Как правильно выбрать фланцевую прокладку?

Как правильно выбрать прокладку для трубопровода? Чтобы выбрать правильную фланцевую прокладку, инженеры по трубопроводам должны принять во внимание следующие 4 ключевых фактора: тип жидкости, температура / давление процесса, неконтролируемые выбросы, другие общие обстоятельства. Несмотря на то, что прокладки являются относительно дешевыми компонентами всей системы трубопроводов, они имеют решающее значение для ее надежности и целостности: экономия нескольких долларов на прокладках может привести к гораздо большим проблемам в среднесрочной перспективе, нужно быть осторожными!

Выбор фланцевых прокладок

Фланцевые прокладки должны выбираться на основе множества технологических факторов, таких как рабочая температура / давление, тип жидкости, транспортируемой по трубопроводу, тип фланца, размер, номинальное давление, класс материала и технические характеристики. Рассмотрим каждый из этих факторов.

Тип жидкости

Первый критерий выбора правильного типа прокладки - это, конечно, тип жидкости, транспортируемой по трубопроводу, а также температура и давление жидкости.

Для разных жидкостей требуются разные материалы прокладок, чтобы гарантировать, что фланцевое соединение работает в течение длительного периода времени.

Таблица химического сопротивления показывает, как различные материалы фланцевых прокладок противостоят определенным температурам, давлениям и жидкостям.

Таблица химической стойкости сжатых прокладок

Рекомендуемые материалы для прокладок

Процесс, температура и давление

Вторым фактором, который следует учитывать при выборе правильного материала прокладки, является рабочая температура и давление в системе трубопроводов.

В частности, материал прокладки должен выдерживать самые высокие температуры и давления, ожидаемые для процесса (самое высокое ожидаемое давление-температура для высокотемпературных применений и самые низкие температуры для низкотемпературных применений).

Значения температуры и давления для обычных материалов прокладок показаны на рисунке ниже в качестве общего справочного материала.

Прокладка не должна ползти при самой высокой температуре и давлении, ожидаемых для процесса, в противном случае фланцевое соединение станет неэффективным, что приведет к утечкам.

Фланцевая прокладка должна выдерживать максимальное давление, ожидаемое в трубопроводе; часто это испытательное давление, которое может быть как минимум в 2 раза больше номинального значения фланца при температуре окружающей среды.

Прокладка не должна оползать при самой высокой температуре и давлении, ожидаемых для процесса, в противном случае фланцевое соединение станет неэффективным, что приведет к утечкам.

Фланцевая прокладка должна выдерживать максимальное давление, ожидаемое в трубопроводе; часто это испытательное давление, которое может быть как минимум в 2 раза больше номинального значения фланца при температуре окружающей среды.

Законы о неконтролируемых выбросах

Законы о неорганизованных выбросах в стране установки также должны приниматься во внимание при выборе правильного типа прокладки для процесса.

Действительно, более строгие законы о неорганизованных выбросах могут принимать конкретные решения относительно фланцев и прокладок, которые должны использоваться для фланцевых соединений.

Другие общие аспекты

Другие ключевые факторы, которые следует учитывать при выборе типа прокладки для использования:

а) Вибрация и колебания трубопровода: прокладка должна выдерживать колебания и вибрации, которые могут влиять на трубопровод

б) Риск загрязнения жидкостью. Для некоторых применений важно использовать прокладки, которые не загрязняют жидкость, транспортируемую по трубопроводу (например, фармацевтические и пищевые применения или газопроводы).

в) Коррозия фланцев. Некоторые материалы фланцев, такие как аустенитная нержавеющая сталь, подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением. Этот факт следует учитывать при выборе типа и материала прокладки.

г) Целостность: токсичные жидкости требуют полностью герметичных уплотнений для предотвращения загрязнения почвы или угрозы жизни человека. Как следствие, более плотные и прочные прокладки могут быть естественным выбором для этих типов применений (например, спирально-навитая прокладка с наружным кольцом или неасбестовая прокладка)

д) Финансовый риск, возникающий в случае отказа прокладки: хотя прокладки оказывают относительно дешевое влияние на общую стоимость материалов трубопровода, выбор неправильных прокладок может привести к огромным финансовым последствиям, и экономия в этом отношении может быть опасной как для подрядчика, что может быть наложен штраф, и для конечного пользователя.

В качестве общей справочной информации в следующей таблице приведены рекомендуемые типы прокладок по типу обслуживания, температуре и номинальному давлению в трубопроводе и типам облицовки фланцев.

Какие факторы влияют на эффективность прокладки?

На производительность прокладки влияет ряд факторов. Все эти факторы должны быть приняты во внимание при выборе прокладки:

Нагрузка на фланец

Все материалы прокладок должны иметь достаточное давление на фланце, чтобы сжимать прокладку, достаточную для обеспечения плотного неразрывного уплотнения. Давление на фланец или минимальное посадочное напряжение, необходимое для достижения этого, называется коэффициентом "у". Это фланцевое давление должно быть равномерно приложено по всей посадочной площади для достижения идеального уплотнения. Однако при реальном обслуживании распределение вокруг прокладки не является равномерным. Наибольшее усилие прикладывается к области, непосредственно окружающей болты. Наименьшее усилие происходит на полпути между двумя болтами. Этот фактор должен быть принят во внимание разработчиком фланца.

Давление в системе трубопроводов

В процессе эксплуатации, как только на сосуд подается давление, начальное сжатие прокладки уменьшается за счет внутреннего давления, действующего на прокладку (давление выброса) и фланцы (гидростатическое торцевое усилие). Для этого на материал прокладки должна быть помещена дополнительная предварительная нагрузка. Коэффициент обслуживания или "м" был установлен ASME для учета этой предварительной нагрузки. Коэффициент "м" определяет, во сколько раз остаточная нагрузка (исходная нагрузка минус внутреннее давление) должна превышать внутреннее давление. В этом расчете следует учитывать нормальное давление и испытательное давление.

Температура в системе трубопроводов

Необходимо учитывать влияние как температуры окружающей среды, так и температуры процесса на материал прокладки, фланцы и болты. Эти эффекты включают удлинение болтов, ослабление ползучести материала прокладки или термическое разрушение. Это может привести к снижению нагрузки на фланец. Чем выше его рабочая температура, тем больше внимания следует уделять выбору материала прокладки. Когда система находится под давлением и нагревается, соединение деформируется. Различные коэффициенты расширения между болтами, фланцами и трубой могут привести к силам, которые могут повлиять на прокладку. Относительная жесткость болтового соединения определяет, есть ли чистый выигрыш или потеря в нагрузке болта. Как правило, гибкие соединения теряют нагрузку от болта.

Тип жидкости

Среда герметизируется, обычно это жидкость или газ, причем газ труднее герметизировать, чем жидкость. Влияние температуры на многие жидкости приводит к тому, что они становятся более агрессивными. Следовательно, жидкость, которая может быть герметизирована при температуре окружающей среды, может отрицательно повлиять на прокладку при более высокой температуре. Материал прокладки должен быть устойчивым к коррозийному воздействию жидкости. Он должен химически противостоять системной жидкости, чтобы предотвратить серьезное ухудшение ее физических свойств.

Наружный диаметр прокладки

Для двух прокладок, изготовленных из одного и того же материала и имеющих одинаковую ширину, та, которая имеет больший наружный диаметр, выдержит более высокое давление. Поэтому целесообразно использовать прокладку с максимально большим наружным диаметром.

Толщина прокладки

Для данного материала общим правилом является то, что более тонкая прокладка способна выдерживать более высокие сжимающие напряжения, чем более толстая. Однако более тонкие материалы требуют более высокого качества поверхности. Как правило, прокладка должна быть как минимум в четыре раза толще, чем максимальная шероховатость поверхности фланцевых поверхностей. Прокладка должна быть достаточно толстой, чтобы принимать форму поверхностей фланца, и при этом все еще сжиматься под нагрузкой болта. В ситуациях, когда вибрация неизбежна, следует использовать более толстую прокладку, чем необходимый минимум.

Ширина прокладки

Чтобы уменьшить нагрузку на болт, необходимую для создания определенного давления в прокладке, желательно не иметь прокладку шире, чем необходимо. При заданном напряжении в прокладке выступающий фланец с узкой прокладкой потребует меньшей предварительной нагрузки и, следовательно, меньшей прочности фланца, чем прокладка с полной поверхностью. В общем, прокладки высокого давления имеют тенденцию быть узкими.

Отделка поверхности прокладки

Отделка поверхности прокладки, которая состоит из канавок или каналов, спрессованных или обработанных на наружной поверхности, определяет толщину и сжимаемость, необходимые материалу прокладки для образования физического барьера в зазоре между фланцами. Слишком мелкая или мелкая отделка нежелательна, особенно на твердых прокладочных материалах, потому что гладкой поверхности может не хватать необходимого сцепления, что может привести к экструзии. С другой стороны, слишком глубокая отделка приведет к прокладке, которая требует более высокой нагрузки на болт, что может затруднить формирование плотного уплотнения, особенно когда используются большие поверхности фланца. Также могут быть полезны метки точной обработки, нанесенные на поверхность фланца, касающиеся направления давления жидкости. Фланцевые поверхности с нескользкими канавками глубиной примерно 0,125 мм рекомендуются для прокладок толщиной более 0,5 мм; а для более тонких прокладок рекомендуются канавки глубиной 0,065 мм. Ни при каких обстоятельствах поверхность фланцевого уплотнения не должна обрабатываться так, чтобы метки инструмента проходили в радиальном направлении через прокладку-море.