Введение в фланцевое соединение

Негерметичные соединения приводят к дорогостоящим простоям и опасным разливам. Игнорирование надлежащих методов соединения чревато катастрофическими последствиями. Освойте фланцевые соединения, чтобы обеспечить надежную, разборную и герметичную работу трубопроводных систем уже сегодня.

Фланцевое соединение — это съемный соединитель, который соединяет трубы, клапаны и оборудование с помощью двух фланцев, прокладки и болтов. Оно необходимо для систем высокого давления, требующих частого технического обслуживания. Благодаря скреплению двух поверхностей болтами и наличию уплотнения между ними, фланцы обеспечивают прочное, герметичное соединение, которое проще собрать, чем сварку.

Готовы обеспечить безопасность своих трубопроводов? Давайте рассмотрим конкретные типы и методы герметизации, чтобы найти идеальное решение для вас.

Что такое фланцевое соединение?

Определение

По своей сути, фланцевое соединение — это механическое соединение, используемое для соединения труб, клапанов, насосов и другого оборудования для образования трубопроводной системы. Это второй по распространенности метод соединения после сварки. Полное соединение состоит из трех отдельных частей: самих фланцев (металлических колец или пластин), прокладки (уплотнения) и болтов (гаек и шпилек), которые удерживают все это вместе. Можно представить это как бутерброд: фланцы — это хлеб, а прокладка — начинка. Цель состоит в том, чтобы сжать прокладку между поверхностями фланцев для создания статического уплотнения, предотвращающего утечку жидкости или газа даже при экстремальном давлении.

Функция

Основная функция фланцевого соединения — обеспечение легкого доступа для очистки, осмотра или модификации. В отличие от сварного соединения, которое является неразъемным, фланец позволяет разобрать участок трубопровода, просто открутив болты. Это крайне важно в отраслях промышленности, где трубы засоряются или детали изнашиваются. Кроме того, фланцы придают трубе дополнительную жесткость. Они позволяют соединять трубы из разных материалов или соединять трубу с компонентом, который нельзя сварить, например, с чугунным клапаном или чувствительным расходомером. По сути, они выступают в качестве «моста», обеспечивающего модульность и ремонтопригодность вашей системы.

Типы фланцевых соединений

Для разных типов трубопроводов требуются разные способы физического соединения. Ниже представлен обзор трех наиболее распространенных типов, с которыми вы можете столкнуться.

Сварной фланец

Сварные фланцы — это наиболее распространенные в отрасли изделия, предназначенные для работы при высоком давлении и высоких температурах. Существует два основных типа: фланцы с приварной горловиной и фланцы накладного типа. Фланец с приварной горловиной имеет длинный конический выступ, который приваривается к трубе встык, обеспечивая отличное распределение напряжений; он является предпочтительным вариантом для ответственных применений, как внутри, так и снаружи. Хотя фланцы накладного типа проще выравнивать и обрезать по длине, они не так устойчивы к усталости, как фланцы с приварной горловиной. Если ваша система работает с летучими жидкостями или экстремальным давлением пара, вам, скорее всего, потребуется сварное решение.

Резьбовой фланец

Резьбовые (или навинчиваемые) фланцы уникальны тем, что для их установки не требуется сварка. Внутреннее отверстие фланца имеет резьбу, соответствующую наружной резьбе трубы. Это делает их невероятно полезными в зонах, где сварка опасна, например, во взрывоопасных зонах, таких как нефтеперерабатывающие заводы или зернохранилища, где искры запрещены. Однако следует проявлять осторожность при использовании таких фланцев в условиях высоких температурных циклов или изгибающих напряжений, поскольку резьба со временем может ослабнуть, что приведет к протечкам. Как правило, они лучше всего подходят для труб меньшего диаметра и низкого давления, где удобство и безопасность при монтаже являются первостепенными приоритетами.

Свободный фланец (накладное соединение)

Свободно завинчивающийся фланец, часто называемый фланцем с накладным соединением, состоит из двух частей: патрубка, приваренного к трубе, и опорного фланца, свободно скользящего по трубе за патрубком. Опорный фланец крепится болтами, но он не соприкасается с жидкостью; соприкасается только патрубок. Использование более дешевого опорного фланца из углеродистой стали позволяет значительно сэкономить средства. Это также значительно упрощает выравнивание болтов, поскольку кольцо фланца может свободно вращаться до затяжки.

Типы уплотнительных поверхностей фланцев

«Обратная сторона» фланца — это место, где располагается прокладка. Форма этой стороны определяет, насколько хорошо обеспечивается герметичность.

Плоскость (FF)

Фланец с плоской поверхностью (FF) имеет уплотнительную поверхность, расположенную в той же плоскости, что и окружность расположения болтов. Такие фланцы используются исключительно при соединении с чугунным оборудованием или бронзовыми клапанами. Причина кроется в прочности конструкции: если попытаться прикрутить фланец с выступающей поверхностью к плоскому чугунному фланцу, изгибающий момент, возникающий при затягивании болтов, может привести к растрескиванию хрупкого чугуна. Во фланцах FF используются практически сплошные уплотнительные прокладки, покрывающие всю поверхность и равномерно распределяющие нагрузку. Они обычно применяются в системах низкого давления, таких как водоочистка или водопровод, где нагрузка на фланец минимальна.

Выступающая поверхность (RF)

Прокладка с приподнятой поверхностью (RF) — наиболее распространенный тип, используемый на промышленных предприятиях. Как следует из названия, поверхность прокладки слегка приподнята над поверхностью окружности крепления болтов. Такая конструкция концентрирует большее давление на меньшей площади прокладки, тем самым повышая способность соединения удерживать давление. Она позволяет использовать широкий спектр типов прокладок, от простых плоских колец до спирально-навитых прокладок. Конструкция RF является отраслевым стандартом для нефтегазовой и химической промышленности примерно до класса давления 600. Она обеспечивает надежное уплотнение, которое относительно легко устанавливать и заменять.

Вогнутая и выпуклая поверхность (MFM)

Фланцы типа «папа-мама» (MFM) должны использоваться в подобранных парах. Один фланец имеет выступающую часть (папа), а другой — соответствующее углубление (мама). Прокладка устанавливается в углубление (мама). Такая конструкция обеспечивает лучшую фиксацию прокладки, чем фланец с выступающей поверхностью, поскольку прокладка удерживается и не может быть «выдута» высоким внутренним давлением. Это также обеспечивает лучшее выравнивание при сборке. Однако доступность может стать проблемой; если вам нужно заменить клапан, вы должны убедиться, что новый имеет точно такой же тип поверхности, что затрудняет поиск готовых запасных частей.

Поверхность шипового паза (TG)

Подобно конструкции MFM, в конструкции с пазовым соединением (TG) используется выступающее кольцо (язычок) на одном фланце и соответствующий паз на другом. Это идеальная конструкция для герметичного уплотнения. Прокладка полностью заключена в паз, что защищает ее от коррозионного воздействия жидкости и предотвращает ее расширение или демпфирование. Этот тип критически важен для токсичных, легковоспламеняющихся или взрывоопасных сред, где даже микроскопическая утечка недопустима. Недостатком является то, что язычок легко повреждается при транспортировке или разборке, поэтому с такими изделиями необходимо обращаться с особой осторожностью.

Классы давления фланцев

Понимание номинальных значений давления имеет решающее значение для безопасности; использование фланца со слишком низким номинальным давлением может привести к катастрофическим разрывам.

Различные классификации по классам давления

Вы столкнетесь с двумя основными стандартами: европейским «PN» (номинальное давление) и американским «Class» (часто обозначаемым как lb или #).

• Серия PN: Распространена в стандартах DIN/ISO (например, PN10, PN16, PN40). Число приблизительно соответствует максимальному давлению в барах при комнатной температуре.

• Классификация: Распространена в стандартах ASME/ANSI (например, классы 150, 300, 600, 900, 1500, 2500).
  Важно знать, что они не взаимозаменяемы без переходников. Фланец PN16 не подойдет к фланцу класса 150, поскольку расположение и размеры отверстий для болтов различаются.

Взаимосвязь между уровнями давления и сценариями использования

«Номинальное давление» — это не статичное значение; оно меняется в зависимости от температуры. Это важный момент, который необходимо понимать: фланец класса 150 может выдерживать давление 290 psi при комнатной температуре, но эта несущая способность значительно снижается с повышением температуры.

• Низкое давление (PN10 / Класс 150): Используется для водопроводов общего назначения, сжатого воздуха и жидкостей с низким уровнем риска.

• Среднее давление (PN40 / Класс 300-600): Стандарт для паропроводов, транспортировки нефти и технологических химикатов.

• Высокое давление (класс 900+): Предназначено для гидравлических систем, систем впрыска пара под высоким давлением и применения на электростанциях.
  Перед установкой всегда проверяйте таблицы номинального давления и температуры для конкретного используемого материала.

Применение фланцевых соединений

Промышленная трубопроводная система

В общем производстве и тяжелой промышленности фланцевые соединения являются основой инфраструктуры. Будь то автомобильный завод, бумажная фабрика или металлургический завод, фланцы служат точками соединения для пара, тепла, охлаждающей воды и сжатого воздуха. Здесь они выбраны специально из-за их способности выдерживать вибрацию. Трубы на заводах часто вибрируют из-за работы оборудования; резьбовые соединения могут отвинчиваться, но правильно затянутое фланцевое соединение с использованием стопорных шайб или натяжения останется надежным, обеспечивая круглосуточную бесперебойную работу.

Нефтехимическая промышленность

Это, пожалуй, самый требовательный сектор для фланцев. Здесь соединения должны выдерживать воздействие агрессивных кислот, летучих углеводородов и экстремальных температурных циклов. В таких условиях часто используются фланцы из высокопрочных сплавов с кольцевыми соединениями (RTJ). Приоритетом здесь является предотвращение утечек и пожарная безопасность. В случае пожара необходимо обеспечить целостность фланца, чтобы предотвратить распространение пламени. Нефтехимические заводы в значительной степени полагаются на стандартизацию типов фланцев для ускорения и повышения эффективности плановых остановок на техническое обслуживание.

Система водоснабжения и водоотведения здания

В коммерческих небоскребах и крупных жилых комплексах для основных водопроводных магистралей используются фланцы. В то время как небольшие трубы внутри стены могут быть спаяны или приклеены, большие 6- или 12-дюймовые стояки в подвале почти всегда имеют фланцы. Это позволяет управляющим объектами заменять большие поворотные задвижки или редукционные клапаны без разрезания трубы. В системах водоотведения фланцы используются для соединения больших насосов в канализационных насосных станциях, что позволяет быстро демонтировать насос, если он засорился мусором.

Примеры применения в других областях

За пределами заводских цехов фланцы используются в морской промышленности (судостроении), где ключевое значение имеет устойчивость к соленой воде. Они применяются в пищевой промышленности и производстве напитков, хотя часто это специализированные «санитарные фланцы» (например, Tri-Clamp), которые легко стерилизовать. Их даже можно встретить в аэрокосмической отрасли для топливопроводов, где важен баланс между весом и надежностью. По сути, везде, где жидкость или газ должны перемещаться по большой трубе, которую, возможно, потребуется открыть позже, используется фланец.

Как выбрать подходящий тип фланцевого соединения

Выбор подходящего фланца — это не только вопрос размера; это баланс между безопасностью, долговечностью и бюджетом.

Учитывайте характеристики среды.

Прежде всего, определите, что протекает по трубе. Вызывает ли это коррозию? Если да, вам может понадобиться фланец из нержавеющей стали или фланец с футеровкой. Токсичен ли он? Если да, следует избегать простых плоских фланцев и выбирать фланцы с соединением «шип-паз» или «кольцо», чтобы обеспечить более герметичное уплотнение. Если среда представляет собой разреженный газ (например, водород), он протекает гораздо легче, чем вода, поэтому требуется более высокое качество обработки поверхности фланца для эффективного сцепления с прокладкой.

В сочетании с требованиями к установке и техническому обслуживанию

Задайте себе вопрос: как часто вам придётся разбирать это соединение? Если ответ «каждую неделю для чистки», то фланец с накладным соединением (свободный фланец) — отличный вариант, поскольку его можно поворачивать для лёгкого выравнивания болтов, экономя время. Если ответ «никогда», то лучше подойдёт фланец с приварной горловиной, поскольку он более прочный и надёжный. Также учтите условия установки. Если вы модернизируете систему в труднодоступном месте, где нет возможности использовать сварочный аппарат, то резьбовой или накладной фланец может стать единственным практичным вариантом.

Баланс между стоимостью и производительностью

Наконец, необходимо взвесить бюджет. Фланец с пазогребневым соединением из нержавеющей стали, предназначенный для работы под высоким давлением, обеспечивает наилучшую производительность, но для простой системы полива сада это излишне. И наоборот, использование дешевого чугунного резьбового фланца на паропроводе высокого давления — верный путь к катастрофе. Вам нужно найти «золотую середину» — наиболее экономичный фланец, который соответствует всем коэффициентам безопасности и давления вашей системы. Не переплачивайте за ненужную производительность, но никогда не идите на компромисс с запасом безопасности.

Краткое содержание

Правильный выбор фланцев обеспечивает безопасность и эффективность. Делайте разумный выбор, чтобы защитить свою инфраструктуру и минимизировать будущие затраты на техническое обслуживание.

Часто задаваемые вопросы

1. Можно ли повторно использовать прокладку фланца после разборки соединения?

Нет, прокладку нельзя использовать повторно. После сжатия прокладка теряет свою эластичность и герметичность. Повторное использование значительно увеличивает риск протечек. Всегда устанавливайте новую прокладку каждый раз, когда вскрываете фланцевое соединение.

2. В чем разница между фланцем типа Slip-On и фланцем типа Weld Neck?

Фланец с приварной горловиной приваривается встык к концу трубы и имеет коническую ступицу для прочности, что делает его идеальным для работы под высоким давлением. Фланец накладного типа надевается на трубу и приваривается к поверхности. Фланец накладного типа дешевле и проще в установке, но менее подвержен усталостным нагрузкам.

3. Как узнать, какую последовательность затяжки болтов использовать?

Всегда используйте схему затяжки «звездочкой» или «крестиком». Никогда не затягивайте болты по кругу по одному. Схема «звездочкой» обеспечивает равномерное прилегание прокладки к фланцу. Неравномерная затяжка может деформировать прокладку с одной стороны и оставить зазор с другой.

4. Почему на поверхностях фланцев используются разные виды обработки?

Шероховатость поверхности помогает прокладке «врезаться» в материал. Зазубренная (шероховатая) поверхность используется для мягких прокладок, таких как резина, чтобы они не выскальзывали. Гладкая поверхность необходима для металлических или спирально намотанных прокладок, чтобы создать плотное уплотнение без повреждения металла.

5. Как я могу убедиться, что покупаю фланцы высокого качества?

Обеспечение качества имеет решающее значение. Всегда обращайте внимание на наличие сертификатов на материалы и стандартных маркировок (например, ASTM или ASME) на корпусе фланца. Компания Hearken специализируется на предоставлении сертифицированных высокоэффективных решений для фланцев. Для получения подробной информации или коммерческого предложения, напишите нам по адресу info@hearkenflow.com .