Соединение труб с помощью фланцев

На основании ГОСТИ 24856-2014 под фланцем понимается компонент арматуры, которые применяется для ее соединения с трубами или разными агрегатами. В основном фланцы производят в форме кольца плоской формы, с уплотнительной поверхностью, а также отверстиями под крепежи. В упомянутом ГОСТе сказано о том, что существует несколько видов фланцев: фланец для приварки встык, плоский фланец, а также фланец на резьбе.

Трубопроводы,  которые оснащены фланцами, называются фланцевыми.  Патрубок, который обеспечивает фланцевое подключение к трубе, именуется патрубком фланцевым.  Хотя тот или иной метод подключения трубопроводной арматуры приближен к оптимальному своему сочетанию условий (рабочие параметры трубопроводы, материалы), область применения может повлиять на тип присоединения. Тут можно говорить о некой технологической конкуренции разных состыковок арматуры. Допустим, в процессе создания систем трубопроводов, для передачи газа, арматуре фланцевого типа прямо «противопоставляется» приварная арматура.

Как и прочее фланцевое соединение арматуры, вместе с очевидными преимуществами имеет определенные недостатки. В случае с фланцевой арматурой наблюдается перевес в пользу преимуществ. Примечательно, что именно фланцевые соединения зачастую применяются проектировщиками. И это не случайно, ведь качество подобного соединения намного лучше, чем у других типов соединений.

Степень герметичности соединений

Самое главное требование, которое предъявляется к соединению трубопровода с арматурой – это герметичность. Стоит отметить, что утрата герметизации соединений фланцев происходит не по причине объективных изъянов, а по причине несвоевременного и халатного обслуживания.  Чтобы соединения на трубопроводе всегда были герметичными, важно регулярно подтягивать фиксаторы фланцев. Разумеется, нельзя забывать о прокладках.

Надежность, возможность многократной установки, применение при различных температурных режимах – все это и не только относится к преимуществам рассматриваемого соединения. С его помощью можно состыковывать трубопроводы практически любого диаметра (от 10 до 1800 мм).

Заметим, что огромное количество разновидностей фланцев не вводит в растерянность специалистов. Наоборот, они имеют множество возможностей для создания качественных соединений. Разные варианты исполнения, стандартные изделия, общие технические требования позволяют выполнять работы на высшем уровне.

Сегодня в России действует стандарт ГОСТ 33259-2015 Фланцы арматуры, соединения с номинальным давлением до PN250. Размеры, конструкции, общие технические требования. Этот документ заменяет ГОСТы, которые применялись раньше.

В частности, в ГОСТ 33259-2015 приводится 6 типов фланцев. Четыре первых наименования имеют следующее название: стальной, плоский фланец.

Что касается стальных плоских фланцев под приварку, то их одевают на трубу, а потом к ней приваривают.

 Свободные фланцы характеризуются тем, что диаметр на внутреннем сечении у них больше, чем на трубе в наружном диаметре. Следовательно, легко выполняется приварка к трубопроводу, а значит, монтаж становится легким.

Плоский фланец из стали на приварном кольце, кроме собственно фланца имеет кольцо, которое совпадает с фланцем по размеру условного диаметра. Посредством сварки можно зафиксировать не только кольцо, но и оставить фланец свободным. Такой способ фиксации полезен при установке фланцевых соединений в местах, куда добраться очень трудно,  при потребности в частой замене и ремонте арматуры.

Чтобы применять стальные, плоские фланцы свободного типа, на отбортовке нужно подготавливать конец трубы. Его деформируют до появления плоской, упорной поверхности. Данные фланцы лучше всего использовать на трубопроводах, составленных из цветных металлов.

Когда устанавливаются стальные, плоские фланцы свободного типа на хомуте, под приварку вместо замкнутого кольца ставят хомут.

Стальной приварной фланец встык соединяется с помощью одного сварочного шва, который соединяет встык торец трубы с воротником фланца. Внутренний диаметр у него точно такой, как и у трубы.

На основании ГОСТ 33259-2015, для типов 01,02, 11 и 21 предусмотрено 2 ряда размеров. Предпочтительным считается первый ряд.

Уплотнительная поверхность

Один из важных конструктивных элементов фланца – это уплотнительная поверхность. На основании ГОСТ 33259-2015, было принято 10 исполнений с подробным указанием размеров.

Если говорить об оптимальной форме фланцев, то предпочтительной считается круглая форма. Намного реже встречаются фланцы прочих форм. Тем не менее, в нормативах указано, что можно выпускать фланцы даже с квадратным сечением. На них выполняется минимум 4 отверстия для крепления. Примечательно, что в отверстиях на фланцах (для крепежей) могут выполнять резьбу.

Производство фланцев: технология и материалы

Обычно фланцы изготавливают из низколегированной, углеродистой стали, которая устойчива к коррозии. Если используется чугун, то применяются следующие марки: СЧ15, СЧ20, ковкий чугун КЧ30-6; чугун высокой прочности ВЧ 40 и ВЧ 45.

Что касается фланцев типа 01-04, то для их производства можно использовать листовой прокат. В том случае, когда швы по всему сечению соединены сваркой, то фланцы также можно изготавливать сварными. Однако для изделий типа 11 листовой металл не используется. Тут применяются штампованные заготовки или поковки.

Фланцы, которые выполнены методом горячей ковки металла, штамповкой, прокатом максимально отвечают современным эксплуатационным требованиям. Лучше всего, когда после горячей штамповки изделия проходят дополнительную термическую закалку.

Чугунные фланцы деформируются в меньшей степени. Однако обращаться с ними нужно бережно, если учесть, что чугун – материал хрупкий. Например, при затяжке креплений нужно соблюдать порог силы, чтобы не сломать чугун.

Крепежи

Трудно переоценить роль крепежных элементов во фланцах. С помощью шпилек или болтов нужно соединять элементы, которые будут подвержены высоким нагрузкам. Обычно крепежи выполняют с того же металла, что и фланец.

При выполнении отверстий для крепежей на фланцах, нужно соблюдать симметрию в плане вертикальной и горизонтальной оси. Обычно крепежи поставляют в комплекте вместе с фланцем. Только так можно получить гарантию совместимости деталей.

Прокладки на соединениях

Когда подбирается прокладка для фланцевого соединения, обязательно нужно учесть характер среды, с которой будет работать трубопровод. Также во внимание принимаются следующие параметры: температура, давление, окружающая среда. Уплотнение фланцев может быть подвижным или неподвижным. В зависимости от того применяют легкоплавкие уплотнители, паронит, резину, прочие материалы. Что касается фланцев плоского исполнения, то их герметизируют с помощью гофрированных или металлических прокладок, которые имеют мягкую набивку.

Очень важным параметром при соединении фланца с трубопроводом является усилие, с которым сжимается прокладка. Как правило, оно измеряется в сотнях килоньютонов.

Если говорить о том, какие размеры имеют прокладки, то отметим, что они призваны обеспечить сборку узла с учетом поверхностей, которые занимает собственно уплотнитель. Когда выполняется центрирование всего узла, не должно быть выдавливания прокладки. Чтобы уплотнительная прокладка лучше зафиксировалась на фланце,  могут применяться дополнительные конструктивные элементы фланца. В частности, шип и паз на двух поверхностях, противолежащих друг другу, может быть некий замок. Он не только защищает прокладку, но и увеличивает степень герметизации соединения.