Введение в фланцы

Фланцы используются в тех случаях, когда соединение трубопроводов требует демонтажа. Они используются главным образом в оборудовании, клапанах и специальностях. В некоторых трубопроводах, где техническое обслуживание является регулярным, через определенные промежутки времени предусматриваются разъёмные фланцы. Фланцевое соединение состоит из трех отдельных и независимых, хотя и взаимосвязанных компонентов; фланцы, прокладки и болты. Для обеспечения герметичного соединения требуется специальный контроль при выборе и применении всех этих элементов.

Классификация фланцев осуществляется несколькими альтернативными способами следующим образом;

На основе крепления к трубе

Фланцы можно классифицировать по способу крепления к трубопроводу, как показано ниже;

Надеваемый фланец –

Фланцы типа Slip On крепятся двумя угловыми сварными швами как внутри, так и снаружи фланца. Расчетная прочность фланцев Slip On под внутренним давлением составляет порядка двух третей прочности фланцев с приварной горловиной, а их срок службы при усталости составляет примерно одну треть от срока службы последних. Обычно эти фланцы имеют кованую конструкцию и снабжены ступицей. Иногда эти фланцы изготавливаются из пластин и не снабжены ступицей. Недостаток фланца состоит в том, что сочетание фланца и колена или фланца и тройника невозможно, поскольку названные фитинги не имеют прямого конца, который полностью скользил бы в направляющей. На фланце.

Фланец под приварку враструб –

Фланцы под приварку враструб крепятся только одним угловым сварным швом, только снаружи, и не рекомендуются для тяжелых условий эксплуатации. Они используются только для линий малого диаметра. Их статическая прочность равна фланцам Slip On, но их усталостная прочность на 50% выше, чем у фланцев Slip On с двойной сваркой. Для этого типа фланцев должна быть указана толщина соединительной трубы, чтобы обеспечить правильный размер отверстия. Во фланцах, приваренных в раструб, перед сваркой необходимо создать пространство между фланцем или фитингом и трубой. ASME B31.1 Подготовка к сварке (E) узла приварной муфты гласит:При сборке соединения перед сваркой труба или трубка должна быть вставлена ​​в раструб на максимальную глубину, а затем выведена примерно на 1/16 дюйма (1,6 мм) от контакта между концом трубы и буртиком раструба.Целью нижнего зазора при раструбном сварном шве обычно является уменьшение остаточного напряжения в корне сварного шва, которое может возникнуть во время затвердевания металла сварного шва. На изображении показана мера X компенсационного зазора. Недостаток фланца под приварку в раструб – это правильный зазор, который необходимо сделать. Из-за коррозионных продуктов, особенно в системах труб из нержавеющей стали, трещина между трубой и фланцем может вызвать проблемы с коррозией. В некоторых процессах использование этого фланца также не допускается.

Резьбовой фланец –

Фланцы с резьбой или резьбой используются на трубопроводах, где сварка невозможна. Резьбовой фланец или фитинг не подходят для трубопроводной системы с тонкой стенкой, поскольку на трубе невозможно нарезать резьбу. Таким образом, необходимо выбирать более толстую стенку. Руководство по трубопроводам ASME B31.3 гласит:
Если стальная труба имеет резьбу и используется для работы с паром при давлении выше 250 фунтов на квадратный дюйм или для воды при давлении выше 100 фунтов на квадратный дюйм и температуре воды выше 220 градусов по Фаренгейту, труба должна быть бесшовной и иметь толщину, по крайней мере, равную сортаменту 80 по ASME B36.10.Приварные муфты и фланцы с резьбой не рекомендуются для эксплуатации при температуре выше 250 градусов и ниже -45 C.

Нахлесточный фланец –

Фланцы с соединением внахлестку используются с заглушками, когда трубопровод изготовлен из дорогостоящего материала. Например, в системе труб из нержавеющей стали можно использовать фланец из углеродистой стали, поскольку фланец не будет контактировать с продуктом в трубе. Заглушки привариваются к трубе встык, а фланцы остаются свободными над ними. Внутренний радиус этих фланцев скошен, чтобы убрать радиус заглушки. Эти фланцы почти идентичны фланцам Slip On, за исключением радиуса на пересечении поверхности фланца и отверстия для размещения фланцевой части заглушки. . Их способность удерживать давление немногим лучше, чем у фланцев Slip On, а усталостная долговечность узла составляет лишь одну десятую от срока службы фланцев с приварной шейкой. Таким образом, эти фланцевые соединения применяются в условиях низкого давления и некритических условиях.

Приварной фланец –

Фланцы с приварной шейкой легко узнать по длинной конической ступице, которая постепенно переходит в толщину стенки трубы или фитинга. Длинная коническая ступица обеспечивает важное усиление для использования в различных условиях, связанных с высоким давлением, минусовыми и/или повышенными температурами. Плавный переход от толщины фланца к толщине стенки трубы или фитинга, создаваемый конусом, чрезвычайно выгоден в условиях повторяющегося изгиба, вызванного расширением трубопровода или другими переменными силами. Эти фланцы растачиваются так, чтобы они соответствовали внутреннему диаметру сопрягаемой трубы или фитинга. поэтому не будет никаких ограничений потока продукции. Это предотвращает турбулентность в суставе и уменьшает эрозию. Они также обеспечивают превосходное распределение напряжений через коническую ступицу. Фланцы с приварной шейкой крепятся к трубам посредством стыковой сварки. Они используются в основном в ответственных сферах, где все сварные соединения требуют радиографического контроля. При указании этих фланцев вместе со спецификацией фланца также следует указать толщину свариваемого конца.

 

Заглушка -

Глухие фланцы изготавливаются без отверстия и используются для заглушки концов трубопроводов, клапанов и отверстий сосудов под давлением. С точки зрения внутреннего давления и нагрузки на болты глухие фланцы, особенно больших размеров, являются наиболее нагруженными типами фланцев. Однако большинство этих напряжений относятся к изгибу вблизи центра, и, поскольку стандартного внутреннего диаметра не существует, эти фланцы подходят для применений с более высокими температурами и давлением.

Редукционный фланец –

Переходные фланцы используются для соединения больших и меньших размеров без использования переходника. В случае редукционных фланцев толщина фланца должна соответствовать толщине большего диаметра. Эти фланцы обычно бывают глухими, надвижными, резьбовыми и приварными. Они доступны для всех классов давления и представляют собой хорошую альтернативу соединению труб двух разных размеров. Этот тип фланца не следует использовать, если резкий переход может создать нежелательную турбулентность, например, в насосе.

Интегральный фланец –

Цельными фланцами являются фланцы, которые отлиты вместе с горловиной патрубка или стенкой сосуда или трубы, приварены к ним встык или прикреплены другими видами дуговой или газовой сварки такого характера, что фланец и горловина патрубка, сосуд или труба Стена считается эквивалентом цельной конструкции. В сварной конструкции ступицей считается горловина сопла, сосуд или стенка трубы. Толщина цельнолитых и приварных фланцев различается в определенных размерах.

На основе облицовки

Фланцы также можно классифицировать по облицовке, как показано ниже:

Приподнятый торцевой фланец (RF) –

Фланец с выступающей поверхностью является наиболее распространенным типом, используемым на технологических установках, и его легко идентифицировать. Ее называют выступающей поверхностью, поскольку поверхности прокладки приподняты над поверхностью окружности крепления болтов. Этот тип поверхности позволяет использовать широкую комбинацию конструкций прокладок, включая типы плоских кольцевых листов и металлические композиты, такие как спирально-навитые и с двойной оболочкой. Целью фланца RF является концентрация большего давления на меньшей площади прокладки и тем самым увеличение способности соединения выдерживать давление. Для фланцев 150# и 300# выступ составляет 1,6 мм (1/16 дюйма) и входит в указанную толщину. Для более высоких номиналов толщина фланца не включает толщину выступа. Толщина выступающей поверхности для более высоких номиналов составляет 6,4 мм (1/4 дюйма). Типичная обработка поверхности фланцев ASME B16.5 RF составляет от 125 до 250.µв Ра (от 3 до 6µм Ра).

Плоский фланец (FF) –

Фланец с плоской поверхностью имеет поверхность прокладки в той же плоскости, что и поверхность окружности крепления болтов. В приложениях, использующих плоские фланцы, часто ответный фланец или фланцевый фитинг изготавливается из отливки. Фланцы с плоской поверхностью никогда не следует прикручивать болтами к фланцу с выступающей поверхностью. ASME B31.1 гласит, что при соединении фланцев из чугуна с плоской поверхностью к фланцам из углеродистой стали необходимо удалить выступ на фланце из углеродистой стали и требуется полнолицевая прокладка. Это сделано для того, чтобы тонкий хрупкий чугунный фланец не попал в зазор, образовавшийся из-за выступающей поверхности фланца из углеродистой стали.

Соединение кольцевого типа (RTJ) –

Фланцы кольцевого типа обычно используются при высоком давлении (класс 600 и выше) и/или при высоких температурах выше 800 градусов F (427 градусов). На их торцах вырезаны канавки, в которые устанавливаются кольцевые прокладки. Фланцы герметизируются, когда затянутые болты сжимают прокладку между фланцами в канавки, деформируя прокладку для плотного контакта внутри канавок, создавая уплотнение металл по металлу. Фланец RTJ может иметь выступ с выточенной на нем кольцевой канавкой. Эта выступающая поверхность не является частью уплотнительного средства. Для фланцев RTJ, которые уплотняются кольцевыми прокладками, выступающие поверхности соединенных и затянутых фланцев могут контактировать друг с другом. В этом случае сжатая прокладка не будет нести дополнительную нагрузку, превышающую натяжение болта, вибрация и движение не смогут еще больше раздавить прокладку и уменьшить соединительное натяжение.

Соединительные прокладки кольцевого типа представляют собой металлические уплотнительные кольца, подходящие для применения в условиях высокого давления и высоких температур. Соединительные прокладки кольцевого типа предназначены для уплотнения за счет «начального линейного контакта» или заклинивания между ответным фланцем и прокладкой. При приложении давления к интерфейсу уплотнения посредством усилия болта «более мягкий» металл прокладки вливается в микротонкую структуру более твердого материала фланца, создавая очень плотное и эффективное уплотнение. Наиболее применяемый тип — стиль.RКольцо, изготовленное в соответствии со стандартом ASME B16.20, используется с фланцами ASME B16.5 классов от 150 до 2500. Кольцевые соединения типа «R» изготавливаются как в овальной, так и в восьмиугольной конфигурации.

Восьмиугольное поперечное сечение имеет более высокую эффективность уплотнения, чем овальное, и является предпочтительной прокладкой. Уплотняющие поверхности канавок кольцевого соединения должны быть гладко обработаны до 63 микродюймов и не иметь нежелательных выступов, следов инструмента или вибрации. Они уплотняются за счет начального линейного контакта или заклинивания при приложении сжимающих сил. Твердость кольца всегда должна быть меньше твердости фланцев.

Дополнительную информацию о прокладках см. в разделе «Введение в прокладки».

Язык и паз (T/G)–

На одной поверхности фланца имеется выступающее кольцо (шпунт), выточенное на поверхности фланца, а на сопряженном фланце имеется соответствующее углубление (паз), выточенное на его поверхности. Поверхности выступа и паза этих фланцев должны совпадать. Шип-пазовые облицовки стандартизируются как для больших, так и для малых типов. Они отличаются от охватывающих и охватывающих тем, что внутренние диаметры паза и шпунта не заходят в основание фланца, что позволяет сохранить прокладку на ее внутреннем и внешнем диаметре. Их обычно можно найти на крышках насосов и крышках клапанов. Преимущество шпунтовых соединений также состоит в том, что они самовыравниваются и служат резервуаром для клея. Косарное соединение удерживает ось нагрузки на одном уровне с соединением и не требует серьезной механической обработки.

Мужчина и Женщина (М/Ж)–

У этого типа также должны быть подобраны фланцы. Одна грань фланца имеет область, выходящую за пределы обычной поверхности фланца (папа). На торце другого фланца или ответного фланца имеется соответствующее углубление (мама). Женское лицо имеет глубину 3/16-дюйма, мужское лицо - 1/4-дюйма в высоту, и оба имеют гладкую поверхность. Внешний диаметр охватывающей поверхности служит для обнаружения и удержания прокладки. На корпусе теплообменника обычно используются специальные охватывающие и охватывающие облицовки, которые соединяют каналы и закрывают фланцы. Женское лицо и мужское лицо имеют гладкую отделку. Внешний диаметр охватывающей поверхности служит для обнаружения и удержания прокладки.

Общие поверхности фланцев, такие как RTJ, T&G и F&M, никогда не должны соединяться болтами. Причина этого в том, что контактные поверхности не совпадают и не существует прокладки, которая имела бы один тип с одной стороны и другой тип с другой стороны.

На основе номинального давления и температуры

Фланцы также классифицируются по номинальному давлению и температуре согласно ASME B 16.5, как показано ниже;

• 150#
• 300#
• 400#
• 600#
• 900#
• 1500#
• 2500#

Таблицы номинальных значений давления и температуры в стандарте ASME B 16.5 указывают безударное рабочее манометрическое давление, которому фланец может подвергаться при определенной температуре. Фланцы могут выдерживать разное давление при разных температурах. При повышении температуры номинальное давление фланца снижается. Указанный класс давления 150#, 300# и т. д. является базовым, а фланцы могут выдерживать более высокое давление при более низких температурах. ASME B 16.5 указывает допустимое давление для различных материалов конструкции в зависимости от температуры. ASME B16.5 не рекомендует использовать фланцы 150# при температуре выше 400 градусов F (200 градусов). Класс давления или номинальное значение для фланцев указывается в фунтах. Для обозначения класса давления используются разные названия. Например: 150 фунтов, или 150 фунтов, или 150#, или класс 150, все это означает одно и то же.

На основе отделки лица

На облицовке выполняются два типа отделки.

Запасная отделка–

Наиболее широко используемый из всех видов обработки поверхности фланцев, поскольку практически подходит для всех обычных условий эксплуатации. При сжатии мягкая поверхность прокладки впивается в эту отделку, что помогает создать уплотнение, и между сопрягаемыми поверхностями возникает высокий уровень трения. Чистовая обработка этих фланцев осуществляется с помощью круглого инструмента радиусом 1,6 мм со скоростью подачи 0,8 мм за оборот до 12 дюймов. Для размеров 14 дюймов и больше чистовая обработка выполняется инструментом с закругленным концом диаметром 3,2 мм с подачей 1,2 мм на оборот.

Гладкий фланец–

Эта отделка не имеет визуально видимых маркировок инструментов. Эти покрытия обычно используются для прокладок с металлической облицовкой, например, из листовой стали с двойной оболочкой и гофрированного металла. Гладкие поверхности сопрягаются, образуя уплотнение, и эффект уплотнения зависит от плоскостности противоположных поверхностей. Обычно это достигается за счет того, что контактная поверхность прокладки образована непрерывной (иногда называемой фонографической) спиральной канавкой, создаваемой инструментом с закругленным концом радиусом {{0}},8 мм со скоростью подачи {{5} }.3 мм за оборот при глубине 0,05 мм. Это приведет к получению шероховатости Ra от 3,2 до 6,3 микрометра (125–250 микродюймов).

Зубчатая отделка–

Это также непрерывная или фонографическая спиральная канавка, но она отличается от стандартной отделки тем, что канавка обычно создается с помощью инструмента 90-deg, который создает V-образную геометрию с зубцами под углом 45 градусов. Зубцы на лицевой стороне могли быть концентрическими или спиральными (фонографическими). Концентрические зубцы необходимы для отделки поверхности, когда транспортируемая жидкость имеет очень низкую плотность и может найти путь утечки через полость. Зубцы определяются числом, которое представляет собой среднюю арифметическую высоту шероховатости (AARH). Это среднее арифметическое абсолютных значений измеренных отклонений высоты профиля, взятых в пределах длины выборки и отмеренных от графической центральной линии.

Фланцы с гладкой отделкой рекомендуются при использовании металлических прокладок, а зубчатая отделка — при использовании неметаллической прокладки.

В зависимости от материала конструкции

Фланцы обычно изготавливаются коваными, за исключением очень редких случаев, когда они изготавливаются из пластин. Если для изготовления используются пластины, они должны быть свариваемыми. ASME B16.5 разрешает изготавливать из пластины только переходные и глухие фланцы. Обычно в конструкции используются следующие материалы:

• ASTM A105 — кованая углеродистая сталь
• ASTM A181 – Кованая углеродистая сталь общего назначения
• ASTM A182 – Кованая легированная сталь и нержавеющая сталь
• ASTM A350 – Кованая легированная сталь для работы при низких температурах