Фланец - незаменимый ключевой компонент современных систем трубопроводов и оборудования. Как стандартизированный, разъемный метод соединения трубопроводов, он в первую очередь используется для обеспечения надежного сопряжения труб, клапанов, насосов и оборудования, значительно облегчая герметизацию, монтаж, текущее обслуживание и инспекцию системы. Фланцевые соединения используют предварительную нагрузку на болты для плотного соединения компонентов, что делает их одной из наиболее широко используемых форм соединений в технике транспортировки жидкостей.
Что такое фланец
Фланец - это, по сути, круглый или квадратный соединительный элемент с отверстиями для болтов, устанавливаемый на конец трубы или оборудования. В промышленной практике полный узел фланцевого соединения состоит из трех основных компонентов:
- Корпус фланца: Обычно состоит из двух частей, используется для соединения труб или портов оборудования.
- Прокладка: Помещается между двумя поверхностями фланца для обеспечения эластичного уплотнения.
- Болты: Приложение равномерной предварительной нагрузки через болты и гайки.
Взрывная диаграмма, иллюстрирующая основные компоненты фланцевого соединения - корпус фланца, прокладку и болты.
Основная ценность фланцевого соединения заключается в возможности быстрого, надежного и многократного демонтажа и технического обслуживания с гарантией отсутствия утечек, что является значительным преимуществом по сравнению со сварными соединениями.
Помимо применения в трубопроводах, термин "фланец" также может относиться к любому выступающему ободу или краю, используемому для укрепления или соединения механических конструкций.
Как работает фланцевое соединение
Принцип уплотнения фланцевого соединения основан на механическом усилии. В основном процесс происходит следующим образом:
- Первоначальное размещение: Прокладка точно устанавливается между уплотнительными поверхностями двух фланцев.
- Приложение для предварительной загрузки: Значительная осевая предварительная нагрузка прикладывается к прокладке за счет равномерного затягивания болтов и гаек.
- Деформация прокладки: Под действием предварительной нагрузки прокладка подвергается контролируемой деформации (упругой или пластичной), полностью заполняя и прилегая к небольшим неровностям, канавкам или дефектам на обеих поверхностях фланца.
- Достижение в области герметизации: Когда система работает, разделительные силы, возникающие под действием внутреннего давления среды, температуры и внешних нагрузок, уравновешиваются предварительным натяжением болта. До тех пор пока усилие болта превышает сумму всех разделяющих сил, прокладка сохраняет минимальное напряжение уплотнения, обеспечивая надежное и долговечное уплотнение.
Распространенные типы фланцев
Фланцы бывают разных типов, каждый из которых подходит для различных условий эксплуатации, номинального давления и требований к установке.
Фланец со сварной горловиной
Фланец с приварной горловиной имеет длинную коническую втулку, которая соединяется с трубой при помощи стыковой сварки. Постепенный переход от толщины фланца к стенке трубы минимизирует концентрацию напряжений, обеспечивая превосходную прочность и надежность уплотнения. Он идеально подходит для эксплуатации в условиях высокого давления, высоких температур и колебаний, таких как паропроводы и теплообменники.
Накладной фланец
Накладной фланец надвигается непосредственно на трубу и приваривается как с внутренней, так и с внешней стороны. Он обеспечивает простое выравнивание и требует меньше сварочных работ. Благодаря умеренной прочности он лучше всего подходит для применения при низком и среднем давлении при нормальных температурах, но не рекомендуется для сильных перепадов давления или температуры.
Глухой фланец
Глухой фланец - это сплошная пластина без отверстия, используемая для закрытия конца трубопровода, клапана или сосуда под давлением. Он обеспечивает легкий доступ для осмотра, обслуживания или гидростатических испытаний, а также служит надежным средством изоляции участка трубопроводной системы.
Фланец под раструбную сварку
Фланец с раструбной сваркой имеет углубленное отверстие, в которое вставляется труба и соединяется с помощью одного внешнего сварного шва. Такая конструкция обеспечивает высокую структурную целостность и обычно используется для систем высокого давления малого диаметра, например, приборных линий. Однако она менее пригодна для коррозионных жидкостей или применений, требующих строгого контроля сварных швов.
Резьбовой фланец
Резьбовой фланец соединяется с трубами с помощью внутренней резьбы, исключая необходимость сварки. Он обеспечивает быстрый монтаж и особенно полезен в тех областях, где сварка опасна или недопустима. Резьбовые фланцы обычно используются в низконапорных, некритичных системах с легковоспламеняющимися или взрывоопасными средами.
Фланец с нахлестом
Фланец для нахлесточного соединения состоит из заглушки и свободного опорного кольца, которое может свободно вращаться вокруг нее. Это позволяет легко выравнивать отверстия под болты и удобно производить монтаж или демонтаж. Он идеально подходит для трубопроводных систем, требующих частого обслуживания или работы с агрессивными жидкостями, где заглушка может быть изготовлена из коррозионностойкого материала, а для опорного фланца используется экономичная углеродистая сталь.
Типы облицовки фланцев
Уплотнительная поверхность - это часть фланца, которая непосредственно соприкасается с прокладкой, и ее геометрия определяет эффективность уплотнения и подходящие материалы прокладок.
Сравнение трех типов облицовки фланцев: Соединение кольцевого типа (RTJ), с рельефной поверхностью (RF) и с плоской поверхностью (FF).
- Соединение кольцевого типа (RTJ):Уплотнительная поверхность имеет точно обработанную канавку, в которую помещается металлическая кольцевая прокладка. Такая конфигурация обеспечивает чрезвычайно высокую целостность уплотнения и широко используется в условиях высокого давления, высоких температур или опасных сред.
- Поднятое лицо (RF):Уплотнительная поверхность немного приподнята над поверхностью окружности болта. Это наиболее часто используемая облицовка фланцев, обеспечивающая широкую адаптацию к различным прокладкам, особенно к прокладкам из неметаллических листов и спирально-навитым прокладкам.
- Плоская поверхность (FF):Уплотнительная поверхность находится заподлицо со всей поверхностью фланца. Обычно используется для систем низкого давления и оборудования из хрупких материалов, таких как чугун или стекловолокно, чтобы избежать напряжения изгиба при затягивании болтов.
Размеры
Размеры фланцев определяют геометрические параметры, необходимые для обеспечения правильного выравнивания, уплотнения и механической целостности в системе трубопроводов.
Они определяют не только совместимость фланца с соединяемой трубой, но и его способность правильно устанавливать прокладки и болты под давлением.
Основные габаритные параметры:
- Номинальный диаметр (DN / NPS): Представляет собой номинальный размер трубы, соответствующий внутреннему диаметру подключенной трубы - DN для метрических систем и NPS для имперских систем.
- Наружный диаметр и окружность болта: Укажите общий размер фланца и точное расположение отверстий для болтов, чтобы гарантировать соосность и взаимозаменяемость.
- Основа дизайна: Все размерные параметры, включая количество болтов, их размер и расстояние между ними, должны строго соответствовать действующему стандарту на номинальное давление (например, ASME B16.5 или EN 1092), чтобы фланец, прокладка и болтовое соединение надежно работали под расчетным давлением.
Номинальные значения давления
Номинальное давление фланца определяет максимальное внутреннее давление, которое фланец может безопасно выдержать при заданной температуре. Они являются основным показателем прочности и способности фланца выдерживать давление и служат ключевым параметром при проектировании системы и выборе материала.
Системы классификации:
Различные стандарты определяют номинальное давление фланцев в разных системах:
- Американская система (класс ASME): Используются такие обозначения, как класс 150, класс 300, класс 600 и т. д. Более высокий номер класса указывает на большую устойчивость к давлению.
- Европейская система (EN/DIN PN): Используются такие обозначения, как PN10, PN16, PN40 и т.д., где PN обозначает Номинальное давление (обычно измеряется в барах).
Важно отметить, что допустимое рабочее давление фланца уменьшается при повышении рабочей температуры. Инженеры-проектировщики должны всегда обращаться к соответствующим таблицам номинальных значений давления и температуры для конкретного материала и стандарта, чтобы убедиться, что выбранный фланец соответствует реальным условиям эксплуатации.
Стандарты и маркировка фланцев
Стандарты на фланцы определяют требования к размерам, материалам и испытаниям, которые обеспечивают глобальную взаимозаменяемость и согласованность характеристик в трубопроводных системах.
Они подразделяются на региональные и промышленные системы, каждая из которых имеет свою серию номинального давления и размерные соглашения.
Обязательная маркировка на каждом фланце обеспечивает полную прослеживаемость и идентификацию на протяжении всего производства и срока службы.
Общие стандартные системы:
- ASME B16.5 и ASME B16.47 - Преимущественно используется в Северной и Южной Америке.
B16.5 охватывает фланцы до NPS 24, в то время как B16.47 применяется к фланцам большого диаметра от NPS 26 до NPS 60. - EN 1092 / Стандарты DIN - Обычно в Европе для обозначения номинального давления используется серия PN.
- HG/T 20592-20635 - Китайские стандарты химической промышленности, гармонизированные с международными системами и поддерживающие серии PN и Class.
Все фланцы, соответствующие требованиям, имеют постоянную маркировку с указанием таких важных данных, как стандартное обозначение, марка материала, номинальный размер, класс давления и тепловой номер, что обеспечивает контроль качества, соответствие нормативным требованиям и надежную прослеживаемость.
Применение фланцев в промышленности
Благодаря своей надежности и ремонтопригодности фланцевые соединения широко применяются в критически важных объектах инфраструктуры в различных отраслях промышленности:
- Системы нефте- и газопроводов: Используется для подключения линий электропередач большой протяженности, насосных станций, компрессорных станций и оборудования для переработки нефти и газа.
- Трубопроводы для химических процессов: Используется для транспортировки коррозионных, высокотемпературных или находящихся под высоким давлением химических сред, что облегчает регулярный осмотр и замену оборудования.
- Морские и оффшорные инженерные системы: Используется для соединения судовых трубопроводов, опреснительного оборудования и различных систем на морских платформах.
- Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и водоподготовки: Используется для подключения котлов, теплообменников, насосов и крупных муниципальных сетей водоснабжения и водоотведения.
Заключение
Фланец, как стандартизированный, легко обслуживаемый и широко применимый метод соединения труб, играет важнейшую роль в обеспечении безопасности и эффективности производства. При проектировании и подборе поставщиков инженеры должны тщательно учитывать такие факторы, как свойства среды, рабочая температура и давление, чтобы правильно выбрать тип фланца, облицовку, номинальное давление и стандарт. Только при правильном выборе и установке можно гарантировать долгосрочную безопасность и надежную работу всей системы транспортировки жидкостей.
Чтобы обеспечить соответствие требованиям и оптимизацию вашего следующего важнейшего проекта по строительству трубопроводов, свяжитесь с нашей командой инженеров Сегодня вы можете получить квалифицированную консультацию по вопросам совместимости материалов, допустимого давления и нестандартных фланцевых решений.
