Фланцевые соединения — незаменимое решение для герметичной и прочной стыковки труб и оборудования. В статье подробно рассказываем о типах уплотнительных поверхностей по стандарту ASME, вариантах обработки, применении в разных отраслях и важности выбора совместимых компонентов.
Для стыковки труб, установки трубопроводной арматуры в различных отраслях промышленности, в коммунальном хозяйстве применяют надежное, разъёмное фланцевое соединение. Главное его преимущество ‒ возможность многократного монтажа/демонтажа устройства. За герметичность отвечают разные виды обработки поверхности и применение подходящих прокладок. Изготовление плоских стальных деталей в виде круга или квадрата с отверстиями под крепёж и прохождение потоков регламентируют нормативные документы (НД). Производство фланцев в России, их размеры, форму нормирует ГОСТ 33259-2015. Выбор материала, диаметра, исполнения зависит от давления и состава рабочей среды. На российских предприятиях, кроме отечественного, работает оборудование, изготовленное по американским (ANSI/ASME) и немецким (DIN/EN) стандартам. Поэтому возникает потребность в соединительных трубопроводных элементах, исполненных по зарубежным НД.
Виды поверхностей фланцев
Документ Американской национальной системы стандартизации ANSI/ASME В 16.5 распространяется на стальные фланцы диаметром до 24 дюймов и давлением от 2 до 42 МПа. Включает пять типов уплотнительной поверхности (Flange Face), в скобках приведён аналог исполнения по ГОСТ 33259:
-
FF – плоская (A);
-
RF – с соединительным выступом (B);
-
RTJ – кольцеобразная (J);
-
T&G – вхождение шипа (C или L) в паз (D или M);
-
M&F – стыковка выступа (E) с впадиной (F).
Обязательные требования к техническим характеристикам фланца:
-
номинальные размеры отверстий с допустимыми отклонениями;
-
материал;
-
толщина стенки;
-
разрешённый класс давления, температуры;
-
тип уплотнительной поверхности и шероховатости.
Выбор марки стали зависит от характеристик транспортируемой рабочей среды. Для систем с коррозионноактивными веществами используют нержавеющие сплавы с различным вхождением легирующих добавок, с большим содержанием хрома и никеля.
Фланец с соединительным выступом Raised Face (RF)
Для химической, атомной отрасли, нефтегазопереработки, для работы в тяжёлых экстремальных условиях востребованы арматурные фланцевые элементы, в которых соединительный выступ приподнят над крепежной зоной. Высота возвышения определяется классом фланцевой детали и составляет от 1.6 до 6.4 миллиметра.
Воротник необходим для прочной сварки встык с трубой, их диаметры совпадают. Выступ в виде усечённого конуса передаёт усилие на трубу, тем самым снижает напряжение на основу. При этом сварной шов, выполненный в соответствии с установленными правилами, устойчив к нагрузкам, механическим воздействиям, вибрации.
Для обеспечения герметичности типа фланца RF применяют неметаллические или комбинированные уплотняющие материалы, что позволяет выдерживать более высокие показатели давления по сравнению с FF.
Фланец с совершенно гладкой поверхностью Flat Face (FF)
Детали FF обладают самой большой площадью плоского контакта, совпадающей с уровнем отверстий под крепления. Монтаж заключается в насаживании круглого или квадратного элемента на трубу и приваривания к ней двумя швами. Для того чтобы не было протечек используют мягкие полимерные полнопрофильные прокладки, выдерживающие невысокие нагрузки.
Для трубопроводных систем высокого давления разновидность FF малопригодна, так как менее надёжна по сравнению с воротниковым вариантом и характеризуется снижением коррозионной стойкости. Несмотря на простое изготовление и невысокую стоимость, ограничением в применении служит образующееся в транспортном канале трубопровода уширение, вызывающее турбулентные завихрения и усиливающее нагрузки.
Фланец с впадиной под прокладку овального сечения Ring-type joint (RTJ)
Для высоких показателей температуры (более 427°C) и давления (от Сlass 600 по ANSI) на трубопроводы, аппараты, арматуру ставят кольцевые арматурные соединения. Между парными стальными фланцами ASME B 16.5 RTJ в проточенном пазу размещают промежуточные прослойки из более мягкого металла, за счёт чего происходит внутриструктурное проникновение.
Уплотнительные профили имеют форму овала или более эффективного восьмиугольника, что дает очень прочное сцепление, обеспечивающее целостность узла, противостоящее смещению при вибрациях. Такая конструкция подходит для высокотемпературных напорных линий технологических трубопроводов, для циклических нагрузок. Сложная конфигурация обеспечивает надёжный контакт при условии точной обработки как уплотнительного кольца, так и паза, куда оно входит.
Фланец с пазом и с шипом Tongue-and-Groove (T&G)
Конструкция предполагает плотное вхождение шипа в паз. Чаще всего такие замки нужны для комплектации нефтегазопроводов, оснащения насосов, клапанов, обустройства насосных станций. Монтаж деталей со специальными сопрягаемыми поверхностями подчиняется более жёстким правилам по сравнению с классическими. Устройство не предназначено для значительных нагрузок и уплотняется при помощи жидких герметиков, которые заполняют всю площадь контакта и затем затвердевают. Для российских отраслей привычнее применять комбинированные или металлические уплотнители.
Фланец с выступом и с впадиной Male-and-Female (M&F)
Размер впадины вогнутого компонента из пары «папа-мама» полностью отвечает плотному вхождению выпуклого выступа. Поверхности обоих элементов гладкие, что позволяет варьировать материал прокладок. Соединительные фланцевые блоки выступ-впадина находят применение в топливной, нефтегазовой, химической отрасли, в топливно-энергетическом комплексе, в пищевой, обрабатывающей промышленности, для комплектации насосного оборудования. Типы фланцев ASME M&F, как и T&G выпускают узкими и широкими. Сочетание «мужского» и «женского» начала делает пару подходящим вариантом для применения в условиях высокого давления, менее склонной к истиранию и заеданию по сравнению с T&G ввиду большей площади контакта.
Типы обработки поверхности ASME фланца
В американской терминологии существует такое понятие как Surface, означающий шероховатость поверхности. На зубчатых наблюдаются следы инструмента, на гладких их визуально не видно. Типы отделки влияют на плотное прилегание прокладки и парных деталей:
-
концентрическая зубчатая и спирально-зубчатая имеет следы от режущего инструмента в виде концентрических кругов или спирали, для них используют неметаллические или полуметаллические уплотнители; ASME нормирует глубину канавок, их число на дюйм;
-
матовая или гладкая, на которой не видно невооруженным зрением отметок от инструмента, пригодна для прокладки металлической или с обшивкой; степень зеркальности зависит от способа обработки.
Поверхности фланца RF и FF могут требовать зубцы в зависимости от необходимого усилия сжатия при уплотнении и области применения. Они располагаются на одном уровне, обеспечивают большее сопротивление, препятствуют смещению прокладки, что уменьшает риски разгерметизации. Значительное количество мелких зубцов приближает поверхность к гладкой.
Для надёжного уплотнения поверхности фланцев-компаньонов должны иметь подходящие степени обработки. Показателем неровности поверхности при исполнении фланцев по asme служит величина среднеарифметической высоты шероховатости AARH или среднеквадратичного значения rms, обозначается символом Ra и измеряется в микродюймах или в микрометрах. Так, например для кольцевого типа стандарт устанавливает максимальное значение шероховатости 63 микродюйма /1.6 мкм AARH. При этом величина AARH тем выше, чем мягче прокладка. Более мягкий материал эффективнее герметизирует шероховатую поверхность. Поверхностная обработка служит важным параметром, поскольку не только способствует созданию надлежащего плотного прилегания, но и отвечает за его надлежащее поддержание в процессе эксплуатации.
Заключение
Фланцевое соединение ‒ один из наиболее распространённых способов стыковки труб, аппаратуры, технологических узлов в различных отраслях промышленности. Стяжка двух парных деталей выдерживает значительные нагрузки без деформации, разгерметизации системы. Фланцы могут иметь различную геометрию, исполнение, уплотнение, которые стандартизируются российскими и зарубежными нормативными документами. Соответствие уплотнительных поверхностей условиям эксплуатации предотвращает нарушение технологического процесса, потерю сырья и сводит к минимуму возможность возникновения экологических катастроф.
Для сохранения герметичности фланцевого соединения нужно соблюдать требования технического американского стандарта и реализовывать контакт только с ответным фланцем одного исполнения. Наиболее распространены фланцы RF ASME, особенно они востребованы на нефтехимических предприятиях. Согласно стандарту этот тип служит отделкой поверхности по умолчанию, если нужна другая, то это указывается в заказе.
ООО «Профиль-Арма» производит различные виды фланцевой металлопродукции из распространённых и редких марок конструкционной стали в соответствии с регламентом отечественных и зарубежных стандартов. Качество контролируется на каждом этапе производства. В оборудованных по последнему слову техники производственных цехах предприятия внедрены современные технологии, отвечающие требованиям НД и запросам рынка. Гарантийные сроки указаны в техническом паспорте. Груз своевременно доставляется в любой регион России с полным пакетом необходимой сопроводительной документации. Возможен самовывоз. Отгрузка товара осуществляется на следующий день после оплаты. Постоянным клиентам предоставляется отсрочка платежа. Условия заказа можно обсудить с менеджерами компании любым удобным способом, связавшись по телефону, или через форму обратной связи. Наши сотрудники в течение двадцати минут в рабочее время ответят на обращение.
