Современные инженерные сети нуждаются в надёжных и герметичных соединениях. Статья расскажет, какие фланцы лучше использовать для систем под высоким давлением, какие материалы и конструкции обеспечат долговечность и безопасность, на что опираться при выборе комплектующих. Подробно рассмотрены стандарты, рабочие среды, температуры, давление и типы крепежа.
Реалии современного мира стимулируют развитие российского машиностроения, химической, металлургической промышленности, строительства, энергетики. Новый толчок получила нефтегазовая отрасль. По трубопроводным линиям перекачивается нефть, газ не только на территории нашей страны, но и далеко за её пределы.
Работоспособность, срок эксплуатации, пропускная способность прохода трубопроводов, промышленного оборудования во многом зависит от типа стыковки отдельных элементов. Выбор фланцевого соединения объясняется его удобством при установке, возможностью многократного монтажа и демонтажа, надёжностью, герметичностью. Фланцы подходят для комплектации систем, работающих под высоким давлением. Техническое обслуживание заключается в периодической подтяжке болтовых соединений. Особенно это актуально для трубопроводов больших диаметров, при воздействии вибрации и перепадов температуры, негативных климатических факторов.
Основные параметры для выбора фланцев
В комплект фланцевого соединения входят:
- пара фланцев в виде квадратных, прямоугольных или круглых пластинок с отверстиями под крепёж;
- уплотнители из паронита, фторопласта, стали, других материалов;
- крепёжные элементы (болты, шпильки, гайки, шайбы).
Определяющим при выборе фланцев служит их назначение, особенности применения, конструктивные отличия. Ошибка может вылиться в возникновение аварии на трубопроводе в месте соединения, что приведёт к экономическому ущербу и природным катастрофам.
Применение стальных фланцев связано также с характеристиками выбранной для изготовления марки стали, чаще всего используют следующие сплавы:
- углеродистая качественная ст 20 подходит для магистралей, транспортирующих воду пар, прочие жидкости, выдерживает температуру от -40 до +475°C;
- хладостойкая низколегированная хорошо свариваемая ст 09Г2С выдерживает охлаждение до -70°C, что позволяет её применять при разработке газовых и нефтяных месторождений в районах крайнего севера;
- антикоррозионная криогенная сталь 12Х18Н10Т работает в температурном интервале от -196 до +350°C при контакте с растворами кислот, щелочей, солей, что
- делает её востребованной на химических производствах, для эксплуатации в морской воде.
При производстве используют и другие марки: 15Х5М, 10Г2С, 40Х, 30ХМА, прочие.
Определение необходимого типа фланца
Детали различаются по конструкции и способу присоединения:
- плоские надеваются на трубу и привариваются к ней двумя швами по краю обечайки по её периметру;
- воротниковые крепятся встык одним сварным швом при помощи конической втулки-шейки, что ускоряет процесс присоединения;
- свободные на приварном кольце востребованы при размещении в труднодоступном месте или при необходимости частой замены в результате износа;
- резьбовые нужны на трубопроводах высокого давления или там, где необходима частая разборка узла.
Подбор ответных фланцев осуществляют с учётом номинального прохода, давления и исполнения уплотнительной поверхности. Государственный стандарт предусматривает использование девяти вариантов исполнений согласно заданным схемам стыковки. Герметичность соединения также зависит от вида, размера и материала прокладки.
Стандарты
В Российской федерации и в странах содружества независимых государств наиболее востребованы следующие Государственные стандарты: ГОСТ 12820, 12821, 12822, а также объединяющий требования к различным типам фланцев ГОСТ 33259-2015.
Зарубежные стандарты (европейский EN, немецкий DIN, американский ASME) содержат иные требования к деталям по сравнению с российскими НД, в частности, могут отличаться геометрией.
Рабочая среда эксплуатации
Комплектация фланцевого соединения зависит от степени агрессивности перемещаемых веществ, от их температурных показателей. Для химически агрессивных составов, включая концентрированные кислоты и щёлочи, необходимо использование коррозионностойких сталей с заданными характеристиками. Нержавеющие марки (12Х18Н10Т, 08Х17Н5М3, 09Х15Н8Ю, прочие) противостоят различным видам коррозии, а жаростойкие сплавы способны не разрушаться при химических воздействиях при температуре выше +50°C (10Х13Г12Н2Д2Б, 12Х1МФ, т.д.).
Учет давления рабочей среды
На установку фланцев в зависимости от давления влияют следующие показатели:
- конструкция, так, плоский фланец и свободный на приварном кольце выдерживает давление до 2.5 МПа, если нужна устойчивость к более высоким значениям Р, то ставят воротниковые детали;
- вид крепёжного элемента: до 4 МПа ‒ это болты, а свыше ‒ шпильки;
- материал крепежа с заданными режимами термической обработки; например, при давлении до 10 МПа (в температурном диапазоне от -40 до +400°C) подойдёт углеродистая ст 35, при увеличении Р до 200 кгс/см2 понадобится хромистая сталь 20Х13;
- вид уплотнительной поверхности: фланцы с выступом ‒ до 16 кгс/см2, с шип-пазом ‒ до 64 кгс/см2, исполнение 1 ‒ не более 63 кгс/см2.
Рабочая температура
На прочность соединения оказывает влияние следующая зависимость выбора фланцевого комплекта от температуры:
- при ограничении Т до 300°C используют плоские фланцы, а при более высоких значениях этого показателя до 20 МПа ‒ воротниковые, приварные встык;
- температурные показатели рабочей и окружающей среды служат основанием для подбора марки стали для изготовления крепежа, например, ст 35 подходит для применения шпилек при Т выше -30°C, а хладостойкие марки 09Г2Си 10Г2 выдерживают охлаждение до -70°C.
Параметры для выбора крепежа фланцевого соединения
«Профиль-Арма» производит комплектующие, в том числе фланцы разных типов, для трубопроводных систем, транспортирующих нефть, газ, воду, теплоносители в широком диапазоне температур и давления. На сайте нашей компании приведены онлайн-калькуляторы для расчета комплекта ответных фланцев, а также расчета веса и количества крепежа. Результаты можно экспортировать в EXCEL и отправить нам в качестве заявки для оформления коммерческого предложения.
Поставка нашей металлопродукции сопровождается необходимой технической документацией, сертификатами. Фланцы нашего производства соответствуют нормативным документам, проходят проверку отдела технического контроля, продлят срок службы трубопроводных систем.
Шаг и диаметр резьбы
Две основные характеристики резьбы:
- Диаметр. Внутренний для гаек, наружный для шпилек и болтов приводится в миллиметрах (метрическая), или в дюймах (дюймовая). Для перевода единиц измерения: один дюйм равен 25.4 мм.
- Шаг резьбы. Расстояние между соседними вершинами нарезки оговаривается в нормативном документе. Основным служит крупный, мелкий шаг указывается.
Длина шпильки, болта и резьбового конца
Важной характеристикой крепёжного элемента является его длина:
- для болта ‒ это размер стержня, без учёта высоты головки; габаритная длина её учитывает;
- для шпильки ‒ это вся длина изделия; некоторые НД, например, ГОСТ 22032 не учитывает размер ввинчиваемого конца;
- высота резьбового конца, на который наворачивается гайка, указывается отдельно.
Покрытие
Для усиления прочности соединения фланцев, защиты от негативного влияния неблагоприятных факторов окружающей среды, на поверхность крепёжных элементов наносится слой цинка, хрома, никеля, т.д.
