Что такое фланец трубы фото

Фланец (от нем. Flansch ) — плоская деталь квадратной, круглой, или иной формы с отверстиями для болтов и шпилек, служащая для прочного (узлы длинных строительных конструкций, например, ферм, балок и др.) и герметичного соединения труб, трубопроводной арматуры, присоединением труб друг к другу, к машинам, аппаратам и ёмкостям, для соединения валов и других вращающихся деталей (фланцевое соединение).

Содержание

Фланцевое соединение [ править | править код ]

Трубы и трубопроводная арматура [ править | править код ]

Фланцы используют попарно (комплектом). Исполнение фланцев осуществляется по ГОСТ 33259-2015, и оно зависит от рабочего давления, на которое рассчитывается фланец или фланцевое соединение, и от перемещаемой среды:

• Исполнение B — с соединительным выступом.
• Исполнение E — с выступом.
• Исполнение F — с впадиной.
• Исполнение C — с шипом.
• Исполнение D — с пазом.
• Исполнение K — под линзовую прокладку.
• Исполнение J — под прокладку овального сечения.
• Исполнение L — с шипом под фторопластовую прокладку.
• Исполнение M — с пазом под фторопластовую прокладку.

Фланцы различаются по типам: стальные плоские приварные (тип 01); стальные приварные встык (воротниковые фланцы) (тип 11); стальные плоские свободные на приварном кольце (тип 02); фланцы корпуса арматуры (сосудов и аппаратов) (тип 21); фланцы стальные плоские на отбортовке (тип 03); стальные плоские свободные на хомуте под приварку (тип 04).

Российские стандарты регламентируют давление среды трубопроводов и соединительных частей, а также на присоединительных фланцев арматуры, соединительных частей машин, патрубков аппаратов и резервуаров на условное давление Pу от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см 2 )

Распространённые способы изготовления фланцев:

• штамповка фланцев в закрытых штампах,
• ковка на подкладном кольце (штамповка),
• центробежное электрошлаковое литьё (ЦЭШЛ),
• изготовление из раскатных колец (поковки),
• плазменная (лазерная или газовая) резка из листа.

Производительным методом изготовления фланцев является штамповка фланцев в закрытых штампах, данный метод позволяет изготавливать фланцы до Ду 700 Pу 2,5 МПа. Фланцы большего диаметра изготавливаются из раскатных колец либо методам ЦЭШЛ.

Себестоимость изготовления плоских фланцев, диаметром до Ду 2200, позволяет снизить нарезка полос листового металла с последующим нагревом и прокаткой на фланцегибе. Для данного метода обязателен контроль ультразвуковой дефектоскопией сварных швов. Данная технология позволяет снизить себестоимость изготовления на 50—70 % в отличие от изготовления фланцев из цельного листа.

В последнее время в связи с переходом многих российских предприятий на оборудование, изготовленное по американским и немецким стандартам (ANSI/ASME, DIN/EN), появилась потребность в нестандартных «переходных» фланцах. На «переходных» фланцах присоединительная поверхность изготавливается по импортному стандарту, а «воротниковая» (юбочная) часть фланца по ГОСТ (под российский размер трубопроводов).

Стандартные размеры плоского фланца [ править | править код ]

Точные параметры всех типоразмеров фланцев в зависимости от номинального давления представлены в ГОСТ 12820-80. Основные размеры варьируются в следующих диапазонах:

• диаметр внутреннего отверстия: от 10 мм до 1000 мм;
• наружный диаметр: от 75 мм до 1175 мм;
• наибольшая толщина: от 8 мм до 25 мм;
• номинальная масса: от 0.25 кг до 52.58 кг.

Строительные конструкции [ править | править код ]

Для соединения отдельных малогабаритных строительных конструкций в целые огромные структуры, например, фермы, балки и др. в узлах растянутых конструкций применяются фланцевые соединения на болтах со следующими профилями [1] :

• открытого профиля — тавры, двутавры, парные уголки;
• замкнутого профиля — круглые и квадратные трубы.

Фланцевое соединение – наиболее распространенный способ стыковки стальных промышленных трубопроводов между собой. Таким образом могут соединяться трубы систем водоснабжения, магистрального отопления, газоснабжения и нефтегазовые трубопроводы.

В данной статье представлены фланцевые соединения. Мы рассмотрим их разновидности и геометрические размеры, а также изучим требования ГОСТ к конструктивному исполнению соединительных элементов.

Назначение и особенности фланцевого соединения

Фланец представляет собой плоскую стальную пластину, имеющую форму кольца (реже – квадрата либо прямоугольника). В средней части пластины расположено отверстие под вставку торцевой части трубы, а по ее контуру – несколько равноудаленных отверстий под установку болтов либо шпилек, которые впоследствии фиксируются гайками.

Фланцевые соединения являются быстроразъемной альтернативой сварной и муфтовой стыковки. При монтаже торец трубы приваривается к пропускному отверстию фланца, после чего пластины стягиваются между собой. Герметичность соединения достигается за счет использования уплотнительных прокладок из резины либо фторопласта. Также могут использоваться обтюраторы – стальные заглушки, устанавливаемые между двух фланцев. Обтюраторы позволяют перекрыть конкретный участок трубопровода при необходимости его ремонта.

Также фланцевые соединения используются для соединения трубопроводов с устройствами и технологическими емкостями, чаще всего – теплообменниками. В таком случае на концы труб наваривается фланец, к которому подводится заборный патрубок оборудования.

В зависимости от функционального назначения выделяют следующие типы фланцевых соединений:

• для стыковки труб и установки запорно-регулирующей арматуры, выдерживающее давление от 0.1 до 20 МПа – регулируется положениями ГОСТ №12815;
• для подключения к трубопроводам сосудов и оборудования – регулируется ГОСТ №28759.

Расчет фланцевых соединений любого типа ведется согласно инструкции “Рекомендации по расчет, проектированию и монтажу фланцев стальных строительных конструкций”, выпущенной ВНИПИ “Промстальконструкция” в 1989 году.

Разновидности фланцев

Каждый из вышеуказанных нормативных документов содержит классификацию фланцев, по которой соединительные элементы разделяются на разные виды. Рассмотрим классификацию изделий для стыковки стальных труб по ГОСТ №12815:

Соединительные элементы сварного типа при монтаже надеваются на торец трубы и фиксируются двумя сварными швами. Конструкции для стыковой сварки закрепляются одним швом, расположенным между срезом трубы и воротником фланца.

Стальной фланец с приварным кольцом

Изделия с приварным кольцом состоят из двух частей – пластины и кольца, имеющих идентичный диаметр. При этом к трубе приваривается только кольцо, тогда как фланец остается свободным и может прокручиваться вокруг своей оси. Такая конструкция используется в труднодоступных местах либо на участках, где необходим регулярных ремонт или обслуживание трубопровода.

Фланцы для стыковки труб с сосудами и оборудованием, соответствующие требованиям ГОСТ №28659, классифицируются на следующие разновидности:

1. Стальные плоские (ГОСТ №28759-2) – применяются для сосудов и оборудования диаметром 400-4000 мм. Предназначены для давление 0.3-1.7 МПа и температуры -70 +300 градусов. Широко используются в нефтегазовой и химической промышленности.
2. Стальные для сварки встык (ГОСТ №28759-3) – диаметр от 40 до 4000 мм, давление 0.7-6.5 МПа, температура от -70 до +540 0 .
3. Стальные восьмиугольного сечения – диаметр 400-1600 мм, давление 6.4-16 МПа, температура от -70 до +550 градусов.

Также существует такое понятие как изолирующее фланцевое соединение ИФС, для обустройства которого могут применяться любые типы фланцевых конструкций. Изолирующее фланцевое соединение применяется с целью защиты трубопроводов от электрохимической коррозии, которая является главной причиной ускоренного износа подземных систем.

Изолирующее фланцевое соединение в разрезе

Изолирующее фланцевое соединение состоит из 2-ух стягивающихся шпильками фланцев, между которыми расположена прокладка из диэлектрического (не проводящего ток) материала. Чаще всего применяется термостабилизированный графит либо поронит.

Такая конструкция предотвращает распространение тока по трубопроводу, ограничивая его на конкретном участке магистрали. Изолирующее фланцевое соединение способно значительно увеличить срок службы подземных трубопроводов, оно используется в течении 15-20 лет, после чего диэлектрическая прокладка подлежит замене.

При необходимости замены прокладки используются специальные разгонщики, представляющие собой клиновидные домкраты, посредством которых разводятся соседние фланцы. Существуют механические (ручные) разгонщики и гидравлические разгонщики, которые способны развивать усилие до 15 тонн.

Технология монтажа фланцевого соединения (видео)

Варианты исполнения фланцев

Помимо классификации по материалу изготовления и способу монтажа, фланцы разделяются в зависимости от конструктивного исполнения. ГОСТ №12820 на стальные фланцы определяет 9 вариантов исполнения соединительных элементов:

• исполнение №1 – конструкция оборудована соединительным выступом (фаской) под углом 45 градусов;
• исполнение №2 – с выступом под углом 90 0 ;
• исполнение №3 – с выступом на 45 0 и выборкой (впадиной) на внутренней торцевой части;
• исполнение №4 – с внутренней выборкой и выступом на 90 0 ;
• исполнение №5 – с внутренним пазом по всей окружности фланца;
• исполнение №6 – нарезана внутренняя фаска под установку линзовой прокладки (вибровставки);
• исполнение №7 – фаска предназначена под установки прокладки овальной формы;
• исполнение №8 и №9 – аналогичны конфигурации №4 и №5 за исключения наличия фаски под линзовую прокладку.

Варианты исполнения фланцев

В отдельную группу относятся компрессионные фланцы, предназначенные для соединения стальных и пластиковых труб. Компрессионные конструкции состоят из двух частей – фланцевой пластины и выходящей из нее цанговой муфты под ПЭ трубу. Компрессионные фланцы предназначены для систем с давлением до 10 МПа. Также существуют компрессионные адаптеры, посредством которых выполняется переход из пластиковой трубы на металлическую арматуру.

Вибровставка, она же вставка фланцевая, используется для снижения уровня шума и вибрации, возникающих в процессе эксплуатации трубопровода. Вибровставки выполняются из термически устойчивой резины, имеющей кордовое основание, за счет которого прокладка получает дополнительную жесткость и устойчивость к деформациям.

Вибровставки производятся в диапазоне диаметров 25-800 мм. Они могут устанавливаться на трубопроводы водоснабжения, подачи воздуха, парообразных веществ и других химически нейтральных жидкостей. Вибровставки диаметром 25-200 мм выдерживают давление до 16 МПа, 250-600 мм – до 10 МПа. Рабочая температура резиновой вибровставки до +110 градусов. Такие компенсаторы не повреждаются при линейном удлинении труб, они способны сжиматься и растягиваться на 12-20 мм, в зависимости от размера вибровставки.

Конструктивные особенности фланцевого крепежа

Фланцевый крепеж, помимо самой соединительной пластины, состоит из 3-ех элементов:

Согласно положениям ГОСТ №12816, использовать болты можно на трубопроводах с давлением рабочей среды до 25 МПа, если давление в системе превышает данную величину, должна применяться монтажная шпилька (стальной стержень с резьбой но обеих концах), которая обеспечивает большую прочность стыка. В трубопроводах высокого давления (от 100 МПа) используется шпилька из 35-ой стали, при давлении до 100 МПа – шпилька из стали 20Х.

Шайбы для фланцевых соединений представляют собой стальную пластину, подкладываемую под гайку либо шапку болта с целью увеличения ее опорной площади. Для крепежа фланцев допускается применять болты, шпильки и шайбы классов прочности 8.8, 6.6 и 5.6.

Защитный кожух из листовой стали

На фланцы, установленные на трубопроводах перекачивающих агрессивные жидкости, в обязательном порядке монтируется защитный кожух (КЗХ). Кожух представляет собой чехол из гидфровобного текстиля, листовой стали либо полимерных материалов, который предотвращает расплескивание рабочей среды при потере соединением герметичности.

Защитный кожух выпускается в диаметре 15-1200 мм, наиболее распространенные кожухи из фторопласта могут эксплуатироваться при температуре от -200 до +230 градусов.

Чтобы стыковать между собой стальные трубопроводы промышленного типа, в основном используют фланцевый способ соединения. В первую очередь это относится к подаче воды, отопительным, газовым и нефтегазовым магистралям.

Функции и особенности фланцевого соединения

Что такое фланец трубы? Это — плоская пластина из стали кольцеобразной (реже – квадратной или прямоугольной) формы. Посредине на ней имеется отверстие, куда вставляют торцевой участок трубы. Края пластины оснащены несколькими отверстиями, расположенными на одинаковом удалении друг от друга: в них продеваются болты или шпильки, и зажимаются гайками.

Фланцевые соединения трубопроводов выступают в роли хорошей альтернативы сварке и муфтам, с возможностью быстрой сборки и разборки. Установка сопровождается привариванием торцовой части и пропускного фланцевого прохода между собой. Далее происходит стягивание обеих пластин друг с другом при помощи ключей соответствующего размера. Если речь идет о фланцах больших размеров, при закручивании потребуются трубные рычаги.

Чтобы сделать стыковку герметичной, применяются уплотнительные резиновые или фторопластовые прокладки. Кроме того, в случае возникновении нужды в перекрывании определенных участков трубопровода для проведения ремонта предусматривается использование специальных заглушек, называемых обтюраторами. Данным способом трубопроводы могут стыковаться к различным устройствам и технологическим емкостям: в основном это – теплообменники. Для этого конец трубы оснащается наварным фланцем, подключаемым к заборной трубе агрегата.

Фланцы по типу применения делятся на следующие виды:

1. Стыкующие между собой отдельные участки трубопроводов. Рассчитаны на давление 0,1 – 20 Мпа (ГОСТ №12815).
2. Обеспечивающие возможность стыковки трубопроводов с оборудованием и емкостями (ГОСТ №28759).

Чтобы рассчитать фланцевые соединения, существует специальная литература с соответствующими таблицами.

Какие бывают фланцы

Виды фланцевых соединений трубопроводов перечислены в специальной нормативной документации.

Для стыкования труб из стали применяют следующие типы фланцев, в зависимости от материала изготовления:

• Литой серый чугун (ГОСТ №12817-90). Изделиями из этого материала оснащается литая арматура, трубные соединения промышленных аппаратов и чугунных производственных сосудов. Они способны выдерживать давление от 0,1 до 16 Мпа, при температурном режиме от -15 до +300 градусов.
• Литой ковкий чугун (ГОСТ №12818-80). Стыкуются трубы, устанавливается арматура, подключаются магистрали и емкости из аналогичного материала. Рассчитаны на давление 1,6-4 Мпа и температуру от -30 до +400 градусов.
• Литая сталь (ГОСТ №12819-80). Способны соединять трубы и арматуру всех разновидностей, комфортно перенося давление 1,6 – 20 Мпа и температуру от -250 до +600 градусов.
• Приварная сталь, плоские (ГОСТ №12820-80). Данные элементы рассчитаны на давление 0,1-2,5 Мпа. Допустимая температура: от -70 до +300. Обтюраторы также относятся к данному типу.
• Сталь, для стыковки сваркой (ГОСТ №12821-80). Работают при давлении 0,1-20 Мпа и температуре от -250 до +600.
• Сталь, имеют приварное кольцо. Показатели давления: 0,1-3 Мпа. Температура: от -30 до +300 градусов. Читайте также: "Какие бывают фланцы для труб – виды и преимущества соединений".

Монтаж фланцевых соединений трубопроводов сварного типа осуществляется путем их приваривания к трубному торцу при помощи двух сварных швов. Элементы, предусматривающие стыковую сварку, имеют один шов, разделяющий между трубу и фланцевый корпус. Конструкция, оснащенная кольцом, включает в себя две части – пластину и кольцо, с одинаковым диаметром. В этом случае труба имеет одно кольцом, фланец же совершенно свободно вращается вокруг трубы.

Данным типом изделий обычно комплектуются труднодоступные места и участки, где требуется постоянный ремонт и обслуживание магистрали. Конструкционные особенности этого соединения позволяют проводить монтажные и демонтажные работы в условиях ограниченного пространства и за очень короткие сроки.

Типы фланцевых соединений трубопроводов и оборудования (или сосудов) имеют следующую классификацию:

• Плоские из стали (ГОСТ №28759-2). Используются на оборудовании сечением 40-400 см. Способны выдерживать давление 0,3-1,7 Мпа, и температуру -70 +300 градусов.
• Стальные, для стыковой сварки (ГОСТ №28759-3). Выпускаются в диаметре 4-400 см. Рассчитаны на давление 0,7-6,5 Мпа, температуру -70 — +550 градусов.
• Стальные, имеющие сечение восьмиугольного типа. Могут иметь диаметр 40-160 см. Допустимые параметры давления: 6,4-16 Мпа, температуры: -70 — +550 градусов.

Нельзя обойти вниманием и т.н. изоляционное фланцевое соединение. Его непосредственной задачей является защита трубы от коррозийных процессов электрохимического типа: именно из-за нее подземные коммуникации быстро выходят из строя. В состав изолирующего фланцевого соединения входят две стягивающие шпильки и диэлектрическая прокладка, изготовленная из термостабилизированного графита или паронита.

С помощью такого соединения блуждающие электрические токи локализируются на конкретных магистральных участках: нередко для их отведения в почву применяют специальное заземление. Использование изолирующих фланцевых соединений приводит к заметному увеличению эксплуатационного срока коммуникаций, расположенных под землей. Меняют диэлектрическую прокладку примерно раз в 15-20 лет: для этого потребуется наличие специальных разгонщиков в виде клиновидных домкратов, для разводки соседних фланцев. Данные приспособления могут быть ручными или гидравлическими, с возможностью развить усилия до 15 тонн.

Конструкционные разновидности фланцев

Кроме материала изготовления и способа монтажа, для классификации фланцев применяется такой критерий, как конструктивное исполнение.

По данному принципу соединительные элементы разделены на 8 основных групп (согласно ГОСТу №12820):

1. Конструкция имеет соединительный выступ (фаску), для выполнения которой выбран угол в 45 градусов.
2. Выступ имеет угол 90 градусов.
3. Фаска в 45 градусов и дополнительная выборка (впадина) по внутреннему торцевому участку.
4. Внутренняя выборка и фаска в 90 градусов.
5. Внутренний паз, которым оснащена вся окружность изделия.
6. Имеет внутреннюю фаску специально под возможность применить вибровставку.
7. Фаска под овальную прокладку.
8. Аналог 4-го и 5-го типов, однако дополнительно имеется фаска для линзовой вставки.

Фланцы компрессионного типа, стыкующие трубы из стали и пластика, образуют отдельную линейку соответствующего товара. Состоят из двух частей – пластины и муфты, предназначенной для ПЭ труб. Данными изделиями могут оснащаться магистрали, имеющие давление до 10 Мпа. При помощи т.н. «компрессионных адаптеров» обеспечивается возможность стыковки труб из пластика и металлической арматуры.

Задачей вибровставки (фланцевой вставки) является достижение максимального шумопоглощения и снижения вибрации, которой сопровождается работа трубопроводов. Для изготовления вибровставок обычно применяют термоустойчивую резину с кордовым основанием: это делает прокладку более жесткой и устойчивой к изменениям ее формы вследствие давления фланцевых пластин.

Диаметры вибровставок могут быть различными, от 25 до 800 мм, с возможностью использования на магистралях по транспортированию воды, газа, пара и других химически инертных веществ. Для вибровставок диаметром 25-200 мм установлен предел давления в 16 Мпа, 250-600 мм – 10 МПа, с возможностью выдерживать нагрев до +110 градусов. Для подобных прокладок не страшно явление линейного удлинения трубопроводов: допустимые пределы сжимания и разжимания — 12-20 мм.

Специфика конструкции фланца

Что такое фланцевое соединение трубопроводов? Кроме вышеуказанных соединительных пластин, в составе фланцевого крепежа входит болт (как вариант – шпилька), гайка и шайба. Как следует из нормативных предписаний (ГОСТ №12816), болтами могут оснащаться трубопроводы, где рабочая среда имеет давление не выше 25 МПа. В случае превышения данного параметра рекомендуется использовать монтажную шпильку, имеющую вид стального стержня, с резьбой по обоим краям. Соединения шпильками считаются на порядок прочнее, чем в случае использования болтов.

Установка фланцевых соединений на стальных трубопроводах с показателем давления выше 100 Мпа осуществляется шпильками из стали № 35. Если давление ниже 100 Мпа, подойдут шпильки из 20-й стали. Фланцевые шайбы – это такие пластины, которые подкладывают под гайку или болт для увеличения их площади опоры. Обычно их делают стальными. Во фланцевых соединениях для болтов, шпилек и шайб допускаются классы прочности 8.8, 6.6 и 5.6.

Что касается трубопроводов для транспортировки агрессивных жидких веществ, потребуется обязательная установка специального защитного кожуха. Он имеет вид чехла, для изготовления которого применяют гидрофобный текстиль, листовую сталь или термостойкие полимеры: они удерживают рабочую жидкость от разбрызгивания в случае разгерметизации фланцевого соединения.

Диаметры защитных кожухов могут быть от 15-ти до 1200 мм. Самыми популярными в этом отношении являются изделия из фторопласта, способные комфортно переносить температуру от -200 до +230 градусов, не деформируясь в течении длительного времени. Кроме того, такие кожухи достаточно легкие, поэтому дополнительной нагрузки на магистраль не происходит. В продаже представлены в разборном виде, для сборки по месту эксплуатации прилагается соответствующая схема.