Фланцы для стальных труб: типы, стандарты и характеристики

Фланец трубы - это болтовое механическое соединение, используемое для соединения труб, арматуры и оборудования, обеспечивающее повторяемую сборку, доступ для обслуживания и контролируемое уплотнение с помощью прокладки. В нефтегазовой отрасли и промышленных трубопроводных системах большинство трубопроводных фланцев поставляется из углеродистой и легированной стали (например, ASTM A105 и ASTM A182), с вариантами из нержавеющей стали для агрессивных сред; они определяются классом давления, типом уплотнительной поверхности и размерным стандартом.

Как правило, изготавливаются из углеродистой стали (ASTM A105), легированной стали (ASTM A182) и нержавеющей стали (304L, 316L) в различных размерах и классах давления.

Для чего используются стальные фланцы:

• Соединение - фланцы обеспечивают надёжный способ соединения труб, арматуры и оборудования, образуя прочное соединение, рассчитанное на заданные условия давления и температуры. • Простота сборки и обслуживания - болтовые фланцевые соединения можно разбирать для проверки, обслуживания или замены участков труб без резки трубопровода. • Работа под давлением и при высоких температурах - классы фланцев и марки материалов выбираются в соответствии с требованиями по давлению и температуре и рабочей средой. • Гибкость системы - фланцы поддерживают модульное проектирование, позволяя добавлять арматуру, приборы и ответвления со стандартизованными интерфейсами.

Как работают стальные фланцы:

1. Установка: фланцы, как правило, привариваются или крепятся болтами к торцам труб. Для приварных фланцев фланец присоединяется к торцу трубы сваркой, обеспечивая прочное соединение. Для болтовых фланцев они выравниваются и скрепляются болтами и гайками, часто с прокладкой между ними для обеспечения плотного уплотнения.
2. Фланцы, как правило, привариваются или крепятся болтами к торцам труб. Для приварных фланцев фланец присоединяется к торцу трубы сваркой, обеспечивая прочное соединение. Для болтовых фланцев они выравниваются и скрепляются болтами и гайками, часто с прокладкой между ними для обеспечения плотного уплотнения.

• Фланцы, как правило, привариваются или крепятся болтами к торцам труб. Для приварных фланцев фланец присоединяется к торцу трубы сваркой, обеспечивая прочное соединение. Для болтовых фланцев они выравниваются и скрепляются болтами и гайками, часто с прокладкой между ними для обеспечения плотного уплотнения.

Сколько деталей входит во фланцевое соединение?

Фланцевое соединение обычно включает несколько ключевых деталей:

1. Фланцы: основные компоненты, скрепляемые болтами. Обычно используется два фланца, по одному с каждой стороны соединения.
2. Прокладка: уплотнительный материал, размещаемый между двумя фланцами для предотвращения утечек. При затяжке фланцев болтами она сжимается.
3. Болты: используются для скрепления двух фланцев. Количество и размер болтов зависят от размера фланца и класса давления.
4. Гайки: применяются в паре с болтами для плотного скрепления фланцев.
5. Шайбы (опционально): иногда используются под гайками для распределения нагрузки и защиты поверхности фланца от повреждений.

Таким образом, типичное фланцевое соединение состоит из двух фланцев, прокладки, болтов и гаек, а также, при необходимости, шайб.

Виды отказов

1. Утечки: часто вызваны неправильной установкой, недостаточным моментом затяжки болтов или деградацией прокладки, что приводит к потере рабочей среды и потенциальным угрозам безопасности.
2. Часто вызваны неправильной установкой, недостаточным моментом затяжки болтов или деградацией прокладки, что приводит к потере рабочей среды и потенциальным угрозам безопасности.
3. Отказ прокладки: материал прокладки может деградировать из-за колебаний температуры или химического воздействия, что приводит к потере уплотняющей способности.
4. Материал прокладки может деградировать из-за колебаний температуры или химического воздействия, что приводит к потере уплотняющей способности.
5. Отказ болтов: чрезмерная затяжка, коррозия или усталость могут привести к разрушению болтов и нарушению целостности фланцевого соединения.
6. Чрезмерная затяжка, коррозия или усталость могут привести к разрушению болтов и нарушению целостности фланцевого соединения.
7. Деформация или растрескивание фланца: чрезмерные термические напряжения или производственные дефекты могут вызвать коробление или растрескивание фланцев, что приводит к перекосу и утечкам.
8. Чрезмерные термические напряжения или производственные дефекты могут вызвать коробление или растрескивание фланцев, что приводит к перекосу и утечкам.
9. Коррозия: воздействие агрессивных веществ со временем может ослабить материал фланца, приводя к структурному разрушению.
10. Воздействие агрессивных веществ со временем может ослабить материал фланца, приводя к структурному разрушению.
11. Усталостный отказ: повторяющиеся циклы нагружения и разгрузки могут вызвать усталость материала, что приводит к трещинам и возможному отказу.
12. Повторяющиеся циклы нагружения и разгрузки могут вызвать усталость материала, что приводит к трещинам и возможному отказу.
13. Неправильное выравнивание: перекос при монтаже может привести к неравномерному распределению напряжений, повышая риск утечек и механических отказов.
14. Перекос при монтаже может привести к неравномерному распределению напряжений, повышая риск утечек и механических отказов.

• Часто вызваны неправильной установкой, недостаточным моментом затяжки болтов или деградацией прокладки, что приводит к потере рабочей среды и потенциальным угрозам безопасности.

• Материал прокладки может деградировать из-за колебаний температуры или химического воздействия, что приводит к потере уплотняющей способности.

• Чрезмерная затяжка, коррозия или усталость могут привести к разрушению болтов и нарушению целостности фланцевого соединения.

• Чрезмерные термические напряжения или производственные дефекты могут вызвать коробление или растрескивание фланцев, что приводит к перекосу и утечкам.

• Воздействие агрессивных веществ со временем может ослабить материал фланца, приводя к структурному разрушению.

• Повторяющиеся циклы нагружения и разгрузки могут вызвать усталость материала, что приводит к трещинам и возможному отказу.

• Перекос при монтаже может привести к неравномерному распределению напряжений, повышая риск утечек и механических отказов.

Понимание этих видов отказов имеет решающее значение для поддержания целостности фланцевых соединений в трубопроводных системах. Регулярный контроль и правильная установка помогают снизить эти риски.

Типы фланцев

В зависимости от способа соединения трубы и фланца фланцы делятся на следующие пять основных типов:

Фланец с надвижной посадкой (Slip-on Flange), фланец с приварной шейкой (Weld Neck Flange), фланец с раструбным сварным соединением (Socket Weld Flange), резьбовой фланец (Thread Flange), заглушка (Blind Flange), фланец DN (DN Flange)

Фланец с надвижной посадкой (Slip-on)

Фланец с надвижной посадкой (SO-фланец) соединяется путём вставки трубы во внутреннее отверстие фланца и наложения угловых сварных швов - как правило, снаружи и, при указании в спецификации, также изнутри. Поскольку внутренний диаметр фланца немного больше наружного диаметра трубы, сборка относительно устойчива к небольшим отклонениям при резке и выравнивании, что является одной из причин широкого применения надвижных конструкций в общей промышленной обвязке, где важны скорость монтажа и контроль затрат. Распространённые уплотнительные поверхности - выступающая (RF) и плоская (FF); другие конфигурации доступны при соответствующих требованиях спецификации.

С точки зрения эксплуатационных характеристик фланец с надвижной посадкой часто выбирается для условий работы при низком давлении и обычной температуре, где трубопроводные нагрузки умеренные, а соединение не подвержено определяющему циклическому изгибу или повторяющимся термическим перемещениям. Нагрузочный путь через угловые швы создаёт более высокую локальную концентрацию напряжений, чем у конструкции со стыковым швом и приварной шейкой, поэтому долговременную усталостную прочность и жёсткие циклические условия обычно оценивают более тщательно, чем для фланцев с приварной шейкой. При планировании изготовления объём сварочных работ и доступ для внутренней угловой сварки (когда она требуется) также влияют на производительность и подход к контролю.

Самый используемый трубопроводный фланец

Надвижной фланец подходит для трубопроводов с низким давлением, обычной температурой и нормальными условиями эксплуатации. Он прост в монтаже, имеет более низкую стоимость/цену и наиболее широко используется в обычных отраслях промышленности.

Фланец с приварной шейкой (Weld Neck)

 

Фланец с приварной шейкой (WN-фланец) имеет ступицу и конический переход, привариваемый стыковым швом к торцу трубы. Такая геометрия обеспечивает более плавный переход напряжений от фланца к трубе, что обеспечивает лучшие характеристики при более высоком давлении, более высокой температуре и динамических нагрузках по сравнению с типами фланцев с угловыми швами. В оригинальном материале распространённые конструктивные формы включают обычное исполнение с конической ступицей и конфигурацию с более высокой ступицей для более высоких нагрузок или особых требований компоновки.

Функционально стыковой шов фланца с приварной шейкой хорошо соответствует требованиям контроля качества на ответственных объектах, поскольку совместим с методами объёмного неразрушающего контроля, обычно применяемыми к стыковым швам (как требуется проектными планами контроля ITP). Компромисс состоит в том, что фланцы с приварной шейкой обычно требуют более строгой дисциплины сборки - подготовки кромок, контроля выравнивания и выбора технологии сварки, - поэтому стоимость монтажа может быть выше, чем у надвижных фланцев, даже при сопоставимой цене самого фланца.

Резьбовой фланец

 

Резьбовой фланец имеет внутреннюю трубную резьбу, которая сопрягается с наружной резьбой конца трубы, образуя механическое соединение без сварки - чаще всего указывается резьба NPT (коническая) или BSPT/BSPP в зависимости от региональной практики и стандартов проекта. Его основные преимущества практичны и связаны с условиями монтажа: он исключает огневые работы и контроль качества/неразрушающий контроль сварки, сокращает время установки и подходит для обслуживания или модернизации, где доступ для сварки ограничен или разрешения ограничены. Он также хорошо подходит для вспомогательных линий малого диаметра и временных врезок и может быть простым вариантом, когда линия заранее имеет резьбу и цель - быстрая сборка стандартным инструментом, а не сварка в цеху.

Герметичность зависит от качества зацепления резьбы и контролируемой затяжки, обычно с применением резьбового герметика (лента/паста PTFE или уплотнительная смазка), поэтому характеристики высокочувствительны к точности профиля резьбы, соосности, повреждениям резьбы и стабильности момента затяжки. Поскольку и нагрузочный путь, и путь уплотнения проходят через резьбу, резьбовые трубопроводные фланцы, как правило, не рекомендуются для жёстких циклических условий или эксплуатации при сильной вибрации, где микроперемещения могут ослабить резьбовой контакт и со временем открыть пути утечки.

Их также обычно не применяют при экстремальных температурах - как правило, выше 260°C или ниже -45°C - поскольку тепловое расширение/сжатие, ограничения герметиков и снижение стабильности резьбового контакта повышают риск утечек и затрудняют разборку. В коррозионных средах резьбовая щель может ускорить локальную коррозию и заклинивание соединения, поэтому выбор для конкретных условий должен учитывать коррозионный запас, защитные покрытия и то, позволит ли сварная альтернатива снизить долгосрочные риски утечек и обслуживания.

Фланец с раструбным сварным соединением (Socket Weld)

 

Фланец с раструбным сварным соединением (SW-фланец) обычно применяется на трубопроводах малого диаметра, где предпочтительны компактная геометрия и простой профиль шва. Конец трубы вставляется в углублённый раструб фланца, и соединение завершается наружным угловым швом вокруг ступицы. По сравнению с надвижной конструкцией раструб улучшает осевое выравнивание при сборке и обеспечивает постоянную глубину вставки, что помогает сохранять повторяемость геометрии соединения на малых размерах.

При выборе для эксплуатации фланцы SW часто используются там, где классы давления выше, но размер трубы мал, и где стыковое сварное соединение может быть непрактичным из-за условий доступа или компоновки компонентов. Однако такая конструкция создаёт потенциальную щель на границе раструба, поэтому чувствительность к коррозии и требования к очистке обычно учитываются как часть оценки материала и условий эксплуатации. На проектах со строгими циклическими или вибрационными воздействиями угловой нагрузочный путь и локальное поведение напряжений также проверяются на соответствие применимым нормам и профилю нагрузки.

Свободный фланец (Lap Joint)

 

Свободный фланец используется вместе с приварным патрубком (lap joint stub end) или фланцевым кольцом. В этой схеме сам фланец не приваривается к трубе: он надевается на патрубок и может свободно вращаться. Уплотнительная поверхность обеспечивается патрубком, тогда как свободный фланец обеспечивает поверхность под болты и прижимное усилие. Эта вращающаяся конструкция практична, когда выравнивание отверстий под болты затруднено в полевых условиях, и сокращает время монтажа на узлах, где контроль ориентации сложен.

Ключевое функциональное преимущество - оптимизация материала: поскольку фланец не контактирует напрямую с рабочей средой, его часто комбинируют с коррозионностойким патрубком, используя более экономичный материал фланца для вращающегося кольца, что способствует контролю затрат в системах с агрессивными средами. Компромиссы обычно связаны с механической жёсткостью и нагрузками: узлы со свободным фланцем, как правило, более тщательно оцениваются на изгибающие нагрузки и более высокие напряжения, чем соединения с приварной шейкой, а качество уплотнения определяется главным образом качеством уплотнительной поверхности патрубка и выбором прокладки, а не вращающимся кольцом.

Заглушка (Blind Flange)

 

Заглушка - это сплошной фланец с отверстиями под болты и без центрального отверстия. Она используется для закрытия конца трубопровода, изоляции штуцера или создания съёмной точки закрытия для будущего доступа. При планировании пусконаладки и технического обслуживания заглушки часто применяются там, где системе впоследствии могут потребоваться проверка, очистка, врезки или гидравлические испытания.

С функциональной и производственной точек зрения заглушки часто рассматриваются как высоконадёжный компонент границы давления, поскольку они воспринимают полную осевую нагрузку по всей поверхности фланца и болтовой окружности. Практические соображения включают выбор прокладки, контроль усилия затяжки болтов и массу при обращении - особенно с ростом диаметра и класса давления, поскольку заглушки могут становиться тяжёлыми и влиять на такелажные работы, выравнивание и последовательность монтажа.

Типы уплотнительных поверхностей

В зависимости от давления в трубопроводе и типа уплотнительной прокладки существуют различные типы уплотнительных поверхностей стальных трубопроводных фланцев.

Фланец с плоской поверхностью (FF)

Подходит для условий с невысоким давлением (PN≤1.6MPa).

 

Фланец с выступающей поверхностью (RF)

Конструкция уплотнительной поверхности простая и гладкая, легко поддаётся механической обработке. Кроме того, легко выполняется антикоррозионная футеровка. Однако площадь контакта больше, и при предварительной затяжке прокладку легко выдавливает с обеих сторон, после чего её трудно обжать.

Фланец с поверхностью выступ-впадина (M/F)

Состоит из выпуклой и вогнутой поверхностей, прокладка размещается во впадине. Это предотвращает выдавливание прокладки, поэтому фланцы с поверхностью выступ-впадина могут применяться в условиях более высокого давления.

Стальной фланец с поверхностью шип-паз (T/G)

Контактная поверхность выполнена в виде шипа и паза. Прокладка помещается в паз и не может быть выдавлена. По сравнению с RF и MFM фланцы с поверхностью шип-паз обеспечивают хороший эффект уплотнения. Конструкция и изготовление фланца более сложные, замена прокладки в пазе затруднена. Поверхность шип-паз подходит для легковоспламеняющихся, взрывоопасных, токсичных сред и условий высокого давления.

Стандарты на стальные трубопроводные фланцы

Стандарты на стальные фланцы включают европейские и американские стандарты. Из-за различий в размерах эти две системы не взаимозаменяемы. Страны Америки и Китай в основном применяют ASME или ANSI. Классы давления фланцев по ASME делятся на 150, 300, 600, 900, 900, 1500, 2500.

Распространённые стандарты ASME для фланцев:

ASME B16.5

Стандарт на трубопроводные фланцы и фланцевые детали. (Охватывает размеры от NPS 1/2 до NPS 24 в метрическом/дюймовом исполнении, включая классы давления-температуры, материалы, размеры, допуски, маркировку, испытания и способы обозначения присоединительных отверстий трубопроводных фланцев и фланцевых деталей.)

ASME B16.48

Стандарт на line blanks (заглушки-кольца). (Охватывает все спецификации на эксплуатационные line blanks размерами от NPS 1/2 до NPS 24 для установки между фланцами ASME B16.5 классов давления 150, 300, 600, 900, 1500 и 2500.)

ASME B16.47

Стальные фланцы больших диаметров от NPS 26 до NPS 60 (Охватывает все спецификации на трубопроводные фланцы размерами от NPS 26 до NPS 60 и классами 75, 150, 300, 400, 600 и 900.)

Спецификация материалов трубопроводных фланцев

Трубопроводные фланцы обычно изготавливаются из углеродистой, легированной и нержавеющей стали. Часто используемые материалы: углеродистая сталь: ASTM A105; легированная сталь: ASTM A182 F11, F22, LF2; нержавеющая сталь: 304/L, 316/316L.

Мы поставляем трубопроводные фланцы из углеродистой, легированной и нержавеющей стали в различных размерах и давлениях

GNEE поставляет трубопроводные фланцы в следующих диапазонах:

Диапазон размеров: от 1/2" до 40", от DN10 до DN3000 стальных фланцев. Диапазон толщин: от SCH5 до SCH160 стальных фланцев. Диапазон давлений: Class 150, Class 300, Class 600, Class 900, Class 1500, Class 2500, от PN 0.6MPa до PN 42MPa. Типы уплотнительных поверхностей: Raised Face – RTJ – Flat Face.

Стандарты и марки материалов стальных фланцев

Стандарты на фланцы из углеродистой стали: ASTM A105, ASME A/SA 105, 350LF 2. Стандарты на фланцы из нержавеющей стали: F304, 304L, 309S, 309H, 310S, 316, 316L, 317, 317L, 321, 321H, 347 и 904L. Стандарты на фланцы из легированной стали: ASTM A182, ASME A182, ASME SA182, ASTM A182 F1, F11, F12, F22, F5, F9, F91. ASME B16.5, ASME B16.47, ASME B16.48, AWWA C207, MSS SP-44. Доступны также стандарты: DIN2573, DIN2577, DIN2630, DIN2631, DIN2632, DIN2533, DIN2634, DIN2635, DIN2636, BS4054, BS3293, EN1092-1, ISO 7005, JIS B2220, HG/T20592, HG/T21516-21518.

Применение стальных фланцев

Трубопроводный фланец - это разновидность фитинга для соединения двух труб, труб и арматуры или оборудования. Отверстия фланцев соединяются стальными шпильками, а между двумя фланцами помещается прокладка для уплотнения. В зависимости от применения и конструкции различают фланцы с надвижной посадкой, заглушки, раструбные сварные фланцы, резьбовые фланцы, фланцы с приварной шейкой и переходные фланцы.

GNEE предлагает стальные трубопроводные фланцы различных видов, применимые в разных отраслях промышленности: транспортировка нефти и газа, химические производства, электростанции, водоподготовка, нефтепереработка и др.

ASTM A105, ASTM A182

Бесплатный расчёт стоимости

 

Запросить цену сейчас!