ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Обзор, общие сведения.
Фланцевые соединения, состоят из:
- Собственно фланца;
- комплекта крепежных изделий (шпильки, гайки, шайбы);
- прокладки (паронитовые, фторопластовые, из терморасширенного графита, стальные и др.).
Фланцевое соединение удобно при монтаже и пользуется огромным спросом. Существует большое количество аспектов подбора фланцевых соединений, с вопросами о которых стоит обращаться только к специалистам.
Что такое фланец и для чего он нужен?
Фланец — деталь трубопровода, предназначенная для монтажа отдельных его частей, а также для присоединения оборудования к трубопроводу.
Области применения
Фланец применяется при монтаже трубопроводов и оборудования практически во всех отраслях. Разнообразие материалов, из которых изготавливаются фланцы сегодня, позволяет использовать эту продукцию в качестве соединительных деталей трубопровода практически при любых условиях внешней среды (температуре, влажности и т. д.) и в соответствии со средой, проходящей по трубопроводу (в том числе и агрессивной).
Отличительные особенности и характеристики фланцев
Существуют определенные характеристики фланцев:
1. Конструктивные.
Основой этой группы характеристик является конструкция фланца. На территории Российской Федерации и стран СНГ наибольшее распространение получили три фланцевых стандарта:
- ГОСТ 12820-80 — фланец стальной плоский приварной.
- ГОСТ 12821-80 — фланец стальной приварной встык.
- ГОСТ 12822-80 — фланец стальной свободный на приварном кольце.
Фланцы по трем наиболее распространенным стандартам, упомянутые выше, предназначены для соединения трубопроводной арматуры и оборудования.
В силу конструктивных особенностей условия монтажа этих фланцев различаются.
Фланец стальной плоский приварной. При монтаже фланец «надевается» на трубу и приваривается двумя сварными швами по окружности трубы.
Фланец стальной приварной встык. Монтаж такого фланца по сравнению с плоским приварным фланцем предусматривает только один соединительный сварной шов (при этом необходимо соединить встык торец трубы и «воротник» фланца), что упрощает работу и сокращает временные затраты.
Стальной свободный фланец на приварном кольце состоит из двух частей — фланца и кольца. При этом, естественно, фланец и кольцо должны быть одного условного диаметра и давления. Такие фланцы отличаются по сравнению с вышеперечисленными удобством монтажа, т. к. к трубе приваривается только кольцо, а сам фланец остается свободным, что обеспечивает легкую стыковку болтовых отверстий свободного фланца с болтовыми отверстиями фланца арматуры или оборудования без поворота трубы. Они часто используются при монтаже трубопроводной арматуры и оборудования в труднодоступном месте или при частом ремонте (проверке) фланцевых соединений (например, в химической промышленности).
Кроме того, положительным является то, что при подборе свободных фланцев под трубу из нержавеющей стали, в целях экономии, допускается использование кольца из нержавеющей стали, а фланца — из углеродистой (табл. 1).
| Тип фланца | Параметры среды | Марка материала | |
| Давление условное Ру, кг/см2 | Температура К (°С) | Фланец | |
| Стальной плоский приварной ГОСТ 12820-80 | от 1 до 25 | от -30 до 300 | Ст3сп не ниже 2-й категории по ГОСТ 535-88 |
| от -70 до 300 | 09Г2С по ГОСТ 19281-89, 10Г2 по ГОСТ 4543-71 | ||
| от -30 до 300 | Стали 20, 25 по ГОСТ 1050-88 | ||
| от -40 до 300 | 15ХМ по ГОСТ 4543-71 | ||
| от -40 до 300 | 12Х18H9Т по ГОСТ 7769-82 | ||
| Стальной приварной встык ГОСТ 12821-80 | от1 до 25 | от -30 до 300 | Ст3сп не ниже 2-й категории по ГОСТ 535-88 |
| от 1 до 100 | от -40 до 425 | Стали 20, 25 по ГОСТ 1050-88 | |
| от 1 до 200 | от -30 до 450 | ||
| от -40 до 450 | 15ХМ по ГОСТ 4543-71 | ||
| от -40 до 300 | 5Х18Н12С4ТЮ (типа) ГОСТ 5632-72 | ||
| от -70 до 300 | |||
| от -70 до 350 | 09Г2С по ГОСТ 19281-89 10Г2 по ГОСТ 4543-71 | ||
| от -40 до 400 | 06ХН28МДТ (типа ЭИ-945) по гОСТ 5632-72 | ||
| от -70 до 400 | |||
| от -40 до 450 | 12Х18Р9Т 10Х17Н13М3Т (типа ЭИ-432) по ГОСТ 5632-72 | ||
| от -40 до 510 | 15Х5М по ГОСТ 5632-72 | ||
| от -80 до 600 | 12Х18Н9Т по ГОСТ 5632-72 | ||
| от -253 до 600 | 10Х17Н13М3Т (типа ЭИ-432) по ГОСТ 5632-72 | ||
| Стальной свободный на приварном кольце ГОСТ 12822-80 | от 1 до 25 | от -30 до 300 | Ст3сп не ниже 2-й категории по ГОСТ 535-88 |
Помимо этих трех стандартов следует особо выделить фланцы, изготавливаемые по чертежам заказчика (нестандартные фланцы). В отличие от первых трех вышеупомянутых фланцев данная конструкция не является постоянной и может изменяться в зависимости от ожиданий и требований клиента. Такие фланцы являются индивидуальными и служат для удовлетворения любых потребностей заказчика.
Фланцы, изготовленные по зарубежным стандартам, отличаются от российских конструктивно. Среди импортных, наибольшее распространение в России получили фланцы, выполненные по немецким стандартам DIN (стандарт принят по всей Европе) и американским ANSI.
| Отличительные характеристики фланцев | ||
| Конструктивные | Технологические | |
| Диаметр условного прохода Ду | ||
| Условное давление Ру | ||
| Исполнение с 1 по 9 | ||
| Ряд 1 или 2 | ||
| Круглый (квадратный) | ||
| Материал |
Ст. 20 |
|
| Ст. 09Г2С | ||
| Ст. 15X5M | ||
| Ст. 08Х18Н10Т (12Х18Н10Т) | ||
| Другие | ||
| Конструкция | Фланцы стальные плоские приварные ГОСТ 12820-80 | |
| Фланцы стальные приварные встык ГОСТ 12821-80 | ||
| Стальной свободный на приварном кольце ГОСТ 12822-80 | ||
| Зарубежный стандарт | ||
| Нестандартные | ||
| Фланцы по другим российским стандартам | ||
К фланцам по другим российским стандартам относятся такие как: фланцы стальные резьбовые, фланцы сосудов и аппаратов, фланцы изолирующие для подводных трубопроводов. Они отличаются от вышеупомянутых по конструкции и областям применения.
Также к конструктивным особенностям относятся (на примере трех наиболее распространенных ГОСТов):
- Условный проход. Обозначается как Ду и измеряется в мм.
- Условное давление. Обозначается как Ру и измеряется в кгс/см2.
- Исполнение с 1 по 9. Определяет вид поверхности под прокладку.
- Материал (представлен российскими марками стали).
2. Технологические.
Эти характеристики связаны с особенностями производства (из каких заготовок и по каким технологиям выполняется фланец).
Круглые и квадратные фланцы. В настоящее время выпускается небольшое количество задвижек, клапанов и т. п. трубопроводной арматуры, имеющей в качестве присоединительного узла фланец квадратный. Поэтому в соответствии с ГОСТ 12815-80 до давления условного Ру 4 МПа (40 кгс/см2) предусмотрены по конструкции фланцы как круглые, так и квадратные. При заказе квадратных фланцев необходимо помнить, что существует прямая зависимость диметра фланца от условного давления: чем выше давление, тем меньшего диаметра фланец можно произвести (табл. 2).
| Ру, кг/см2 | 1,0; 2,5; 6,0 | 10,0; 16,0 | 25,0; 40,0 |
| Ду, мм | 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100 | 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80 | 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50 |
Условный проход. Особенности его обозначения
Стоит сразу же отметить, что условный проход не является внешним диаметром трубы, а обозначает проход (сечение), по которому протекает среда через фланцевое соединение. Одной из особенностей фланцев стальных плоских приварных и стальных свободных на приварном кольце на диаметры условного прохода Ду 100,125 и 150 мм является то, что возможны три их конструкции под различные наружные диаметры трубы.
Поэтому при заказе этих фланцев на Ду 100,125 или 150 мм необходимо указывать букву, соответствующую требуемому диаметру трубы. Если в заявке (спецификации) на данные типоразмеры фланцев буква не указана, то фланцы изготавливаются под следующие диаметры трубы: 100А, 125А, 150Б (табл. 3).
| Диаметр условного прохода Ду, мм | Наружный диаметр трубы, мм | ||
| А | Б | В | |
| 100 | 108 | 114 | — |
| 125 | 133 | 140 | — |
| 150 | 152 | 159 | 168 |
Следующей особенностью фланцев с диаметром условного прохода Ду > 200 мм является то, что из-за различных классов точности изготовления труб и фланцев, расточка внутреннего диаметра фланцев плоского, свободного и его кольца допускается по фактическому наружному диаметру трубы с зазором на сторону не более 2,5 мм , т. е. по всему внутреннему диаметру фланца и кольца не более 5,0 мм . Другими словами, при изготовлении трубы возможно отклонение от идеальной формы круга, таким образом, труба может не соответствовать внутреннему диаметру фланца, что в свою очередь затрудняет соединение трубы и фланца.
Ряды
Если при заказе не оговорены особенности конструктивного исполнения присоединительных размеров (ряд 1 или 2), то изготовление фланца по умолчанию осуществляется в соответствии с рядом 2. Конструктивным отличием фланцев ряда 1 от фланцев ряда 2 является разное количество отверстий в нем под крепежные болты (шпильки) и их диаметры.
Например, фланец на Ду 300 мм и Ру 63 кгс/см2 ряда 1 имеет диаметр крепежного отверстия 36 мм , а ряда 2—39 мм. Аналогично, фланец на Ду 80 мм и Ру 10 кгс/см2ряда 1 имеет диаметр крепежного отверстия 18 мм с общим их количеством 8 шт., а ряда 2 соответственно — 18 мм и 4 шт. Поэтому эту особенность необходимо учитывать при заказе фланцев в качестве ответных под запорную арматуру.
Давление
Еще одной важной конструктивной особенностью всех изделий, составляющих фланцевое соединение, является условное давление, которое может выдержать соединение. Показатели по давлению зависят от геометрических размеров фланца и исполнения уплотнительной поверхности. Фланец стальной плоский приварной (ГОСТ 12820-80) и фланец стальной свободный на приварном кольце (ГОСТ 12822-80) выдерживают давление до 25 кгс/см2, а вот фланец стальной приварной встык (ГОСТ 12821-80) может выдерживать давление до 200 кгс/см2.
При этом особенностью данного показателя является то, что он может выражаться в различных единицах измерения: кгс/см2, Па, МПа, атм, бар. Единицей измерения при производстве и обозначении фланцев является кгс/см2. Во избежание недоразумений при заказе продукции всегда указывайте единицу измерения давления.
Исполнения фланца
В соответствии с требованиями ГОСТ имеется девять исполнений поверхности фланца (рис. 2), а для свободного фланца различные исполнения возможны только у приварного кольца. Поэтому при подборе ответных фланцев трубопроводной арматуры, кроме условных прохода и давления, необходимо указывать исполнение уплотнительной поверхности.
|
|
Исполнение 1. Используется при условном давлении не выше 63 кгс/см2. Для трубопроводов, транспортирующих вещества А и Б технологических объектов I категории взрывоопасное не допускается применение фланцевых соединений с исполнением I уплотнительной поверхности, за исключением случаев применения спирально навитых прокладок с ограничительным кольцом.
При этом существует следующая схема стыковки фланцев по исполнениям:
Исполнение 1 (с соединительным выступом) с исполнением 1;
Исполнение 2 (с выступом) с исполнением 3 (с впадиной);
Исполнение 4 (с шипом) с исполнением 5 (с пазом);
Исполнение 6 (под линзовую прокладку) с исполнением 6;
Исполнение 7 (под прокладку овального сечения) с исполнением 7;
Исполнение 8 (с шипом) с исполнением 9 (с пазом) с обязательным использованием фторопластовой прокладки.
Марки материала
Последней отличительной конструктивной характеристикой фланца является используемый материал. Фланцы могут изготавливаться из углеродистых и легированных сталей, а также из нержавеющих сталей. В настоящее время для изготовления фланцев используют большое количество марок стали, наибольшее распространение из которых получили ст.20, СТ.09Г2С, ст.15Х5М и ст.12Х18Н10Т.
Марки стали подбираются с учетом использования фланцев на данную рабочую температуру, условное давление и транспортируемую среду в трубопроводе. Требования на марку стали фланца в зависимости от рабочего давления и температуры среды приведены в ГОСТ 12816-80 (табл. 1).
,