Какие бывают фланцы

Фланцевые соединения - трубопроводная арматура

Фланцевые соединения были изобретены в Германии, поэтому и название происходит от немецкого слова Flansch. Фланец представляет собой крепёжный элемент труб с отверстиями для болтов или шпилек.

В некоторых случаях герметичные трубы требуют присоединения дополнительных элементов, например, насосов, задвижек или контрольно-измерительной аппаратуры. В данном случае применение сварки становится невозможным и применяют для крепления изделий применяют фланцы. Также фланцевые соединения используют для стыковки частей трубопровода. Фланцы являются самыми популярными соединительными элементами в промышленности.

Их популярность обусловлена прочностью, долговечностью, возможностью многократного использования (монтажа и демонтажа)

Рисунок 1. Фланцы

Высокая прочность фланцевых соединений позволяет использовать их на трубопроводах высокого давления. При правильной установке и соблюдении ряда других требований, они обеспечивают хорошую герметичность трубопровода. Диаметр фланца должен соответствовать размерам трубы и не выходить за рамки допустимой погрешности. Поэтому многие производители труб сразу оснащают выпускаемую продукцию крепёжными элементами. Своевременное техническое обслуживание соединительных узлов, в том числе подтяжка болтов позволяет сохранить герметичность труб, фланцы прослужат долгое время. Последнее условие важно при оказании на них механических воздействий, вибрации, нахождении в неблагоприятных климатических условиях и зонах с резкими перепадами температур. Чем больше диаметр трубопровода, тем большей нагрузке подвергаются фланцевые соединения. Для сохранения и поддержания герметичности важна уплотнительная способность прокладок, устанавливаемых между фланцами.

Использование фланцевых соединений для труб малого диаметра экономически нецелесообразно, использование резьбовых соединений дешевле, при этом отвечает всем необходимым техническим требованиям. Фланцевые соединения актуальны для трубопроводов большого диаметра. Они способны перераспределять нагрузки в местах соединения, при специальной обработке они становятся устойчивыми к воздействию агрессивной среды, актуально для химической промышленности, выдерживают высокие температуры и давление.

Фланцы могут иметь прямоугольную, квадратную или круглую форму. Последняя является самой распространенной ввиду простоты исполнения и высокой надёжности. Другие же формы сложны в исполнении и не могут гарантировать сохранения герметичности. Используют их в крайнем случае, когда невозможно использовать круглые.

Типы фланцевых конструкций

Фланцы подразделяются на типы в зависимости от способа их соединения с аппаратами и конструкцией.

Рисунок 2. Типы фланцевых соединений

Наиболее распространенными на территории России являются следующие фланцевые государственные стандарты:

Фланец стальной плоский приватной – ГОСТ 12820-80.

Фланец стальной приварной встык – ГОСТ 12821-80.

Фланец стальной свободный на приварном кольце – ГОСТ 12822-80.

Таблица 1. Варианты исполнения фланцевых соединений.

Фланцы плоские приварные

Используются на стальных трубопроводах и для присоединения аппаратов. Представляют собой плоские кольца, которые приварены к краю обечайки по периметру. Могут быть также с защитным кольцом. Используются при температуре до 300 градусов Цельсия и номинальном давлении от 0.1 до 2.5 Мпа.

Рисунок 3. Плоский приварной фланец

Рисунок 4. Плоский приварной фланец с защитным кольцом

Воротниковые фланцы

Прочность воротниковых фланцев выше по сравнению с плоскими приварными. Поэтому они применяются при номинальном давлении до 20 МПа.

Имеют несколько конструктивных разновидностей. На стальных сварных аппаратах применяются самые распространенные виды: фланцы кованые и приварные встык. Приварные имеют втулку в виде усечённого конуса, увеличивающую прочность конструкции. Существует также разновидность с защитным кольцом. Выдерживают они температуру от -70 до +300°С и номинальное давление от 1. 6 до 6.4 МПа.

Рисунок 5. Фланец приварной с шейкой

Фланцы обеспечивают возможность демонтажа без вырезания части трубопровода. Конусовидная втулка снижает напряжение у основания, перераспределяя нагрузку на трубу.

Фланец может быть сварен из двух частей: основания и шейки.

Рисунок 6. Состоящий из двух частей фланец

В химической промышленности используют кислотостойкие накладки на фланцы. При этом сами они сделаны из углеродистой стали.

Рисунок 7. Фланец с кислотостойкими накладками.

1 – кислотостойкая сталь; 2 – углеродистая сталь

Стальные свободные фланцы на приварном кольце

Состоит из двух деталей – самого фланца и кольца, которое приваривается к трубе. Такая конструкция удобна для монтажа. При этом для составных частей используется одинаковая сталь. Выпускаются в нескольких вариациях.

Фланцы на отбортовке используются при давлении до 0.6 МПа. Основная область их применения – аппараты из цветных металлов - меди или алюминия. Используются с целью экономии материалов, например титана.

Рисунок 8. Фланец свободный на отбортовке

Фланцы на бурте

Порой возникает необходимость замены устаревшей металлической трубы на более современный вариант из полипропилена. При стыковке с неметаллическими аппаратами, в том числе из стекла и пластика, применяют фланцы с буртом. Они выдерживают давление до 10 МПа. На неметаллической трубе располагается фланец с отверстиями для болтов и шпилек, после этого герметично соединяется с металлической трубой. Самые популярные диаметры изделий от 40 до 160 мм.

Рисунок 9. Фланец на бурте

Фланцы на резьбе

Применяются на узлах и аппаратах в которых нежелательно применение сварки, а также в тех местах, которые требуют лёгкого демонтажа. Выдерживают высокое давление.

Рисунок 10. Фланец на резьбе

Свободные разборные фланцы

Применяются для скрепления частей из хрупких материалов. Имеют несколько вариантов исполнения. Из двух составных частей фланец изготавливается из чугуна, части стягиваются между собой при помощи болтов.

Рисунок 11. Фланец составной из двух частей

Фланцы с разъемным кольцом более громоздкий, но при этом более экономичный. Монтировать его проще.

Рисунок 12. Фланец с разъемным кольцом. 1 – кольцо из двух половин

Фланцы со стяжными скобами

Скобы устанавливают вплотную, применяют для металлических конструкций, покрытых эмалью. Способствует выдержке температурного режима при обжиге эмали. Применяется при невысоком номинальном давлении, максимальные показатели использования 0.5-0.6 МПа.

Рисунок 13. Фланец со стяжными скобами

Варианты исполнения фланцевых поверхностей

Исполнение поверхностей фланцев регулируется государственным стандартом. Всего существует девять разновидностей. При подборе следует учитывать не только условное давление и проходы, необходимо также принимать во внимание уплотнительные исполнения.

Для свободных фланцев различное исполнение допускается только для приварного кольца.

Рисунок 14. Поверхности фланцев

– 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.

При стыковке фланцев с выступом и впадиной, номинальное давление может быть до 1.6 МПа. Фланцы с шип-пазом выдерживают до 6.4 МПа. Они применяются на трубопроводах с агрессивными средами, взрывоопасными и ядовитыми. Фланцы с соединительным выступом применяют при условном давлении до 6.3 МПа.

В зависимости от вариантов исполнения, фланцы стыкуются следующим образом.

15. Схема стыковки фланцев

Прокладки фланцевых соединений

Сохранение герметичности соединения частей трубопровода и его надёжность зависит от выбранного прокладочного материала между фланцами. Прокладки могут быть трёх видов: неметаллические, полуметаллические и металлические.

Между фланцевыми соединениями, как бы крепко они не были притянуты друг к другу, существуют пустоты. Прокладки под действием давления заполняют собой все свободное пространство между деталями, не оставляя зазоров. Тем самым достигается герметичное соединение.

Уплотнения могут быть как подвижными, так и неподвижными. Могут использоваться различные материалы: резина, гофра с мягким наполнителем, Герметизация фланцевых соединений может достигаться при использовании металлических прокладок.

Для фланцев с выступами и впадинами, шипами и пазами существует самый широкий выбор прокладок. Они могут быть металлическими, эластичными, из графита, металлографита. Широкое применение находят спирально-навитые прокладки.

Для трубопроводов с ядовитыми и взрывоопасными веществами при исполнении фланцевого соединения с выступами рекомендуется использовать волновые прокладки с ограничительными кольцами, выполненные из эластичного материала с упругим уплотнением. Фланцы, Представленные на рисунке 14 под номерами 6 и 7 используются совместно с линзовыми прокладками. Они могут иметь как овальное, так и восьмиугольное сечение. Фланцы, представленные на рисунке под номерами 8 и 9, предполагают использование фторопластовых прокладок.

При сборке стоит обращать внимание на центрирование прокладки. Необходимо исключить возможность её выдавливания. Размеры прокладки должны соответствовать фланцевым исполнениям. Например, паз и шип у фланцев образуют прочное соединение, прокладка плотно установлена между ними, что обеспечивает прочность стыковки.

Условный проход, его обозначения

Условный проход обозначается Ду, величиной измерения являются миллиметры (мм). Все чаще можно встретить обозначение DN, Ду считается устаревшим, но все также применим.

Основной проход является наиболее значимым параметром, от которого зависит геометрия фланца. При определении основного прохода остальные величины назначаются автоматически. Данный параметр не является тем же самым, что и внешний диаметр трубы. Он означает внутренний диаметр соединения, через который проходит ток среды. Проектируются они таким образом, чтобы обеспечить необходимую пропускную способность трубопровода. При этом пропускающая способность при переходе от одного соединения к последующему должна возрастать на 60-100%.

Величины условных проходов регулируются ГОСТом 28338-89.

Наружные диаметры трубы могут отличаться, при том условный проход будет иметь одинаковое значение. При заказе фланцевого соединения необходимо использовать буквенное обозначение соответствующего диаметра трубы. Если в спецификации не указано буквенное обозначение трубы, то учитываются следующие значения.

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

Трубы, имеющие наружный диаметр 159 мм при толщине стенки 5 мм имеют фактически внутренний диаметр 149 мм. Если толщина стенки составляет 8 мм, то внутренний диаметр лишь 143 мм. При этом в обоих вариантах за условный проход принимают величину 150 мм.

При использовании фланцев с диаметром условного прохода свыше 200 мм, допускается их расточка по внешнему диаметру трубы. Также допускается отклонение от правильной формы круга. Но в таком случае затрудняется стыковка элементов.

Давление

Важным параметром при установке фланцевых соединений является условное давление, которое может выдержать узел. На предельные показатели влияют материалы, из которых изготовлены фланцы, геометрические параметры, а также исполнение поверхности соединительного элемента. Данный параметр при проектировании обозначается Ру. Является важным параметром ответственности при проектировании и безопасности трубопровода.

Рабочее давление выражается в нескольких значениях, чаще всего это повышенная масса фланца и точность соединения (меньшие допуски на сопряжения), обязательное использование уплотнительных прокладок.

Показатель давления измеряется в кгс/см2. Также может обозначаться следующими единицами измерения МПа, Па, бар, атм.

В зависимости от типа фланцев, соединения могут выдерживать давление от 25 до 200 кгс/см2.

Материал, из которого изготовлены соединения имеют большое влияние на показатели выдерживаемого давления. Самым распространенным материалом для изготовления фланцев является сталь.

Сталь 20 используется для соединения частей трубопроводов пара и воды. Согласно ГОСТу, обозначается ст. 20. Используется при температуре внешней среды от -40 до температуры внутреннего воздействия +475

Сталь марки 09Г2С распространена не меньше, поскольку низколегированная сталь рекомендована к использованию для сварных конструкций. Ее преимущество основано на возможности эксплуатации при температуре внешней среды до -70 градусов Цельсия. Позволяет функционировать трубопроводам нефти и газа в суровых климатических условиях. Верхний предел внутренней рабочей температуры +475 градусов Цельсия.

Криогенными свойствами обладает сталь марки 12Х18Н10Т. Фланцы из нее используют при воздействии на узлы агрегатов агрессивных сред: кислот (уксусной, фосфорной, азотной), щелочей, солей. Рабочие температуры должны соответствовать диапазону от -196 до +350 градусов Цельсия.

Устойчива к коррозии сталь марки 10Х17Н13М2Т. Используются она для фиксации частей труб, проводящих агрессивные среды. Устойчива к воздействию химических веществ, коррозии под напряжением. Диапазон температур, при которых возможно применение от -196 до +600°С. Благодаря устойчивости к разрушению имеет длительный срок службы.

Низколегированная сталь марки 15Х5М обладает повышенной жаропрочностью. Фланцы из нее не окисляются, выдерживают температуру до +650 градусов Цельсия.

Этот список марок сталей, применяемых для изготовления фланцев не является исчерпывающим. Кроме того, для их производства используется сталь марок 13ХФА, 10Г2ФБЮ, 08Х18Н10Т, 17Г1С, 10Г2С, 30ХМА, 40Х и другие.

Крепеж для фланцев

Термин «крепеж» используется для обозначения приспособлений, позволяющих укрепить конструкцию, сделать её более сложной. Качество и крепость конструкции зависит во многом от качества крепежных элементов. Вес конструкции, ее размеры, показатели желаемой прочности обуславливают выбор материалов, из которых изготовлены крепежи. К крепежным элементам относят шайбы, болты, шпильки, винты, шурупы, болты, заклёпки и многое другое. Они могут быть изготовлены из стали, алюминия или нержавеющей стали.

Весь крепеж принято делить на две большие группы: общепромышленный и специального назначения.

Общепромышленный не обладает специальными характеристиками и применяется как в быту, так и во всех сферах производства и строительства.

Крепеж специального назначения применяется в узких отраслях: авиастроении, железнодорожных магистралях, автомобилестроении и так далее.

Рисунок 16. Фланец с крепежом

Для него свойственно наличие специальных характеристик, обусловленных четкой направленностью на конкретную область применения и узким функционалом.

Шпилька, гайка, болт и шайба используются для фланцевых соединений.

Болт – элемент крепежа, представляющий собой металлический стержень с нанесенной на него наружной резьбой. С обратной стороны имеет шестигранную (реже восьмигранную) головку под гаечный ключ. Чаще всего соединение образуется при помощи гайки.

Рисунок 17. Болт

Гайка – элемент крепежа, образующий соединение с болтом или шпилькой. Внутри отверстия имеет резьбу. Гайки бывают круглыми и многогранными. Также по индивидуальному заказу изготавливают нестандартные гайки, имеющих специфическую резьбу или дополнительные насечки. Для ее фиксации на резьбе болта используют гаечный ключ. Также гайки могут крепиться на ось, для исключения осевого перемещения деталей, сидящих на оси.

Рисунок 18. Гайка

Шайба – деталь, которую помещают либо под гайку, либо под головку винта. Задача элемента увеличить площадь опоры в тех случаях, когда материал, в который вкручен болт подвержен деформации, либо недостаточно жёсткий. Также применяют шайбы при несоответствии диаметра отверстия размеру болта либо в случаях, когда отверстие имеет неправильную форму.

Помимо стандартных типовых шайб существуют также специального назначения. Они применяются в узкоспециализированных отраслях, например, машиностроении. Функции шайб могут быть не только крепёжными. Расстояние между объектами, расположенными на одном валу измеряется при помощи дистанционной шайбы.

Чтобы избежать перекоса головки винта при затягивании его используют косую или сферическую шайбу. Для сокращения временных затрат на снятие детали и установки на ее место новой применяют быстросъемную шайбу. Для достижения герметичности соединения под головку винта помещают мягкую уплотнительную шайбу. Уменьшает риск самоотвинчивания болтов пружинная шайба за счёт силы упругости. Стопорная шайба исключает поворот болта или гайки относительно вала, благодаря своей конструкции. Она имеет отгибающиеся части. Функция концевых шайб – препятствие перемещению закреплённых на валу элементов вдоль него.

Рисунок 19. Шайба

Шпилька – это общее название крепежных элементов, отличительными особенностями которых являются отсутствие оголовка и наличие резьбы. По своей сути это металлический прут. Резьба может быть нанесена как на всю длину, так и на отдельных частях. Функцией шпильки является скрепление деталей конструкции. Ее можно как вкручивать в имеющееся на детали отверстие с резьбой, так и стягивать составные части аппарата при помощи накручивания гаек на шпильку. Сферы применения шпилек не ограничиваются строительством. Также они применяются в машиностроении, для установки станков. Шпильки применяют при монтаже воздуховодов и трубопроводов. Используются в этих конструкциях фланцевые соединения. Требования к крепежу, используемому во фланцевых соединениях регулируются ГОСТом 20700-75.

>Рисунок 20. Шпилька

Основные параметры фланцевого крепежа

Рабочее давление – это то давление, с которым протекает жидкость или газ по трубопроводу. Также под этим термином подразумевается наибольший показатель избыточного давления, при котором возможна длительная работа трубопровода, арматуры и соединительных узлов при рабочей температуре среды. Чем выше рабочее давление, тем прочнее крепеж должен использоваться при постройке трубопровода. Прочность крепежа определяют характеристики материала, из которого он сделан, правильная термическая обработка. Необходимо сопоставлять параметры рабочей среды и технические характеристики материала. Так сталь 35 рассчитана на применение при рабочем давлении до 100 кгс/см² и температуре от -40 до +400 градусов Цельсия. Соответственно при увеличении рабочего давления до 200 кгс/см² следует выбирать другую марку стали для изготовления крепежных элементов, например, 20Х13.

Рабочая температура. Является одним из важнейших параметров при выборе крепежных материалов. Рабочей называется температура, которую имеют вещества, транспортируемые по трубопроводу. При выборе марки стали учитывается также температура внешней среды. Каждый материал имеет собственный диапазон рабочих температур при которых гарантируется надёжность крепления при его долгосрочной эксплуатации.

Если два трубопровода имеют одинаковое номинальное давление, но один из них планируется эксплуатировать при температуре окружающей среды до -30 градусов Цельсия, то для фланцевых соединений используется шпилька из стали 35. Если трубопровод используется в суровых климатических условиях при температуре окружающей среды до -70 градусов Цельсия, необходимо использовать для соединений крепежи, выполненные из хладоустойчивой, стали 09Г2С или 10Г2.

Рабочая среда. В соответствии с температурными и физико-химическими показателями рабочей среды должен быть выбран фланцевый крепеж. Материал, из которого он сделан должен соответствовать требованиям в зависимости от свойств рабочей среды, например, антикоррозийность, устойчивость к воздействию высоких температур, агрессивной среды. Для агрессивных сред выбирают крепеж, сделанный из стали марок 20X13, 14X17Н2, 12Х18Н9Т.

Диаметр резьбы. Крепёжные элементы могут иметь как внутреннюю резьбу, например, гайки, так и наружную, к таким относят болты, шпильки и прочие. Резьба имеет шаг, который может изменяться в метрической или дюймовой системе. Зависит от нормативных документов, на которые ссылается конкретный проект. Первый шаг резьбы измеряется в миллиметрах, для второго единицей измерения являются дюймы. Дюймы указываются в целых и дробных числах, шаг составляет ¼ дюйма.

Шаг резьбы.Так называется расстояние между ближайшими вершинами ниток резьбы, лежащими параллельно одной оси. Существуют две основные группы крепежа: с крупным и с мелким шагом. Выбор зависит от конкретной спецификации, если в ней не указано много, то основным считается крупный шаг резьбы.

Например, болт М6х20 означает крепеж с мелким шагом резьбы 20 мм, номинальным диаметром 6 мм.

Размер «под ключ».  В технической литературе обозначается символом S, фактически размер «под ключ» представляет собой расстояние между двумя параллельными гранями шестиугольного либо восьмиугольного болта. Каждому стандартному диаметру резьбы соответствует размер рабочего профиля крепежа. Зная его можно определить подходящий ключ.

Длина болта. При обозначении числового выражения длины болта в расчет берется только длина самого стержня, без учёта головки. Например, для болта М6x50 длина его составляет 50 мм. При этом общая габаритная длина болта будет больше на высоту головки, которая составляет 4 мм, то есть 54 мм.

Длина шпильки. Как правило, длина шпильки, указываемая в спецификации, означает общую габаритную длину, если иное не предусмотрено другими документами. Например, ГОСТ 22032-76 регламентирующий применение шпилек с ввинчивающимся концом предполагает указание длины шпильки без учёта ввинчивающегося конца.

Длина резьбового конца. Та часть шпильки или болта с резьбой, на который предполагается навинчивания гайки.

Покрытие. В случае применения крепежа на магистралях и узлах, на которые предполагается действие агрессивных сред, болты и шпильки покрывают защитным слоем из цинка, никеля или хрома.

Подбор фланцевого крепежа

Документы, регламентирующие подбор фланцевого крепежа:

• ОСТ 26-2041-96;
• ОСТ 26-2039-96;
• ОСТ 26-2040-96;
• ОСТ 26-2038-96;
• ОСТ 26-2037-96;
• ОСТ 26-2043-91;
• ГОСТ 20700-75;
• ГОСТ 12816-80;
• ГОСТ 9064-75;
• ПБ 10-115-96;
• ПБ-03-75-94 и другие.

Нормативные документы регулируют выбор крепежа в зависимости от условий его использования и назначения.

Для выбора крепежа необходимо учитывать параметры конкретного фланцевого соединения. Необходимо учитывать рабочее давление, рабочую среду, рабочую температуру и внешнюю среду при выборе крепежа. Также на выбор крепежа влияет марка стали из которой изготовлен фланец.

Существует несколько самых распространенных марок стали из которых изготавливаются фланцы. Соответственно каждой марке даются рекомендации по их комплектации крепежными элементами.

1. При рабочем давлении не превышающим 25 кгс/см2 допускается использование в качестве крепежа для фланцевых соединений как болтов, так и шпилек. При рабочем давлении свыше данного показателя, применение болтов запрещено. Это регламентировано ГОСТ 12816-80.
2. Для изготовления крепежных элементов допускается большой выбор материалов. Какой бы ни использовался, существует для всех общее правило. При использовании одинакового материала в крепёжной паре болт (шпилька) – гайка, жесткость гайки должна быть на 20 единиц меньше чем у болта. Если причиной повреждения болта станет избыточное давление в системе, гайка останется целой, поврежден будет болт. Это упростит поиск повреждения. При использовании шпилек с накатанной на них резьбой, допускается использование материала для гайки той же жёсткости.

Расчеты фланцевых соединений и крепежа

Определение размеров фланца

Первым шагом является определение конструктивных особенностей фланца далее осуществляется выбор прокладки. После этого начинается процесс прорисовки эскиза и определение размеров.

Для штуцеров фланцы являются стандартными, их выбор регламентирован ГОСТами.

Под аппаратами подразумеваются ёмкости в которых проходят технологические процессы. Они имеют обечайки в форме цилиндра, дно и крышку. Для них возможно использование как стандартных фланцев с размерами, регламентированными нормативными документами, так и фланцев с нестандартными размерами.

Расчет фланцевого соединения на прочность

При выполнении расчетов стоит учитывать определенные характеристики фланцевых соединений. Они должны быть прочными, герметичными и жёсткими. Фланцевые соединения штуцеров можно не рассчитывать на прочность по причине их стандартизированности. Для каждого вида прописан стандартный наружный диаметр патрубка, его толщина и высота штуцера. Расчеты для фланцевых соединений как стандартных, так и нестандартных являются обязательными.

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.

Какие бывют виды фланцев. Что это за деталь и для чего служит

Выясняя, из чего состоит трубопровод, многие спрашивают – «что такое фланец?». Попробуем разобраться в данном вопросе, а также рассмотрим его разновидности.

Фланец – это деталь, применяемая в трубопроводных магистралях в качестве соединения его элементов. Она входит в конструкцию конденсатоотводчиков, задвижек, патрубков и др. Фланцы представляют собой плоские детали с отверстиями. Они бывают круглой и квадратной формы.

• Классификация фланцев по способу соединения
• Классификация по способу изготовления

Классификация фланцев по способу соединения

Так же как и все элементы трубопроводов, эти детали производятся с учетом необходимых стандартов. Они могут отличаться друг от друга по способу монтажа. На сегодня существуют следующие основные виды фланцев:

• Воротниковые. Применение таких деталей допускается при температуре -253º-+600º. Монтаж этих фланцев осуществляется «встык». В их производстве руководствуются стандартами ГОСТ12821-80.
• Свободные. Допустимый диапазон температур внешней среды -30º-+300º. Приварные на кольце детали очень удобны в монтаже. Благодаря чему такие элементы используют в труднодоступных местах и участках, нуждающихся в регулярном контроле. В их производстве руководствуются стандартами ГОСТ12822-80.
• Приварные плоские. Эти детали используются при температуре -70º-+450º. В их производстве руководствуются стандартами ГОСТ12820-80.

Что касается рабочего давления, то воротниковые детали допускают максимальную величину в 200 кгс/см². Свободные приварные детали характеризуются максимальным допустимым значением в 25 кгс/см².

Классификация по способу изготовления

Производство фланцев выполняется несколькими способами. Для этого применяются различные инструменты и методики. Исходя из этого, основные виды фланцев могут производиться при помощи:

• Ковки. Этот метод основывается на пластичности металла и заключается в обработке заготовки под  давлением. В результате многократного внешнего воздействия детали, придаются требуемые параметры.
• Литья. Сырье для таких деталей подвергается электрошлаковой переплавке. После чего отправляется в форму для создания заготовки. Такой метод позволяет создавать заготовки с минимальными припусками, которые удаляются при помощи резки.
• Горячей штамповкой. Этот процесс состоит из нескольких этапов: осадки, формообразования, прошивки, обрезки. В результате получают деталь требуемой формы и параметров, которая не нуждается в последующей обработке.
• Гибкой стали. В качестве сырья для производства таких деталей используют профильную сталь. Из нее вырезают заготовки, которые затем нагревают и отправляют на гибочный станок. Возможно обработка не нагретых заготовок. В этом случае гибка происходит по спирали.

Штампованные и литые детали впоследствии подвергаются доведению до необходимых параметров. С этой целью используют процесс резки, при котором с детали удаляются припуски. Работы производятся на металлорежущих станках. Сегодня помимо механического способа обработки заготовки можно встретить электроискровой, ультразвуковой, химико-механический и т.д. В результате получают фланцы требуемого размера с ровной поверхностью.

Кроме того, детали могут отличаться друг от друга по параметрам. Фланцы выпускаются в 9 возможных вариантах, отличающихся размерами стыковочных поверхностей, а также формой.

Стоимость элементов трубопровода зависит от нескольких факторов. На нее влияет не только вид фланцев, но и другие показатели. В частности, толщина его стенок, размеры, материал, из которого изготовлен и т.д. При выборе деталей особое внимание нужно уделить качеству. От этого показателя зависит надежность всей трубопроводной магистрали.

: функции, конструкция и другие аспекты

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, облегчая разборку и улучшая доступ к компонентам системы.

Типичное фланцевое соединение состоит из трех частей:

• Трубные фланцы
• Прокладка
• Болтовое соединение

хотите подключить. 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.

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.

Ниже приведены наиболее распространенные типы фланцев.

Конструкция фланца — это только начало при выборе идеального фланца для вашей трубопроводной системы. 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.
• Кольцевая соединительная поверхность (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.

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 краями поверхности фланца
• Толщина : Мера толщины внешнего крепежного кольца
  0
• Диаметр болта 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 соединений

Классификация фланцев и рабочие 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:

• 150#
• 300#
• 600#
• 900#
• 1500#
• 2500#

Точные давление и температурное давление и температурное давление и температурное давление и температурное давление и температурное давление, будет целостным. и размер фланца. Единственная константа заключается в том, что во всех случаях номинальное давление уменьшается с повышением температуры.

Стандарты и маркировка фланцев

Для облегчения сравнения фланцы подпадают под глобальные стандарты, установленные Американским обществом инженеров-механиков (ASME) — ASME B16. 5 и B16.47.

Если вы пытаетесь заменить или проверить существующие детали, все фланцы должны иметь маркировку — обычно по внешнему периметру — для облегчения процесса.

Эти маркеры также следуют строгому порядку:

• Логотип производителя или код
• Код материала ASTM
• Марка материала
• Класс эксплуатации (класс давления-температуры)
• Размер
• Толщина (График)
• Номер плавки
• Специальные обозначения, если таковые имеются, например, QT для закалки и отпуска W для ремонта с помощью сварки

Это руководство предлагает прочную основу для изучения основ конструкции фланцев и способов выбора идеального фланца для вашей трубопроводной системы. Однако при наличии широкого ассортимента фланцев из нержавеющей стали и фланцев из других материалов невозможно перечислить все конфигурации, детали или соображения.

Если у вас возникнут вопросы, технические специалисты по продажам Unified Alloys готовы помочь. Обслуживая отрасли промышленности и предприятия в Северной Америке и Канаде более 40 лет, мы понимаем сложности трубопроводов из сплавов и потребности вашей отрасли. Позвоните нам сегодня, чтобы получить дополнительную информацию и найти идеальный фланец, трубопровод и компоненты для вашего следующего проекта.

Описание 13 типов фланцев для трубопроводов

Какие типы фланцев наиболее распространены в трубопроводах? Как они выглядят? Основными типами фланцев являются приварная шейка, длинная приварная шейка, накидные, сварные враструб, соединения внахлестку, резьбовые и глухие фланцы. В дополнение к этим стандартным фланцам существуют некоторые специальные фланцы, называемые Weldoflange/Nipoflange и Elboflange, поворотные фланцы, расширительные/переходные фланцы и фланцы с диафрагмой.

СТАНДАРТНЫЕ ТИПЫ ФЛАНЦЕВ

Тип фланца, используемого для трубопровода, зависит главным образом от требуемой прочности фланцевого соединения. Фланцы используются в качестве альтернативы сварным соединениям для облегчения операций по техническому обслуживанию (фланцевое соединение можно быстро и удобно демонтировать).

Давайте теперь углубимся и покажем основные типы фланцев с картинками.

ПРИВАРНОЙ ФЛАНЕЦ

.

Фланец с приварной горловиной («WN») имеет длинную коническую втулку, к которой можно приваривать трубу.

Этот тип фланца обычно используется в системах высокого давления и высоких/низких температур, где требуется неограниченный поток жидкости, транспортируемой по системе трубопроводов (отверстие фланца совпадает с отверстием трубы).

Отсутствие перепадов давления предотвращает негативные эффекты, такие как турбулентность и эрозия/коррозия металлов вблизи фланцевых соединений.

Коническая втулка обеспечивает плавное распределение механического напряжения между трубой и приварным фланцем встык и облегчает выполнение радиографического контроля для выявления возможных утечек и дефектов сварки.

Размер фланца (NPS и диаграмма трубы) должен соответствовать размеру соединительной трубы.

Приварной фланец встык соединяется с трубой одним V-образным стыковым швом с полным проплавлением. Размеры и вес фланцев с приварной горловиной ASME показаны в этой статье.

ДЛИННАЯ ПРИВАРНАЯ ШЕЙКА

Длинные фланцы с приварной шейкой ("LWN") аналогичны фланцам с приварной шейкой, за исключением того, что шейка (коническая ступица) удлинена и действует как удлинитель расточки.

Длинные приварные фланцы обычно используются на сосудах, колоннах или бочках. Эти типы фланцев доступны также в тяжелом корпусе (HB) и равном корпусе (E).

НАКЛАДНОЙ ФЛАНЕЦ

     

Накидной фланец присоединяется к трубе или фитингам двумя угловыми сварными швами, один выполняется внутри, а другой снаружи полости фланца.

Размер отверстия накидного фланца больше, чем внешний диаметр соединительной трубы, так как труба должна скользить внутри фланца, чтобы соединиться с помощью углового сварного шва.

Накидные фланцы также называются «фланецами со втулкой», и их легко узнать благодаря тонкой и компактной форме.

Размеры и вес вставных фланцев ANSI/ASME доступны на этой странице.

ПРИВАРНАЯ ШАРОВКА VS НАКЛАДНОЙ ФЛАНЦ

Фланцевые соединения, выполненные с помощью накладных фланцев, в долгосрочной перспективе немного более хрупкие, чем соединения, выполненные с помощью приварных фланцев (в аналогичных условиях эксплуатации). Это, по-видимому, связано со следующими фактами:

• фланец с приварной горловиной имеет коническую ступицу, отсутствующую у фланца с раструбным приваром, что более равномерно распределяет механическое напряжение между трубой и фланцем
• сварное стыковое соединение в виде одной зоны сварки вместо двух (фланец для приварки внахлест).

Еще одним преимуществом приварного фланца в горловину является то, что его можно соединить как с трубами, так и с фитингами, в то время как фланцы с раструбной сваркой подходят только для труб.

ФЛАНЕЦ С РЕЗЬБОЙ

      

Резьбовые фланцы соединяются с трубами путем навинчивания трубы (с наружной резьбой, как правило, NPT согласно ASME B1.20.1) на фланец без сварных швов (однако в некоторых случаях небольшие сварные швы применяется для увеличения прочности соединения).

Резьбовые фланцы доступны в размерах до 4 дюймов и различных номинальных давлениях, однако они используются, в основном, для трубопроводов небольшого размера в системах низкого давления и низких температур, таких как водоснабжение и снабжение воздуха.

Резьбовые фланцы также являются обязательным требованием во взрывоопасных зонах, таких как автозаправочные станции и заводы, поскольку выполнение сварных соединений в таких средах может быть опасным.

Обратитесь к этой статье, чтобы узнать о размерах фланцев с резьбой ANSI/ASME.

ПРИВАРНОЙ ФЛАНЕЦ

.

 Фланцы с приваркой внахлест соединяются с трубами с помощью одного углового сварного шва, выполненного на внешней стороне фланца (в отличие от типа накидного фланца, для которого требуется два сварных шва).

Согласно ASME B31.1, для выполнения фланцевого соединения с использованием фланца с приваркой враструб, труба должна быть сначала вставлена ​​в раструб фланца до нижней части фланца, затем ее следует приподнять на 1,6 мм. и наконец сварил.

Этот зазор должен быть оставлен для обеспечения правильного позиционирования трубы внутри фланцевого раструба после затвердевания сварного шва.

Приварные фланцы с раструбом используются для небольших трубопроводов и трубопроводов высокого давления, по которым не передаются высококоррозионные жидкости.

Это связано с тем, что эти типы фланцев подвержены коррозии в области зазора между концом трубы и буртиком раструба.

Их статическая прочность фланцев под приварку аналогична накидным фланцам, но их усталостная прочность выше из-за наличия одинарного, а не двойного углового шва.

ФЛАНЕЦ ДЛЯ НАКЛАДНОГО СОЕДИНЕНИЯ

 

Фланцы для соединения внахлестку имеют плоскую поверхность и всегда используются в сочетании с заглушкой.

Фланцы с соединением внахлестку по форме напоминают вставные фланцы, за исключением радиуса на пересечении поверхности фланца и отверстия для размещения фланцевой части вставного конца.

Фланец с соединением внахлестку надевается на трубу и садится на заднюю часть вставного конца, и они удерживаются вместе за счет давления болтов.

Использование фланцев с соединением внахлестку в сочетании с патрубками является экономичным решением для трубопроводов из нержавеющей стали или никелевого сплава, поскольку материал фланца с соединением внахлестку может быть более низкого качества (обычно углеродистая сталь), чем материал заглушка (которая должна соответствовать марке трубы, так как контактирует с транспортируемой жидкостью).

Таким образом, такая компоновка имеет два преимущества:

1. снижает общую стоимость фланцевых соединений трубопровода, так как использование материалов более высокого качества сводится к минимуму;
Операции болтового соединения
2. упрощены, так как фланец соединения внахлестку можно вращать вокруг трубы, чтобы облегчить выравнивание болтов.

ГЛУХОЙ ФЛАНЕЦ

В отличие от всех типов фланцев, показанных выше, глухие фланцы не имеют центрального отверстия и используются для заглушения или герметизации трубопровода, клапана/сосуда под давлением и блокирования потока жидкости.

Глухие фланцы должны выдерживать значительную механическую нагрузку из-за давления в системе и необходимых усилий болтового соединения.

Глухие фланцы обеспечивают легкий доступ к трубопроводу, так как их можно легко отвинтить, чтобы оператор мог выполнять действия внутри конечного конца трубы (это также причина, по которой глухие фланцы используются в качестве смотровых колодцев для сосудов под давлением, при раз).

Интересно отметить, что хотя этот тип фланцев проще в производстве, они продаются по более высокой средней цене за килограмм по сравнению с другими типами фланцев.

Обратитесь к этой статье, чтобы узнать о размерах глухих фланцев в соответствии с ANSI/ASME B16.5.

 

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ФЛАНЦЕВ

НИПОФЛАНЕЦ

Нипофланец

Нипофланец используется для отводов трубопроводов под углом 90 градусов и представляет собой изделие, изготовленное путем соединения фланца с приварной горловиной и кованого фланца Ниполет .

Однако нипофланец — это цельный цельный кусок кованой стали, а не два разных продукта, сваренных вместе.

Чтобы установить нипофланец, трубопроводный персонал должен приварить ниполетную часть устройства к отводящей трубе и прикрутить фланцевую часть к фланцу отводной трубы.

Фланцы Nipo доступны из различных материалов, таких как углеродистая сталь ASTM A105 (высокотемпературная работа), ASTM A350 (низкотемпературная углеродистая сталь), ASTM A182 (марки нержавеющей стали, включая дуплексную и супердуплексную) и сплавы никеля (Inconel , инколой, хастеллой и др.).

Нипофланцы также производятся в усиленном варианте, который имеет дополнительную механическую прочность по сравнению со стандартным нипофланцем.

WELDOFLANGE

Weldoflange

Weldoflange концептуально похож на Nipoflange, так как представляет собой комбинацию фланца с приварной горловиной и ответвленного фитинга (в данном случае Weldolet). Приварные фланцы изготавливаются из цельного куска кованой стали, а не путем сварки отдельных частей.

ELBOFLANGE И LATROFLANGE

Другими менее распространенными типами фланцев Olets являются так называемые Elboflange (комбинация фланца и Elbolet) и «Latroflange» (комбинация фланца с Latrolet). Эльбофланцы используются для разветвления трубопровода под углом 45 градусов.

Elboflange

ПОВОРОТНЫЙ ФЛАНЕЦ

Поворотные кольцевые фланцы облегчают совмещение отверстий под болты между двумя сопряженными фланцами, что полезно во многих случаях, например, при прокладке трубопроводов большого диаметра, подводных и морских трубопроводов, трубопроводных работах на мелководье. воды и подобных сред. Поворотные фланцы подходят для нефти, газа, углеводородов, воды, химических веществ и других жидкостей с высокими требованиями в нефтехимии и управлении водными ресурсами.

Например, в случае трубопровода большого диаметра труба оснащена на одном конце стандартным приварным фланцем и поворотным фланцем на другом конце: просто поверните поворотный фланец на трубе, операторы могут добиться идеального выравнивания отверстий под болты более простым и быстрым способом.

Основными стандартами для фланцев с поворотным кольцом являются ASME/ANSI, DIN, BS, EN, ISO и т. д. Наиболее распространенным стандартом для нефтехимического применения является ANSI/ASME B16.5 или ASME B16.47.

 

Поворотный фланец

Поворотные фланцы доступны во всех стандартных формах обычных фланцев, т. е. с приварной горловиной, вставными, с соединением внахлестку, под сварку внахлест и т. д., из всех сортов материала и в широком диапазоне размеров (размеры могут варьироваться от 3/8” до 60” и номинальное давление от 150 до 2500).

Поворотные фланцы могут быть изготовлены из углеродистой стали (ASTM A105), легированной стали (ASTM A182 F1, A182 F5, A182 F9, A182 F91) и нержавеющей стали (ASTM A182 F304, A182 F304L, A182 F316, A182 F316L) .

РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ ФЛАНЕЦ («РАСШИРИТЕЛЬ»)

Расширительный фланец

Расширяющие фланцы или «расширительные фланцы» используются для увеличения проходного сечения трубопровода от определенной точки до другой или для соединения труб с другими механическими устройствами, такими как насосы , компрессоры и клапаны с входными отверстиями разного размера.

Разжимной фланец, представленный на рисунке, представляет собой приварной фланец с увеличенным отверстием на конце без фланца.

Расширительные фланцы могут использоваться для увеличения проходного сечения трубы только на один или максимум два размера и не более (пример: от 2 до 3 или максимум 4 дюйма).

Расширительные фланцы — это более дешевое (и более легкое) решение по сравнению с комбинацией переходника для сварки встык и стандартного фланца (что является стандартным решением для труб с увеличенным диаметром более 2 размеров).

Наиболее распространенными материалами для расширительных фланцев являются A105 (высокотемпературная углеродистая сталь), A350 (LTCS) и ASTM A182 (нержавеющая сталь и выше).
Номинальные значения давления и размеры расширяющихся фланцев соответствуют спецификации ANSI/ASME B16.5 и доступны с выступающей или плоской поверхностью (RF, FF).

 

Чертеж расширяющегося фланца ASME.

 

ПЕРЕХОДНЫЙ ФЛАНЕЦ («РЕДУКТОР»)

Переходной фланец

Переходные фланцы, иначе называемые переходными фланцами, имеют противоположную функцию, чем расширительные фланцы, показанные выше, т.

---

Learn more

• 
  Норма отопления в квартире
• 
  Виды шнеков
• 
  Чертеж токарного станка
• 
  Подключить газ в частный дом
• 
  Дефлектор вентиляционный автомобильный
• 
  Вертикальный слив унитаза
• 
  Рейтинг аккумуляторных болгарок
• 
  Лучший утеплитель для стен
• 
  Выгодна ли посудомоечная машина
• 
  Ливневые сточные воды
• 
  Камни в баню какие лучше выбрать