования», который заменил ранее применяемые ГОСТы:

• ГОСТ 12815-80. Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на Pу от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см2). Типы. Присоединительные размеры и размеры уплотнительных поверхностей;
• ГОСТ 12816-80. Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на Pу от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см2). Общие технические требования;
• ГОСТ 12817-80. Фланцы литые из серого чугуна на Ру от 0,1 до 1,6 МПа (от 1 до 16 кгс/см2). Конструкция и размеры;
• ГОСТ 12818-80. Фланцы литые из ковкого чугуна на Ру от 1,6 до 4,0 МПа (от 16 до 40 кгс/см2). Конструкция и размеры;
• ГОСТ 12819-80. Фланцы литые стальные на Ру от 1,6 до 20,0 МПа (от 16 до 200 кгс/см2). Конструкция и размеры;
• ГОСТ 12820-80. Фланцы стальные плоские приварные на Pу от 0,1 до 2,5 МПа (от 1 до 25 кгс/см2). Конструкция и размеры;
• ГОСТ 12821-80. Фланцы стальные приварные встык на Pу от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см2). Конструкция и размеры;
• ГОСТ 12822-80. Фланцы стальные свободные на приварном кольце на Ру от 0,1 до 2,5 МПа (от 1 до 25 кгс/см2). Конструкция и размеры.

Типы фланцев

В ГОСТ 33259-2015 выделено шесть типов фланцев. Наименования первых четырех начинаются одинаково ─ со слов «фланец стальной плоский». Это тип 01 ─ фланец стальной плоский приварной, тип 02 ─ фланец стальной плоский свободный на приварном кольце, тип 03 ─ фланец стальной плоский свободный на отбортовке, тип 04 ─ фланец стальной плоский свободный на хомуте под приварку. Остальные ─ тип 11 ─ фланец стальной приварной встык и тип 21 ─ фланец корпуса арматуры, т. е. когда фланец является частью корпуса арматуры. Фланцы корпуса арматуры могут быть литыми стальными и литыми из чугуна ─ серого или ковкого.

Фланцы стальные плоские приварные «нанизываются» на трубу и привариваются непосредственно к ней.

Особенность свободных фланцев ─ диаметр их внутреннего отверстия больше, чем наружный диаметр трубы, и они легко проворачиваются на трубе, что существенно облегчает проведение монтажа.

Фланец стальной плоский свободный на приварном кольце помимо самого фланца включает кольцо, совпадающее с фланцем по величине условного диаметра. С помощью сварки фиксируется только кольцо, тогда как сам фланец остается свободным. Это полезно при монтаже фланцевых соединений в неудобных или труднодоступных местах, а также при необходимости их частого демонтажа и ремонтов.

Для использования фланцев стальных плоских свободных на отбортовке необходима подготовка конца трубы. Его видоизменяют для образования плоской упорной поверхности. Такие фланцы оптимальны на трубопроводах, выполненных из цветных металлов.

При монтаже фланцев стальных плоских свободных на хомуте под приварку вместо замкнутого кольца используют хомут.

Фланец стальной приварной встык присоединяется одним сварным швом, соединяющим встык торец трубы и «воротник» фланца (поэтому такие фланцы называют воротниковыми). Внутренний диаметр воротникового фланца равен диаметру трубы.

В соответствии с ГОСТ 33259-2015 для типов 01, 02, 11 и 21 существуют два ряда размеров. Ряд 1 является предпочтительным.

Исполнение уплотнительной поверхности

Важнейшим конструктивным параметром любого фланца является исполнение уплотнительной поверхности. В соответствии с вступающим в действие с 01.04.2016 г. ГОСТ 33259-2015 приняты десять исполнений с детальным указанием их размеров:

• исполнение A ─ плоскость;
• исполнение B ─ соединительный выступ (соответствует исполнению 1 здесь и далее ─ в соответствии с ГОСТ 12815-80);
• исполнение C, L ─ шип (соответствует исполнениям 4 и 8);
• исполнение D, M ─ паз (соответствует исполнениям 5 и 9);
• исполнение E ─ выступ (соответствует исполнению 2);
• исполнение F ─ впадина (соответствует исполнению 3);
• исполнение J ─ под прокладку овального сечения (соответствует исполнению 7);
• исполнение K ─ под линзовую прокладку (соответствует исполнениям 6 и 8).

Исполнения C, L и E допускается применять только по требованию заказчика.

Из всех форм фланцев…

…оптимальной является круглая. Фланцы другой формы встречаются гораздо реже.

Хотя нормативы допускают изготовление квадратных фланцев всех исполнений за исключением фланцев размерного ряда 2, имеющих четыре отверстия под шпильки (болты) на номинальное давление не более PN 40.

Кстати, в отверстиях фланцев под крепежные детали допускается нарезка резьбы.

Материалы и технология изготовления фланцев

Для изготовления стальных и чугунных фланцев используются:

• сталь ─ углеродистая, низколегированная, теплоустойчивая, коррозионно-стойкая;
• литье ─ из легированной, высоколегированной и нелегированной стали;
• серый чугун ─ СЧ 15, СЧ 20;
• ковкий чугун ─ КЧ 30-6;
• высокопрочный чугун ─ ВЧ 40, ВЧ 45.

Технология изготовления фланцев должна обеспечивать неукоснительное соблюдение их геометрических размеров и механических свойств.

Фланцы типов 01, 02, 03, 04 допустимо изготавливать из листового проката. При условии выполнения сварных швов с полным проваром по всему сечению фланцы этих типов можно выполнять сварными. Фланцы типа 11 (стальные приварные встык) изготавливать из листового проката не допускается. Их производят из поковок или штампованных заготовок.

Фланцы, изготовленные горячей обработкой металлов давлением ─ ковкой, прокаткой, штамповкой, ─ в максимально полной степени соответствуют современным требованиям эксплуатации. Особенно хорошие результаты приносит изготовление фланцев с использованием горячей штамповки и последующей термической обработкой. Горячештампованные поковки на сегодняшний день являются основным видом заготовок для фланцев трубопроводной арматуры. Особенно эта технология актуальна при изготовлении фланцев стальных приварных встык.

Будучи в меньшей степени подверженными деформациям, чугунные фланцы лучше стальных фланцев сохраняют форму, но требуют более бережного обращения, учитывая относительную хрупкость. Так, затяжку фланцевых соединений чугунной арматуры необходимо выполнять с осторожностью, чтобы излишнее рвение не привело к излому фланца.

Крепежные детали

Роль крепежа во фланцевых соединениях нельзя недооценивать. Болтам или шпилькам приходится «держать удар» механических нагрузок, стремящихся разорвать соединение. Крепежные детали (болты, шпильки, гайки) обычно изготавливают из того же или близкого по свойствам материала, что и сами фланцы. Избегая значительной разницы коэффициентов линейного расширения, удается обеспечить важную в процессе эксплуатации синхронность реакции фланца и крепежных деталей на изменения температуры.

Отверстия под крепежные детали во фланцах трубопроводной арматуры должны быть расположены симметрично по отношению к обеим ─ вертикальной и горизонтальной ─ главным осям. Но только не на них самих.

Чтобы сберечь время, затрачиваемое на подбор, и сократить расходы на доставку необходимого крепежа, его удобно заказать в комплекте с фланцами в одной компании. Это, кроме того, послужит гарантией их полной совместимости. Такую возможность получают заказчики, обратившиеся в компанию АРМАТЭК. Здесь также помогут укомплектовать фланцы межфланцевыми прокладками из различных материалов. Ведь от их свойств и качеств в значительной степени зависит герметичность фланцевого соединения.

Прокладки фланцевых соединений

Материал прокладки должен соответствовать условиям ее эксплуатации с учетом параметров (давление, состав, температура) рабочей и окружающей среды.

Подвижное или неподвижное уплотнение фланцевых разъемов обеспечивают различными материалами: резиной, паронитом, легкоплавким уплотнителем и др. Фланцы плоские герметизируют, применяя мягкие металлические или гофрированные прокладки с мягкой набивкой.

Для исполнений фланцев A, B, C, D, E и F допустимо использование широкого перечня прокладок: металлических (в т. ч. зубчатых), металлографитовых на основе терморасширяющегося графита (ТРГ), спирально-навитых (СНП), эластичных (они особенно востребованы для чугунных фланцев). Если речь идет о вредных веществах 1, 2 или 3 классов опасности или пожаро-взрывоопасных веществах, для фланцев с исполнением уплотнительных поверхностей A и B следует использовать волновые прокладки ТРГ с упругим вторичным уплотнением, а прокладки СНП снаряжать двумя ограничительными кольцами.

Фланцы с уплотнительными поверхностями исполнений K и J применяют с линзовыми прокладками, а также прокладками овального и восьмиугольного сечения. А фланцы с уплотнительными поверхностями исполнений L и M ─ с прокладками на основе фторопласта-4.

Важный параметр фланцевого соединения трубопроводной арматуры ─ усилие сжатия прокладки, величина которого измеряется в сотнях кН.

Размеры прокладки должны обеспечивать собираемость фланцевого соединения с учетом размеров исполнений уплотнительных поверхностей фланцев, а конструкция ─ центрирование прокладки при сборке, предотвращая возможность выдавливания. Лучшую фиксацию прокладки могут обеспечить отдельные элементы конструкции фланца. Например, паз под прокладку и шип в ответном фланце образуют своего рода замок, защищающий прокладку и тем самым повышающий надежность соединения.

Обозначение фланцев

Рекомендуемая новым ГОСТ 33259-2015 маркировка фланцев несколько отлична от установленной в ГОСТ 12820-80, ГОСТ 12821-80, ГОСТ 12822-80.

Для удобства и возможности сравнения «старый» и «новый» порядок маркировки сведен в небольшую таблицу.

Фланцы

Обозначение согласно ГОСТ 12820-80-ГОСТ 12822-80

Обозначение согласно ГОСТ 33259-2015

Фланцы стальные плоские приварные

Фланец X1-X2-X3-X4 ГОСТ 12820-80, где:

X1 ─ исполнение уплотнительной поверхности по ГОСТ 1285-80;

X2 ─ номинальный диаметр;

X3 ─ номинальное давление;

X4 ─ марка материала.

Фланец X1-X2-X3-X4-X5-X6-X7 ГОСТ 33259

X1 ─ номинальный диаметр

X2 ─ номинальное давление

X3 ─ номер типа фланца

X4 ─ номер размерного ряда (1 или 2)

X5 ─ исполнение уплотнительной поверхности

X6 ─ марка материала

X7─ группа контроля

Фланцы стальные приварные встык

Фланец X1-X2-X3-X4 ГОСТ 12821-80

X1 ─ исполнение уплотнительной поверхности по ГОСТ 1285-80

X2 ─ номинальный диаметр

X3 ─ номинальное давление

X4 ─ марка материала

Фланцы стальные плоские свободные на приварном кольце

Фланец X1-X2-X3 ГОСТ 12822-80

X1 ─ номинальный диаметр

X2 ─ номинальное давление

X3 ─ марка материала

Кольцо X1-X2-X3-X4 ГОСТ 12822-80

X1 ─ исполнение уплотнительной поверхности по ГОСТ 1285-80

X2 ─ номинальный диаметр

X3 ─ номинальное давление

X4 ─ марка материала

Фланец X1-X2-X3-X4-X5-X6 ГОСТ 33259

X1 ─ номинальный диаметр

X2 ─ номинальное давление

X3 ─ номер типа фланца

X4 ─ номер размерного ряда (1 или 2)

X5 ─ марка материала

X6 ─ группа контроля

Кольцо X1-X2-X3-X4-X5-X6-X7 ГОСТ 33259

X1 ─ номинальный диаметр

X2 ─ номинальное давление

X3 ─ номер типа фланца

X4 ─ номер размерного ряда (1 или 2)

X5 ─ исполнение уплотнительной поверхности

X6 ─ марка материала

X7─ группа контроля

Изменения можно сравнить на нескольких конкретных примерах:

Обозначение согласно ГОСТ 12820-80-ГОСТ 12822-80

Обозначение согласно ГОСТ 33259-2015

Фланец 1-50-10 Ст 25 ГОСТ 12820-80

Фланец 50-10-01-1-В-Ст 25-III ГОСТ 33259

Фланец 9-50-10Ф Ст 25 ГОСТ 12821-80

Фланец 50-10-01-1-М-Ст 25-IV ГОСТ 33259

Фланец 3-50-100 Ст 25 ГОСТ 12821-80

Фланец 50-100-11-1-F-Ст 25-IV ГОСТ 33259

Фланец 5-50-100 Ст 25 ГОСТ 12821-80

Фланец 50-100-11-1-D-Ст 25-IV ГОСТ 33259

Фланец 50-10 Ст 25 ГОСТ 12822-80

Кольцо 5-50-10Ф ГОСТ 12822-80

Фланец 50-10-02-1-Ст 25-IV ГОСТ 33259

Кольцо 50-10-02-1-L-Ст 25-IV ГОСТ 33259

Фланцевая арматура занимает важное место среди других разновидностей арматуры по присоединению к трубопроводу, а фланцы различных типов и размеров продолжают оставаться чрезвычайно распространенным элементом огромного числа технологических систем, одним из наиболее распространенных способов монтажа трубопроводной арматуры.

Трубопроводная арматура

• Трубопроводная арматура. Классификация ─ виды, типы, разновидности
• Трубопроводная арматура как универсальный способ решения широкого круга задач
• Задвижки
• Запорная арматура
• Распределительно-смесительная арматура
• Шланговые задвижки
• Регулирующая арматура
• Обратная арматура
• Предохранительная арматура
• Разделительная (фазоразделительная) арматура
• Клапаны регулирующие
• Клапаны
• Предохранительные клапаны
• Отключающая арматура
• Приводы трубопроводной арматуры
• Разновидности арматуры по присоединению к трубопроводу
• Фланец и фланцевое соединение в трубопроводной арматуре
• Арматура под приварку
• Дисковые затворы
• Пневматический привод трубопроводной арматуры
• Трубопроводная арматура с электроприводом
• Шиберные задвижки
• Электромагнитный привод трубопроводной арматуры
• Клиновые задвижки
• Параллельные задвижки
• Краны в трубопроводной арматуре
• Шаровой кран
• Трубопроводная арматура: наименования, обозначения, кодировки
• Материалы для изготовления трубопроводной арматуры
• Стальная арматура
• Чугунная арматура
• Алюминиевая арматура
• Материалы уплотнений трубопроводной арматуры
• Сильфонная арматура
• Типы запорной арматуры
• Разновидности трубопроводной арматуры
• Сальниковая арматура
• Сальниковая набивка
• Прокладки в трубопроводной арматуре
• Материалы для изготовления прокладок
• Эмалированная арматура
• Мембранная арматура

Техническая информация

• Характерные особенности продукции
• Инструкции (РЭ по эксплуатации)
• Монтаж запорной арматуры
• ГОСТы
• Классификаторы обозначения запорной арматуры
• Информация об использовании материалов сайта

Источник https://rtkpipe.ru/vidy-trub/flancevoe-soedinenie-polipropilenovyh.html

Источник https://armatek.ru/spravochnaya-informatsiya/truboprovodnaya-armatura/flanets-i-flantsevoe-soedinenie-v-truboprovodnoj-armature/