Der Flansch ist eine unverzichtbare Schlüsselkomponente in modernen Rohrleitungs- und Anlagensystemen. Als standardisierte, lösbare Verbindungsmethode für Rohrleitungen wird er in erster Linie eingesetzt, um zuverlässige Schnittstellen zwischen Rohren, Ventilen, Pumpen und Geräten zu schaffen, was die Abdichtung, Installation, routinemäßige Wartung und Inspektion des Systems erheblich erleichtert. Flanschverbindungen nutzen die Vorspannung der Schrauben, um die Komponenten fest miteinander zu verbinden, was sie zu einer der am weitesten verbreiteten Verbindungsformen in der Fluidtransporttechnik macht.
Was ist ein Flansch?
Ein Flansch ist im Wesentlichen ein rundes oder quadratisches Verbindungsstück mit Schraubenlöchern, das am Ende eines Rohrs oder einer Anlage montiert wird. In der industriellen Praxis besteht eine komplette Flanschverbindung aus drei Kernkomponenten:
- Flansch Körper: In der Regel zwei Teile, die zur Verbindung der Rohr- oder Geräteanschlüsse dienen.
- Dichtung: Wird zwischen den beiden Flanschflächen angebracht, um eine flexible Dichtung zu gewährleisten.
- Verschraubung: Das Aufbringen einer gleichmäßigen Vorspannung über Schrauben und Muttern.
Explosionsdarstellung der Hauptkomponenten einer Flanschverbindung - Flanschkörper, Dichtung und Verschraubung.
Der Hauptwert der Flanschverbindung liegt in ihrer Fähigkeit, eine schnelle, zuverlässige und wiederholte Demontage und Wartung zu ermöglichen und gleichzeitig einen leckagefreien Betrieb zu garantieren, was ein wesentlicher Vorteil gegenüber Schweißverbindungen ist.
Neben der Anwendung in Rohrleitungen ist der Begriff "Flansch" kann sich auch im weiteren Sinne auf jeden vorstehenden Rand oder jede Kante beziehen, die zur Verstärkung oder Verbindung mechanischer Strukturen verwendet wird.
Wie eine Flanschverbindung funktioniert
Das Dichtungsprinzip einer Flanschverbindung beruht auf mechanischer Kraft. Der Prozess läuft im Wesentlichen in folgenden Schritten ab:
- Erstplatzierung: Die Dichtung wird genau zwischen den Dichtflächen der beiden Flansche positioniert.
- Pre-load Anwendung: Durch das gleichmäßige Anziehen der Schrauben und Muttern wird eine erhebliche axiale Vorspannung auf die Dichtung ausgeübt.
- Verformung der Dichtung: Unter der Vorspannung verformt sich die Dichtung kontrolliert (elastisch oder plastisch), füllt die kleinen Unregelmäßigkeiten, Rillen oder Defekte auf den beiden Flanschflächen vollständig aus und passt sich ihnen an.
- Leistung versiegeln: Wenn das System in Betrieb ist, werden die Trennkräfte, die durch den inneren Mediendruck, die Temperatur und die äußeren Belastungen entstehen, durch die Schraubenvorspannung ausgeglichen. Solange die Schraubenkraft die Summe aller Trennkräfte übersteigt, behält die Dichtung ihre minimale Dichtungsspannung bei und erreicht so eine zuverlässige und dauerhafte Abdichtung.
Gängige Flanschtypen
Flansche gibt es in verschiedenen Ausführungen, die jeweils für unterschiedliche Betriebsbedingungen, Druckstufen und Installationsanforderungen geeignet sind.
Vorschweißflansch
Der Vorschweißflansch verfügt über eine lange, konische Nabe, die durch Stumpfschweißen mit dem Rohr verbunden wird. Sein allmählicher Übergang von der Flanschdicke zur Rohrwand minimiert die Spannungskonzentration und sorgt für ausgezeichnete Festigkeit und zuverlässige Abdichtung. Er ist ideal für Hochdruck-, Hochtemperatur- und schwankende Betriebsbedingungen wie Dampfleitungen und Wärmetauscher.
Aufsteckbarer Flansch
Der Aufsteckflansch gleitet direkt über das Rohr und ist sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite kehlgeschweißt. Er bietet eine einfache Ausrichtung und erfordert weniger Schweißarbeiten. Aufgrund seiner mäßigen Festigkeit eignet er sich am besten für Anwendungen mit niedrigem bis mittlerem Druck bei normalen Temperaturen, wird aber nicht für starke Druck- oder Temperaturschwankungen empfohlen.
Blindflansch
Der Blindflansch ist eine massive Platte ohne Bohrung, die zum Verschließen des Endes einer Rohrleitung, eines Ventils oder eines Druckbehälters verwendet wird. Er ermöglicht einen einfachen Zugang für Inspektion, Wartung oder hydrostatische Prüfung und bietet ein zuverlässiges Mittel zur Isolierung eines Abschnitts des Rohrleitungssystems.
Muffenschweißflansch
Der Schweißmuffenflansch hat eine vertiefte Bohrung, in die das Rohr eingeführt und mit einer einzigen äußeren Kehlnaht verbunden wird. Diese Konstruktion bietet eine hohe strukturelle Integrität und wird in der Regel für Hochdrucksysteme mit kleinem Durchmesser, wie z. B. Instrumentenleitungen, verwendet. Sie ist jedoch weniger geeignet für korrosive Flüssigkeiten oder Anwendungen, die eine strenge Schweißnahtprüfung erfordern.
Flansch mit Gewinde
Der Gewindeflansch wird über ein Innengewinde mit den Rohren verbunden, so dass kein Schweißen erforderlich ist. Er ermöglicht eine schnelle Installation und ist besonders nützlich in Bereichen, in denen Schweißen gefährlich oder nicht erlaubt ist. Gewindeflansche werden in der Regel in nicht kritischen Niederdrucksystemen mit brennbaren oder explosiven Medien verwendet.
Überlappungsverbindung Flansch
Der Überlappungsflansch besteht aus einem Stummel und einem losen Stützring, der sich frei um ihn herum drehen kann. Dies ermöglicht eine einfache Ausrichtung der Schraubenlöcher und eine bequeme Montage oder Demontage. Er eignet sich ideal für Rohrleitungssysteme, die häufig gewartet werden müssen oder mit korrosiven Flüssigkeiten in Berührung kommen, wobei das Stutzenende aus korrosionsbeständigem Material hergestellt werden kann, während der Gegenflansch aus kostengünstigem Kohlenstoffstahl besteht.
Flanschflächenarten
Die Dichtfläche ist der Teil des Flansches, der direkt mit der Dichtung in Berührung kommt, und ihre Geometrie bestimmt die Dichtungsleistung und die geeigneten Dichtungsmaterialien.
Vergleich von drei Flanschdichtungsarten: Ring Type Joint (RTJ), Raised Face (RF) und Flat Face (FF).
- Ring Type Joint (RTJ):Die Dichtungsfläche umfasst eine präzise bearbeitete Nut, die eine Metallringdichtung aufnimmt. Diese Konfiguration bietet eine extrem hohe Dichtungsintegrität und wird häufig unter Hochdruck-, Hochtemperatur- oder gefährlichen Medienbedingungen eingesetzt.
- Erhöhtes Gesicht (RF):Die Dichtungsfläche liegt leicht erhöht über der Schraubenkreisfläche. Sie ist die am häufigsten verwendete Flanschfläche und bietet eine breite Anpassungsfähigkeit an verschiedene Dichtungen, insbesondere nichtmetallische Blechdichtungen und spiralgewickelte Dichtungen.
- Flache Fläche (FF):Die Dichtfläche ist bündig mit der gesamten Flanschfläche. Sie wird in der Regel für Niederdrucksysteme und Geräte aus spröden Materialien wie Gusseisen oder Glasfaser verwendet, um Biegespannungen beim Anziehen der Schrauben zu vermeiden.
Abmessungen
Die Flanschabmessungen definieren die geometrischen Parameter, die für eine ordnungsgemäße Ausrichtung, Abdichtung und mechanische Integrität innerhalb eines Rohrleitungssystems erforderlich sind.
Sie bestimmen nicht nur die Kompatibilität des Flansches mit dem angeschlossenen Rohr, sondern auch seine Fähigkeit, Dichtungen und Verschraubungen unter Druck korrekt aufzunehmen.
Wesentliche Parameter der Dimensionen:
- Nenndurchmesser (DN / NPS): Stellt die Rohrnennweite dar, die dem Innendurchmesser des angeschlossenen Rohres entspricht - DN für metrische Systeme und NPS für imperiale Systeme.
- Außendurchmesser und Lochkreis: Geben Sie die Gesamtgröße des Flansches und die genaue Position der Schraubenlöcher an, um die Ausrichtung und Austauschbarkeit zu gewährleisten.
- Entwurfsgrundlage: Alle Abmessungsparameter - einschließlich der Anzahl, Größe und Abstände der Schrauben - müssen strikt mit der anwendbaren Drucknorm (z.B. ASME B16.5 oder EN 1092) übereinstimmen, um sicherzustellen, dass der Flansch, die Dichtung und die Verschraubung unter dem vorgesehenen Auslegungsdruck sicher funktionieren.
Druckstufen
Die Druckstufen von Flanschen definieren den maximalen Innendruck, dem ein Flansch bei einer bestimmten Temperatur sicher standhalten kann. Sie sind der wichtigste Indikator für die Festigkeit und Druckbelastbarkeit eines Flansches und dienen als Schlüsselparameter für die Systemauslegung und die Materialauswahl.
Klassifizierungssysteme:
Verschiedene Normen drücken die Flanschdruckstufen in unterschiedlichen Systemen aus:
- Amerikanisches System (ASME-Klasse): Verwendet Bezeichnungen wie Class 150, Class 300, Class 600, usw. Eine höhere Klassennummer bedeutet eine höhere Druckbeständigkeit.
- Europäisches System (EN/DIN PN): Verwendet Bezeichnungen wie PN10, PN16, PN40, usw., wenn PN steht für Nenndruck (normalerweise in bar gemessen).
Es ist wichtig zu beachten, dass der zulässige Betriebsdruck eines Flansches mit steigender Betriebstemperatur abnimmt. Konstrukteure müssen immer die anwendbaren Druck-Temperatur-Bemessungstabellen für den spezifischen Werkstoff und die Norm konsultieren, um sicherzustellen, dass der ausgewählte Flansch die tatsächlichen Betriebsbedingungen erfüllt.
Flanschnormen und Kennzeichnung
Flanschnormen definieren die Anforderungen an Abmessungen, Werkstoffe und Prüfungen, die eine weltweite Austauschbarkeit und gleichbleibende Leistung in allen Rohrleitungssystemen ermöglichen.
Sie werden nach regionalen und industriellen Systemen eingeteilt, wobei jedes System seine eigenen Druckstufen und Maßkonventionen hat.
Obligatorische Kennzeichnungen auf jedem Flansch gewährleisten eine vollständige Rückverfolgbarkeit und Identifizierung während der gesamten Herstellungs- und Nutzungsdauer.
Gemeinsame Standardsysteme:
- ASME B16.5 und ASME B16.47 - Überwiegend auf dem amerikanischen Kontinent verwendet.
Die B16.5 gilt für Flansche bis NPS 24, während die B16.47 für große Durchmesser von NPS 26 bis NPS 60 gilt. - EN 1092 / DIN-Normen - In Europa ist es üblich, die Druckreihe PN zur Angabe der Nenndruckstufen zu verwenden.
- HG/T 20592-20635 - Chinesische Normen der chemischen Industrie, die mit internationalen Systemen harmonisiert sind und sowohl PN- als auch Class-Serien unterstützen.
Alle konformen Flansche sind dauerhaft mit wichtigen Daten wie Normbezeichnung, Werkstoffklasse, Nennweite, Druckklasse und Schmelznummer gekennzeichnet, um Qualitätskontrolle, Einhaltung von Vorschriften und zuverlässige Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten.
Flanschanwendungen in der Industrie
Aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit sind Flanschverbindungen in kritischen Infrastrukturen in verschiedenen Branchen weit verbreitet:
- Öl- und Gaspipelinesysteme: Für den Anschluss von Fernleitungen, Pumpstationen, Kompressorstationen und Öl- und Gasverarbeitungsanlagen.
- Chemische Prozessleitungen: Sie werden für den Transport von korrosiven, Hochtemperatur- oder Hochdruckchemikalien verwendet und erleichtern die regelmäßige Inspektion und den Austausch der Ausrüstung.
- Systeme für die Schifffahrt und Offshore-Technik: Wird zum Anschluss von Schiffsleitungen, Entsalzungsanlagen und verschiedenen Systemen auf Offshore-Plattformen verwendet.
- HVAC- und Wasseraufbereitungssysteme: Für den Anschluss von Heizkesseln, Wärmetauschern, Pumpen und großen kommunalen Wasserversorgungs- und Entwässerungsnetzen.
Schlussfolgerung
Der Flansch als standardisierte, hochgradig wartbare und breit anwendbare Rohrverbindungsmethode spielt eine entscheidende Rolle für die industrielle Sicherheit und Effizienz. Bei der Konstruktion und Beschaffung müssen die Ingenieure Faktoren wie Medieneigenschaften, Betriebstemperatur und Druck sorgfältig berücksichtigen, um den Flanschtyp, den Belag, die Druckstufe und die Norm richtig auswählen. Nur durch die richtige Auswahl und Installation kann die langfristige Sicherheit und der zuverlässige Betrieb des gesamten Flüssigkeitstransportsystems gewährleistet werden.
Um sicherzustellen, dass Ihr nächstes kritisches Rohrleitungsprojekt den Vorschriften entspricht und optimiert ist, Kontakt zu unserem Ingenieurteam für eine fachkundige Beratung über Materialverträglichkeit, Drucktoleranz und kundenspezifische Flanschlösungen.
