Особенности стальных приварных фланцев

Соединение при помощи фланцев применяется преимущественно на магистральных трубопроводах, к примеру, для горячего водоснабжения и отопления, где небезопасно использование сварных швов на трубах «встык» или резьбовых муфт. Муфты значительных диаметров – от 30 см – не выпускаются, да и завинтить в них трубы – проблема.

Фланцевое соединение по сравнению со сварным имеет существенное отличие – сохранение разъёмности и возможности продолжения трубы без необходимости пилить исходный трубопровод на конце или там, где планируется организовать равнозначный отвод либо пересечение. Исполнение фланцевого соединения – сварка фланцев с трубами и последующий монтаж секций с применением резиновых прокладок и болтов (или шпилек) с гайками и пресс-шайбами.

Стальные приварные фланцы – самое простое решение. Они выполняются как из обычной углеродистой стали 09Г2С, так и из нержавейки марки 12Х18Н10Т (для стойкого нержавеющего эффекта нужно не менее 14% хрома по массе). Марка стали 20 (Ст20) относится к малоуглеродистым, равно как и, к примеру, состав ВСт3Сп3 (на основе низкоуглеродистого сплава Ст3). Конструкция с применением фланца легко сменяема и ремонтируема, основными «симптомами» повреждения соединения считаются рассыхание резиновой прокладки и пропускание, к примеру, горячей воды, что служит сигналом к замене уплотнителя. Нержавеющий фланец устанавливается на магистрали, где частые протечки воды из-за прохудившегося уплотнителя вызвали бы существенное ржавление элемента – и нарушение его геометрии, поэтому такие фланцы часто делают врезными, а не приварными (накидными, с резьбой). По типу исполнения различают свободные, стыковые и другие разновидности фланцевых элементов – и те и другие используются с равным успехом.

Помимо круглых фланцев, используются фланцевые соединения в виде шестигранника, квадрата или даже треугольника. Но оптимальными по затратам на сталь являются правильные многоугольники и круг. Тип соединения – встык, внахлестку, с соединительным выступом.

Свободные фланцы выпускают в нескольких вариантах: с соединительным выступом, со впадиной, с шипом и с пазом (в том числе два последних варианта – под резиновую или фторопластовую прокладку). Наиболее удачным вариантом является соединение под разные типы прокладок.

По виду использования различают следующие разновидности комплектующих.

Фланцы для арматуры, соединительных деталей и для подключения труб. Давление – до 200 атмосфер, выпускаются на основании ГОСТ 12815-1980.

Для сосудов и аппаратов – выпускаются согласно ГОСТ 28759.1 (2,3,4) 1990. По первому пункту статьи данного госстандарта эти изделия применяют для стыковки трубопроводов с патрубками, вторые – для соединения устройств с этими же трубопроводами. Они могут быть отлиты из серого, ковкого чугуна, либо из обычных сталей.

Глухие стальные фланцы, устанавливаемые в качестве заглушек, отливаются в основном из стали. Все изделия рассчитаны на температуру эксплуатации -15… 300 градусов. Рабочее давление может достигать 20 атмосфер.

Приварные воротниковые, устанавливаемые встык, нормируются по ГОСТ 12821-1980. Выдерживают работу с давлением до 200 атмосфер, температуру в -253… 600 градусов.

Стальные свободные на приваривающемся кольце, нормируются согласно ГОСТ 12822-1980, рассчитаны на давление до 25 атмосфер и температуру -30… 300 градусов.

Стальные плоские приваривающиеся, учитываются по нормам ГОСТ 28759.2-1990. Рассчитаны на трубы и сосуды с диаметром от 4 дм до 4 м. Рабочее давление – до 16 атмосфер, температура использования составляет -70… 300 градусов, предназначены для работы в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Этот подвид предназначен для нефтехимического производства, включая перегонку нефтепродуктов.

Наиболее часто встречающиеся для применения в газовых и бойлерных системах типоразмеры – Ду100, Ду50, Ду80, Ду150 Ру16, Ду65, Ду250, Ду40, а также размеры на 500, 32, 200, 159 мм. Маркировка «ДУ», или условный диаметр, означает их внутреннее сечение (по просвету), при этом внешний диаметр подходящей трубы (например, не приварной, а завинчивающейся) равен ему. Вороткообразные фланцы, в которых размер воротка может быть заметно больше размера трубы, укрепляются при помощи контргаек, не позволяющих фланцевым сборкам проворачиваться на обоих отрезках трубы.

Система учёта номинала изделий такова, что в расчёт берётся не только ДУ (условный диаметр), но и РУ (распирающая условная сила, то есть рабочее давление). Логика проста: чем больше рабочее давление, тем толще труба и, соответственно, надёжнее должен оказаться фланец. Механически, чтобы он выдержал это давление и не разошёлся, «блин», из которого его выточили и высверлили (по краям – не менее трёх отверстий под болты или шпильки на одну такую фланцевую единицу) на токарно-фрезерном конвейере, должен быть как минимум не тоньше, чем толщина стенок трубы. В норме – втрое толще, так как берётся тройной запас прочности стыков. Нетрудно на практике обосновать, к примеру, вес фланца ДУ-80, рассчитанным на давление РУ-1… РН-2,5 (1… 2,5 атмосферы) – равен он 2,43 кг. Для давления до 200 атмосфер вес фланца возрастает нелинейно, но по допустимым нормам: этот же ДУ-80 весит уже 27,55 кг: используется более чем в 20 раз большая массивность и значительная толщина.

Для трубопроводов с высоким давлением выбирают воротковый фланец. Он выдерживает значительные перепады давления, до 200 атмосфер, не реагирует и на вакуумное воздействие. Он незаметно переходит в основную трубу, отличается сроком службы до 100 лет, даже когда его согнули и разогнули несколько раз.

Накидной выбирают также для сварных соединений, расположенных снаружи и изнутри фланца. Разница с предыдущим в том, что он уступает ему по продолжительности срока службы – меняют его до 10 раз чаще.

Раструбный выбирают для труб высокого давления и незначительного диаметра. Шов выполняют так, чтобы угол схождения труб не менялся. Прочность – как у накидных изделий, а срок использования стыка вырастает в несколько раз.

Свободные детали выбирают для ПНД-труб. Внутренний просвет фланца растачивают на заводском станке до размера прокладки из полиэтилена.

Резьбовой фланец применяют в условиях, где сварка запрещена по соображениям безопасности. Под него на трубе нарезается резьба – усиление соединения производится при помощи контргайки снаружи, как в случае со сгонами, пригнанными к батарее.

Глухой – элемент, ставящийся как заглушка. Особенность – продолжение монтажа трубопроводов, протяжённость которых временно ограничена.

Несмотря на периодическую по протяжённости линии стыковку труб, агрегаты и устройства, работающие на этой же линии, стыкуются с применением этих же фланцев. К примеру, используются фланцевые стыки для маслоохладителей. В данном варианте часто используют два комплекта (две пары) фланцев, включая стыковые и ответные. Ответные фланцы применяются для стыковки аппарата, к примеру, с нефтяной или газопроводной магистралью, когда асам агрегат выполняет очистку и перегонку сырьевого (исходного) топлива.