Какими бывают прокладки для фланцевых соединений и как их выбрать?

Прокладки для фланцевых соединений не позволяют воде или иной жидкости вытечь из системы. Они служат уплотнителем, закрывающим щели между фланцами, при этом противостоят значительному напору, достигающему 20 и более атмосфер по величине оказываемого давления.

Уплотнитель фланцевого стыка применяют для закрытия щели между деталями при некотором усилии. Оно необходимо, чтобы прокладка не вывалилась, при этом давление и температура внутри отличаются на порядок от этих же показателей снаружи. Укладываемый слой ликвидирует возможные неровности, которые невооружённым глазом не сразу заметны. Если бы не они, то прокладка вообще не была бы нужна, однако идеальных фланцев, без неровностей, не существует.

Благодаря прокладке устраняется утечка жидкости из системы сосудов и трубопроводов. Прокладка для фланцев играет ту же роль, что и уплотнитель в крышке бака. Твёрдость ее должна оказаться заметно меньше, чем у зажимного материала (фланцы). Это достигается в целях предотвращения повреждения крепежа (болтов и гаек). Чтобы прокладка не разгерметизировалась в процессе постепенного износа (она испытывает на себе постоянное прижимное усилие со стороны поверхности фланцев), крепёж должен подбираться с учётом данной особенности. Во избежание периодического подкручивания под гайки кладут т. н. гроверные (пружинящие) шайбы, представляющие собой нарезанные витки пружины.

Прежде чем классифицировать эти комплектующие по конкретным видам, уплотнительные прокладки стоит разграничить по основным типам: комбинированные, металлические и неметаллические. Форма исполнения – не только плоская круглая, но и линзовая (равномерное утолщение по окружности при отдалении от краёв материала) – такие иногда применяют для фланцев-заглушек с целью повысить диапазон оказываемого изнутри давления. Так, паронитовые прокладки выдерживают температуру эксплуатации -50… 500 по Цельсию, на что не способна резина: та рассыпается при значительном морозе и начинает прогорать при температуре 150… 200 градусов.

Простейший вариант для приёмных труб, трубопроводов различного назначения – резиновые. Однако чтобы они не прилипали к фланцевым соединениям, например, в системе горячего водоснабжения и отопления, используют графитовую прослойку. Применение чисто графитовых прокладок тоже допускается, однако при этом графит имеет свойство ломаться и растрескиваться при малейшем смещении, чьё направление перпендикулярно его плоскости расположения.

Прокладочный материал может быть и паронитовым (термостойким), и фторопластовым (негорючий пластик, напоминающий флюорокарбон для лесок). Используются и композитные (комбинированные) листовые материалы.

Помимо резины, для изготовления неметаллических прокладок применяют арамид, стекловолокно, эластомер (резиновые или каучуковые компоненты), тефлон. Полнопрофильные вкладки подойдут для плоских фланцев, не имеющих отбортовок, воротков и т. д. Уплотнители с плоским кольцом используют преимущественно с фланцевыми деталями, имеющими соединительный выступ. Маркируется вся эта продукция по системе ASME B16.21 (стандарт, используемый при определении прокладочного материала из неметалла).

Чисто резиновые, не имеющие металлических колец/канавок, относят лишь к неметаллическим. Т. н. полуметалл подразумевает использование прокладки для придания ей упругости и достаточной прочности в сочетании с совместимостью и полной герметизацией стыка. Полуметаллические прокладки представляют собой элементы со спирально навитыми составляющими. В частности, резиновые и графитовые образцы бывают усилены металлической основой.

«Полуметалл» подходит для использования при высоких температурах и давлениях. Прокладки чисто из резины, паронита и графита попросту раскрошились бы, к примеру, от температуры в 150 градусов и давления в 30 атмосфер: предел температурной прочности резины не превышает 140 градусов, после чего она попросту начинает подгорать, слипается с фланцем и постепенно обугливается. Полуметаллические прокладки применяют на фланцах с наружной и внутренней винтовыми нарезками, а также на фланцевых комплектах, одна поверхность которых обладает шипами, вторая – пазами. Маркировка полуметаллических экземпляров производится по всё той же схеме ASME B16.20. Прокладки из паронита учитываются и по ГОСТ 15180-1986.

Металлические изделия являются неметаллизированными, как это произошло бы в случае выделки полуметаллических уплотнителей, а представляют собой окольцованные соединения. Поверхность фланцев при этом должна быть максимально гладкой – это предотвратит утечки жидких сред из трубопроводной системы. Количество металлов представлено как одним, так и несколькими. Принцип действия таких соединений основан на зажатии более твёрдым сплавом относительно мягкого металла, при этом последний повторяет все неровности первого. Поэтому верный подбор материалов здесь крайне важен: несоответствие металлической составляющей фланца или прокладки чревато протечкой.

Основной силой здесь является затяжка болтами. Маркировка прокладочно-фланцевых окольцевателей осуществляется по стандарту ASME B16.20. Металлические прокладки выпускаются также овального сечения – для фланцев, чья форма не круглая, а такая же.

В основном на рынке соединительных частей для трубопроводов наибольшим спросом пользуются прокладки под фланцы Ду50 и Ду80 – они применяются для организации бойлерной в системе отопления, где установлены краны-задвижки вращательного (не вентильного) типа.

Для паронитовых прокладок нормированы варианты исполнения А, Б, В, Г и Д. Фланцевая парность используется по следующей схеме: В (1); E (2) и F (3); C (4) и D (5); L (8) и M (9); B (1) и D (5), только в этом случае соединение окажется очень плотным.

Проход сегмента трубопровода, в котором имеются фланцы с прокладками, нормируется исходя из давления внутренней среды. Так, для давления в 0,25 мегапаскаля и варианта исполнения прокладки А используется проход в 10… 3000 мм. Показатель в мегапаскалях – максимум давления, который превышать нельзя. Для 0,63 МПа проход составит 10… 2400 мм. Чем больше давление в трубопроводах – тем меньше максимально допустимая ширина прохода. Для прокладок Б и В значения давления и прохода представлены соответственно одними и теми же диапазонами. Прокладки Г и Д отличаются ещё меньшим параметром прохода для большего давления.

Номиналы условного диаметра прокладок отличаются от значений наружного и внутреннего. Так, для Ду10 наружный диаметр равен 45, внутренний – 14 мм. Связано это с тем, что внутренняя кромка прокладок не подходит вплотную к зазору жидкостного просвета трубопровода, а отстоит от него на определённое количество миллиметров. Для Ду25 эти значения равны, соответственно, 69 и 29 мм. Но эта зависимость нелинейная: так, для Ду50 значения составят 106 и 57 мм.

Для самого большого – Ду3000 – фланца значения равны, соответственно, 3119 и 3020 мм. Значение толщины паронитной прокладки – 2… 3 мм: чем больше проход – тем она толще, т. к. вес фланца в наибольшем исполнении последнего достигает десятков килограммов.

Главный совет – герметичность стыка должна обеспечиваться на протяжении не одного месяца. Высококачественная прокладка способна прослужить несколько лет, в первую очередь это относится к металлическим изделиям. Прилегание должно быть исключительно плотным – несмотря на давление, которое сдерживается данной прослойкой.

Механические дефекты, оставшиеся в виде тонкой шероховатости и микровыбоин, например, после грубой обработки, исключить невозможно в полной мере. Даже холоднокатаные изделия не являются в этом случае идеально ровными.

Агрессивная среда (растворы кислот средней крепости, например) способна разъесть даже самый стойкий к подобным воздействиям армированный материал. Исключением являются лишь редкие металлы, относящиеся к благородным, но в качестве расходного сырья для фланцевых прокладок они не применяются. Высокой агрессивностью также характеризуется солевой раствор, в котором, к примеру, поваренная соль растворена в больших количествах. Откладываясь на поверхности прокладок – в тех местах, где они изнутри соприкасаются с жидкой средой, под воздействием высокой (от 100 по Цельсию) температуры она вступает с графитом и некоторыми металлами в реакцию. Чтобы заменить прокладку, выполните следующие действия.

1. Снимите гайки и болты, раскрутив их.

2. Зачистите места из расположения от следов ржавчины (если они образовались).

3. Удалите старый уплотнительный материал.

4. Смажьте новые прокладки маслом или графитовой смазкой. Особенно это относится к полимерным (резина, фторопласт-4) материалам.

5. Установите прокладку между фланцами и затяните стык, используя всё те же болты, гайки и шайбы.

При обнаружении неоднородностей (сколов) после счищения старого обкладочного материла ножом получившие повреждения места на фланцах покрывают слоем дополнительного уплотнителя, например, термостойкого герметика.

Перед установкой или заменой прокладки фланцевые стыковочные поверхности должны оказаться строго параллельны друг другу. Не допускаются перекосы, неравномерная затяжка фланцев – это способствует образованию щелей, из-за которых стык не обретёт свойственную ему герметичность. Чем больше диаметр фланца (и прохода для жидкой среды в секции, укомплектованной фланцевыми соединениями), тем жёстче должно соблюдаться данное требование. Если герметичность нарушена, то работу трубопроводов и сосудов, соединённых в единый тракт, содержащий фланцевые стыки, останавливают.

Похожие инциденты влекли, к примеру, утечку горячей воды из теплотрассы, падение давления, что приводило к значительным потерям теплоносителя (нагретой воды) и повышенному перерасходу для закачки и подогрева всё новых порций воды в систему.