Типы фланцев в трубопроводах (краткий обзор)
Какие фланцы наиболее распространены в трубопроводе? Как они выглядят? Ключевыми типами фланцев являются воротниковый, с удлиненным воротником, плоский, раструбный, свободный, резьбовой и заглушка. В дополнение к этим стандартным фланцам существуют некоторые специальные, называемые велдофланец/нипофланец и элбофланец, поворотный фланец, фланец расширения и выпускной фланец.
Стандартные типы фланцев
Тип фланца, который будет использоваться 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 может быть демонтировано быстро и удобно).
Далее описаны ключевые типы фланцев с изображениями.
Воротниковый фланец
Фланец с приваренной горловиной («WN») имеет длинную коническую втулку, которая может быть приварена с помощью трубы.
Этот тип фланца обычно используется в условиях высокого давления и при высоких/низких температурах, когда требуется беспрепятственный поток жидкости, транспортируемой трубопроводной системой (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 с горловиной и облегчает проведение рентгенографических проверок для выявления возможных утечек и дефектов сварки.
Размер фланца (NPS и schedule) должен соответствовать размеру соединительной трубы.
Фланец приварной с горловиной соединен с трубой одним V-образным стыковым сварным швом с полным проходом.
Фланец приварной с удлиненным воротником
Приварные фланцы с удлиненным воротником («LWN») аналогичны фланцам с приварной горловиной, за исключением того, что горловина (коническая втулка) вытянута и действует как расточка.
Фланцы с удлиненным воротником обычно используются на сосудах, колоннах или бочках. Эти типы фланцев доступны также в вариантах с тяжелой втулкой (HB) и равной втулкой (E).
Фланец плоский приварной
Плоский приварной фланец соединяется с трубой или фитингами двумя угловыми сварными швами, один выполняется внутри, а другой — снаружи полости фланца.
Размер отверстия плоского фланца больше, чем наружный диаметр соединительной трубы, поскольку труба должна скользить внутри фланца, чтобы соединиться при выполнении углового шва.
Плоские фланцы также определяются как «накидные фланцы», и их легко узнать благодаря их тонкой и компактной форме.
Разница между воротниковым и плоским фланцем
Фланцевые соединения, изготовленные с помощью плоских фланцев, впоследствии, более хрупкие, чем соединения, выполненные с помощью фланцев с приваренной горловиной (при аналогичных условиях эксплуатации). Это очевидно из-за следующих фактов:
- Фланец с приваренной горловиной имеет коническую втулку, отсутствующую на фланце с приварным гнездом, который более равномерно распределяет механическое напряжение между трубой и фланцем.
- Сварочное соединение встык — одна сварочная зона вместо двух (фланец воротниковый).
Еще одно преимущество фланца с приваренной горловиной заключается в том, что его можно соединять либо с трубами, либо с фитингами, тогда как фланцы с раструбным соединением подходят только для труб.
Резьбовой фланец
Резьбовые фланцы соединяются с трубами путем навинчивания трубы (с наружной резьбой, обычно NPT согласно ASME B1.20.1) на фланец без шовных сварных швов (однако в некоторых случаях небольшие сварные швы применяются 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 условиях низкого давления и при низких температурах, таких как водопроводные и воздушные коммуникации.
Резьбовые фланцы также являются обязательными во взрывоопасных зонах, таких как автозаправочные станции и установки, так как выполнение сварных соединений в таких средах было бы опасным.
Раструбный фланец
Раструбные фланцы соединяются с трубами с помощью единого углового шва, выполняемого на внешней стороне фланца (отличается от типа плоского фланца, который требует двух сварных швов).
Согласно ASME B31.1, для выполнения фланцевого соединения с использованием раструбного фланца труба сначала должна быть вставлена в гнездо фланца, пока не достигнет нижней части фланца, затем она должна быть поднята на 1,6 мм и, наконец, заварена.
Этот зазор следует оставить, чтобы обеспечить правильное расположение трубы внутри фланцевой муфты после затвердевания сварного шва.
Соединительные фланцевые соединения используются для трубопроводов небольшого размера и высокого давления, которые не переносят высококоррозионные жидкости.
Это связано с тем, что эти типы фланцев подвержены коррозии в зоне зазора между концом трубы и буртиком муфты.
Их статическая прочность фланцев сварного шва сходна с плоскими фланцами, но их усталостная прочность выше из-за наличия единственного вместо двойного углового шва.
Свободный фланец
Свободные фланцы имеют плоскую поверхность и всегда используются вместе с заглушкой.
Свободные фланцы напоминают по форме плоские фланцы, за исключением радиуса на пересечении поверхности фланца и отверстия для размещения фланцевого участка заглушки.
Фланец свободный на приварном кольце проскальзывает по трубе и опирается на заднюю часть патрубка, и оба они удерживаются вместе при помощи болтов.
Использование свободных фланцев в сочетании с наконечниками является экономически эффективным решением для трубопроводов из нержавеющей стали или никелевого сплава, поскольку материал свободного фланца может быть более низкого качества (как правило, углеродистая сталь), чем материал патрубка (который должен соответствовать марке трубы, так как находится в контакте с транспортируемой жидкостью).
Таким образом, это решение имеет следующие два преимущества:
- снижает общую стоимость фланцевых соединений трубопровода, поскольку использование высококачественных материалов сведено к минимуму;
- операции с болтами упрощены, так как свободный фланец может вращаться вокруг трубы, чтобы облегчить выравнивание болтов.
Глухой фланец
В отличие от всех типов фланцев, указанных выше, глухие фланцы не имеют центрального отверстия и используются для заглушения или уплотнения трубопровода, клапана/сосуда под давлением и блокирования потока жидкости.
Глухие фланцы должны выдерживать значительные механические нагрузки из-за давления в системе и требуемых болтовых усилий.
Глухие фланцы обеспечивают легкий доступ к трубопроводу, поскольку их можно легко отстегнуть, чтобы оператор мог выполнять действия внутри конца трубы (это также причина, по которой иногда глухой фланцевый тип используется в качестве люка для сосудов под давлением) ,
Может быть интересно, что, хотя этот тип фланцев проще в изготовлении, они продаются по средней цене за килограмм по сравнению с другими типами фланцев.
Особые типы фланцев
Нипофланец
Нипофланец используется для отводов под углом 90 градусов и представляет собой изделие, изготовленное путем соединения фланца с приваренной горловиной с кованым ниппелем.
Тем не менее, нипофланец представляет собой цельный кусок кованой стали, а не два разных продукта, сваренных вместе.
Для установки нифофланца персонал по обслуживанию трубопровода должен приварить ниппельную часть устройства к рабочей трубе и прикрутить фланцевую часть к фланцу разветвленной трубы.
Нипофланцы доступны в различных материалах, таких как углеродистая сталь ASTM A105 (высокотемпературная обработка), ASTM A350 (низкотемпературная углеродистая сталь), ASTM A182 (марки нержавеющей стали, включая дуплекс и супер дуплекс) и никелевые сплавы (Inconel, Incoloy, Hastelloy и т.д.).
Нипофланцы также изготавливаются в усиленном варианте, который обладает дополнительной механической прочностью по сравнению со стандартным нипофланцем.
Велдофланец
Велдофланец в принципе похож на нипофланец, так как он представляет собой комбинацию фланца с приваренной горловиной и соединения фитинга ответвления (в данном случае велдолет). Велдофланцы сделаны из единственного куска твердой кованой стали, не сваривая отдельные части вместе.
Элбофланец и латрофланец
Другими менее распространенными типами фланцевых олетов являются так называемые элбофланец (комбинация фланца и элболета) и латрофланец (комбинация фланца с латролетом). Элбофланцы используются для разветвления трубопровода под углом 45 градусов.
Поворотный фланец
Поворотные фланцы облегчают выравнивание отверстий под болты между двумя сопряженными фланцами, что полезно во многих обстоятельствах, таких как установка трубопроводов большого диаметра, подводных и морских трубопроводов, работы на мелководье и в аналогичных условиях. Поворотные фланцы подходит для нефти, газа, углеводородов, воды, химических и других жидкостей, требующих применения в нефтехимической и водохозяйственной сферах.
Например, в случае трубопровода большого диаметра труба оснащена на одном конце стандартным воротниковым фланцем и поворотным фланцем на другом конце: просто вращая поворотный фланец на трубе, оператор может достичь 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.
Поворотные фланцы доступны во всех стандартных формах обычных фланцев, то есть, воротниковые, плоский, свободный, раструбный и т. д, Для всех марок материалов 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).
Фланец расширения
Фланцы расширения, или «расширительные фланцы», используются для увеличения проходного отверстия трубопровода от конкретной точки к другой или для соединения труб с другими механическими устройствами, такими как насосы, компрессоры и клапаны, которые имеют различные размеры входных отверстий.
Расширительный фланец, представленный на рисунке, представляет собой фланец с приваренной горловиной с большим отверстием на конце без фланца.
Расширительные фланцы можно использовать для увеличения диаметра рабочей трубы только на один или максимум два размера, но не более (пример: от 2 до 3 или максимум 4 дюйма).
Фланцы расширения являются более дешевым (и более легким) решением по сравнению с комбинацией перехода приварного встык и стандартного фланца (который является стандартным решением для расточки труб выше 2 размеров).
Наиболее распространенными материалами для фланцев расширения являются A105 (высокотемпературная углеродистая сталь), A350 (LTCS) и ASTM A182 (нержавеющая сталь и выше).
Номинальное давление и размеры фланцев расширения соответствуют спецификации ANSI / ASME B16.5 и доступны с приподнятой или плоской поверхностью (RF, FF).
Фланец уменьшения
Фланцы уменьшения, иначе называемые уменьшающими фланцами, выполняют функцию, противоположную фланцам расширения, указанным выше, то есть они используются для уменьшения диаметра трубопровода.
Диаметр проходной трубы может быть безопасно уменьшен только на 1 или 2 размера (в противном случае необходимо использовать решение, основанное на комбинации перехода приварного встык и стандартного фланца).
Фланцы уменьшения доступны в большинстве размеров и марок материалов и обычно не доступны на складе.
Фланцы уменьшения следуют тем же соображениям с точки зрения спецификаций, размеров и марок материала, что и фланцы расширения.
Последний тип кованого изделия, который напоминает форму фланца, — это так называемая обтюратором: хотя фланец и не совсем правильно, между трубами используется заглушка (или кольцевая прокладка или лопата) для механической изоляции трубопровода и в очень простой способ. Более подробная информация представлена в другом разделе нашей вики для трубопроводов.
Другая классификация фланцев
Форма является наиболее очевидным способом классификации различных типов фланцев. Однако существуют другие способы классификации фланцев, и они:
- по классу материала
- по типу поверхности фланца (приподнятый, плоский, кольцевое соединение, охватываемое и охватываемое, язычок и паз, кольцевое соединение)
- отделка фланца (гладкая, зубчатая, на складе)
- по размерам (номинальный размер и номинальное давление)
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.
- 1 Назначение и особенности фланцевого соединения
- 1.1 Разновидности фланцев
- 1.2 Технология монтажа фланцевого соединения (видео)
- 2.1 Конструктивные особенности фланцевого крепежа
- 2.2 Похожие статьи
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:
- 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.
- 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 .
- 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.
- 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.
- Из стали, для стыковой сварки (ГОСТ №12821-80) — выдерживают давление 0.1-20 МПа, температурный режим от -250 до +600 0 .
- 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.
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:
- 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.
- 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 .
- 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 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.
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:
- болта либо шпильки;
- гайки;
- шайбы.
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.
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.
Источник https://emk24.ru/wiki/truboprovodnaya_armatura/tipy-flantsev-v-truboprovodakh-kratkiy-obzor_8121812/
Источник https://trubypro.ru/dopolnitelnye-elementy/flancy/flantsevoe-soedinenie.html
Источник
