Технічні особливості фланцевих з`єднань

Фланцеве з`єднання - найбільш поширений спосіб стикування сталевих промислових трубопроводів між собою. Таким чином можуть з`єднуватися труби систем водопостачання, магістрального опалення, газопостачання та нафтогазові трубопроводи.

фланцеве з`єднання

У даній статті представлені фланцеві з`єднання. Ми розглянемо їх різновиди та геометричні розміри, а також вивчимо вимоги ГОСТ до конструктивного виконання елементів.

Призначення і особливості фланцевого з`єднання

Фланець представляє собою плоску сталеву пластину, що має форму кільця (рідше - квадрата або прямокутника). У середній частині пластини розташований отвір під вставку торцевої частини труби, а по її контуру - кілька рівновіддалених отворів під установку болтів або шпильок, які згодом фіксуються гайками.

Фланцеві з`єднання є Швидкороз`ємний альтернативою зварений і муфтової стикування. При монтажі торець труби приварюється до пропускного отвору фланця, після чого пластини стягуються між собою. Герметичність з`єднання досягається за рахунок використання ущільнюючих прокладок з гуми або фторопласту. Також можуть використовуватися обтюратори - сталеві заглушки, які встановлюються між двох фланців. Обтюратори дозволяють перекрити конкретну ділянку трубопроводу при необхідності його ремонту.

Також фланцеві з`єднання використовуються для з`єднання трубопроводів з пристроями і технологічними ємностями, найчастіше - теплообмінниками. В такому випадку на кінці труб наварюєш фланець, до якого підводиться забірний патрубок обладнання.

сполучні фланці

Залежно від функціонального призначення виділяють наступні типи фланцевих з`єднань:

• для стикування труб і установки запірно-регулюючої арматури, що витримує тиск від 0.1 до 20 МПа - регулюється положеннями ГОСТ №12815;
• для підключення до трубопроводів судин і устаткування - регулюється ГОСТ №28759.

Розрахунок фланцевих з`єднань будь-якого типу ведеться згідно з інструкцією «Рекомендації по розрахунок, проектування та монтажу фланців сталевих будівельних конструкцій», випущеної ВНИПИ «Промстальконструкция» в 1989 році.

різновиди фланців

Кожен з вищевказаних нормативних документів містить класифікацію фланців, по якій з`єднувальні елементи поділяються на різні види. Розглянемо класифікацію виробів для стикування сталевих труб по ГОСТ №12815:

1. З сірого чавуну, литі (ГОСТ №12817-90) - застосовуються для установки литий трубопровідної арматури, з`єднання труб промислового обладнання і технічних ємностей з чавуну. Призначені для тиску 0.1-16 МПа, робоча температура від -16 до +300 градусів.
2. З ковкого чавуну, литі (ГОСТ №12818-80) - використовуються для стикування труб, монтажу арматури і підключення приладів і ємностей з ковкого чавуну. Витримують тиск 1.6-4 МПа, робоча температура від -30 до 400⁰.
3. З стали, литі (ГОСТ №12819-80) - з`єднувальні елементи трубопроводів та арматури з будь-яких матеріалів. Експлуатуються при тиску 1.6-20 МПа, температурний режим від -250 до +600 градусів.
4. З стали, приварні плоского типу (ГОСТ №12820-80) - норматив розповсюджується на фланці плоского типу, що витримують тиск 0.1-2.5 МПа і температуру від -70 до +300⁰. Вставка фланцевая (обтюратор) також виробляються за даним стандартом.
5. З стали, для стикового зварювання (ГОСТ №12821-80) - витримують тиск 0.1-20 МПа, температурний режим від -250 до +600⁰.
6. З стали, обладнані приварним кільцем - тиск від 0.1-3 МПа, робоча температура від -30 до +300⁰.

З`єднувальні елементи зварного типу при монтажі надягають на торець труби і фіксуються двома зварними швами. Конструкції для стикового зварювання закріплюються одним швом, розташованим між зрізом труби і коміром фланця.

Сталевий фланець з приварним кільцем

Вироби з приварним кільцем складаються з двох частин - пластини і кільця, що мають ідентичний діаметр. При цьому до труби приварюється тільки кільце, тоді як фланець залишається вільним і може прокручуватися навколо своєї осі. Така конструкція використовується в важкодоступних місцях або на ділянках, де є потреба у регулярних ремонт або обслуговування трубопроводу.

Фланці для стикування труб з судинами і обладнанням, що відповідають вимогам ГОСТ №28659, класифікуються на такі різновиди:

1. Сталеві плоскі (ГОСТ №28759-2) - застосовуються для судин і устаткування діаметром 400-4000 мм. Призначені для тиск 0.3-1.7 МПа і температури -70 +300 градусів. Широко використовуються в нафтогазовій і хімічній промисловості.
2. Сталеві для зварки встик (ГОСТ №28759-3) - діаметр від 40 до 4000 мм, тиск 0.7-6.5 МПа, температура від -70 до +540⁰.
3. Сталеві восьмикутного перетину - діаметр 400-1600 мм, тиск 6.4-16 МПа, температура від -70 до +550 градусів.

Також існує таке поняття як изолирующее фланцеве з`єднання ІФЗ, для облаштування якого можуть застосовуватися будь-які типи фланцевих конструкцій. Ізолююче фланцеве з`єднання застосовується з метою захисту трубопроводів від електрохімічної корозії, яка є головною причиною прискореного зносу підземних систем.

Ізолююче фланцеве з`єднання в розрізі

Ізолююче фланцеве з`єднання складається з 2-ух стягують шпильками фланців, між якими розташована прокладка з діелектричного (що не проводить струм) матеріалу. Найчастіше застосовується термостабілізовані графіт або пороніт.

Така конструкція запобігає поширенню струму по трубопроводу, обмежуючи його на конкретній ділянці магістралі. Ізолююче фланцеве з`єднання здатне значно збільшити термін служби підземних трубопроводів, воно використовується в перебігу 15-20 років, після чого діелектрична прокладка підлягає заміні.

Розгін фланців

При необхідності заміни прокладки використовуються спеціальні розгонщики, що представляють собою клиновидні домкрати, за допомогою яких розлучаються сусідні фланці. Існують механічні (ручні) розгонщики і гідравлічні розгонщики, які здатні розвивати зусилля до 15 тонн.

Технологія монтажу фланцевого з`єднання (відео)

Варіанти виконання фланців

Крім класифікації за матеріалом виготовлення і способу монтажу, фланці поділяються залежно від конструктивного виконання. ГОСТ №12820 на сталеві фланці визначає 9 варіантів виконання сполучних елементів:

• виконання №1 - конструкція обладнана з`єднувальним виступом (фаскою) під кутом 45 градусів;
• виконання №2 - з виступом під кутом 90⁰;
• виконання №3 - з виступом на 45⁰ і вибіркою (западиною) на внутрішній торцевій частині;
• виконання №4 - з внутрішньої вибіркою і виступом на 90⁰;
• виконання №5 - з внутрішнім пазом по всьому колу фланця;
• виконання №6 - нарізана внутрішня фаска під установку линзовой прокладки (вібровставки);
• виконання №7 - фаска призначена під установки прокладки овальної форми;
• виконання №8 і №9 - аналогічні конфігурації №4 та №5 за виключення наявності фаски під лінзову прокладку.

Варіанти виконання фланців

В окрему групу відносяться компресійні фланці, призначені для з`єднання сталевих і пластикових труб. Компресійні конструкції складаються з двох частин - фланцевої пластини і виходить з неї цангову муфти під ПЕ трубу. Компресійні фланці призначені для систем з тиском до 10 МПа. Також існують компресійні адаптери, за допомогою яких виконується перехід з пластикової труби на металеву арматуру.

Вибровставка, вона ж вставка фланцевая, використовується для зниження рівня шуму і вібрації, що виникають в процесі експлуатації трубопроводу. Вібровставки виконуються з термічно стійкою гуми, що має Кордове підставу, за рахунок якого прокладка отримує додаткову жорсткість і стійкість до деформацій.

Вібровставки виробляються в діапазоні діаметрів 25-800 мм. Вони можуть встановлюватися на трубопроводи водопостачання, подачі повітря, пароподібні речовин і інших хімічно нейтральних рідин. вібровставки діаметром 25-200 мм витримують тиск до 16 МПа, 250-600 мм - до 10 МПа. Робоча температура гумової вібровставки до +110 градусів. Такі компенсатори не ушкоджуються при лінійному подовженні труб, вони здатні стискатися і розтягуватися на 12-20 мм, в залежності від розміру вібровставки.

Конструктивні особливості фланцевого кріплення

Фланцеве кріплення, крім самої сполучної пластини, складається з 3-ох елементів:

• болта або шпильки;
• гайки;
• шайби.

Згідно з положеннями ГОСТ №12816, використовувати болти можна на трубопроводах з тиском робочого середовища до 25 МПа, якщо тиск в системі перевищує цю величину, повинна застосовуватися монтажна шпилька (сталевий стрижень з різьбленням але обох кінцях), яка забезпечує більшу міцність стику. У трубопроводах високого тиску (від 100 МПа) використовується шпилька з 35-й стали, при тиску до 100 МПа - шпилька зі сталі 20Х.

Шайби для фланцевих з`єднань представляють собою сталеву пластину, підкладають під гайку або шапку болта з метою збільшення її опорної площі. Для кріплення фланців допускається застосовувати болти, шпильки і шайби класів міцності 8.8, 6.6 і 5.6.

Захисний кожух з листової сталі

На фланці, встановлені на трубопроводах перекачують агресивні рідини, в обов`язковому порядку монтується захисний кожух (КЗХ). Кожух являє собою чохол з гідфровобного текстилю, листової сталі або полімерних матеріалів, який запобігає розливанню робочого середовища при втраті з`єднанням герметичності.

Захисний кожух випускається в діаметрі 15-1200 мм, найбільш поширені кожухи із фторопласта можуть експлуатуватися при температурі від -200 до +230 градусів.