Последовательность затяжки фланцевых соединений. Установка межфланцевых прокладок. Затяжка болтов фланцевого соединения. Что нужно делать и чего нельзя допускать при установке прокладок. Устранение неисправностей. Затяжка фланцевых соединений
Герметичность фланцевого соединения достигается по средством правильной установки прокладки, обеспечением нужного момента затяжки у болтов, а распределение общего напряжения от затяжки должно быть однородным по всей площади фланца.
При правильном моменте затяжки болта появляется возможность реализовать его упругие свойства. Болт должен вести себя как пружина после затяжки, это позволяет ему в полной мере выполнять поставленную задачу.
Динамометрический ключ
Динамометрический ключ – это общее наименование для ручного завинчивающего инструмента и используется для точного закручивания гаек или болтов.
Для закручивания болтовых соединений используют следующие инструменты:
- Ручной ключ
- Пневматический гаечный ключ ударного действия
- Накидной ключ
- Гидравлический динамометрический ключ
- Динамометрический гаечный ключ с регулированием предельного момента затяжки
- Гидравлический болтовой натяжитель
Потеря крутящего момента (Ослабление затяжки)
Потеря крутящего момента возможно в любом типе болтового соединения. Совокупный эффект осадки и ползучести болтов составляет примерно 10% от общей натяжки в первые 24 часа после установки, смещение прокладки, вибрация системы, тепловое расширение и упругое взаимодействие при затяжке болтов также способствует потере крутящего момента.
Когда потеря крутящего момента достигает предела, внутренне давление превышает силу сжатия удерживая прокладку в одном положении и вызывает протечки или разрывы прокладки.
Ключевым фактором сокращения воздействия этих эффектов является правильная установка прокладки. Точная сборка фланцев, параллельная установка прокладки, закрепляемая минимум четырьмя болтами с применением правильного момента натяжки, при условии правильной последовательности монтажа, повышает возможность снижения эксплуатационных затрат и повышение безопасности.
Также важен выбор правильной толщины прокладки. Если прокладка толще необходимого, то это может привести к сползанию прокладки, а это увеличивает шанс потери крутящего момента. К фланцам с поверхностью по стандарту ASME рекомендуют прокладку толщиной 1,6 мм. Более тонкая прокладка будет принимать на себя большую нагрузку, а, значит, и увеличивается внутреннее давление.
Смазка, снижающая трение
Смазка уменьшает трение во время затяжки болтов, уменьшает проблемы при установке болтов и увеличивает их срок работы. Изменение коэффициента трения влияет на уровень предварительной нагрузки, достигнутого в определенный крутящий момент. Высокий уровень трения приводит к образованию меньшего крутящего момента для предварительной нагрузки.
Коэффициент трения, обеспечиваемый используемыми смазочными материалами, необходимо максимально точно рассчитывать, так как это поможет установить нужное значение крутящего момента.
Смазку необходимо наносить на обе поверхности, как закручиваемой гайки, так и резьбы.
Последовательность затяжки фланцев
Сначала необходимо затянуть первый болт, после перейти на 180° и закрутить второй болт, затем перейти на ¼ оборота по кругу (90°) и закрутить третий болт, перейти к болту напротив – четвертый — и затянуть. Продолжать последовательность, пока они не будут закручены все по кругу.
При использовании фланца с четырьмя отверстиями под болты, закручивание болтов осуществляется «крест-накрест».
Страница 4 из 11
2.6. Требования к сборке и разборке фланцевых соединений.
2.6.1. Сборку фланцевых соединений следует производить в следующем порядке:
· проверить фланцы, включая параллельность уплотнительных поверхностей, прокладку и крепежные детали на соответствие требованиям технологической документации. Во фланцевых соединениях типа «выступ-впадина», «впадина-плоскость», «шип-паз», «паз-плоскость», и «замок» измерить высоту выступа / шипа и глубину впадины / паза и убедиться, что выступ / шип по высоте больше впадины / паза;
· очистить уплотнительные поверхности от загрязнений, обезжирить и осушить;
· нанести смазку на резьбовую часть болтов (шпилек) и гаек
· подготовить и установить прокладку, установить крепеж во фланцевое соединение
· завинтить гайки до достижения их контакта с фланцем и контакта уплотнительных поверхностей фланцев с прокладкой без затяжки крепежа
· произвести равномерную в крестообразной последовательности и в 3-4 прохода затяжку крепежа, контролируя после каждого прохода зазор между фланцами.
2.6.2. Во фланцевых соединениях патрубков сосудов и аппаратов, соединительных частей машин, арматуры и трубопроводов отклонение параллельности уплотнительных поверхностей должно определяться при стянутых до контакта с пластиной щупа в месте минимального зазора фланцев как разность между значениями зазора ∆ 1 и ∆ 2 (рис. 1).
Отклонение параллельности уплотнительных поверхностей фланцев не должно выходить за пределы, указанные в ТУ на ремонт или конструкторской (проектной) документации на оборудование. В отсутствие таких указаний отклонение параллельности уплотнительных поверхностей не должно быть более ¼ толщины прокладки, указанной в конструкторской документации, но не более 0,4 мм для фланцев диаметром до 1000 мм и 0,8 мм для фланцев диаметром свыше 1000 мм.
Применение при непараллельных уплотнительных поверхностях клиновых прокладок или неравномерная затяжка крепежа фланцевых соединений для исправления непараллельности не допускается.
2.6.3. Перед сборкой фланцевых соединений уплотнительные поверхности фланцев должны быть очищены от загрязнений, обезжирены уайт-спиритом или ацетоном по и осушены.
2.6.4. На резьбовую часть болтов (шпилек) и гаек перед сборкой фланцевых соединений должна быть нанесена смазка, указанная в конструкторской и (или) проектной документации на оборудование, трубопроводы. В соответствие таких указаний для смазки резьбы крепежа фланцевых соединений следует применять смесь графита ГС-4 с глицерином в соотношении 25-33% графита и 75-67% глицерина.
2.6.5. Затяжка крепежа фланцевых соединений должна проводиться в крестообразной последовательности, указанной цифрами на (рис.2). Затяжка должна быть равномерной и выполняться в 3-4 прохода.
При разборке фланцевых соединений крепеж следует освобождать в последовательности, обратной последовательности затяжки.
рис. 2
2.6.6. Для затяжки крепежа при сборке фланцевых соединений оборудования должны применяться гаечные ключи с нормальной длиной рукоятки, специальные ключи, а также динамометрические ключи. Применение различных рычагов в целях удлинения плеча при затяжке крепежа фланцевых соединений ключами не допускается.
Затяжка крепежа фланцевых соединений должна контролироваться по крутящему моменту и осуществляться до достижения его значения, указанного в конструкторской документации.
В отсутствие в конструкторской документации указаний о контроле затяжки крепежа фланцевых соединений оборудования по крутящему моменту, его значение, необходимое для обеспечения герметичности соединения на всех режимах работы оборудования, включая гидроиспытания, может быть определено расчетом с учетом характеристик материала прокладки и требующегося удельного давления на нее.
2.7. Требования к крепежным деталям.
2.7.1. При ремонте оборудования систем АС крепежные детали (болты, шпильки, гайки, шайбы) фланцевых соединений должны контролироваться визуально на отсутствие трещин, задиров, забоин и вмятин, несмываемой ржавчины и других следов коррозии, а на резьбе – заусенцев, забоин и вмятин, препятствующих навинчиванию (ввинчиванию) контрольной гайки (шпильки), выкрашиваний и сорванных ниток резьбы.
Запасные крепежные детали, подбираемые взамен дефектных, контролируют на соответствие материала и других характеристик требованиям конструкторских документов на оборудование и (или) распространяющейся на него и его составные части нормативно-технической документации, а также на отсутствие на всех обработанных поверхностях, включая резьбу, надрывов, закатов, рванин, плен, трещин, задиров, заусенцев, забоин и вмятин, несмываемой ржавчины и других следов коррозии.
2.7.2. В резьбовой части крепежных деталей не допускаются:
· для болтов, шпилек (с диаметром резьбы до (включительно) 48 мм) – выкрашивания и смятия ниток резьбы, если они по глубине более половины высоты профиля резьбы и их общая длина превышает 8% длины резьбы по винтовой линии, а в одном витке – 1/3 его длины;
· для гаек – выкрашивания и смятия ниток резьбы, если их длина превышает 2/3 витка.
2.7.3. Для болтов, шпилек с диаметром резьбы свыше 48 мм выкрашивания и смятия ниток резьбы не допускаются, если они по глубине более половины высоты профиля резьбы и их общая длина превышает 2% длины резьбы по винтовой линии, а в одном витке – 1/5 его длины.
2.7.4. Допускается отклонение от прямолинейности (кривизна стержня) болтов, шпилек, не превышающее 0,3 мм на 100 мм длины для диаметров резьб до (включительно) 24 мм и 0,15 мм на 100 мм длины для диаметров свыше 24 мм.
2.7.5. Отклонение от плоскостности шайб не должно превышать допуска на толщину шайбы.
Сопрягаемые выпуклые и вогнутые шайбы должны иметь площадь прилегания не менее 80%. Неудовлетворительное прилегание следует исправлять притиркой сферических поверхностей. Притертые шайбы должны иметь одинаковую маркировку.
2.7.6. Сколы и смятия металла на гранях шестигранной головки болтов и на гайках высотой более 0,2 высоты головки (гайки) и выводящие размер под ключ за 0,9 номинального размера не допускаются.
2.7.7. Во фланцевых соединениях оборудования систем АС резьбовые глухие отверстия должны контролироваться на соответствие требованиям технических условий на ремонт или конструкторской документации, если ТУ на ремонт отсутствуют.
Очень часто можно услышать, что «прокладка протекает». Данное утверждение не всегда является справедливым. На самом деле, всегда протекает соединение, а прокладка является только одним из его компонентов. Зачастую ожидается, что прокладка способна компенсировать недостатки обработки рабочих поверхностей фланцев и смещение фланцев в результате изменений рабочих температуры и давления, вибрации и т.д. Во многих случаях прокладки на это способны, но только при правильном выборе их типа и материала, а также при соблюдении правильной процедуры установки.
А) Что нужно делать и чего нельзя допускать при установке прокладок
- Основной и ответный фланец должны быть одного типа и правильно выровнены. Суммарная несоосность фланцев не должна превышать 0,4 мм.
- Недопустимо пытаться стянуть фланцы, находящиеся далеко друг от друга с помощью крепежа. В таких случаях необходимо использование проставок с использованием прокладок с обеих сторон проставки.
- Крепеж должен быть подобран таким образом, чтобы его предел упругости не превышался при приложении требуемой нагрузки.
- Дополнительная затяжка болтов после того, как соединение с плоской неметаллической прокладкой было подвержено действию повышенных температур, недопустимо. (Прокладка может затвердеть, и дополнительное усилие приведет к ее разрушению).
- Необходимо убедиться в отсутствии коррозии на крепеже, так как ее наличие приводит к снижению способности крепежа нести нагрузку.
- Необходимо убедиться, что материал прокладки соответствует спецификации для данного соединения.
- Необходимо убедиться в том, что на рабочих поверхностях прокладки отсутствуют задиры и царапины, особенно в радиальном направлении.
- Материал следует выбирать таким образом, чтобы допустимая нагрузка на гайки была на 20% выше, чем допустимая нагрузка на шпильки или болты. Следует всегда использовать шайбы из того же материала, что и гайки.
- При необходимости на резьбу следует наносить смазку, но только равномерным тонким слоем. При использовании крепежа из нержавеющей стали следует убедиться, допустимо ли использование смазки конкретного типа.
- Недопустимо повторное использование крепежа и прокладок.
- Следует всегда использовать прокладки минимально допустимой толщины.
- При вырезании прокладок для плоских фланцев отверстия под болты должны вырезаться до вырезания внешнего и внутреннего диаметра прокладки. В случае, когда отверстия под болты расположены близко к внешнему диаметру прокладки, их вырезание после вырезания прокладки может привести к нарушению ее формы.
- Прокладки следует хранить в сухом прохладном месте вдали от источников тепла, влажности, масел и химикатов. Их также следует хранить плоскими в горизонтальном положении (т.е. не подвешивать на крюки).
- Следует избегать нанесения смазки на прокладки и рабочие поверхности фланцев.
Б) Затяжка болтов фланцевого соединения.
Соединения следует затягивать равномерно в три или даже четыре прохода, последовательностью «крест-накрест», как показано на рисунке. Имейте в виду, что при данной последовательности затяжка одного из болтов может привести к ослаблению другого (других), поэтому в качестве последней операции рекомендуется дополнительная затяжка всех болтов по кругу. Некоторые соединения необходимо повторно затягивать непосредственно перед вводом в эксплуатацию с целью компенсации релаксации прокладок и крепежа. Ожидаемая релаксация - 10% по моменту в течение первых суток. Также в некоторых случаях при использовании прокладок определенных типов совместно с фланцами некоторых форм присоединительной поверхности на теплообменниках необходимо осуществлять дополнительную затяжку соединения при начальном нагреве теплообменника.
Разумное требование - затягивать сперва не более чем на 80% от максимума, указанного в таблице , подтянуть при необходимости, максимум не превышать ни в коем случае. При этом класс прочности болтов или шпилек обычно применяется не ниже 5.8
В) Устранение неисправностей
| НЕИСПРАВНОСТЬ | ВОЗМОЖНАЯ ПРИЧИНА | СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ |
| Течь возникла сразу при подаче среды в трубопровод | Недостаточная или избыточная нагрузка в соединении или нагрузка приложена неравномерно | Аккуратно вставьте новую прокладку. Проверьте выравнивание фланцев, их рабочие поверхности и затяните болты в соответствии с описанной процедурой. |
| Течь возникла после непродолжительной эксплуатации |
|
|
| Течь возникла после нескольких часов или дней эксплуатации | Химическое воздействие на прокладку со стороны среды или ее механическое разрушение. | Проверьте химическую совместимость материала прокладки со средой данной концентрации при рабочих условиях. Проверьте правльность выбора типа прокладки. |
Фланцевое соединения труб: типы фланцев и установка соединения
Конструктивные особенности
Фланцы имеют некоторые конструктивные особенности, как и другие трубные или запорные арматуры. Во время выбора фланца нужно разбираться в расшифровках и отличительных особенностях:
Условный проход
Условный проход - это внутренний диаметр трубы, запорной арматуры, на которую приваривают фланец, или фасонной части. Его принимают только исходя из условного прохода трубы.
Плоские фланцы, у которых условный проход равен 100, 125 и 150, исполнение обозначают буквой (А, Б, В). Буква указывает внешний диаметр трубы. В случае неуказанной буквы по умолчанию выбирают букву А.
Ряды
Геометрический размеры фланца зависят от условного прохода. Для одного и того же фланца могут быть два различных способа производства - ряд1 и ряд2. В двух случаях различаются межосевые расстояния между присоединительными отверстиями, а в отдельных случаях отличны диаметры соединительных отверстий. По умолчанию фланцы изготовляют по ряду 2.
Давление
Одна из функций фланцевого соединения - выдерживать давление системы и не допускать появление протечки или разрушений. Этот показатель называют условным давлением, и он зависит от геометрических размеров, исполнения, материалов фланца и прокладки для уплотнения.
Температура
Температура фланца зависит от рабочей температуры жидкости. Нужно учитывать - параметры давления и температуры обратно пропорциональны. Взаимозависимость выражают линейной интерполяцией. Специальные ГОСТы приводят таблицы зависимости рабочей температуры и давления для каждого фланца.
Обозначение фланцев
Каждый вил фланцев обозначается по-своему:
Плоские приварные фланцы
Разберем на примере обозначение плоских приварных фланцев:
Фланец 1-65-25 09Г2С ГОСТ 12821-80
Фланец плоский приварной исполнения 1 с условным проходом(Ду) – 65мм, рассчитан на условное давление в 25кгс/см2 , изготовлен из стали 09Г2С в соответствии с ГОСТ 12821-80.
При выборе фланца под фторопластовую прокладку после цифры Ду, указывают букву Ф.
Воротниковые фланцы
Фланец 1-1000-100 ст. 12х18н10т ГОСТ 12821-80
Обозначает фланец исполнения 1, с условным проходом 1000, рассчитан под давление 100кгс/см2, изготовлен из стали 12х18н10т, которая является конструкционной нержавеющей сталью.
Для квадратных фланцев дополнительно в названии указывают – фланец квадратный.
Также как и в плоских фланцах при использовании фторопластовой прокладки указывают букву Ф.
Свободные фланцы на приварном кольце
Фланец 50-6 СТ20 ГОСТ 12822-80
Кольцо 1-50-6 СТ 35 ГОСТ 12822-80
Здесь: 50 – условный проход, условное давление 6кгс/см2, фланец изготовлен из стали ст20, кольцо из стали ст35.
Для условного прохода 100, 125, 150 необходимо также указывать букву(А, Б, В), по умолчанию – А.
Прокладки для фланцевых соединений
Важно герметизировать узел и соединения, которые находятся под превышающем норму давлением, часто взаимодействующие с агрессивной средой.
Вид фланца или давление, температура и прочие факторы обуславливают тип герметизирующих прокладок:
- КЩ(7338-77) – резина техническая кислотощелочная;
- МБ(7338-77) – резина маслобензостойкая;
- Т(7338-77) – резина техническая теплостойкая;
- ПОН(481-80) – паронит общего назначения;
- ПМБ(481-80) – паронит маслобензостойкий;
- Картон асбестовый;
- Фторопласт-4.
Затяжка фланцевых соединений
К затяжке фланцевых соединений требуется отнестись с вниманием - нужна точность всех деталей для лучшей герметизации.
Подготовка элементов
Поверхность фланцев нужно очистить и обезжирить, также ее проверяют на царапины, вмятины, впадины. Убеждаются, что не коррозии на фланце и крепежных элементах (болтах, гайках), удаляют заусеницы с резьбы: перед эти можно "прогнать" по резьбе каждую гайку и болт. Смазывают резьбу болта или шпильки, подготавливают и устанавливают прокладку. Требуется тщательная установка прокладки ровно по центру.
Последовательность затяжки
Надежную и правильную фиксацию фланца обеспечит правильный порядок затяжки болтов. Для этого слегка затените первый болт, следующий болт выбираете с противоположной стороны, затяжка также провести слегка. Третий болт, который затягиваете, отстает от первого на четверть оборота(90°) или близкий к этому углу. Четвертый – напротив третьего. Последовательность продолжить пока не будут затянуты все болты. При затяжке фланцев с креплением на 4 болта используют технику – крест-накрест.
Момент затяжки
Чтобы получить максимально герметическое соединение, болты должны иметь необходимый момент затяжки. Напряжение от затяжки должно быть равномерно распределится по фланцу. Во время затяжки на болт действует растягивающие усилие противоположное усилию затяжки соединения. При избыточном усилии затяжки можно сорвать резьбу на болте или оборвать сам болт.
Для регулировки усилия затяжки используют разные техники затяжки:
- гидравлической натяжной механизм;
- гидравлический динамометрический ключ;
- пневмогайковерт;
- ручной динамометрический ключ.
Фланец - это способ соединения труб, задвижек, насосов и другого оборудования, для формирования системы трубопроводов. Такой способ соединения обеспечивает простой доступ для очистки, осмотра или модификации. Фланцы обычно имеют резьбовое или сварное соединение. Фланцевое соединение состоит из закрепленных с помощью болтов двух фланцев и прокладки между ними, для обеспечения герметичности.
Фланцы труб изготавливаются из различных материалов. Фланцы имеют обработанные поверхности, изготавливаются из литого чугуна и чугуна с шаровидным графитом, но наиболее используемый материал, это кованная углеродистая сталь.
Наиболее используемые фланцы в нефтяной и химической промышленности:
- с шейкой для приварки
- сквозной фланец
- приварной с впадиной под сварку
- приварной внахлест (свободновращающийся)
- резьбовой фланец
- фланцевая заглушка
Все типы фланцев, кроме свободного, имеют усиленную поверхность.
Специальные фланцы
За исключением фланцев, о которых было сказано выше, есть еще ряд специальных фланцев, таких как:
- фланец диафрагмы
- длинные приварные фланцы с буртиком
- расширительный фланец
- переходный фланец
- кольцевая заглушка (часть фланцевого соединения)
- дисковые заглушки и промежуточные кольца (часть фланцевого соединения)
Наиболее распространенные материалы, используемые для производства фланцев это углеродистая сталь, нержавеющая сталь, чугун, алюминий, латунь, бронза, пластик и т.д. Кроме того, фланцы, как арматура и трубы для специального применения иногда имеют внутреннее покрытие в виде слоя материала совершенно другого качества, чем сами фланцы. Это футерованные фланцы. Материал фланцев, чаще всего, устанавливается при выборе труб. Как правило, фланец делают из того же материала, что и сами трубы.
Пример приварного фланца с буртиком 6" - 150#-S40
Каждый фланец, соответствующий стандарту ASME B16.5, имеет определенное количество стандартных размеров. Если конструктор из Японии, или человек готовящий проект к запуску в Канаде, или монтажник трубопровода в Австралии говорит о приварном фланце 6"-150#-S40 соответствующий стандарту ASME B16.5, то он имеет ввиду фланец, который изображен ниже. 
В случае заказа фланца поставщику хотелось бы знать качество материала. Например, ASTM A105 - фланец из штампованной углеродистой стали, в то время как A182 - фланец из штампованной легированной стали. Таким образом, по правилам, для поставщика должны быть указаны оба стандарта: Сварной фланец 6"-150#-S40-ASME B16.5/ASTM A105.
КЛАСС ДАВЛЕНИЯ
Класс давления или классификация для фланцев будет представлена в фунтах. Для обозначения класса давления используют разные названия. Например: 150 Lb или 150Lbs или 150# или Класс 150, обозначают одно и то же.
Кованные стальные фланцы имеют 7 основных классификаций:
150 Lbs
- 300 Lbs
- 400 Lbs
- 600 Lbs
- 900 Lbs
- 1500 Lbs
- 2500 Lbs
Концепция классификации фланцев ясна и очевидна. Фланец класса 300 может работать при больших давлениях, чем фланец класса 150, потому что фланец класса 300 имеет большее количество металла и выдерживает большие давления. Однако, есть ряд факторов, которые могут повлиять на предельное давление фланца.
ПРИМЕР
Фланцы могут выдерживать различные давления при различных температурах. При росте температуры, класс давления фланца уменьшается. Например, фланец класса 150 рассчитан на давление приблизительно 270 PSIG в условиях окружающей среды, 180 PSIG при 200 °C, 150 PSIG при 315 °C, и 75 PSIG при 426 °C.
Дополнительными факторами является то, что фланцы могут быть сделаны из различных материалов, таких как: легированная сталь, литой и ковкий чугун, и т.д. Каждый материал имеет различные классы давления.
ПАРАМЕТР "ДАВЛЕНИЕ-ТЕМПЕРАТУРА"
Класс давление-температура определяет рабочее, максимально допустимое избыточное давление в барах при температуре в градусах Цельсия. Для промежуточных температур допускается линейная интерполяция. Интерполяция между классом обозначений не допускается.
Классификации по температуре-давлению
Класс Температура-Давление применим к фланцевым соединениям, который соответствует ограничениям на болтовых соединениях и прокладках, которые сделаны в соответствии с надлежащей практикой для сборки и центровки. За использование этих классов для фланцевых соединений, не удовлетворяющих этим ограничениям, обязанность ложится на пользователя.
Температура, показанная для соответствующего класса давления это температура внутренней оболочки детали. В основном, эта температура такая же, как у содержащейся жидкости. В соответствии с требованиями действующих кодексов и правил, при использовании класса давления соответствующего температуре, отличающейся от текущей жидкости, вся ответственность ложиться на заказчика. Для любой температуры ниже -29 °C, класс должен быть не выше, чем при использовании в -29 °C.
В качестве примера, ниже вы найдете две таблицы с группами материалов в соответствии с ASTM и две другие таблицы с классом температура-давление для этих материалов в соответствии с ASME B16.5.
| Материалы ASTM группы 2-1.1
|
|||
| Номинальное обозначение |
Штамповка
|
Литье
|
Пластины
|
| C-Si | A105 (1) | A216 Gr.WCB(1) |
A515 Gr.70(1) |
| C-Mn-Si | A350 Gr.LF2(1) | - | A516 Gr.70(1),(2) |
| C-Mn-Si-V | A350 Gr.LF6 Cl 1(3) | - | A537 Cl.1(4) |
| 3½Ni |
A350 Gr.LF3 |
- | - |
ЗАМЕЧАНИЯ
:
|
|||
| Класс Температура-Давление для материалов ASTM группы 2-1.1
Рабочее давление по классам |
|||||||
| Температура °C | 150 | 300 |
400 |
600 |
900 |
1500 |
2500 |
| от 29 до 38 |
19.6 | 51.1 | 68.1 | 102.1 | 153.2 | 255.3 | 425.5 |
| 50 | 19.2 | 50.1 | 66.8 | 100.2 | 150.4 | 250.6 | 417.7 |
| 100 | 17.7 | 46.6 | 62.1 | 93.2 | 139.8 | 233 | 388.3 |
| 150 | 15.8 | 45.1 | 60.1 | 90.2 | 135.2 | 225.4 | 375.6 |
| 200 | 13.8 | 43.8 | 58.4 | 87.6 | 131.4 | 219 | 365 |
| 250 | 12.1 | 41.9 | 55.9 | 83.9 | 125.8 | 209.7 | 349.5 |
| 300 | 10.2 | 39.8 | 53.1 | 79.6 | 119.5 | 199.1 | 331.8 |
| 325 | 9.3 | 38.7 | 51.6 | 77.4 | 116.1 | 193.6 | 322.6 |
| 350 | 8.4 | 37.6 | 50.1 | 75.1 | 112.7 | 187.8 | 313 |
| 375 | 7.4 | 36.4 | 48.5 | 72.7 | 109.1 | 181.8 | 303.1 |
| 400 | 6.5 | 34.7 | 46.3 | 69.4 | 104.2 | 173.6 | 289.3 |
| 425 | 5.5 | 28.8 | 38.4 | 57.5 | 86.3 | 143.8 | 239.7 |
| 450 | 4.6 | 23 | 30.7 | 46 | 69 | 115 | 191.7 |
| 475 | 3.7 | 17.4 | 23.2 | 34.9 | 52.3 | 87.2 | 145.3 |
| 500 | 2.8 | 11.8 | 15.7 | 23.5 | 35.3 | 58.8 | 97.9 |
| 538 | 1.4 | 5.9 | 7.9 | 11.8 | 17.7 | 29.5 | 49.2 |
| Класс Температура-Давление для материалов ASTM группы 2-2.3
Рабочее давление по классам |
|||||||
| Температура °C | 150 | 300 |
400 |
600 |
900 |
1500 |
2500 |
| от 29 до 38 |
15.9 |
41.4 |
55.2 |
82.7 |
124.1 |
206.8 |
344.7 |
| 50 | 15.3 |
40 |
53.4 |
80 |
120.1 |
200.1 |
333.5 |
| 100 | 13.3 |
34.8 |
46.4 |
69.6 |
104.4 |
173.9 |
289.9 |
| 150 | 12 |
31.4 |
41.9 |
62.8 |
94.2 |
157 |
261.6 |
| 200 | 11.2 |
29.2 |
38.9 |
58.3 |
87.5 |
145.8 |
243 |
| 250 | 10.5 |
27.5 |
36.6 |
54.9 |
82.4 |
137.3 |
228.9 |
| 300 | 10 |
26.1 |
34.8 |
52.1 |
78.2 |
130.3 |
217.2 |
| 325 | 9.3 |
25.5 |
34 |
51 |
76.4 |
127.4 |
212.3 |
| 350 | 8.4 |
25.1 |
33.4 |
50.1 |
75.2 |
125.4 |
208.9 |
| 375 | 7.4 |
24.8 |
33 |
49.5 |
74.3 |
123.8 |
206.3 |
| 400 | 6.5 |
24.3 |
32.4 |
48.6 |
72.9 |
121.5 |
202.5 |
| 425 | 5.5 |
23.9 |
31.8 |
47.7 |
71.6 |
119.3 |
198.8 |
| 450 | 4.6 |
23.4 |
31.2 |
46.8 |
70.2 | 117.1 |
195.1 |
ПОВЕРХНОСТЬ ФЛАНЦА
От формы и исполнения поверхности фланца будет зависеть, где будет расположено уплотнительное кольцо или прокладка.
Наиболее используемые типы:
- поверхность с выступом (RF)
- плоская поверхность (FF)
- паз под кольцевое уплотнение (RTJ)
- с наружной и внутренней резьбой (M&F)
- шпунтовое соединение (T&G)
Поверхность с выступом, наиболее применимый тип фланца, который легко определить. Данный тип называется так, потому что поверхность прокладки выступает над поверхностью болтового соединения. 
Диаметр и высота определяются по стандарту ASME B16.5 с помощью класса давления и диаметра. В классе давления до 300 Lbs высота равна, примерно 1,6 мм, а в классе давления от 400 до 2500 Lbs высота составляет около 6,4 мм. Класс давления фланца определяет высоту выступа поверхности. Предназначением (RF) фланца является концентрация большего давления на меньшую площадь прокладки, увеличивая тем самым предельное давление соединения.
Для параметров определяющих высоту всех описанных в данной статье фланцев используются размеры H и B, за исключением фланца с нахлесточным соединением, это необходимо понять и запомнить следующее:
В классах давления 150 и 300 Lbs, высота выступа составляет около 1,6 мм (1/16 дюйма). Почти все поставщики фланцев этих двух классов указывают в своих брошюрах или каталогах размеры H и B, включая поверхность выступа (см. Fig.1 ниже)
В классах давления 400, 600, 900, 1500 и 2500 Lbs высота выступа равна 6,4 мм (1/4 дюйма). В этих классах многие поставщики указывают размеры H и B, не включая высоту выступа (см. Fig.2 сверху)
В этой статье вы найдете два размера. Верхний ряд размеров не включает высоту выступа, а размеры в нижнем ряду включают высоту выступа.
ПЛОСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ (FF - Flat Face)
У фланца с плоской поверхностью (вся поверхность) прокладка находится в той же плоскости, что и болтовое соединение. Чаще всего, фланцы с плоской поверхностью используют там, где ответный фланец или фиттинг - литой. 
Фланец с плоской поверхностью никогда не соединяется с фланцем, у которого есть выступ. Согласно ASME B31.1, при соединении плоских фланцев из чугуна с фланцами из углеродистой стали, выступ на стальном фланце должен быть убран, и вся поверхность должна быть уплотнена прокладкой. Это делается для сохранения тонкого, хрупкого чугунного фланца от образования трещин из-за выступа стального фланца.
ФЛАНЕЦ С ПАЗОМ ПОД КОЛЬЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ (RTJ - Ring Type Joint)
У RTJ фланцев прорезаны пазы в их поверхности, в которые вставлены стальные уплотнительные кольца. Фланцы герметизируются за счет того, что при затяжке болтов прокладка между фланцами вдавливается в пазы, деформируется, создавая тесный контакт - металл-К-металлу. 
У RTJ фланца может быть выступ со сделанным в нем кольцевым пазом. Данный выступ не служит в качестве какого-либо уплотнения. Для RTJ фланцев, которые герметизируются с помощью кольцевых уплотнений, выступающие поверхности соединенных и затянутых фланцев могут контактировать друг с другом. В этом случае сжатая прокладка больше не будет нести дополнительных нагрузок, затяжка болтов, вибрация и смещения не смогут больше раздавить прокладку и уменьшит усилие затяжки.
Металлические уплотнительные кольца подходят для использования при высоких температурах и давлениях. Они сделаны с учетом правильного выбора материала и профиля и всегда применяются в соответствующих фланцах, обеспечивая хорошее и надежное уплотнение.
Кольцевые уплотнения изготовлены так, что герметизация осуществляется посредством "начальной линии контакта" или заклинивания между сопряженным фланцем и прокладкой. За счет применения давления на уплотнение через болтовую затяжку, более мягкий метал прокладки проникает в мелкодисперсную структуру более жесткого материала фланца, и создает очень плотное и эффективное уплотнение. 
Наиболее используемые кольца:
Тип R-Oval согласно ASME B16.20
Подходит для фланцев ASME B16.5 класса давления от 150 до 2500.
Тип R-Octagonal согласно ASME 16.20
Улучшенная конструкция по сравнению с начальной R-Oval. Однако они могут использоваться только для плоских фланцев с пазом. Подходит для фланцев ASME B16.5 класса давления от 15 до 2500.
ФЛАНЦЫ С УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ И ПОВЕРХНОСТЬЮ ТИПА ВЫСТУП-ВПАДИНА (LMF - Large Male Face; LFF - Large Female Face)
Фланцы этого типа должны совпадать. У одной поверхности фланца есть область, которая выходит за обычные пределы поверхности фланца (папа
). Другой фланец, или ответный фланец имеет соответствующее углубление (мама
), сделанном в его поверхности.
Полусвободная прокладка
- Глубина выточки (выемки) обычно равна или меньше чем высота выступающей части, чтобы предотвратить контакт металл-металл при сжатии прокладки
- Глубина выемки обычно не более чем на 1/16" больше чем высота выступа
ФЛАНЕЦ С УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ТИПА ШИП-ПАЗ
(Выступ - Tounge Face - TF; Впадина - Groove Face - GF)
Фланцы этого типа тоже должны совпадать. У одного фланца есть кольцо с выступом (шип) сделанном на поверхности этого фланца, в то время, как на поверхности ответного проточен паз. Такие поверхности обычно встречаются на крышках насосов и крышках вентилей.
Зафиксированная прокладка
- Размеры прокладки такие же или меньше чем высота паза
- Прокладка шире паза не больше чем на 1/16"
- Размеры прокладки будут совпадать с размерами паза
- При разборке соединение должно разжиматься отдельно
ПЛОСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ И ПАЗ
Зафиксированная прокладка
- Одна поверхность - плоская, другая - с выемкой
- Для применения там, где требуется точный контроль сжатия прокладки
- Рекомендуются только упругие прокладки - спиральные, полые кольцевые, приводимые в действие давлением, и прокладки с металлической оболочкой
КОНЕЧНАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ ФЛАНЦА
По коду ASME B16.5 требуется, чтобы поверхность фланца (выступ и плоская поверхность) имели определенную шероховатость, чтобы данная поверхность при совмещении с прокладкой обеспечивала уплотнение высокого качества. 
Конечное рифление, концентрическое, либо в виде спирали, требует от 30 до 55 канавок на дюйм, что в результате дает шероховатость между 125 и 500 микро-дюймами. Это позволит производителям фланцев делать обработку места под прокладку металлического фланца любого класса.
Для трубопроводов, транспортирующих вещества групп А и Б технологических объектов I категории взрывоопасности, не допускается применение фланцевых соединений с гладкой уплотнительной поверхностью за исключением случаев применения спирально-навитых прокладок.
НАИБОЛЕЕ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
Черновая обработка
| Наиболее часто используемая при обработке любого фланца, потому что она
подходит практически для всех обычных условий эксплуатации. При сжатии
мягкая поверхность прокладки будет входить в обработанную поверхность,
что поможет создать уплотнение, кроме того, возникает высокий уровень
трения между соединенными частями. Конечная обработка для этих фланцев
делается с помощью радиусного резца радиусом 1,6 мм при скорости подачи
0,88 мм на оборот для 12". Для 14" и более, обработка производится с
помощью 3,2 миллиметрового радиусного резца при подаче 1,2 мм на оборот. |
 |
 |
Спиральная насечка
Это может быть непрерывная или фонографическая спиральная канавка, но от черновой обработки она отличается тем, что канавка получается за счет использования 90 градусного резца, который создает V-образный профиль с углом рифления 45°.Концентрическая насечка.
Как следует из названия, обработка состоит из концентрических канавок. Используется 90° резец и кольца распределяются равномерно по всей поверхности.
Гладкая поверхность.
Такая обработка визуально не оставляет следов инструмента. Такие поверхности, как правило, используются для прокладок с металлической поверхностью, к примеру: с двойной оболочкой, из полосовой стали, или гофрированного металла. Гладкая поверхность помогает создать уплотнение и зависит от плоскостности противоположной поверхности. Как правило, это достигается за счет контактной поверхности прокладки, сформированной непрерывной (иногда называемой фонографической), спиральной канавкой, сделанной 0,8 миллиметровым радиусным резцом, на подаче 0,3 мм на оборот, глубиной 0,05 мм. Это приведет к шероховатости между Ra 3,2 и 6,3 микрометра (125-250 микро-дюйма)
ПРОКЛАДКИ
Для того, чтобы сделать герметичное фланцевое соединение, необходимы прокладки.
Прокладка представляет собой сжатые листы или кольца, используемые для создания водонепроницаемого соединения между двумя поверхностями. Прокладки изготавливаются для работы при экстремальных температурах и давлениях, и доступны в исполнении из металлических, полуметаллических и неметаллических материалов.
К примеру, принцип уплотнения может заключаться в сжатии прокладки между двумя фланцами. Прокладка заполняет микроскопические пространства и неровности поверхности фланцев и, затем, образует уплотнение, которое предотвращает утечки жидкостей и газов. Требуется правильная и бережная установка прокладки, для того, чтобы предотвратить утечки во фланцевом соединении.
В этой статье будут описаны прокладки соответствующие ASME B16.20 (Металлические и полуметаллические прокладки для фланцев труб) и ASME B16.21 (Неметаллические, плоские прокладки для фланцев труб)
БОЛТЫ
Для соединения двух фланцев друг с другом необходимы болты. Количество будет определяться числом отверстий во фланце, а диаметр и длина болтов зависит от типа фланца и его класса давления. Наиболее часто применяемые болты в нефтяной и химической промышленности для фланцев ASME B16.5 это шпильки. Шпилька состоит из стержня с резьбой и двух гаек. Другой доступный тип болтов это обычный болт с шестигранной головкой и одной гайкой.
Размеры, допуски на размеры и т.п. были определены в стандартах ASME B16.5 и ASME B18.2.2, материалы - в различных ASTM стандартах.
МОМЕНТ ЗАТЯЖКИ
Чтобы получить герметичное фланцевое соединение, необходима правильная установка прокладки, болты должны иметь необходимый момент затяжки, а общее напряжение от затяжки должно равномерно распределяться по всему фланцу.
Необходимое растяжение осуществляется за счет момента затяжки (приложение предварительной нагрузки к креплению за счет поворота его гайки).
Правильный момент затяжки болта позволяет наиболее лучшим образом использовать его упругие свойства. Чтобы хорошо выполнять свою задачу болт должен вести себя подобно пружине. Во время работы, процесс затяжки оказывает осевую, предварительную нагрузку на болт. Конечно же эта растягивающая сила равна противоположным силам сжатия, приложенным к компонентам сборки. Она может называться усилием затяжки или растягивающим усилием.
ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЙ КЛЮЧ
Динамометрический ключ это общее название для ручного инструмента, который используется для приложения точного усилия затяжки соединений, будь то болт, или гайка. Это позволяет оператору измерять вращательное усилие (крутящий момент) приложенное к болту, которое должно совпадать со спецификацией. 
Выбор техники правильной затяжки болта фланца требует опыта. Правильное применение любой из техник также требует квалификации, как инструмента, который будет использоваться, так и специалиста, который будет выполнять работу. Ниже приводятся наиболее часто используемые способы затяжки болтов:
- затяжка от руки
- пневмогайковерт
- гидравлический динамометрический ключ
- ручной динамометрический ключ с коромыслом или с зубчатой передачей
- гидравлический натяжной механизм для болтов
Потеря момента затяжки присуща любому болтовому соединению. Комбинированный эффект ослабления болтового соединения, (около 10% во время первых 24 часов после установки), ползучесть прокладки, вибрации в системе, температурное расширение и упругое взаимодействие во время затяжки болта способствуют потере момента затяжки. Когда потери момента затяжки достигают критических, внутреннее давление превышает силу сжатия, которое удерживает прокладку на своем месте, в этом случае может произойти подтекание либо прорыв.
Ключом к уменьшению этих эффектов является правильная установка прокладки. При установке прокладки, необходимо объединить вместе фланцы и плавно и параллельно, с наименьшим усилием затяжки, затянуть 4 болта, следуя правильной последовательности затяжки. Это даст снижение эксплуатационных затрат и повысит безопасность.
Также важна правильная толщина прокладки. Чем толще прокладка, тем выше ее ползучесть, что, в свою очередь, может привести к потере момента затяжки. По стандарту ASME для фланцев с рифленой поверхностью, как правило, рекомендуют прокладку толщиной 1,6 мм. Более тонкие материалы могут работать при более высоких нагрузках на прокладку и, следовательно, больших внутренних давлениях.
СМАЗКА УМЕНЬШАЕТ ТРЕНИЕ
Смазка уменьшает трение во время затяжки, уменьшает срывы болта во время установки и увеличивает срок службы. Изменение коэффициента трения влияет на величину предварительного натяга, достигаемого на определенном моменте затяжки. Больший коэффициент трения приводит к меньшему преобразованию момента в предварительный натяг. Значение коэффициента трения, обеспечиваемое производителем смазки должно быть известно, чтобы точно установить требуемую величину крутящего момента.
Смазка или противозаклинивающие соединения должны наноситься и на поверхность гайки подшипника, и на наружную резьбу.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ЗАТЯЖКИ
Первый проход, слегка затянуть первый болт, затем следующий, находящийся напротив него, затем на четверть оборота по кругу (или 90 градусов), чтобы подтянуть третий болт и, напротив него, четвертый. Продолжайте эту последовательность до тех пор, пока не затянете все болты. При затяжке фланцев с четырьмя болтами, используйте схему крест-накрест.
ПОДГОТОВКА ЗАКРЕПЛЕНИЯ ФЛАНЦА
Чтобы достичь герметичности во фланцевых соединениях, необходимо, чтобы все компоненты были точными.
Перед началом процесса соединения необходимо сделать следующие шаги, чтобы избежать проблем в будущем:
- Очистить поверхности фланцев и проверить на царапины, поверхности должны быть чистыми и на них не должно быть никаких дефектов (неровности, ямки, вмятин и т.д.)
- Осмотрите все болты и гайки на наличие повреждений или коррозию резьбы. Замените или отремонтируйте болты или гайки при необходимости
- Удалите заусенцы со всех резьб
- Смажьте резьбы болтов или шпилек и поверхности гаек, прилегающих к фланцу или шайбе. В большинстве приложений рекомендуется применять закаленные шайбы.
- Установите новую прокладку и убедитесь, что она лежит по центру. НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ СТАРУЮ ПРОКЛАДКУ, или же используйте несколько прокладок.
- Проверьте соосность фланцев по стандарту процессных трубопроводов ASME B31.3
- Отрегулируйте положение гаек, чтобы убедиться в том, что 2-3 витка резьбы возвышаются над ее верхней частью.
