Как обеспечить надёжную, герметичную и при этом разборную стыковку трубопровода? Всё просто — с помощью фланцевых соединений. В этой статье мы разбираемся, какие бывают фланцы, чем отличаются их типы по ГОСТ 33259-2015 и в каких условиях применяется каждый из них.
Для стыковки участков трубопроводов, трубопроводной арматуры, различной аппаратуры с патрубками используют диски в виде круга или квадрата с центральным проходом для перемещаемых рабочих составов и отверстиями под крепёж, симметрично расположенными по периметру. Основное преимущество применения такого соединения ‒ это возможность многократного монтажа/демонтажа и обеспечение герметичности системы. Совмещение двух труб происходит за счёт приваривания к каждой из них фланца и стягивания болтами крест-накрест. Во избежание протечек между ними размещают прокладки, которые регулярно заменяют по мере износа. В этой статье расскажем, какие бывают фланцы и как они стыкуются.
Стандарты фланцев
В мире существует несколько классификаторов фланцев. В странах постсоветского пространства действуют Государственные стандарты. В Европе работает система DIN. В США, Японии, Австралии существует стандартизация ANSI/ASME. Взаимосвязь между системами находят при помощи специальных таблиц переводов, благодаря которым фланцы используют в любой стране без подгонки параметров. В нашем государстве действовали для регламентации производства фланцевых соединителей нормативные документы ГОСТ 12815 ‒ ГОСТ 12822. На основании этих многочисленных стандартов в России был разработан единый документ ГОСТ 33259-2015, который содержит основные характеристики соединительных элементов.
Составляющие фланцевых соединений
Комплект арматурного узла состоит из фланца с отверстиями, крепежа, прокладок. Крепёжные элементы подбирают исходя из размера отверстий на плоскости детали.
Резьбовый способ предполагает накручивание гайки на болт или шпильку. Для стабильности и прочности соединения под неё подкладывают шайбу, гравер.
Для решения специфических задач изготавливают нестандартизованные металлоизделия, которые отличаются от стандартных геометрий, габаритными параметрами, установленными по разработанным для этих целей чертежам.
Надёжность фланцевого соединения зависит от материала прокладки, которая заполняет промежуток между стянутыми деталями. Это могут быть неметаллические, металлические уплотнители (резина, паронит, ТРГ, фторопласт, т.д.). Их форма, размеры должны соответствовать виду уплотнительных поверхностей, не допускать выдавливания при сборке. Фланцевое соединение выступает альтернативой сварному, облегчает техническое обслуживание системы, допускает возможность демонтажа и повторной установки, обеспечивает надёжность эксплуатации. Важно регулярно подтягивать крепёж на стыках соединения.
Типы фланцевых соединений ГОСТ 33259-2015
Государственный стандарт содержит требования к чугунным, стальным фланцам, способным выдерживать условное давление до 25 МПа. В документе приведены их особенности:
- конструкция, размерные параметры;
- назначение;
- типы фланцев;
- вид уплотнительной поверхности;
- испытания на показатели качества;
- материал изделий и прокладок, зависящий от внешних и внутренних параметров эксплуатации и состава рабочей среды;
- механические свойства;
- расчётная масса.
Для типов 01, 02, 11, 21 приведены два размерных ряда, предпочтительнее первый.
Документ рекомендует восемь основных исполнений уплотнительных поверхностей, которые отличаются конструктивными особенностями: наличием выступа, шипа, паза, впадины, приспособлением под прокладку с овалом в сечении или линзовую.
Плоские приварные фланцы (тип 01)
На аппаратах, трубопроводах в нефтегазовом, энергетическом, коммунальном секторе ставят стальные кольца Ду 10 ─ 2400 мм, выдерживающие Ру до 2,5 МПа, температурные колебания от -40 до +300°C. Сборочные единицы соединений выпускают горячей ковкой/штамповкой, механической обработкой из ст 20, 09Г2С, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т. Сборка происходит за счёт насаживания на трубы внахлёст и сварки двойным швом по окружности снаружи и изнутри.
Свободный плоский фланец на приварном кольце (тип 02)
Конструкция предусматривает возможность стыковать арматурные элементы с условным диаметром от десяти до шестисот миллиметров, трубные участки в труднодоступных зонах. Приварка кольца к трубе позволяет избежать контакта детали с транспортируемыми веществами, находящимся под Ру до 25 кгс/см2. Эксплуатация разрешена при падении температуры не ниже -40°C.
Плоские свободные фланцы на отбортовке (тип 03)
Разновидность типа 03 на отбортовке применяют при необходимости экономии дорогостоящих высоколегированных марок стали (соединитель делают, например, из алюминия) при минимальном давлении PN 2,5 и максимальном PN 16.
Плоские свободные фланцы на хомуте под приварку (тип 04)
При монтаже вначале устанавливают соединительную часть, затем хомут, который приваривают к основной конструкции. Тип 04 (d 10 ─ 600 мм) подходит для нагрузок 10, 15, 25 кгс/см2. Для изготовления используют марки углеродистой, низколегированной, антикоррозионной стали.
Фланцы воротниковые приварные встык (тип 11)
Конические втулки-шейки присоединяют встык к обечайке прочным сварным швом, придают соединению жёсткость и прочность. Металлоизделия с условным проходом 10 ─ 4000 миллиметров, изготовленные ковкой или литьём, благодаря выпуклому воротниковому выступу способны выдерживать давление до двадцати МПа в зависимости от вида металла и технологии производства. Изготовление из листового проката не допускается, рекомендованы штампованные заготовки или поковки. Наличие воротника предотвращает турбулентность транспортируемых жидкостей, обеспечивают их беспрепятственный проход без перепадов давления, облегчает проведение рентгенографических проверок на предмет утечек в месте соединения.
Фланцы корпуса арматуры (тип 21)
Размерные пределы, допустимые границы давления литых стальных, чугунных элементов арматурных узлов зависят от выбранной марки стали или чугуна.
Соединения пригодны для трубопроводов, оборудования, приборов, промышленных ёмкостей с Ру не более 25 МПа.
Использование разных типов фланцев
Назначение деталей зависит от исполнения, формы, материала. На одной трубопроводной линии допускается монтировать различные виды приварных связывающих арматурных звеньев. При этом важно, чтобы выступы на пластинах полностью совпадали со впадинами. Поэтому в паре устанавливают соединители только строго одного исполнения.
