Що таке фланці?

● Вступ до фланців

Трубний фланець з’єднує трубопроводи та компоненти в системі трубопроводів за допомогою болтових з’єднань і прокладок. Найчастіше використовувані фланці - це фланці з привареною шийкою, фланці з ковзанням, глухі фланці, фланці з розеткою, різьбові фланці та фланці з нахлестом (RTJ Flange). Цей тип з’єднання у фланці труби дозволяє легко розбирати та роз’єднувати для ремонту та регулярного обслуговування. Найбільш поширеною специфікацією для фланців з вуглецевої та нержавіючої сталі є ANSI B16.5 / ASME B16.5.

Металеві фланці зазвичай використовуються для промислового, комерційного та інституційного застосування. Фланці для сталевих труб доступні в різних стилях і класах тиску. Металеві фланці класифікуються від 150 до 2500 #. На додаток до визначення класу тиску, певні фланці, такі як фланець з привареною шийкою та фланець з розтрубом, також потребують визначення схеми труб. Це гарантує, що отвір труби відповідатиме отвору зварної горловини або фланця, звареного з розеткою.

SSM пропонує широкий вибір трубних фланців із вуглецевої сталі, нержавіючої сталі та нікелевих сплавів. Ми також можемо надати спеціальні фланці, такі як довгий фланець зварної шиї, спеціальний запит на матеріал і високопродуктивні трубні фланці.

Класифікація фланців здійснюється кількома альтернативними способами:

● На основі кріплення труб

Фланці можна класифікувати за способом кріплення до трубопроводу, як показано нижче;

● Зварювальний шийний фланець

Зварювальний фланець горловини (також званий «зварювальний фланець горловини») добре відомий своєю довгою конічною втулкою, яка забезпечує механічну міцність (корисно протистояти «вигину» та «вигину»). Фланці зварювальної горловини є фланцями високої цілісності та доступні в усіх розмірах, усіх поширених типах поверхонь (плоскі, рельєфні, RTJ) і всіх класів. Завдяки міцності втулки та цілісності зварного шва цей тип фланця добре підходить для застосування в умовах підвищеної температури та тиску.

● Насувні фланці

Насувні фланці, також відомі як «фланці з втулкою», мають втулку з дуже низьким профілем. Цей тип фланця зазвичай з’єднується з трубою за допомогою одного або двох кутових зварних швів (одного зовні фланця, а іншого всередині фланця), однак можна використовувати лише один зварний шов. Насувні фланці виготовляються в багатьох розмірах і найкраще підходять для застосування з низьким тиском (клас ASME менше або дорівнює 600). Розмір отвору (внутрішній діаметр) насувного фланця більший, ніж у з’єднувальної труби, що дозволяє йому ковзати/ковзати на трубу (насаджуватися на трубу). Між трубою та фланцем немає зварного шва з повним проваром, тому існують обмеження щодо його використання через нижчу цілісність зварного шва.

● Приварні фланці

Фланці під приварку мають розтруб, в який вставляється труба; труба закріплена одним кутовим швом, розташованим на зовнішній стороні втулки фланця. Істотним недоліком цього типу фланця є те, що він не вважається з’єднанням з високою цілісністю, оскільки зварний шов важко перевірити; таким чином, фланці під зварювання в муфту підходять лише для низьких і середніх класів (менше або дорівнює ASME 600). Через їх нижчу цілісність і непридатність для використання при більш високому тиску, фланці зварного шва майже завжди мають плоскі або виступаючі поверхні. Фланці з розтрубним зварюванням призначені для малих номінальних розмірів труб (менше або дорівнює 4 дюймам, менше або дорівнює 10 см) і є звичайними для розмірів труб від ½ до 2- дюймів (розміри труб від 1,3 до 5 см). Механічна міцність зварювального фланця з муфтою подібна до насувного фланця, але для насувного фланця можуть використовуватися два зварних шви.

● Різьбовий фланець

Конструкція різьбового фланця (також називається «гвинтовим фланцем») використовує різьблення для з’єднання фланця з трубою. Зовнішня різьба нарізана на кінці труби, тоді як внутрішня різьба нарізана в отворі фланця; потім труба з зовнішньою різьбою вкручується у фланець з внутрішньою різьбою.

Незважаючи на те, що різьбовий фланець доступний у багатьох розмірах і номінальних значеннях тиску, він в основному використовується для систем трубопроводів невеликого розміру, тобто менше або дорівнює 4 дюймам. Його використання також зазвичай обмежується нетоксичними системами, системами низького тиску та низькотемпературними системами. Різьбові фланці розміром від ½ дюйма до 2- дюйма набагато поширеніші, ніж фланці розміром 2 дюйми та більше. Через низький тиск у різьбових фланцях використовуються лише плоскі та виступаючі поверхні. Вони не підходять для застосування при високих температурах, тому що геометрія різьби може спотворюватися, що часто призводить до витоку.

● Глухий фланець

Глухий фланець (також званий «фланець запірної пластини») встановлюється на кінці системи трубопроводу для закінчення труби. Він не має центрального отвору (отвору), тому немає потоку через фланець. Глухий фланець можна використовувати для ізоляції труби, клапана або резервуара під тиском. Цей тип фланців доступний у всіх розмірах і класах, і може використовувати плоску, підняту або кільцеву поверхню з’єднання.

Глухий фланець може замінити заглушку для стикового зварювання, якщо потрібно подовжити лінію трубопроводу або якщо потрібна перевірка трубопроводу (зніміть глухий фланець, щоб отримати доступ до внутрішньої частини труби). Цей тип фланця також можна використовувати як точку доступу стрижня в дренажних системах. Залежно від застосування глухий фланець може бути просвердлений і використаний як насувний фланець або нарізаний і використаний як різьбовий фланець.

● Фланець з нахлестом (LJF)

Фланець з’єднання внахлест (LJF) — це збірка двох елементів, що складається з кінчика заглушки та кільцевого фланця з’єднання внахлест (також називається «фланець з’єднання внахлест»). Щоб бути технічно правильним, заглушка не є частиною фланця з’єднання внапуск. Проте фланець з’єднання внахлест завжди використовується в поєднанні з кінцем заглушки, тому обидві частини часто разом називають «фланець з’єднання внахлест». Завдяки своїй конструкції фланці з’єднання внапуск завжди мають плоску поверхню з гладкою поверхнею. Але в поєднанні з кінцем заглушки отримана поверхня ущільнення піднімається. Це відбувається тому, що ущільнювальна поверхня кінця заглушки знаходиться над площиною болтового кріплення фланця. Фланець з’єднання внахлест не має ущільнювальної поверхні, лише заглушка має ущільнювальну поверхню. Ущільнювальна поверхня кінця заглушки може бути гладкою, зубчастою або рифленою, щоб забезпечити з’єднання кільцевого типу.

Щоб зібрати фланець кільця внахлест і кінець патрубка, кінець патрубка повинен ковзати в отвір фланцевого кільця, а потім приварюватися до труби встик. Одна сторона кінця заглушки утворює ущільнювальну поверхню, тоді як протилежна/задня сторона кінця заглушки притискається до фланцевого кільця з’єднання внапуск (коли фланець зібрано). Фланцеве кільце з’єднання внахлест може вільно обертатися після того, як кінець заглушки приварено до труби, тому що воно фізично не з’єднане з кінцем заглушки. Після того, як фланцеве з’єднання зібрано, кільце з’єднувального з’єднання внахлест більше не може вільно обертатися.

Інші типи фланців, з якими зіткнуться багато інженерів, - це папа та гніздо, а також гребінь і паз. Менш поширені типи включають конструкції фланців з отвором, розширювачем, редуктором і довгою зварювальною шийкою.

Кінці фланців можна пригвинчувати, приварювати або прикручувати (контакт метал до металу) до відповідного трубопроводу.

Огляд типів фланців

Деяку важливу інформацію про типи фланців зібрано в таблицю нижче. Хоча в таблиці наведено стандарти ASME, доступні альтернативні міжнародні та національні стандарти (DIN, EN тощо). Проте ASME є найбільш прийнятною організацією зі стандартизації трубопроводів, і з цієї причини цитуються її стандарти.

У наведеній нижче таблиці стовпець «Грані» вказує на звичайну поверхню ущільнення, вибрану для кожного типу фланця. Однак можуть бути винятки з правил залежно від типу фланця. Таблицю слід розглядати як загальну оглядову таблицю, тоді як конкретну інформацію слід шукати у відповідних стандартах.

● На основі облицювання

Існує три поширених типи торця фланця: гладке/плоске, рельєфне та кільцеве з’єднання (RTJ). Існують і інші типи фланцевих поверхонь, насамперед конструкції з гребнем і пазом (T&G), з’єднання внахлест і з гребнем (M&F), але вони менш популярні. Стандарти трубопроводів визначають точну геометрію, розміри, матеріал і обробку поверхні фланця.

Фланці також можна класифікувати на основі облицювання, як показано нижче:

● Фланець з піднятим торцем (RF)

Фланець з рельєфною поверхнею (RF) має ущільнювальну поверхню круглої форми, яка виступає з площини кола болтів фланця. Фланці з рельєфною поверхнею доступні для всіх класів тиску, а отже, для широкого діапазону значень тиску та температури. ВЧ-фланці є найпоширенішим типом фланців, що використовуються в нафтогазовій та хімічній промисловості.

Фланці RF використовують зубчасті ущільнювальні поверхні з неметалевими або напівметалевими прокладками. Ущільнювальна поверхня радіочастотного фланця знаходиться від внутрішнього діаметра фланця до зовнішнього діаметра виступаючої поверхні. Типовою прокладкою для радіочастотних фланців є прокладка з композиції графітової сталі з номінальною температурою до 400⁰C (750⁰F) і номінальним тиском до 250 бар (3625 psi).

Висота піднятої поверхні над площиною торця болтового з’єднання визначається класом фланця та стандартом, з якого він узятий. Відповідно до стандарту ASME B16.5 сталеві фланці класів 150 і 300 мають висоту рельєфу 1/16 дюйма (1,6 мм); сталеві фланці, що перевищують клас 300, мають рельєфну поверхню на 1/4 дюйма (6,4 мм). В ідеальному світі висота піднятого обличчя збільшуватиметься зі збільшенням класу, але це не відбувається в більшості стандартів; однак це логічне узагальнення.

●Фланець з плоскою поверхнею (FF)

Фланці з плоскою поверхнею (FF) використовують неметалеві прокладки (м’які прокладки) і завжди мають мати зубчасту ущільнювальну поверхню. Цей тип фланця добре підходить для застосування з низьким тиском і використовується для класів тиску 125 і 250.

Прокладки встановлюються безпосередньо на передній ущільнювальній поверхні лопаті фланця, тобто в тій же площині, що й поверхня кола болтів. Площа ущільнення прокладки становить від внутрішнього діаметра фланця до зовнішнього діаметра фланця. Типові матеріали для м’яких прокладок зазвичай розраховані на 100⁰C (212⁰F) і тиск не більше 20 бар (290 psi). Оскільки фланці з плоскою поверхнею використовують таку велику площу ущільнення, вони зроблені відповідно до розмірів. Фланцеві прокладки з плоскою поверхнею не можуть обертатися після встановлення через отвори для болтів, які проходять через прокладку. Завдяки великому розміру ущільнювальної поверхні фланці з плоскою поверхнею стійкі до механічних деформацій (вигинів, вигинів тощо).

Фланці з плоскою поверхнею ніколи не повинні поєднуватися з фланцями з виступаючою стороною, особливо якщо фланець із виступаючою стороною виготовлено з більш твердого матеріалу.

● З'єднання кільцевого типу (RTJ)

Ring-type joint (RTJ) flanges are a variation of the raised face flange design. RTJ flanges are typically used for more severe applications, particularly for high pressure systems, and/or high temperature systems (>750⁰C / 1382⁰F). Фланці RTJ можна використовувати для всіх класів тиску, але зазвичай вони використовуються для класу 900 і вище.

Різниця між фланцем RTJ і фланцем з рельєфною поверхнею полягає в способі отримання ущільнення. Металеві прокладки (жорсткі) використовуються з фланцями RTJ, тоді як прокладки з рельєфною поверхнею використовують м’які або напівметалічні прокладки. Існує три основні групи з’єднань кільцевого типу: R, RX і BX; ми зосередимося на з’єднанні R-типу, оскільки воно є найпоширенішим.

Прокладки RTJ типу R мають круглу форму з овальним або восьмикутним профілем/корпусом; восьмикутний профіль забезпечує найефективніше ущільнення та є більш сучасним дизайном. На поверхні фланця RTJ вирізається канавка, у яку встановлюється відповідна прокладка. Коли фланець зібрано, дві сполучені поверхні стискають прокладку, доки вона не деформується та не утвориться ущільнення метал-метал. Якщо фланець зібрано правильно, два сполучаються фланці RTJ не повинні фізично контактувати один з одним.

Прокладки RTJ часто виготовляються з матеріалу, дещо м’якшого за матеріал фланця. Оскільки матеріал прокладки є м’якшим, він деформується при нижчому тиску, ніж фланець, це гарантує, що саме прокладка деформується для ущільнення, а не фланець навколо прокладки.

● Шпунт і паз (T/G)

Одна поверхня фланця має рельєфне кільце (язик), виточене на поверхні фланця, тоді як відповідний фланець має відповідну западину (канавку), виточену на його поверхні. Поверхні шпунтів і канавок цих фланців повинні збігатися. Шпунтовані облицювання стандартизовані як великого, так і малого типів. Вони відрізняються від гніздових тим, що внутрішні діаметри гребня не виходять на основу фланця, таким чином зберігаючи прокладку на внутрішньому та зовнішньому діаметрах. Вони зазвичай зустрічаються на кришках насосів і кришках клапанів. Шпунтові з’єднання також мають перевагу в тому, що вони самовирівнюються і діють як резервуар для клею. Шарфове з'єднання зберігає вісь навантаження на одній лінії з з'єднанням і не вимагає серйозної механічної обробки.

● Чоловік і жінка (Ч/Ж)

Для цього типу фланці також повинні бути узгоджені. Одна поверхня фланця має ділянку, що виходить за межі звичайної поверхні фланця (вихідна). Інший фланець або відповідний фланець має відповідне поглиблення (мама), виконане на його поверхні. Жіноче обличчя має глибину 3/16-дюйма, чоловіче обличчя має 1/4-дюйм заввишки, обидва мають гладку обробку. Зовнішній діаметр жіночої сторони виконує функцію розміщення та утримання прокладки. На корпусі теплообмінника, як правило, встановлюються нестандартні зовнішні та зовнішні облицювання для каналізації та покриття фланців. Жіноче та чоловіче обличчя мають гладку обробку. Зовнішній діаметр жіночої сторони виконує функцію розміщення та утримання прокладки.

Резюме грані фланця

У наведеній нижче таблиці наведено характеристики трьох найпоширеніших поверхонь фланців.

● На основі обробки обличчя

Торцева поверхня фланця - це місце установки ущільнювального елемента (прокладки). Найпоширенішими конструкціями лицьової поверхні фланця є гладкі та зубчасті. Поверхні фланців із плоскою поверхнею (FF) і поверхні фланців з рельєфною поверхнею (RF) вимагають зубців, якщо виготовлено відповідно до промислових стандартів.

● Стокова обробка

Найбільш широко використовувана з будь-яких поверхонь фланців, оскільки практично підходить для всіх звичайних умов експлуатації. Під час стиснення м’яка поверхня прокладки вставляється в це покриття, що допомагає створити ущільнення, а між поверхнями, що сполучаються, створюється високий рівень тертя. Оздоблення цих фланців створюється інструментом із круглим кінчиком із радіусом 1,6 мм із швидкістю подачі 0,8 мм на оберт до 12 дюймів. Для розмірів 14 дюймів і більше фінішна обробка виконується 3,2-мм круглим інструментом із подачею 1,2 мм на оберт.

● Гладке покриття

Ця обробка не має візуально помітних позначок інструменту. Ці покриття зазвичай використовуються для прокладок із металевим покриттям, таких як подвійна оболонка, плоска сталь і гофрований метал. Гладкі поверхні з’єднуються, створюючи ущільнення, і залежать від площинності протилежних поверхонь, щоб досягти ущільнення. Зазвичай це досягається за рахунок того, що контактна поверхня прокладки утворена безперервною (іноді її називають фонографічною) спіральною канавкою, утвореною {{0}} круглим інструментом радіусом 8 мм зі швидкістю подачі {{5} }.3 мм на оберт із глибиною 0,05 мм. Це призведе до шорсткості Ra від 3,2 до 6,3 мікрометрів (125–250 мікродюймів).

● Зубчасте покриття

Це також безперервна або фонографічна спіральна канавка, але вона відрізняється від звичайної обробки тим, що канавка зазвичай створюється за допомогою інструмента 90-deg, який створює V-образну форму з зубцями під кутом 45 градусів. Зубці на лицьовій стороні можуть бути концентричними або спіральними (фонографічними). Концентричні зубці наполягають на лицьовій обробці, коли рідина, що переноситься, має дуже низьку щільність і може знайти шлях витоку через порожнину. Зубчастість визначається числом, яке є середньоарифметичною висотою шорсткості (AARH). Це середнє арифметичне абсолютних значень виміряних відхилень висоти профілю, взятих у межах довжини вибірки та виміряних від графічної центральної лінії.

Фланці з гладкою обробкою вказуються, коли вказуються металеві прокладки, і зубчаста обробка, якщо надається неметалева прокладка.

Відповідні значення шорсткості

Промислові стандарти диктують відповідні значення шорсткості, наступне взято зі стандарту ASME B16.5:

● На основі матеріалу конструкції

Фланці зазвичай кують, за винятком дуже небагатьох випадків, коли вони виготовляються з пластин. Якщо для виготовлення використовуються пластини, вони повинні бути зварюваними. ASME B16.5 дозволяє виготовляти з плити лише перехідні фланці та глухі фланці. Конструкційні матеріали зазвичай використовуються наступні;

● На основі рейтингу тиску та температури

Фланці також класифікуються за номінальною температурою тиску в ASME B 16.5, як показано нижче;

150#

300#

400#

600#

900#

1500#

2500#

Таблиці номінальних температур тиску в стандарті ASME B 16.5 визначають безударний робочий манометричний тиск, якому може піддаватися фланець за певної температури. Фланці витримують різний тиск при різних температурах. З підвищенням температури номінальний тиск фланця зменшується. Зазначений клас тиску 150#, 300# і т.д. є основними показниками, і фланці можуть витримувати більш високий тиск при нижчих температурах. ASME B 16.5 вказує допустимий тиск для різних матеріалів конструкції у залежності від температури. ASME B16.5 не рекомендує використовувати фланці 150# вище 400 градусів F (200 градусів). Клас тиску або рейтинг для фланців буде надано у фунтах. Для позначення класу тиску використовуються різні назви. Наприклад: 150 фунтів, або 150 фунтів, або 150#, або клас 150, усі означають однаково.

● ВИСНОВОК

З наведених вище можна розібрати різні типи фланців, особливості виробництва та характеристики. Ви можете вибрати правильний сталевий фланець, виготовлений з різних матеріалів, таких як нержавіюча сталь, низьколегована сталь, вуглецева сталь, дуплексна сталь або багато інших.

Вибір правильного фланця з відповідним матеріалом і знання елементів, з якими він стикається під час застосування, що використовує метод трубопроводу, є критично важливим. Ми сподіваємося, що цей блог допоможе вам визначити ключові речі перед покупкою фланців.