Сборка и установка фланцевых соединений на стальных трубопроводах. Что такое фланцевое соединение?

Например, при использовании фланца диаметром 63 мм для трубы с диаметром 50 мм (приблизительно 2 дюйма) толщина стенки самого фланца составляет порядка 6,5 мм. В дополнение к размеру 63×2, также распространены и другие размеры, такие как 110×4. При этом важно отметить, что зависимость между минимальным и максимальным значениями диаметра фланца может быть не всегда линейной для данной маркировки.

Фланцы как деталь соединения трубопроводов

Фланцевые соединения трубопроводов приобрели огромную популярность и широко используются в различных системах трубопроводов. Эта популярность объясняется не только простотой установки фитингов, которая позволяет быстро и эффективно завершить монтаж, но и возможностью легкого демонтажа соединений в случае необходимости. Кроме того, фланцы, будучи элементом соединения труб, востребованы благодаря своей прочности, что делает их пригодными для эксплуатации в условиях высоких рабочих давлений.

Фланец представляет собой металлический диск с плоским профилем, на котором симметрично расположены отверстия для крепления с применением различных крепежных элементов. Крепеж обычно включает в себя болты или дюбели с гайками, которые могут быть дополнительно оснащены шайбами для повышения прочности соединения. При этом между уплотнительными шайбами размещаются специальные уплотнения, которые отвечают за герметичность соединения после его затяжки.

Уплотнительное соединение может быть изготовлено из множества различных материалов, и выбор конкретного варианта зависит от условий эксплуатации. В процессе соединения двух дисков могут быть задействованы следующие типы крепежных элементов:

• Болты – это стальные стержни с нарезанной резьбой и головкой, причем резьба может быть как метрической, так и дюймовой. Их применяют для соединения фланцев на трубопроводах.
• Шпильки – это длинные стержни с резьбой на обоих концах. Они устанавливаются в отверстия фланцев и фиксируются гайками с обеих сторон, что обеспечивает прочное соединение.
• Гайки – многогранные элементы с внутренней резьбой, которые используются вместе с болтами и шпильками для создания надежной затяжки соединения.
• Гравер – это специализированная стальная шайба, которая устанавливается между гайкой и плоской шайбой и предназначена для предотвращения самопроизвольного раскручивания соединения.

Фланцевое соединение характеризуется шарнирным типом, что значительно упрощает демонтаж и обслуживание трубопровода. В случае необходимости, поврежденную секцию позволяет легко демонтировать и заменить, тем самым ускоряя процесс ремонта и последующий ввод трубопровода в эксплуатацию.

Воротниковые и плоские фланцы для трубопровода

Фланцы различаются друг от друга способом крепления к трубе, что влияет на соединение двух секций. Одним из наиболее распространенных типов является воротниковый фланец. Он оборудован соединительным элементом, известным как воротник, который закрепляется на конце трубы с помощью сварки через простой сварной шов. Фланцы данного типа изготавливаются в соответствии с требованиями ГОСТ 12821-80, что обеспечивает высокую надежность и стандартизированные характеристики.

Другим типом фланца является плоский фланец, который «монтируется» на трубу и затем приваривается к её контуру. Производственные процессы создания плоских приварных фланцев регламентируются ГОСТ 12820-80. Этот тип установки характеризуется высокой прочностью и надежностью, однако процесс его монтажа также является наиболее трудоемким.

При выборе фланца важно учитывать несколько основных параметров:

• Условный проход. Этот параметр особенно важен при выборе плоской приварной детали и указывает на расхождение между диаметром трубы и соединительным фланцем. В маркировке используется обозначение ДУ с индексами А и Б: первый индекс указывает диаметр фланца, тогда как второй показывает диаметр трубы.
• Условное давление. Это один из самых критически важных параметров, обозначающий максимальное давление, которое соединение может выдерживать без появления протечек. Этот показатель во многом зависит от типа используемого фланца, материала, при необходимости также учитывается тип соединения и ширина стыковочной поверхности.
• Допустимая рабочая температура среды в трубопроводе. Этот критерий также влияет на максимально допустимое давление и, соответственно, на безопасность и эффективность работы системы.
• Рядность отверстий. Этот параметр определяет расположение и размер отверстий в миллиметрах, обеспечивая правильное и надежное соединение.

Требования к выбору фланцев регламентируются различными стандартами, такими как ГОСТ, которые помогают определить оптимальные соотношения температуры и давления для достижения максимально возможной надежности соединения.

Важность качества при изготовлении и монтаже фланцев

Фланцевые соединения различных типов зарекомендовали себя как эффективные и надежные в рамках трубопроводных систем. Качество проектирования, выбора материалов и установки фланцев непосредственно сказывается на безопасности эксплуатации трубопроводов. Поскольку трубопроводы часто подвергаются значительным тепловым и механическим нагрузкам, требования к монтажу должны соблюдаться с высокой точностью, а производители обязаны ответственно подходить к процессу изготовления соединений, так как это может напрямую сказаться на жизни и безопасности рабочих. Утечки в трубопроводах, а также связанные с ними аварии, могут иметь серьезные и порой катастрофические последствия для экосистемы.

Процесс монтажа включает следующие ключевые этапы для обеспечения герметичности соединения:

• Предварительный этап. Перед тем как производить установку, фланец и крепежные элементы проверяются на наличие вмятин, механических повреждений, коррозии и других дефектов. Элементы соединения также подгоняются по резьбе, которая обязательно смазывается для облегчения монтажа.
• Пробная установка с использованием прокладки. Если фланец устанавливается повторно, требуется обязательно заменить старую прокладку на новую для обеспечения надежности соединения.
• Затяжка болтов для гарантирования прочности фиксации всей системы. Гайки затягиваются с использованием ручных или гидравлических гаечных ключей, что позволяет добиться равномерного затягивания со всех сторон.

Назначение и область применения

Фланцевые соединения часто устанавливаются на трубопроводах, диаметр которых превышает 32 мм. Этот метод активно используется при монтаже сложных разветвленных систем на промышленных и химических предприятиях, а также в газовой и нефтяной отраслях, в коммунальных сетях. Следует отметить, что данный вид соединения не так часто применяется в быту.

Фланцевые соединения необходимы для следующих целей:

• С соединения труб друг с другом или с оборудованием из материалов, которые могут различаться по своим свойствам;
• Установка запорной и регулирующей арматуры;
• Проведение очистки трубопроводов;
• Врезка измерительных приборов для мониторинга рабочих параметров системы;
• Отсекание участка трубы для проведения ремонтных работ.

Из чего состоит фланцевое соединение

Каждый соединительный комплект состоит из двух одинаковых фланцев с центральными отверстиями, соответствующими диаметрам труб, прокладок, а также комплекта винтов или болтов с гайками и шайбами. Если существует необходимость защиты трубы от блуждающих токов, то на болты устанавливают изолирующие втулки, а уплотнение выполняется из диэлектрического материала для предотвращения коррозии. Если давление в трубопроводе не превышает 2,5 МПа, уплотнения стягиваются при помощи болтов. Гвозди обеспечивают более равномерное распределение усилия зажима и облегчают работу в труднодоступных местах. Фланцевые соединения, использующие болты, находят применение при давлениях до 4 МПа.

Что такое фланец и какие бывают виды

В большинстве случаев фланцы представляют собой кольцевые стальные пластины, однако в некоторых случаях они могут иметь квадратную или прямоугольную форму. Конец трубы вставляется в центральное отверстие большего диаметра, а болты или штифты вставляются в равномерно расположенные отверстия по внешней окружности фланца. В категорию типов фланцев входят транзитные фланцы и заглушки. Первые предназначены для соединения элементов трубопровода, в то время как последние используются для герметизации тупиков или для отсекания участков трубы, которые требуют ремонта или замены.

Для обеспечения взаимозаменяемости продукции, изготовленной в разных странах, была разработана общая классификация фланцев. В России используется стандарт ГОСТ, в то время как в европейских странах применяется немецкий стандарт DIN, а в Соединенных Штатах, Японии и Австралии — стандарт ANSI/ASME. При этом тот же тип фланца может обозначаться различными символами в разных системах. Поэтому для перевода стандартов разрабатываются специальные таблицы, помогающие в унификации.

Стандарты производительности перечислены в ГОСТ 12815-80 под номерами от 1 до 9:

1. С соединительным выступом в виде фаски под углом 45°.
2. Тот же, что и номер 1, но выступ под прямым углом.
3. С пазом на внутренней стороне и выступом под углом 45° снаружи.
4. С шипом.
5. С внутренним кольцевым пазом.
6. С фаской для линзовой прокладки (вибровставка) на внутренней стороне.
7. Выборка для овальной прокладки.
8. С шипом для использования с фторопластовой прокладкой.
9. То же, что и номер 8, но вместо шипа используется паз.

При монтаже трубопроводов используются различные типы фланцев, например:

1. Воротниковые — предназначенные для эксплуатации при давлении от 0,1 до 20 МПа и температуре от -200 до +600°C. Воротник (выступ в центральной части) приваривается к трубе встык одним сварным швом, что обеспечивает высокую надежность соединения.
2. Плоские — поддерживают давление до 2,5 МПа и работают при температуре от -70 до +300°C. Они надеваются на торцы трубы и крепятся двумя сварными швами, что обеспечивает надежное и прочное соединение.
3. Аппаратные — предназначенные для соединения с оборудованием или приборами, обеспечивая качественное и безопасное соединение.
4. Резьбовые — устанавливаются посредством наворачивания на торцы труб, подходят для взаимодействия с различными системами.
5. Свободновращающиеся — состоят из пластины и кольца, которое приваривают к торцу трубы, при этом фланец свободно вращается, что особенно удобно в труднодоступных местах или когда требуется частое техническое обслуживание трубопровода. Этот тип установлен на давление до 2,5 МПа.
6. Кольцевые — предназначены для использования в качестве заглушек, не содержащих центрального отверстия, что удобно для герметизации трубопроводных систем.

При установке фланцевых соединений на стальных трубопроводах важно, чтобы они имели тот же или аналогичный материал, что и металл труб. Это необходимо, чтобы избежать повреждений, обусловленных тепловыми перепадами. Фланцы могут быть изготовлены из серого и легкого чугуна, легированной стали, углеродистой стали или нержавеющей стали. Для труб, выполненных из других материалов, существуют альтернативные варианты, такие как фланцы из бронзы, алюминия и латуни. В системе трубопроводов часто используются полипропиленовые фланцы, предназначенные для безнапорных полиэтиленовых труб, что также расширяет возможности применения фланцевых соединений.