Фланцы: классификация и назначение

Классификация фланцев

Размеры, форма уплотнительной поверхности и способ крепления – параметры по которым классифицируют фланцы. По областям применения можно выделить 2 группы и 4 типа.

Фланцы общего назначения:

• воротниковые фланцы ГОСТ 12821-80
• плоские фланцы ГОСТ 12820-80

Фланцы, используемые в нефтяной промышленности:

• фланцы для сосудов и аппаратов ГОСТ 28759.3/4-90
• плоские приварные фланцы

Иначе можно разделить фланцы, как:

• фланцы общего назначения
• фланцы для емкостей
• фланцы для аппаратов

Отметим, что детали разных типов выглядят по-разному. Фланцы определенного типа изначально создаются для конкретных эксплуатационных условий.

Воротниковые и плоские фланцы общего назначения используются для прокладки различных типов водопроводов, исправления недочетов и поломок в уже имеющихся сетях коммуникаций, а также для монтажа регулирующей, водоразборной, запорной арматуры и разводки внутри домов.

Конструктивно фланцы плоские, используемые в нефтяной промышленности, представляют собой важные детали узлов в теплообменниках, трубопроводах, резервуарах для перегонки нефтепродуктов. Необходимые в агрессивной среде, они прекрасно зарекомендовали себя и при капитальных ремонтах.

Другие типы фланцев

Помимо относящихся к описанной выше классификации видов, существуют узкоспециализированные фланцы. Многие из них производят под заказ, нередко пользуясь чертежами клиента. Отметим, что фланцы узкой специализации могут быть предназначены для конкретных проектов, где требуются от деталей особые свойства: способность учета и измерений, устойчивость к экстремальным температурам, давлению, способность к электроизоляции и т.д.

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.

• Фланцы стальные плоские приварные. При монтаже фланец «надевается» на трубу и приваривается двумя сварными швами по окружности трубы.
• Фланцы стальные приварные 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

  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). 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).

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).

Как производится фланцевое соединение?

Когда необходимо соединить две детали трубопровода используется приварка стального фланца к трубе. Такая фиксация называется фланцевым соединением и в будущем дает возможность разобрать трубопровод, чтобы выполнить ремонт. Чтобы понять, как происходит сборка, необходимо подробно рассмотреть процесс:

1. Для состыковки двух элементов применяются плоские детали, имеющие в центре отверстие, куда вставляется торец трубы.
2. По периметру кольца размещены отверстия – в них вставляются крепежные элементы: болты или шпильки с гайками.
3. Место соединение будет разъемным, чтобы оно было герметичным используют уплотнительные прокладки. Фланцевое соединение призвано стыковать две трубы или присоединять трубу к емкости, оснащенной вводящим патрубком с фланцем.

Наглядный пример фланцевого соединения Фланец можно сделать своими руками – такая деталь отлично подойдет на точило для станка по заточке предметов.

Инструменты для производства соединения

Чтобы самостоятельно осуществить соединение двух деталей трубы, необходимо подготовить инструменты. В основном это оборудование, предназначенное для закручивания болтовых соединений по окружности фланцев:

• ручной ключ;
• накидной ключ;
• пневматический гаечный ударный ключ;
• гидравлический динамометрический ключ;
• болтовой натяжитель гидравлического типа.

Состыковка на трубах Кроме этого потребуется специальная смазка, которая наносится на обе поверхности, чтобы избежать трения деталей и обеспечить легкость крутящего момента. Последовательность работы проста: сначала закручивают первый болт, потом переходят к закрутке того, который находится по диагонали на 180 градусов от первого. Далее переходят к болту, расположенному под углом 90 градусов от второго, а от него – к противоположному.

Советы от мастеров

Существует ряд полезных рекомендаций от профессиональных мастеров, которые помогут с первого раза справиться с фланцевым соединением:

1. Если детали имеют по 4 отверстия, то затягивать болты необходимо накрест.
2. Поверхностную часть конструкции необходимо обязательно обезжирить и проверить на предмет коррозии и ржавчины.
3. Рекомендуется использовать только новые уплотнительные прокладки, при этом устанавливать их нужно строго по центру.
4. Сила затяжки болтов должна быть равномерной – только так можно обеспечить надежное и герметичное фланцевое соединение.

Соединенные трубы с фланцами Чтобы в будущем снять фланец используются специальные станки, которые помогают расточить его и разжать болты. Извлечь детали вручную затруднительно, поэтому применяются пневматические инструменты.

Соединение труб с помощью фланцев является удобным и надежным видом состыковки двух деталей. Оно помогает в будущем осуществить ремонт трубопровода путем изъятия соединительных элементов, тогда как сварка не позволит осуществить данную процедуру. Подбирается он в точном соответствии с условиями работы, температурой и диаметром трубы.

Какие бывают фланцы

Виды фланцевых соединений трубопроводов перечислены в специальной нормативной документации.

Для стыкования труб из стали применяют следующие типы фланцев, в зависимости от материала изготовления:

Монтаж фланцевых соединений трубопроводов сварного типа осуществляется путем их приваривания к трубному торцу при помощи двух сварных швов. Элементы, предусматривающие стыковую сварку, имеют один шов, разделяющий между трубу и фланцевый корпус. Конструкция, оснащенная кольцом, включает в себя две части – пластину и кольцо, с одинаковым диаметром. В этом случае труба имеет одно кольцом, фланец же совершенно свободно вращается вокруг трубы.

Типы фланцевых соединений трубопроводов и оборудования (или сосудов) имеют следующую классификацию:

• Плоские из стали (ГОСТ №28759-2). Используются на оборудовании сечением 40-400 см. Способны выдерживать давление 0,3-1,7 Мпа, и температуру -70 +300 градусов.
• Стальные, для стыковой сварки (ГОСТ №28759-3). Выпускаются в диаметре 4-400 см. Рассчитаны на давление 0,7-6,5 Мпа, температуру -70 — +550 градусов.
• Стальные, имеющие сечение восьмиугольного типа. Могут иметь диаметр 40-160 см. Допустимые параметры давления: 6,4-16 Мпа, температуры: -70 — +550 градусов.

 

 

Нельзя обойти вниманием и т.н. изоляционное фланцевое соединение. Его непосредственной задачей является защита трубы от коррозийных процессов электрохимического типа: именно из-за нее подземные коммуникации быстро выходят из строя.

В состав изолирующего фланцевого соединения входят две стягивающие шпильки и диэлектрическая прокладка, изготовленная из термостабилизированного графита или паронита.

С помощью такого соединения блуждающие электрические токи локализируются на конкретных магистральных участках: нередко для их отведения в почву применяют специальное заземление. Использование изолирующих фланцевых соединений приводит к заметному увеличению эксплуатационного срока коммуникаций, расположенных под землей. Меняют диэлектрическую прокладку примерно раз в 15-20 лет: для этого потребуется наличие специальных разгонщиков в виде клиновидных домкратов, для разводки соседних фланцев. Данные приспособления могут быть ручными или гидравлическими, с возможностью развить усилия до 15 тонн.

Применяемые материалы при изготовлении

При создании фланца могут применяться самые различные сплавы. Их основные характеристики во многом определяют свойства всего изделия. Чаще всего встречаются следующие варианты исполнения фланцев:

1. Чугунные.
2. Стальные.
3. Из специального пропилена.

В последнее время более востребованными вариантами исполнения считаются стальные соединительные элементы. При этом стоит учитывать, что встречается несколько различных групп сталей:

1. Углеродистые встречаются крайне часто, характеризуются высокой прочностью и относительно низкой стоимостью. Фланцы из углеродистой стали могут использоваться при создании самых различных систем трубопровода.
2. За счет добавления в состав определенных химических элементов есть возможность изменить основные качества стали. Низколегированные марки могут обладать высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью. Однако, в некоторых случаях фланцы из низкоуглеродистой стали не подходят для применения по причине сниженной прочности.
3. Нержавеющие стали сегодня встречаются крайне часто. Их особенностью можно назвать повышенную коррозионную стойкость, которая достигается за счет включения в состав большого количества хрома.

Варианты исполнения из нержавеющей стали устанавливаются преимущественно при создании системы, которая эксплуатируется в тяжелых условиях. Однако, сложности, возникающие при изготовлении нержавеющей стали, определяют существенное повышение стоимости получаемого изделия.

Варианты исполнения фланцев

Помимо классификации по материалу изготовления и способу монтажа, фланцы разделяются в зависимости от конструктивного исполнения. ГОСТ №12820 на стальные фланцы определяет 9 вариантов исполнения соединительных элементов:

• исполнение №1 – конструкция оборудована соединительным выступом (фаской) под углом 45 градусов;
• исполнение №2 – с выступом под углом 90 0 ;
• исполнение №3 – с выступом на 45 0 и выборкой (впадиной) на внутренней торцевой части;
• исполнение №4 – с внутренней выборкой и выступом на 90 0 ;
• исполнение №5 – с внутренним пазом по всей окружности фланца;
• исполнение №6 – нарезана внутренняя фаска под установку линзовой прокладки (вибровставки);
• исполнение №7 – фаска предназначена под установки прокладки овальной формы;
• исполнение №8 и №9 – аналогичны конфигурации №4 и №5 за исключения наличия фаски под линзовую прокладку.

Варианты исполнения фланцев

В отдельную группу относятся компрессионные фланцы, предназначенные для соединения стальных и пластиковых труб. Компрессионные конструкции состоят из двух частей – фланцевой пластины и выходящей из нее цанговой муфты под ПЭ трубу. Компрессионные фланцы предназначены для систем с давлением до 10 МПа. Также существуют компрессионные адаптеры, посредством которых выполняется переход из пластиковой трубы на металлическую арматуру.

Вибровставка, она же вставка фланцевая, используется для снижения уровня шума и вибрации, возникающих в процессе эксплуатации трубопровода. Вибровставки выполняются из термически устойчивой резины, имеющей кордовое основание, за счет которого прокладка получает дополнительную жесткость и устойчивость к деформациям.

Вибровставки производятся в диапазоне диаметров 25-800 мм. Они могут устанавливаться на трубопроводы водоснабжения, подачи воздуха, парообразных веществ и других химически нейтральных жидкостей. Вибровставки диаметром 25-200 мм выдерживают давление до 16 МПа, 250-600 мм – до 10 МПа. Рабочая температура резиновой вибровставки до +110 градусов. Такие компенсаторы не повреждаются при линейном удлинении труб, они способны сжиматься и растягиваться на 12-20 мм, в зависимости от размера вибровставки.

Конструктивные особенности фланцевого крепежа

Фланцевый крепеж, помимо самой соединительной пластины, состоит из 3-ех элементов:

Согласно положениям ГОСТ №12816, использовать болты можно на трубопроводах с давлением рабочей среды до 25 МПа, если давление в системе превышает данную величину, должна применяться монтажная шпилька (стальной стержень с резьбой но обеих концах), которая обеспечивает большую прочность стыка. В трубопроводах высокого давления (от 100 МПа) используется шпилька из 35-ой стали, при давлении до 100 МПа – шпилька из стали 20Х.

Шайбы для фланцевых соединений представляют собой стальную пластину, подкладываемую под гайку либо шапку болта с целью увеличения ее опорной площади. Для крепежа фланцев допускается применять болты, шпильки и шайбы классов прочности 8.8, 6.6 и 5.6.

Защитный кожух из листовой стали

На фланцы, установленные на трубопроводах перекачивающих агрессивные жидкости, в обязательном порядке монтируется защитный кожух (КЗХ). Кожух представляет собой чехол из гидфровобного текстиля, листовой стали либо полимерных материалов, который предотвращает расплескивание рабочей среды при потере соединением герметичности.

Защитный кожух выпускается в диаметре 15-1200 мм, наиболее распространенные кожухи из фторопласта могут эксплуатироваться при температуре от -200 до +230 градусов.

Использование фланцевых соединений в трубопроводах обусловлено простотой сборки и возможностью замены запорной арматуры или фасонных изделий. Такая конструкция обеспечивает прочную стыковку частей трубопровода.

Благодаря фланцевым соединениям облегчаются следующие мероприятия:

• профилактические работы по очистке труб
• ремонт частей трубопровода
• модернизация элементов

Визуально фланец представляет собой деталь с плоской поверхностью квадратной или круглой формы. Изделие имеет отверстия, предназначенные для установки крепежных элементов – болтов, шпилек, шайб, гаек.

В эксплуатации трубопроводов используются несколько видов фланцевых соединений:

• приварной тип
• свободновращающийся вид
• резьбовой тип
• глухой формы
• сквозного вида

Фланцевые соединения используются практически для всех трубопроводов с различными средами. В зависимости от характеристик передаваемой среды, подбирают материалы для изготовления фланцев или делают композитные изделия, которые повышают стойкость металлов к специальным веществам.