Фланцевые соединения требования

Фланец и фланцевые соединения. Введение

Фланец — от немецкого слова фланш, круглый или квадратный диск, служащий для соединения двух отдельных частей, элементов или деталей магистрального или другого трубопровода, крекинговой колонны, разборного резервуара, или элементов теплообменного оборудования.

Фланцы входят во фланцевые соединения, которые, как правило состоят из самих фланцев, крепежных элементов (шпилька, гайка, шайба, болт), прокладок (паронитовые прокладки, спирально – навитые прокладки, металлические прокладки овального или восьмиугольного сечения, линзовые металлические прокладки) и как правило двух скрепляемых элементов – трубы, элементы крекинговой колонны, элементы теплообменного оборудования. Фланцевые соединения, предназначены для работы в различных рабочих средах, — вода, газ, нефть, продукты нефтехимии, химически активные среды (все виды кислот, щелочи), и в различных климатических условиях, — от жаркого и влажного климата до холодного и сухого.

Область применения фланцев и фланцевых соединений регламентируется, материалом изготовления фланцев и материалом изготовления крепежных элементов и других частей фланцевого соединения. Основные физико – механические свойства фланцев и фланцевых соединений придают материалы изготовления, которые регламентирует марочник сталей.

Различный химический состав сталей и придает фланцам и фланцевым соединениям, те или иные свойства, которые необходимы в нужных условиях рабочей среды и климатической зоны. Процентное содержание химических (легирующих) элементов влияющих на физико – механические свойства фланцев, как раз и позволяет так широко использовать фланцевые соединения.

Рабочее давление. Этот показатель фланцевых соединений тоже достаточно важен, и напрямую зависит от технических требований и задач поставленных перед фланцевыми соединениями, как правило чем выше давление, — тем меньше диаметр трубопровода. Рабочее давление применения фланцев и фланцевых соединений регламентированное Государственными Стандартами находится в диапазоне от 0,1 до 1200 МПа. Показатель рабочего давления при производстве фланцев можно визуально определить по толщине фланцевого кольца (размер b), чем выше толщина фланцевого кольца, тем больше рабочее давление фланцевого соединения.

Еще одним визуальным фактором по которому можно приблизительно определить рабочее давление фланцевого соединения, — количество отверстий под крепежные элементы, чем больше отверстий, тем выше рабочее давление. Но конечно все эти показатели рабочего давления условны, точные геометрические параметры всех размеров рассчитанных на определенное рабочее давление, регламентируют Государственные Стандарты (ГОСТ) и должны строго соблюдаться предприятиями производителями фланцев и фланцевых соединений.

Технические особенности фланцевых соединений

Фланцевое соединение — наиболее распространенный способ стыковки стальных промышленных трубопроводов между собой. Таким образом могут соединяться трубы систем водоснабжения, магистрального отопления, газоснабжения и нефтегазовые трубопроводы.

В данной статье представлены фланцевые соединения. Мы рассмотрим их разновидности и геометрические размеры, а также изучим требования ГОСТ к конструктивному исполнению соединительных элементов.

Назначение и особенности фланцевого соединения

Фланец представляет собой плоскую стальную пластину, имеющую форму кольца (реже — квадрата либо прямоугольника). В средней части пластины расположено отверстие под вставку торцевой части трубы, а по ее контуру — несколько равноудаленных отверстий под установку болтов либо шпилек, которые впоследствии фиксируются гайками.

Фланцевые соединения являются быстроразъемной альтернативой сварной и муфтовой стыковки. При монтаже торец трубы приваривается к пропускному отверстию фланца, после чего пластины стягиваются между собой. Герметичность соединения достигается за счет использования уплотнительных прокладок из резины либо фторопласта. Также могут использоваться обтюраторы — стальные заглушки, устанавливаемые между двух фланцев. Обтюраторы позволяют перекрыть конкретный участок трубопровода при необходимости его ремонта.

Также фланцевые соединения используются для соединения трубопроводов с устройствами и технологическими емкостями, чаще всего — теплообменниками. В таком случае на концы труб наваривается фланец, к которому подводится заборный патрубок оборудования.

В зависимости от функционального назначения выделяют следующие типы фланцевых соединений:

• для стыковки труб и установки запорно-регулирующей арматуры, выдерживающее давление от 0.1 до 20 МПа — регулируется положениями ГОСТ №12815;
• для подключения к трубопроводам сосудов и оборудования — регулируется ГОСТ №28759.

Расчет фланцевых соединений любого типа ведется согласно инструкции «Рекомендации по расчет, проектированию и монтажу фланцев стальных строительных конструкций», выпущенной ВНИПИ «Промстальконструкция» в 1989 году.

Разновидности фланцев

Каждый из вышеуказанных нормативных документов содержит классификацию фланцев, по которой соединительные элементы разделяются на разные виды. Рассмотрим классификацию изделий для стыковки стальных труб по ГОСТ №12815:

1. Из серого чугуна, литые (ГОСТ №12817-90) — применяются для установки литой трубопроводной арматуры, соединения труб промышленного оборудования и технических емкостей из чугуна. Предназначенные для давления 0.1-16 МПа, рабочая температура от -16 до +300 градусов.
2. Из ковкого чугуна, литые (ГОСТ №12818-80) — используются для стыковки труб, монтажа арматуры и подключения приборов и емкостей из ковкого чугуна. Выдерживают давление 1.6-4 МПа, рабочая температура от -30 до 400 0 .
3. Из стали, литые (ГОСТ №12819-80) — соединительные элементы трубопроводов и арматуры из любых материалов. Эксплуатируются при давлении 1.6-20 МПа, температурный режим от -250 до +600 градусов.
4. Из стали, приварные плоского типа (ГОСТ №12820-80) — норматив распространяется на фланцы плоского типа, выдерживающие давление 0.1-2.5 МПа и температуру от -70 до +300 0 . Вставка фланцевая (обтюратор) также производятся по данному стандарту.
5. Из стали, для стыковой сварки (ГОСТ №12821-80) — выдерживают давление 0.1-20 МПа, температурный режим от -250 до +600 0 .
6. Из стали, оборудованные приварным кольцом — давление от 0.1-3 МПа, рабочая температура от -30 до +300 0 .

Соединительные элементы сварного типа при монтаже надеваются на торец трубы и фиксируются двумя сварными швами. Конструкции для стыковой сварки закрепляются одним швом, расположенным между срезом трубы и воротником фланца.

Стальной фланец с приварным кольцом

Изделия с приварным кольцом состоят из двух частей — пластины и кольца, имеющих идентичный диаметр. При этом к трубе приваривается только кольцо, тогда как фланец остается свободным и может прокручиваться вокруг своей оси. Такая конструкция используется в труднодоступных местах либо на участках, где необходим регулярных ремонт или обслуживание трубопровода.

Фланцы для стыковки труб с сосудами и оборудованием, соответствующие требованиям ГОСТ №28659, классифицируются на следующие разновидности:

1. Стальные плоские (ГОСТ №28759-2) — применяются для сосудов и оборудования диаметром 400-4000 мм. Предназначены для давление 0.3-1.7 МПа и температуры -70 +300 градусов. Широко используются в нефтегазовой и химической промышленности.
2. Стальные для сварки встык (ГОСТ №28759-3) — диаметр от 40 до 4000 мм, давление 0.7-6.5 МПа, температура от -70 до +540 0 .
3. Стальные восьмиугольного сечения — диаметр 400-1600 мм, давление 6.4-16 МПа, температура от -70 до +550 градусов.

Также существует такое понятие как изолирующее фланцевое соединение ИФС, для обустройства которого могут применяться любые типы фланцевых конструкций. Изолирующее фланцевое соединение применяется с целью защиты трубопроводов от электрохимической коррозии, которая является главной причиной ускоренного износа подземных систем.

Изолирующее фланцевое соединение в разрезе

Изолирующее фланцевое соединение состоит из 2-ух стягивающихся шпильками фланцев, между которыми расположена прокладка из диэлектрического (не проводящего ток) материала. Чаще всего применяется термостабилизированный графит либо поронит.

Такая конструкция предотвращает распространение тока по трубопроводу, ограничивая его на конкретном участке магистрали. Изолирующее фланцевое соединение способно значительно увеличить срок службы подземных трубопроводов, оно используется в течении 15-20 лет, после чего диэлектрическая прокладка подлежит замене.

При необходимости замены прокладки используются специальные разгонщики, представляющие собой клиновидные домкраты, посредством которых разводятся соседние фланцы. Существуют механические (ручные) разгонщики и гидравлические разгонщики, которые способны развивать усилие до 15 тонн.

Технология монтажа фланцевого соединения (видео)

Варианты исполнения фланцев

Помимо классификации по материалу изготовления и способу монтажа, фланцы разделяются в зависимости от конструктивного исполнения. ГОСТ №12820 на стальные фланцы определяет 9 вариантов исполнения соединительных элементов:

• исполнение №1 — конструкция оборудована соединительным выступом (фаской) под углом 45 градусов;
• исполнение №2 — с выступом под углом 90 0 ;
• исполнение №3 — с выступом на 45 0 и выборкой (впадиной) на внутренней торцевой части;
• исполнение №4 — с внутренней выборкой и выступом на 90 0 ;
• исполнение №5 — с внутренним пазом по всей окружности фланца;
• исполнение №6 — нарезана внутренняя фаска под установку линзовой прокладки (вибровставки);
• исполнение №7 — фаска предназначена под установки прокладки овальной формы;
• исполнение №8 и №9 — аналогичны конфигурации №4 и №5 за исключения наличия фаски под линзовую прокладку.

Варианты исполнения фланцев

В отдельную группу относятся компрессионные фланцы, предназначенные для соединения стальных и пластиковых труб. Компрессионные конструкции состоят из двух частей — фланцевой пластины и выходящей из нее цанговой муфты под ПЭ трубу. Компрессионные фланцы предназначены для систем с давлением до 10 МПа. Также существуют компрессионные адаптеры, посредством которых выполняется переход из пластиковой трубы на металлическую арматуру.

Вибровставка, она же вставка фланцевая, используется для снижения уровня шума и вибрации, возникающих в процессе эксплуатации трубопровода. Вибровставки выполняются из термически устойчивой резины, имеющей кордовое основание, за счет которого прокладка получает дополнительную жесткость и устойчивость к деформациям.

Вибровставки производятся в диапазоне диаметров 25-800 мм. Они могут устанавливаться на трубопроводы водоснабжения, подачи воздуха, парообразных веществ и других химически нейтральных жидкостей. Вибровставки диаметром 25-200 мм выдерживают давление до 16 МПа, 250-600 мм — до 10 МПа. Рабочая температура резиновой вибровставки до +110 градусов. Такие компенсаторы не повреждаются при линейном удлинении труб, они способны сжиматься и растягиваться на 12-20 мм, в зависимости от размера вибровставки.

Конструктивные особенности фланцевого крепежа

Фланцевый крепеж, помимо самой соединительной пластины, состоит из 3-ех элементов:

Согласно положениям ГОСТ №12816, использовать болты можно на трубопроводах с давлением рабочей среды до 25 МПа, если давление в системе превышает данную величину, должна применяться монтажная шпилька (стальной стержень с резьбой но обеих концах), которая обеспечивает большую прочность стыка. В трубопроводах высокого давления (от 100 МПа) используется шпилька из 35-ой стали, при давлении до 100 МПа — шпилька из стали 20Х.

Шайбы для фланцевых соединений представляют собой стальную пластину, подкладываемую под гайку либо шапку болта с целью увеличения ее опорной площади. Для крепежа фланцев допускается применять болты, шпильки и шайбы классов прочности 8.8, 6.6 и 5.6.

Защитный кожух из листовой стали

На фланцы, установленные на трубопроводах перекачивающих агрессивные жидкости, в обязательном порядке монтируется защитный кожух (КЗХ). Кожух представляет собой чехол из гидфровобного текстиля, листовой стали либо полимерных материалов, который предотвращает расплескивание рабочей среды при потере соединением герметичности.

Защитный кожух выпускается в диаметре 15-1200 мм, наиболее распространенные кожухи из фторопласта могут эксплуатироваться при температуре от -200 до +230 градусов.

Фланец и фланцевое соединение в трубопроводной арматуре

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

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

Фланцевая арматура

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

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

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

Герметичность фланцевого соединения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Исполнение уплотнительной поверхности

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

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

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

Из всех форм фланцев…

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

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

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

Материалы и технология изготовления фланцев

Для изготовления стальных и чугунных фланцев используются:

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

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

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

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

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

Крепежные детали

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

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

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

Прокладки фланцевых соединений

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

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

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

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

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

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

Обозначение фланцев

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

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

Фланцы

Обозначение согласно ГОСТ 12820-80-ГОСТ 12822-80

Требования к фланцевым соединениям и крепежным деталям — Инструкция по ТО и ремонту технологической части системы газового пожаротушения

2.6. Требования к сборке и разборке фланцевых соединений.

2.6.1. Сборку фланцевых соединений следует производить в следующем порядке:

· проверить фланцы, включая параллельность уплотнительных поверхностей, прокладку и крепежные детали на соответствие требованиям технологической документации. Во фланцевых соединениях типа «выступ-впадина», «впадина-плоскость», «шип-паз», «паз-плоскость», и «замок» измерить высоту выступа / шипа и глубину впадины / паза и убедиться, что выступ / шип по высоте больше впадины / паза;

· очистить уплотнительные поверхности от загрязнений, обезжирить и осушить;

· нанести смазку на резьбовую часть болтов (шпилек) и гаек

· подготовить и установить прокладку, установить крепеж во фланцевое соединение

· завинтить гайки до достижения их контакта с фланцем и контакта уплотнительных поверхностей фланцев с прокладкой без затяжки крепежа

· произвести равномерную в крестообразной последовательности и в 3-4 прохода затяжку крепежа, контролируя после каждого прохода зазор между фланцами.

2.6.2. Во фланцевых соединениях патрубков сосудов и аппаратов, соединительных частей машин, арматуры и трубопроводов отклонение параллельности уплотнительных поверхностей должно определяться при стянутых до контакта с пластиной щупа в месте минимального зазора фланцев как разность между значениями зазора ∆₁ и ∆₂ (рис. 1).

Отклонение параллельности уплотнительных поверхностей фланцев не должно выходить за пределы, указанные в ТУ на ремонт или конструкторской (проектной) документации на оборудование. В отсутствие таких указаний отклонение параллельности уплотнительных поверхностей не должно быть более ¼ толщины прокладки, указанной в конструкторской документации, но не более 0,4 мм для фланцев диаметром до 1000 мм и 0,8 мм для фланцев диаметром свыше 1000 мм.

Применение при непараллельных уплотнительных поверхностях клиновых прокладок или неравномерная затяжка крепежа фланцевых соединений для исправления непараллельности не допускается.

2.6.3. Перед сборкой фланцевых соединений уплотнительные поверхности фланцев должны быть очищены от загрязнений, обезжирены уайт-спиритом или ацетоном по и осушены.

2.6.4. На резьбовую часть болтов (шпилек) и гаек перед сборкой фланцевых соединений должна быть нанесена смазка, указанная в конструкторской и (или) проектной документации на оборудование, трубопроводы. В соответствие таких указаний для смазки резьбы крепежа фланцевых соединений следует применять смесь графита ГС-4 с глицерином в соотношении 25-33% графита и 75-67% глицерина.

2.6.5. Затяжка крепежа фланцевых соединений должна проводиться в крестообразной последовательности, указанной цифрами на (рис.2). Затяжка должна быть равномерной и выполняться в 3-4 прохода.

При разборке фланцевых соединений крепеж следует освобождать в последовательности, обратной последовательности затяжки.

рис. 2

2.6.6. Для затяжки крепежа при сборке фланцевых соединений оборудования должны применяться гаечные ключи с нормальной длиной рукоятки, специальные ключи, а также динамометрические ключи. Применение различных рычагов в целях удлинения плеча при затяжке крепежа фланцевых соединений ключами не допускается.

Затяжка крепежа фланцевых соединений должна контролироваться по крутящему моменту и осуществляться до достижения его значения, указанного в конструкторской документации.

В отсутствие в конструкторской документации указаний о контроле затяжки крепежа фланцевых соединений оборудования по крутящему моменту, его значение, необходимое для обеспечения герметичности соединения на всех режимах работы оборудования, включая гидроиспытания, может быть определено расчетом с учетом характеристик материала прокладки и требующегося удельного давления на нее.

2.7. Требования к крепежным деталям.

2.7.1. При ремонте оборудования систем АС крепежные детали (болты, шпильки, гайки, шайбы) фланцевых соединений должны контролироваться визуально на отсутствие трещин, задиров, забоин и вмятин, несмываемой ржавчины и других следов коррозии, а на резьбе – заусенцев, забоин и вмятин, препятствующих навинчиванию (ввинчиванию) контрольной гайки (шпильки), выкрашиваний и сорванных ниток резьбы.

Запасные крепежные детали, подбираемые взамен дефектных, контролируют на соответствие материала и других характеристик требованиям конструкторских документов на оборудование и (или) распространяющейся на него и его составные части нормативно-технической документации, а также на отсутствие на всех обработанных поверхностях, включая резьбу, надрывов, закатов, рванин, плен, трещин, задиров, заусенцев, забоин и вмятин, несмываемой ржавчины и других следов коррозии.

2.7.2. В резьбовой части крепежных деталей не допускаются:

· для болтов, шпилек (с диаметром резьбы до (включительно) 48 мм) – выкрашивания и смятия ниток резьбы, если они по глубине более половины высоты профиля резьбы и их общая длина превышает 8% длины резьбы по винтовой линии, а в одном витке – 1/3 его длины;

· для гаек – выкрашивания и смятия ниток резьбы, если их длина превышает 2/3 витка.

2.7.3. Для болтов, шпилек с диаметром резьбы свыше 48 мм выкрашивания и смятия ниток резьбы не допускаются, если они по глубине более половины высоты профиля резьбы и их общая длина превышает 2% длины резьбы по винтовой линии, а в одном витке – 1/5 его длины.

2.7.4. Допускается отклонение от прямолинейности (кривизна стержня) болтов, шпилек, не превышающее 0,3 мм на 100 мм длины для диаметров резьб до (включительно) 24 мм и 0,15 мм на 100 мм длины для диаметров свыше 24 мм.

2.7.5. Отклонение от плоскостности шайб не должно превышать допуска на толщину шайбы.

Сопрягаемые выпуклые и вогнутые шайбы должны иметь площадь прилегания не менее 80%. Неудовлетворительное прилегание следует исправлять притиркой сферических поверхностей. Притертые шайбы должны иметь одинаковую маркировку.

2.7.6. Сколы и смятия металла на гранях шестигранной головки болтов и на гайках высотой более 0,2 высоты головки (гайки) и выводящие размер под ключ за 0,9 номинального размера не допускаются.

2.7.7. Во фланцевых соединениях оборудования систем АС резьбовые глухие отверстия должны контролироваться на соответствие требованиям технических условий на ремонт или конструкторской документации, если ТУ на ремонт отсутствуют.

Основные характеристики и назначение фланцевых соединений

Использование фланцевых соединений в трубопроводах обусловлено простотой сборки и возможностью замены запорной арматуры или фасонных изделий. Такая конструкция обеспечивает прочную стыковку частей трубопровода.

Благодаря фланцевым соединениям облегчаются следующие мероприятия:

• профилактические работы по очистке труб
• ремонт частей трубопровода
• модернизация элементов

Визуально фланец представляет собой деталь с плоской поверхностью квадратной или круглой формы. Изделие имеет отверстия, предназначенные для установки крепежных элементов – болтов, шпилек, шайб, гаек.

В эксплуатации трубопроводов используются несколько видов фланцевых соединений:

• приварной тип
• свободновращающийся вид
• резьбовой тип
• глухой формы
• сквозного вида

Фланцевые соединения используются практически для всех трубопроводов с различными средами. В зависимости от характеристик передаваемой среды, подбирают материалы для изготовления фланцев или делают композитные изделия, которые повышают стойкость металлов к специальным веществам.

Составляющие части фланцевого соединения и стандартизация

Установка фланцевого соединения производится с использованием крепежей и сварки. Соединительный комплект имеет несколько составляющих:

• Фланец – металлическая деталь плоского профиля с симметрично размещенными отверстиями для проведения монтажа.
• Крепежные элементы.
• Прокладки – уплотнения соединения.

Фланцевый крепеж состоит из нескольких элементов – шпилек или болтов, шайб (граверов) и гаек. Крепеж изготавливают из различных материалов и применяются для конкретного типа фланца с учетом диаметра отверстия, выраженного в миллиметрах. Резьбовые соединения имеют нормативные параметры шага резьбы. Метрический тип выражен в миллиметрах, дюймовый определяется в дюймах. Требования к крепежу соединения устанавливаются нормативными документами и государственными стандартами.

При установке фланцев используются крепежные элементы:

• Болты — стержень с нарезанной резьбой на одной части детали и многогранной головкой на другой. Нормативным параметром служит длина болта, определяемая в миллиметрах и метрическая резьба.
• Шпилька – деталь стержневой формы с наличием резьбы с обоих концов. Одно резьбовое соединение устанавливается в основную конструкцию, вторая часть крепится гайкой. В ряде случаев монтаж осуществляется установкой гаек на оба конца шпильки.
• Гайки – многогранник с отверстием и резьбовой насечкой внутри. Применяется для стягивания посредством болта фланцев. Используются одновременно с установкой шайб.
• Шайба – плоская круглая деталь с отверстием, устанавливаемая под гайку. Не позволяет гайке портить покрытие фланца или запорной арматуры, обеспечивает стабильное положений крепежа, исключение перекосов в положении и максимальный прижим. Применяются шайбы прижимного, концевого, стопорного типа.
• Гравер – круглая рассеченная шайба квадратного профиля, изготовленная из закаленной стали. Гравер устанавливается между гайкой и плоской шайбой и предназначен для защиты от раскручивания гайки.

Детали комплекта фланцевого соединения имеют унифицированные параметры, соответствующие государственным и международным стандартам. В нашей стране используется стандартизация ГОСТ, в Европе действует DIN, для ряда стран (Япония, США и другие) применима американская система ANSI/ASME.

Четкая классификация фланцев позволяет использовать элементы соединения в различных странах без дополнительной подгонки параметров. Различия в классификации обозначений в стандартах легко устраняются при использовании таблиц перевода.

Наряду со стандартными изделиями возникает потребность во фланцах, имеющих нестандартные размеры диаметра, мест расположения крепежа. Детали, выполненные по специальным заказам, могут иметь выступы, дополнительные отверстия или пазы. Изделия производятся по индивидуальным заказам и чертежам, позволяющим решать узкие технологические задачи.

Материал изготовления деталей соединений

Основной элемент, фланец, преимущественно производится из стали (углеродистой, низколегированной, нержавеющей) и чугуна (ковкого и серого типа). Менее часто используют полипропилен, титан, алюминий, бронзу, латунь. Использование полипропилена нашло распространение только в последние годы. Установка преимущественно производится для полимерных труб.

Требования к материалу изделия (марке) определяются температурным режимом, давлением трубопровода и иными параметрами. Таблицы зависимости марки металла от давления и допустимых температур установлены нормативами в ГОСТах. В стандартном варианте в производстве фланцев используют материал, идентичный составу трубопровода или мест установки изделий.

Особые требования предъявляются не только к материалу для изготовления фланцев, но и к уплотнительным элементам соединения. Прокладки обеспечивают герметичность. Для их изготовления применяют техническую резину с различными характеристиками: стойкую к кислотам, щелочам, маслам, бензинам, повышенным температурам. Тип прокладки и материал определяется назначением трубопровода и характеристиками соединения. Менее часто применяются материалы: поранит, фторопласт или асбестовый картон.

Технология производства

При производстве фланцев используют несколько способов:

• Центробежное литье
• Штамповка или ковка
• Резка из листа стального проката с использованием лазерного инструмента.
• Горячая поковка из заготовок в виде прокатных колец.
• Полуручной способ с использованием станков ЧПУ или токарно-фрезерных полуавтоматов.

Наиболее производительным способом, часто используемым для выпуска серийной партии, является штамповка, осуществляемая в закрытых формах – штампах. Наименее затратным является способ резки деталей из листовой стали. Способ требует дополнительного ультразвукового контроля на отсутствие каверн.

В процессе изготовления деталей производятся регулярный контроль качества. От качества фланца зависит работоспособность магистралей, при выходе из строя которых или авариях пользователь будет нести существенные потери. Одним из основных тестов является проверка на механическую целостность и ровность поверхности.

В настоящее время закупается большое число импортного оборудования, адаптированного под международные стандарты. На предприятиях налажен выпуск фланцев «переходного типа», сочетающего параметры разных систем стандартизации.

Для защиты фланцевых соединений от воздействия агрессивных сред, фланцы покрывают специальными материалами, которые увеличивают срока эксплуатации. Поверхностный слой стали обрабатывается никелем, хромом, цинком и иными материалами, препятствующими преждевременному разрушению. Вид покрытия определяется заказчиком.

Конструктивные особенности фланцев

В России применяются 3 вида соединительных фланцев трубопроводов, различающихся конструктивно. Параметры установлены ГОСТами. Используемая типовая классификация стальных фланцев внесена в несколько стандартов:

• ГОСТ 12820-80 применяется для плоских приварных деталей. Элемент «одевается» на трубу с последующим крепежом сваркой. Соединение осуществляется двумя швами по месту стыка. Монтаж отличается трудоемкостью, но обеспечивает особо надежную стыковку.
• ГОСТ 12821-80 используется для стандартизации приварных деталей встык (другое название – воротниковый фланец). При монтаже соединения производится стыковка торца трубы и воротника основной детали. Для прочного положения деталей проводится сварка однократным швом.
• ГОСТ 12822-80 применяется для свободных частей на кольце. В комплектацию входит дополнительный элемент – кольцо, имеющее равный фланцу диаметр. Конструкция отличается удобством монтажа, эффективно используемого в труднодоступных местах. Тип соединения используется при необходимости в проведении частых ремонтов. Особенность монтажа состоит в приварке кольца при свободном размещении фланца, легко вращаемого на трубе.

Менее часто используют стандартизацию ГОСТов, принятую в отношении фланцев резьбовых типов, изолирующих видов для подводных трубопроводов и прочих. Данные формы соединений труб имеют специальное назначение и встречаются редко.

В составе требований ГОСТов определяются особенности и параметры для каждого типа фланцев:

Измеряется в миллиметрах и указывает на разницу в диаметрах соединительной детали и трубы. Параметры не совпадают и имеют значение для стальных плоских фланцев и элементов со сварным кольцом. Для воротниковых типов деталей соединений параметр значения не имеет. Для условного прохода применяется условное обозначение ДУ с использованием индексов А и Б, где под буквой А подразумевается диаметр детали, а под Б – трубы, выраженные в миллиметрах.

Параметр устанавливает отличия в размерах межу соединительными отверстиями. В ряде случаев для отверстий применяются различные параметры диаметров, выраженные в миллиметрах. При изготовлении деталей используются стандартный вариант, применяемый по умолчанию по ряду 2.

Показатель выражает предельно допустимое давление, способное выдерживать соединение без возникновения протечек и разрушений. На параметр влияет тип детали, материал изготовления, диаметр, ширина стыковочной поверхности. Физические параметры и влияние их на максимальный показатель давления установлены ГОСТом. При использовании данных учитываются отличия в размерности обозначения давления.

Параметр необходим для определения предельного значения давления. Физическая взаимозависимость показателей давления и температуры транспортируемой жидкости должна учитываться при проходе по трубам высокотемпературных сред. Возникающая расчетным путем линейная интерполяция влияет на соединительные возможности фланцев, снижаемые при повышении рабочих температур. В ГОСТах установлены соотношения между температурами и давлением для каждого типа фланцев.

Технология монтажа фланцевых соединений

Одним из важных моментов технологического процесса монтажа фланцев является подгонка всех элементов соединения. До проведения монтажа осуществляются мероприятия, направленные на подготовку деталей к установке.

На предварительном этапе проводятся действия:

• Проверка поверхности фланцев на отсутствие вмятин, царапин, неровностей. Очищение и обезжиривание поверхности детали.
• Проверка на отсутствие коррозии болтов, шайб и гаек. Снятие заусенец со стали и предварительная подгонка по резьбе элементов.
• Смазка резьбы болтов.

Пробная установка прокладки. При повторной установке, бывшие в употреблении прокладки, не используются. Если возможность применить новые уплотнения отсутствует, применяются несколько штук старых.

Путем затяжки болтов с использованием определенной схемы периодичности достигаются прочность стыка и герметичность системы.

При установке болтов применяется следующая схема:

• Затяжка первых болтов соединения производится не в полную силу.
• После установки первого болта насаживается второй крепеж с противоположной стороны.
• В третью очередь устанавливается болт, отступающий на четверть от первого.
• Далее монтаж осуществляется в крестообразной последовательности.

В случае наличия 4 отверстий под болты монтаж производится крестообразно. В процессе монтажа достигается равномерное затягивание фиксирующих элементов. При избыточном напряжении может возникнуть разрушение резьбового соединения или обрыв шпилек, шайб и болтов. Необходимое усилие для затяжки установлено в спецификации.

В процессе монтажа и затяжки деталей применяются инструменты: ручной гаечный ключ, гидравлические ключи, пневмогайковерт. Ручная затяжка крепежей соединения требует наличия практических навыков. По истечении суток техником осуществляется повторная контрольная затяжка крепежа.