Home » Misc » Фланцы что это

Фланцы что это


Фланцевые соединения

17.04.2018

Слово «фланец» пришло в русский язык из немецкого языка, также как и непосредственно само фланцевое соединение. В немецком существительное Flansch обозначает ровно то же самое, что и производное от него русское слово «фланец», ─ плоскую металлическую пластину на конце трубы с отверстиями для резьбового крепежа (болтов или шпилек с гайками).

Фланцы являются одним из самых распространенных разъемных соединений, которые используются в промышленности. Они служат для соединения отдельных частей аппаратов. Также они используются для присоединения к аппарату трубопроводов, трубопроводной арматуры, датчиков контрольно-измерительных приборов, для соединения между собой отдельных участков трубопроводов и т д.

Распространенность фланцевых соединений трубопроводной арматуры обусловлена множеством присущих им достоинств. Самое очевидное из них ─ возможность многократного монтажа и демонтажа.

Рис. 1. Фланцы

Фланцевые соединения отличаются прочностью и надежностью, что позволяет использовать их для комплектации трубопроводных систем, работающих под высоким давлением. При соблюдении ряда условий фланцевые соединения обеспечивают очень хорошую герметичность. Для этого стыкуемые фланцы должны иметь аналогичные, не выходящие за рамки допустимой погрешности, присоединительные размеры. Еще одно из условий ─ обязательная периодическая подтяжка стыков, позволяющая поддерживать на должном уровне «хватку» болтовых соединений. Это особенно важно при постоянном воздействии на них механических вибраций или наличии существенных колебаний температуры и влажности окружающей среды. И чем больше диаметр трубопровода, тем это актуальнее, ведь по мере его увеличения усилие на фланцы возрастает. Герметичность фланцевых соединений во многом зависит от уплотнительной способности устанавливаемых между фланцами прокладок.

Способность фланцевого соединения противостоять давлению, температурам, а в случае применения особых материалов, агрессивным средам, с возможностью перераспределения нагрузок в местах соединений (паропроводы, предприятия химической промышленности и пр. ) делает данный вид соединения просто незаменимым при больших диаметрах трубопроводов. При малых диаметрах трубопроводов фланцевые соединения не оправданы, так как муфтовые (резьбовые) соединения отвечают всем требованиями при своей экономичности. 

Как правило, фланцевые соединения имеют круглую форму, так как она наиболее надежна и проста в исполнении. Однако, при необходимости, фланцевые соединения могут быть изготовлены с квадратной или прямоугольной формой патрубка.

Прямоугольные и квадратные фланцевые соединения достаточно сложны в обработке и не всегда обеспечивают необходимую герметичность, поэтому применять их следует только в случае крайней необходимости.

1. Типы фланцевых конструкций

По конструкции и способу соединения c корпусом аппарата различают следующие основные типы фланцев:

Рис. 2 Типы фланцевых соединений

На территории Российской Федерации наибольшее распространение получили три следующих фланцевых стандарта:

По ГОСТ 12820-80 — фланец стальной плоский приварной.

По ГОСТ 12821-80 — фланец стальной приварной встык.

По ГОСТ 12822-80 — фланец стальной свободный на приварном кольце.

Таблица 1. Варианты исполнения фланцевых соединений.

1.1 Плоские приварные фланцы (рис. 3) являются самыми простыми по своей конструкции.

Их широко применяют на стальных аппаратах и трубопроводах. Плоские приварные фланцы представляют собой плоские кольца, приваренные к краю обечайки по её периметру. Они также могут изготавливаться с защитным кольцом (рис. 4) в целях экономии конструкционного материала. Этот тип фланца применяется при следующих условиях: Ру.=0,1 – 2,5 МПа, температура рабочей среды - до 300 °С.

Рис. 3. Плоский приварной фланец

Рис. 4. Плоский приварной фланец с защитным кольцом

1.2 Фланцы воротниковые имеют несколько конструктивных разновидностей. 

Фланцы приварные воротниковые обладают более высокой жесткостью и прочностью. Они применяются при давлениях до 20 МПа.

Наиболее распространены фланцы кованые и приварные встык, широко применяемые на стальных сварных аппаратах. Приварные встык фланцы (рис. 5) имеют конические втулки-шейки. Втулка фланца приваривается стыковым швом к обечайке и значительно увеличивает прочность фланца. Если аппарат изготовлен из дорогостоящей легированной стали, то такой фланец в целях экономии конструкционного материала делают с защитным кольцом (рис. 5). Этот тип фланцев применяется при следующих условиях: Ру.= 1,6 – 6,4 МПа, температура рабочей среды - до 300 °С.

Рис. 5. Фланец приварной с шейкой

На чугунных и стальных литых аппаратах делают воротниковые фланцы, отлитые заодно с корпусом аппарата.

Находят применение фланцы, сваренные из двух частей: тарелки и втулки (шейки).

Рис. 6 – Фланец, сваренный из двух частей

На аппаратах и трубопроводах из кислотостойкой стали фланец иногда выполняют из углеродистой стали и защищают его накладками из кислотостойкой стали.

Рис. 7 – Фланец, защищенный накладками из кислотостойкой стали

1 – кислотостойкая сталь; 2 – углеродистая сталь

1.3 Фланцы стальные свободные на приварном кольце могут быть выполнены в нескольких вариантах. Этот тип фланца применяется при: Ру.=0,1 – 2,5 МПа, температура рабочей среды - до 300 °С

Стальные свободные фланцы на отбортовке применяют на аппаратах из мягких цветных металлов (алюминия, меди и др.), а также из некоторых пластмасс, поддающихся отбортовке. Их также используют при необходимости максимально сэкономить конструкционный материал, например титан или высоколегированную сталь. Фланцы на отбортовке применяют для условного давления до 0,6 МПа.
 

Рис. 8 – Фланец свободный на отбортовке

Фланцы на утолщении (бурте) устанавливают на аппаратах из стекла, керамики и пластмасс, не поддающихся пластической деформации (например, фаолита - кислотоупорной термореактивной пластмассы), а также в тех случаях, когда считают нежелательным сварку патрубка из высоколегированной стали с фланцем, изготовленным из углеродистой стали. Фланцы с буртом, укрепленные шейкой, применяют для весьма значительных давлений – до 10 МПа.

Рис. 9 – Фланец на утолщении (бурте)

1.4 Фланцы на резьбе применяют на трубопроводах высокого давления, где сварка нежелательна, а также там, где есть необходимость снимать фланец для разборки узла.

Рис. 10 – Фланец на резьбе

1.5 Свободные разборные фланцы применяют для соединений трубопроводов и аппаратов из стекла, керамики и других хрупких материалов. 

Они выполняются в двух вариантах:

Фланцы разъемные из двух частей. Изготавливают такие фланцы из ковкого чугуна. Обе половины стягиваются болтами.

Рис. 11 – Фланец разъемный из двух частей

• Фланцы с разъемным кольцом. Этот вид фланцев дешевле и удобнее в монтаже/демонтаже, чем разъемные, но менее компактный.
 

Рис. 12 – Фланец с разъемным кольцом

1 – кольцо из двух половин

1. 6 Фланцы со стяжными скобами применяют для эмалированных аппаратов, чтобы уменьшить массу и улучшить температурный режим при обжиге эмали. Такое соединение выдерживает давление до 0,5 – 0,6 МПа. Скобы устанавливают с очень малым шагом (почти вплотную).

Рис. 12 – Фланец со стяжной скобой

2. Варианты исполнения фланцевой поверхности

В соответствии с требованиями ГОСТ имеется девять исполнений поверхности фланца (рис. 14), При подборе ответных фланцев трубопроводной арматуры, кроме условных прохода и давления, необходимо указывать исполнение уплотнительной поверхности. Следует отметить, что для свободных фланцев различные исполнения возможны только у приварного кольца.

Рис. 13. Варианты исполнений поверхности фланца.

1. - соединительный выступ; 2 - выступ; 3 – впадина; 4 – шип; 5 – паз; 6 – под линзовую подкладку; 7 – под прокладку овального сечения; 8 – с шипом под фторопластовую прокладку; 9 – с пазом под фторопластовую прокладку.

Фланцы с выступом, впадиной применяются при давлении до 1,6 МПа. Фланцы с шип-пазом применяют при обработке ядовитых, коррозионных и взрывоопасных сред при давлении до 6,4 МПа. Фланцы в исполнении 1 используются при условном давлении не выше 6,3 МПа.

Существует следующая схема стыковки фланцев по исполнениям:

Рис. 15. Схема стыковки фланцев по исполнениям уплотнительной поверхности

3. Прокладки фланцевых соединений

Надежность и качество фланцевого соединения во многом зависит от выбора уплотнительной прокладки. Для фланцевых соединений применяются как мягкие неметаллические, полуметаллические, так и полностью металлические прокладки.

Прокладка – это отдельный сжимаемый элемент соединения, который, находясь в сжатом состоянии между фланцевыми деталями трубопроводов, под действием давления от затянутых крепежных изделий, заполняет собой промежуток между соединяемыми деталями. 

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 1, 2, 3, 4, 5 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 уплотнительной поверхности 1 следует использовать волновые прокладки ТРГ с упругим вторичным уплотнением, а прокладки СНП снаряжать двумя ограничительными кольцами. 

Более подробную информацию об уплотнительных материалах Вы сможете почерпнуть из статьи «Уплотнения в трубопроводной арматуре».

Фланцы с уплотнительными поверхностями исполнений 6 и 7 применяют с линзовыми прокладками, а также прокладками овального и восьмиугольного сечения. А фланцы с уплотнительными поверхностями исполнений 8 и 9 ─ с прокладками на основе фторопласта-4.

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.

4. Условный проход. Особенности его обозначения

Очень важно отметить, что условный проход не является внешним диаметром трубы, а обозначает проход (сечение), по которому протекает среда через фланцевое соединение. Одной из особенностей фланцев стальных плоских приварных и стальных свободных на приварном кольце на диаметры условного прохода Ду 100,125 и 150 мм является то, что возможны три их конструкции под различные наружные диаметры трубы.

Поэтому при заказе этих фланцев на Ду 100,125 или 150 мм необходимо указывать букву, соответствующую требуемому диаметру трубы. Если в заявке (спецификации) на данные типоразмеры фланцев буква не указана, то фланцы изготавливаются под следующие диаметры трубы: 100А, 125А, 150Б  (табл. 2).

Таб. 2. Соответствие условного прохода Ду 100,125 и 150 наружному диаметру трубы.

Особенностью фланцев с диаметром условного прохода Ду > 200 мм является то, что из-за различных классов точности изготовления труб и фланцев, расточка внутреннего диаметра фланцев плоского, свободного и его кольца допускается по фактическому наружному диаметру трубы с зазором на сторону не более 2,5 мм , т. е. по всему внутреннему диаметру фланца и кольца не более 5,0 мм. Другими словами, при изготовлении трубы возможно отклонение от идеальной формы круга, таким образом, труба может не соответствовать внутреннему диаметру фланца, что в свою очередь затрудняет соединение трубы и фланца.

5. 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, рис.1) 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.

 Основными марками стали для производства фланцев считаются следующие:

• Сталь 20 или сокращенно Ст.20 (регламентируется ГОСТом 8479-70) — сталь конструкционная углеродистая качественная. Фланцев из такой стали ст. 20 распространены чаще всего и их применяют при монтаже различной трубопроводной арматуры в магистралях (вода, пар, и т.д.) с температурой внешнего воздействия не ниже — 40 градусов и внутренней температурой не выше +475 градусов Цельсия.

• Не менее распространенной при изготовлении фланцев является так же марка стали 09г2с, сокращенно ст. 09Г2С (соответствующая ГОСТу 19281-89) – такая сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций. Отличием ее от стали 20, является то, что фланцы 09г2с могут эксплуатироваться с температурами внешнего воздействия до — 70 градусов. И соответственно (нефть, природный газ и т.д.), тем не менее, температура рабочей среды не должна превышать + 475 градусов Цельсия.

• Сталь марки 12Х18Н10Т (соответствует ГОСТ 25054-81) – такая сталь является конструкционной криогенной. Фланцы из стали 12Х18Н10Т разрешается эксплуатировать в агрессивных условиях например, разбавленные растворы азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей, с диапазоном рабочих температур от -196 до +350 градусов Цельсия.

• Сталь марки 10Х17Н13М2Т (соответствует ГОСТ 25054-81) – эта марка коррозионно-стойкая обыкновенная. Разрешена эксплуатация таких изделий в средах имеющих повышенную агрессивность, обладает устойчивостью против электрохимической и химической коррозии, коррозии под напряжением и др. , диапазон разрешенных температур от -196 до +600 градусов Цельсия. Имеет длительный срок службы.

• Сталь марки 15Х5М (ГОСТ 20072-74) обладает свойствами жаропрочности, является низколегированной. Такая сталь используется для изготовления фланцев способных обладать высокой сопротивляемостью окислению при температуре 600-650 градусов. Обладает жаростокостью.

Конечно, кроме перечисленных марок сталей в производстве стальных фланцев могут применяться и другие марки сталей, например: 13ХФА, 10Г2ФБЮ, 08Х18Н10Т, 17Г1С, 10Г2С, 30ХМА, 40Х и другие.

7. Фланцевый крепеж

Крепеж — это детали, которые служат для неподвижного соединения частей машин и конструкций. К ним обычно относят детали соединений: болты, винты, шпильки, гайки, шурупы, глухари, шплинты, шайбы, заклепки, штифты и многое другое.

Крепежные изделия принято делить на две основные группы:

1. Общепромышленный  крепеж, применяемый практически во всех отраслях промышленности и народного хозяйства, не обладающий узкими специализированными характеристиками.

2. Крепеж специального назначения  характеризуется узкоспециализированной областью применения (например, автомобильный, железнодорожный, и др.).
 

Рис. 16 Фланецы, скрепленные крепежом

Для таких изделий свойственна четкая направленность на применение в конкретной области или даже продукции (механизмы, изделия и т. п.), обусловленная специальными характеристиками.

Фланцевый крепеж  предназначен для соединения деталей трубопроводов. К деталям фланцевого крепежа относятся: болт, шпилька, гайка, шайба.

Болт - крепежная деталь для разъемного соединения частей машин и сооружений в виде стержня с резьбой на одном конце и шести- или четырехгранной головкой на другом.

Рис. 17. Болт

Гайка - деталь резьбового соединения или винтовой передачи, имеющая отверстие с резьбой. Крепежная гайка в резьбовом соединении навинчивается на конец болта или шпильки или же на резьбовой участок вала, оси для закрепления от осевого перемещения сидящих на них деталей — подшипников качения, шкивов и т. п.

Рис. 18 Гайка

Шайба — деталь, подкладываемая под гайку или головку винта. Шайбы общего назначения применяют для увеличения площади опоры, если опорная поверхность из мягкого материала или неровная, а также, если отверстие под винт продолговатое или увеличенного диаметра. Косую и сферические шайбы используют для устранения перекоса гайки или головки винта при затяжке. Быстросъемную шайбу применяют в приспособлениях для экономии времени на снятие обработанной детали и установку новой. Уплотнительную шайбу из мягкого материала ставят под головку резьбовой пробки для обеспечения герметичности соединения. Пружинная шайба уменьшает опасность самоотвинчивания винтов или гаек благодаря силам упругости сжатой шайбы. Стопорная (запирающая) шайба путем отгибания ее частей устраняет возможность поворота гайки или винта относительно опорной детали или вала. Концевые шайбы препятствуют осевому перемещению вдоль вала неподвижно закрепленных или вращающихся на валу деталей.

Рис. 19 Шайба

Шпилька — крепежная деталь, представляющая собой металлический стержень с резьбой на обоих концах. Конец шпильки ввинчивается в одну из соединяемых деталей, а другая деталь прижимается к первой при навинчивании гайки на другой конец шпильки. Возможно также соединение деталей шпилькой, на концы которой навинчивают гайки. Существует большое количество нормативных документов, в которых сформулированы технические требования к крепежу. Например, требования к крепежу, используемому во фланцевых соединениях, изложены в ГОСТ 20700-75. Эти требования обусловлены условиями эксплуатации: рабочим давлением, характеристиками среды и т. д. Конструкция и размеры крепежных изделий регламентируются в ГОСТ 9064-75,9065-75, 9066-75.

Рис. 20 Шпилька

8. Основные параметры фланцевого крепежа

8.1 Рабочее давление

Это давление, с которым транспортируется по системе жидкость (газ, пар и т. д.). Следовательно, чем выше рабочее давление в системе, тем с более высокими прочностными характеристиками необходимо выбирать крепеж. В свою очередь, необходимые прочностные характеристики крепежа обеспечиваются правильным выбором материала, режимами термической обработки и т. д. Таким образом, в диапазоне температур от -40 до + 400 °С, и при давлении до 100 кгс/см2 рекомендуется применять крепеж, изготовленный из стали 35, в то время как увеличение давления до 200 кгс/см2 требует применение крепежа из стали 20X13.

8.2 Рабочая температура

Одним из важнейших параметров является рабочая температура. Исходя из того, какую температуру имеет среда, которая будет транспортироваться по трубопроводу, а также с учетом внешней среды, зависит и марка стали, из которой будет изготовлен крепеж. Каждая марка стали имеет определенный диапазон рабочих температур, при которых крепежное изделие может обеспечить прочность и надежность соединения.

Например, при одном и том же номинальном давлении при температуре не ниже -30 °С рекомендуется применять шпильки из стали 35, в то время как при предполагаемой температуре эксплуатации до -70 °С следует применять крепеж, изготовленный из хладостойких марок стали, например, 09Г2С или 10Г2.

8.3 Рабочая среда

Существуют определенные характеристики рабочей среды: температура, химические свойства (состав — агрессивный, неагрессивный).

В соответствии с перечисленными выше показателями должен подбираться фланцевый крепеж. Для агрессивных сред подбирается крепеж, который может выдержать негативное разрушительное влияние этой среды. К таким маркам стали относятся 20X13,14X17Н2, 12Х18Н9Т и другие.

8.4 Диаметр резьбы

Все резьбовые крепежные детали имеют внутренний (гайки) и наружный (шпильки и болты) диаметр резьбы. В зависимости от назначения и нормативного документа, по которому изготавливается продукция, резьба может быть метрической и дюймовой. Метрический шаг резьбы измеряется в миллиметрах, а дюймовый — в дюймах.

Пример: М12 — метрическая резьба с номинальным диаметром 12 мм 3 / 4 " — дюймовая резьба с номинальным диаметром 3 / 4 дюйма.

8.5 Шаг резьбы — расстояние между двумя соседними вершинами резьбы.

В зависимости от назначения крепежного изделия большинство нормативных документов предусматривает возможность изготовления крепежа с различным шагом резьбы (крупный или мелкий шаг резьбы). Как правило, крупный шаг резьбы является основным и при заказе изделия не указывается.

В отдельных случаях может быть выполнен шаг резьбы отличный от рекомендованного нормативными документами.

Пример: болт М12x1,25 — болт с метрической резьбой, номинальным диаметром 12 мм и мелким шагом резьбы 1,25 мм .

8.6 Размер «под ключ» равен диаметру вписанной окружности.

Как правило, для каждого номинального диаметра резьбы предусмотрена одна величина «под ключ».

Пример: для гайки с номинальным диаметром резьбы 16 мм предусмотрен размер «под ключ» S, равный 24 мм .

8.7 Длина болта — длина, которая указывается в обозначении изделия при заказе, в большинстве случаев не является габаритной характеристикой. Преимущественно длина болта, указываемая в обозначении изделия, равна длине стержня болта, т. е. высота головки болта в расчет не берется.

Пример: для болта М12х120 — длина стержня болта равна 120 мм, при этом общая габаритная длина больше на высоту головки болта на 7,5 мм , т. е. общая габаритная длина равна 127,5 мм. 

8.8. Длина шпильки

Для большинства шпилек длина, указываемая при заказе, обозначает общую габаритную длину шпильки. Однако некоторые нормативные документы предусматривают в обозначении шпилек не всю длину шпильки.

Пример: ГОСТ 22032-76, распространяющийся на шпильки с ввинчиваемым концом длиной dv предусматривает обозначение длины шпильки, не включающей длину ввинчиваемого конца.

8.9 Длина резьбового конца — длина части болта или шпильки, предназначенная для навинчивания гайки.

8.10 Покрытие

В случае необходимости защиты крепежного изделия от негативного воздействия окружающей среды возможно нанесение на его поверхность различных защитных покрытий (цинк, хром, никель и др.).

 

Подбор фланцевого крепежа

Фланцевый крепеж подбирается в соответствии со следующими документами: ГОСТ 20700-75; ГОСТ 12816-80; ГОСТ 9064-75; ГОСТ 9066-75; ПБ 10-115-96; ПБ-03-75-94; ОСТ 26-2043-91; ОСТ 26-2037-96; ОСТ 26-2038-96; ОСТ 26-2039-96; ОСТ 26-2040-96; ОСТ 26-2041-96 и другими нормативными документами, регулирующими применение крепежа в зависимости от его назначения.

Чтобы правильно подобрать крепеж необходимо помнить о том, что им будет комплектоваться конкретное фланцевое соединение, следовательно, необходимо учитывать такие параметры:

рабочее давление

рабочая температура

рабочая среда (газ, вода, пар, нефть и т. д.)

внешняя среда

Помимо вышеперечисленных параметров на выбор крепежа влияет и марка стали, из которой изготовлен фланец. Рассматриваются наиболее часто применяемые марки стали фланцев и даются рекомендации по вариантам комплектации их фланцевым крепежом:

1. Существуют определенные ограничения по выбору типа крепежа для фланцевого соединения. При давлении до 25 кгс/см2. Можно установить как болт, так и шпильку. При давлении же свыше 25 кгс/см2, согласно ГОСТ 12816-80, применение болтов не допускается.

2. Для фланцевых соединений существует большое количество рекомендуемых марок материала для комплектации. При изготовлении крепежной пары гайка-шпилька из одной и той же марки стали, твердость гайки должна быть на 20 единиц меньше, чем у шпильки. Это обусловлено тем, что при возникновении избыточного давления в системе вероятно повреждение шпильки, при этом гайка не будет повреждена. В этом случае сложнее будет выявить неполадку. Если шпилька выполнена методом накатки резьбы, то ГОСТ 20700-75 допускает изготовление пары из материала с одинаковой твердостью.

9. Расчеты фланцевых соединений и крепежа

9.1 Определение размеров фланца

После  того  как  выбрана  конструкция  фланцевого соединения и подобран материал прокладки, чертится его эскиз и определяются размеры. 

Фланцы штуцеров выбираются стандартными по ГОСТ 1255-67, ГОСТ 12828-67, ГОСТ 12834-67.

Фланцевые штуцера представляют собой патрубки, выполненные из труб с приваренными к ним фланцами.

Фланцы аппаратов берут со стандартными размерами по ГОСТ 28759.1-90…ГОСТ28759.8-90 или с нестандартными размеры.

Аппаратом в данном случае является емкость, состоящая из цилиндрической обечайки, днища и крышки, предназначен для нагревания, охлаждения определенных продуктов и др. процессов.

Расчеты можно посмотреть перейдя по ссылке.

9.2 Расчет фланцевого соединения на прочность и герметичность

Делая расчёт фланцевого соединения, приходится решать несколько задач: соединение должно быть прочным, жёстким и герметичным. Фланцевые соединения штуцеров могут на прочность не рассчитываться. Фланцевые соединения штуцеров стандартизованы, для каждого вида штуцера оговорен наружный диаметр патрубка условный диаметр штуцера, толщина патрубка и общая высота штуцера Фланцевые соединения аппаратов стандартные и нестандартные обязательно должны рассчитываться на прочность по ГОСТ Р 52857.4–2007 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность. Расчёт на прочность и герметичность фланцевых соединений».

Расчеты можно посмотреть перейдя по ссылке.

 

9.3 Проверка прочности болтов (шпилек) и прокладок
9.4 Расчет фланцев на статическую прочность
9.5 Проверка углов поворота фланцев
Приложения к расчетам.

Список литературы

1. ГОСТ 1050-88.  Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали.

2. ГОСТ 7769-82. Чугун легированный для отливок со специальными свойствами.

3. ГОСТ 9064-75.  Гайки для фланцевых соединений с температурой среды от 0° до 650° С.

4. ГОСТ 9066-75.  Шпильки для фланцевых соединений с температурой среды от 0° до 650° С.

5. ГОСТ 12820-80. Фланцы стальные плоские приварные на Ру от 0,1 до 2,5 МПа (от 1 до 25 кгс/см2).

6. ГОСТ 12821-80. Фланцы стальные плоские приварные на Ру от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см2)

7. ГОСТ 22032-76 – ГОСТ 22043-76. Шпильки. Конструкция и размеры.

8. ГОСТ 28759.1-90 – ГОСТ 28759.8-90. Фланцы сосудов и аппаратов и прокладки к ним.

9. ГОСТ 28759.8-90. Прокладки металлические восьмиугольного сечения.

10. ГОСТ 535-88. Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества.

11. ГОСТ 4543-71. Прокат из легированной конструкционной стали.

12. ГОСТ 12822-80. . Фланцы стальные свободные на приварном кольце на Ру от 0,1 до 2,5 МПа (от 1 до 25 кгс/см2).

13. ГОСТ 19281-89. Прокат из стали повышенной прочности.

14. ГОСТ 20700-75. Болты, шпильки, гайки и шайбы для фланцевых и анкерных соединений, пробки и хомуты с температурой среды от 0° до 650° С.

15. ГОСТ 9065-75*. Шайбы для фланцевых соединений с температурой среды от 0° до 650° С.

16. ОСТ 26-2037-96. Болты с шестигранной головкой для фланцевых соединений. 

17. ОСТ 26-2039-96. Шпильки с ввинчиваемым концом для фланцевых соединений (нормальной точности).

18. ОСТ 26-2038-96. Гайки шестигранные для фланцевых соединений.

19. ОСТ 26-2040-96. Шпильки для фланцевых соединений.

20. ОСТ 26-2041-96. Гайки для фланцевых соединений.

21. ГОСТ Р 52857.1 – 2007. Сосуды и аппарату. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования.

22. ГОСТ Р 52857.4 – 2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений.

23. ГОСТ 5632—72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.

 

Автор статьи специалист по работе с корпаративными клиентами

ООО "Крионика"

Кравец Ольга Юрьевна

Что такое ответный фланец (контрфланец)

Фланец представляет собой комплектующее трубопроводной системы округлой формы, которое надежно соединяет между собой отдельные секции труб, оси, валы. В некоторых случаях деталь служит для крепления оборудования, датчиков контрольно-измерительных приборов, теплообменных аппаратов к магистрали. Визуально он выглядит, как диск из металла, на поверхности которого равномерно расположены отверстия под болты или шпильки.

Ответный фланец или контрфланец является встречной деталью фланцевого соединения, которое образуется парами (т. е. их всегда используют попарно). Комплектующие надежно прикрепляют друг к другу. Это увеличивает прочность и герметичность конструкции.

Контрфланец используют как в гражданско-бытовых, так и в промышленных трубопроводных сетях. Соединительный элемент востребован в пищевой, легкой, энергетической, нефтехимической, строительной отраслях, а также в сельском и жилищно-коммунальном хозяйстве. Так как устройство улучшает герметичность инженерной конструкции, его часто монтируют в сложные и высокоточные объекты.

Элемент имеет разную конфигурацию. Различают следующие модификации соединительных деталей:

  • Для гладких соединений. Плоские элементы предназначены для установки в системы с низким давлением. Устройства не имеют выточку для прокладок, не обладают превосходной герметичностью. Их конкурентное преимущество: простой монтаж и демонтаж в сеть. Быстрая сборка возможна благодаря отсутствию закрепляющих зубцов. Прокладки также легко заменить: они не фиксируются никакими выточками или зубцами.
  • С выточкой под прокладку. Фитинги востребованы в коммуникациях, которым необходима большая герметичность. Крепежные изделия оснащены специальными шипами.
  • Для сетей большого давления. Арматура имеет усложненную конструкцию: металлические пластины с зубцами. Фланцы с дополнительными зубчиками соединяются по типу замка.

Каждый из этих типов трубопроводной арматуры пользуется высоким спросом на рынке.

В КОФ (комплект ответных фланцев) обычно входят детали с присоединительной поверхностью, прокладки, крепежные устройства (болты), необходимая документация.

Для определения качества арматуры производитель проводит типовые и приемо-сдаточные испытания. Готовая продукция реализуется с сертификатами соответствия. Проверка цельности металлоизделий крайне важна: бракованные комплектующие приведут к возникновению утечки в трубопроводе, спровоцируют аварийную ситуацию.

Характеристики

Этапы производства, возможные размеры приварной детали регламентирует госстандарт 12821-80.

Стальной фитинг эксплуатируют в следующих условиях:

  • рабочее давление в сети: 0,1-20 МПа;
  • сплавы: ст.20, 09Г2С;
  • диапазон температур: -250 до +600 градусов по Цельсию.

Материал, из которого изготавливают ответные фланцы, должен быть идентичен материалу магистрали, к которой приваривают элементы. Это необходимо, чтобы предотвратить деформацию деталей при изменениях температуры.

Обычно для выпуска арматуры используют углеродистую, легированную, нержавеющую сталь. Сплавы отличаются механической прочностью, способны выдерживать интенсивные нагрузки в течение длительного времени. Для создания соединений, которые будут использоваться во влажной среде, используют антикоррозийные составы.

Фланцы Общее - Какие фланцы используются в нефтехимической промышленности

Фланец - это метод соединения труб, клапанов, насосов и другого оборудования для образования системы трубопроводов. Он также обеспечивает легкий доступ для очистки, осмотра или модификации. Фланцы обычно привариваются или привинчиваются. Фланцевые соединения изготавливаются путем соединения болтами двух фланцев с прокладкой между ними для обеспечения уплотнения.


Фланец приварной шейки

Накидной фланец

Муфта Приварной фланец

Фланец внахлестку

Резьбовой фланец

Глухой фланец

Все типы, кроме фланца с соединением внахлест, имеют приподнятую поверхность фланца.

Материалы для фланцев

Фланцы труб изготавливаются из различных материалов, таких как нержавеющая сталь, чугун, алюминий, латунь, бронза, пластик и т. д., но чаще всего используется кованая углеродистая сталь с механической обработкой. поверхности.

Кроме того, фланцы, такие как фитинги и трубы, для определенных целей иногда снабжены внутри слоями материалов совершенно другого качества, чем сами фланцы, которые представляют собой «фланцы с футеровкой».

Материал фланца в основном задается при выборе трубы, в большинстве случаев фланец изготавливается из того же материала, что и труба.

Все фланцы, обсуждаемые на этом веб-сайте, подпадают под действие стандартов ASME и ASTM, если не указано иное. ASME B16.5 описывает размеры, допуски на размеры и т. д., а ASTM – различные материалы. качества.

Размеры фланцев

Каждый фланец ASME B16.5 имеет ряд стандартных размеров. Если чертежник в Японии, специалист по подготовке работ в Канаде или трубомонтажник в Австралии говорит о фланце с приварной горловиной NPS 6, класс 150, график 40 ASME B16.5, то он проходит через фланец, который показан на изображении ниже. .

При заказе фланца поставщику необходимо знать качество материала. Например, ASTM A105 — это фланец из кованой углеродистой стали, а A182 — фланец из кованой нержавеющей стали.

Таким образом, в правильном заказе поставщику должны быть указаны два стандарта. 1 | Внешний диаметр - Ø168,3 | L - Ø22,4 | ID - Ø154,1 | G - Ø215,9 | К - Ø241,3 | D - Ø279,4 | Б - 25,4 | Н - 88,9 | RF Высота - 1,6

Вышеупомянутый фланец имеет 8 отверстий под болты и сварную фаску 37,5 градусов (красный кружок). Все указанные размеры указаны в миллиметрах. Выступ (RF) указывать не нужно, поскольку согласно ASME B16.5 каждый фланец стандартно поставляется с выступом. Только другая конструкция (кольцевое соединение (RTJ), Плоская поверхность (FF) и т. д. должны быть указаны.

Болтовые фланцевые соединения

Болтовые фланцевые соединения представляют собой сложную комбинацию многих факторов (фланец, болты, прокладки, технологический процесс, температура, давление, среда). Все эти различные элементы взаимосвязаны и зависят друг от друга для достижения успешного результата.
Надежность фланцевого соединения в решающей степени зависит от грамотного контроля процесса изготовления соединения.


Типичное болтовое фланцевое соединение


Цитата из книги Джона Х. Бикфорда «Введение в конструкцию и поведение болтовых соединений»..
Вся важная сила смыкания, которая скрепляет соединение - и без которого не было бы соединения - не создается ни хорошим проектировщиком соединений, ни высококачественными деталями. Она создается механиком на стройплощадке с использованием тех инструментов, процедур и условий труда, которые мы ему предоставили. И далее. сборка. Поэтому для нас очень важно понять этот процесс.

Уже несколько лет промышленность признает важность установки и сборки.
В Европе особое внимание уделялось тому, чтобы выполнение соединений выполнялось обученными и аттестованными специалистами, что привело к публикации европейского технического стандарта TS EN 1591, часть 4. Этот стандарт применим к специалистам по болтовым соединениям и их руководителям. , ответственные инженеры, которые разбирают, собирают и затягивают болтовые соединения любой формы критически важных систем под давлением.

Стандарт обеспечивает методологию обучения и оценки техников, занимающихся изготовлением и разборкой фланцевых соединений, и может рассматриваться как аналог обучения, необходимого для сварщиков, работающих с сосудами под давлением. Его публикация демонстрирует важность компетентного контроля процесса соединения для обеспечения герметичности фланца.

Прокладка является лишь одной из многих причин, по которым болтовое фланцевое соединение может протекать.
Даже когда все сложные взаимосвязанные компоненты фланцевого соединения с болтовым соединением работают в идеальной гармонии, единственным наиболее важным фактором, ведущим к успеху или неудаче этого фланцевого соединения с болтовым соединением, будет внимание, уделяемое лицом, выполняющим установку, правильной процедуре установки и сборки. прокладка. Если все сделано правильно, сборка будет оставаться без утечек в течение ожидаемого срока службы.

Существует еще ряд специальных фланцев, таких как...

Отверстие фланца

Фланец с длинной приварной шейкой

Расширительный фланец

Фланец Nipo

Переходной фланец

Фланец подкладки

Подробную информацию об этих специальных предложениях вы найдете в меню Фланцы


Примечания автора. ..

Фланцевые соединения в сравнении со сварными соединениями можно использовать фланцевые соединения.

На строящемся заводе принято минимизировать фланцевые соединения, поскольку для соединения двух отрезков трубы требуется всего один сварной шов. Это экономит затраты на два фланца, прокладку, шпильки, второй сварной шов, стоимость неразрушающего контроля для второго сварного шва и т. д.

Некоторые другие недостатки фланцевых соединений..

  • Каждое фланцевое соединение может протекать (некоторые люди утверждают, что фланцевое соединение никогда не обеспечивает 100-процентную герметичность).
  • Фланцевые трубопроводные системы требуют гораздо больше места (подумайте только о стеллаже для труб).
  • Изоляция фланцевых трубопроводных систем стоит дороже (специальные фланцевые заглушки).

Конечно, фланцевые соединения имеют большие преимущества; некоторые примеры..

  • Новая линия может содержать несколько катушек труб и может быть изготовлена ​​в мастерской.
  • Эти катушки труб могут быть собраны на заводе без необходимости сварки.
  • NDO (рентген, гидротест и т.д.) на заводе не требуется, т.к. это делается в мастерской.
  • Пескоструйная обработка и покраска на заводе не нужны, так как даже это было сделано в мастерской
    (нужно устранять только повреждения краски при установке).

Как и во многих вещах, у всего есть свои плюсы и минусы.

Основы фланцев

: функции, конструкция и другие аспекты

Что такое трубные фланцы и как они работают?

Предлагая надежный способ соединения систем трубопроводов с различным оборудованием, клапанами и другими компонентами практически любой технологической системы, фланцы являются вторым по распространенности методом соединения после сварки.

Использование фланцев повышает гибкость при обслуживании трубопроводных систем, позволяя упростить разборку и улучшить доступ к компонентам системы.

Типичное фланцевое соединение состоит из трех частей:

  • Трубные фланцы
  • Прокладка
  • Болты

В большинстве случаев прокладки и болты изготавливаются из тех же или одобренных материалов, что и компоненты трубопровода, которые вы хотите соединить. Фланцы из нержавеющей стали являются одними из самых распространенных. Тем не менее, фланцы доступны в широком ассортименте. материалов, поэтому их соответствие вашим потребностям имеет важное значение.

Другие распространенные материалы фланцев включают монель, инконель, хромомолибден и многие другие в зависимости от области применения.

Наилучший вариант для ваших нужд будет зависеть как от системы, в которой вы собираетесь использовать фланец, так и от ваших конкретных требований.

Распространенные типы фланцев и их характеристики

Фланцы не являются универсальным решением. Помимо подбора размеров, подбор идеальной конструкции фланца для вашей трубопроводной системы и предполагаемого использования поможет обеспечить надежную работу, длительный срок службы и оптимальную цену.

Вот наиболее распространенные типы фланцев.

Фланцы с резьбой

Также известный как резьбовой фланец, этот тип имеет резьбу внутри отверстия фланца, которая подходит к соответствующей наружной резьбе на трубе или фитинге. Резьбовое соединение означает, что во многих случаях можно обойтись без сварки. Просто совместите резьбу с трубами, которые вы хотите соединить.

Фланцы под приварку враструб

Фланцы под приварку враструб идеально подходят для труб меньшего диаметра в условиях низких температур и низкого давления и имеют соединение, при котором труба вставляется во фланец, а затем закрепляется. с одним многопроходным угловым швом. Это делает этот тип более простым в установке, чем другие типы приварных фланцев, избегая при этом ограничений, связанных с резьбовыми концами.

Накидные фланцы

Надвижные фланцы очень распространены и доступны в большом диапазоне размеров для систем с более высокими расходами и пропускной способностью. Просто подгоните фланец к внешнему диаметру трубы, которую вы собираетесь соединить. Установка немного сложнее, так как вам понадобится угловой сварной шов с обеих сторон, чтобы прикрепить фланец к трубе.

Фланцы с соединением внахлестку

Фланцы с соединением внахлестку, состоящие из двух частей, требуют приварки встык втулочного конца к трубе или фитингу с использованием опорного фланца для создания фланцевого соединения. Этот дизайн делает этот стиль популярным для использования в системах с ограниченным физическим пространством или в системах, которые требуют частого демонтажа и обслуживания.

Фланцы с приварной горловиной

Как и фланцы с соединением внахлестку, фланцы с приварной горловиной требуют стыковой сварки для установки. Однако их целостность, эффективность в системах с несколькими повторными изгибами и возможность их использования в системах с высоким давлением и высокой температурой делают их лучшим выбором для технологических трубопроводов.

Глухие фланцы

Используемые для завершения или изоляции трубопроводных систем, глухие фланцы представляют собой глухие диски с болтовым соединением. При правильной установке и сочетании с правильными прокладками они могут обеспечить превосходное уплотнение, которое при необходимости легко снять.

Специальные фланцы

Перечисленные выше типы фланцев являются наиболее распространенными. Тем не менее, существует ряд дополнительных специализированных типов фланцев, подходящих для различных применений и сред. Другие варианты включают нипофланцы, приварные фланцы, расширительные фланцы, отверстие, длинную приварную шейку и редукционные фланцы.


Выполнение соединения: типы фланцев

Конструкция фланца — это только начало при выборе идеального фланца для вашей системы трубопроводов. Типы поверхностей — это еще одна характеристика, которая оказывает большое влияние на конечные характеристики и срок службы ваших фланцев.

Типы облицовки определяют как прокладки, необходимые для установки фланца, так и характеристики, связанные с создаваемым уплотнением.

Общие типы поверхностей включают:

  • Плоская поверхность (FF) : Как следует из названия, фланцы с плоской поверхностью имеют плоскую ровную поверхность в сочетании с полнопроходной прокладкой, которая контактирует с большей частью поверхности фланца.
  • Выступ (RF) : Эти фланцы имеют небольшой выступ вокруг отверстия с прокладкой по внутренней окружности отверстия.
  • Кольцевое соединение (RTJ) : Используется в процессах с высоким давлением и высокой температурой, этот тип поверхности имеет канавку, в которой находится металлическая прокладка для обеспечения герметичности.
  • Шип и канавка (T&G) : Эти фланцы имеют соответствующие канавки и выступы. Это облегчает установку, так как конструкция способствует самовыравниванию фланцев и обеспечивает резервуар для клея для прокладок.
  • Наружная и внутренняя резьба (M&F) : Подобно фланцам с шипом и канавкой, эти фланцы используют соответствующую пару канавок и выступающих частей для крепления прокладки. Однако, в отличие от фланцев с пазом и шпунтом, они удерживают прокладку на внутренней поверхности, обеспечивая более точное размещение и расширяя возможности выбора материала прокладки.

Многие типы поверхностей также имеют одну из двух отделок: зубчатую или гладкую.

Выбор между вариантами важен, так как они определяют оптимальную прокладку для надежного уплотнения.

Как правило, гладкие поверхности лучше всего работают с металлическими прокладками, а зубчатые поверхности помогают создавать более прочные уплотнения с прокладками из мягкого материала.

Правильная посадка: размеры фланцев

Помимо функциональной конструкции фланца, размеры фланца являются наиболее вероятным фактором, влияющим на выбор фланца при проектировании, обслуживании или обновлении трубопроводной системы.

Однако необходимо учитывать, как фланец соприкасается с трубой и используемыми прокладками, чтобы обеспечить правильный размер.

Общие соображения включают:

  • Внешний диаметр : Расстояние между двумя противоположными кромками поверхности фланца
  • Толщина : Мера толщины внешнего крепежного кольца
    • 9038 : Диаметр болта 9038 Расстояние между противоположными отверстиями под болты при измерении от центра к центру
  • Размер трубы : Обозначение размера трубы, которому соответствует фланец
  • Номинальный размер отверстия : Размер внутреннего диаметра фланцевых соединителей

Классификация фланцев и эксплуатационные характеристики Характеристики будут влиять на то, как фланец работает в различных процессах и средах.

Так как же определить, какие фланцы подходят для этой задачи, а какие нет?

Фланцы часто классифицируют по их способности выдерживать температуру и давление.

Обозначается номером и суффиксом «#», «lb» или «class». Эти суффиксы взаимозаменяемы, но будут различаться в зависимости от региона или поставщика.

Общие классификации включают в себя: