Типы фланцев в трубопроводах (краткий обзор)
Какие фланцы наиболее распространены в трубопроводе? Как они выглядят? Ключевыми типами фланцев являются воротниковый, с удлиненным воротником, плоский, раструбный, свободный, резьбовой и заглушка. В дополнение к этим стандартным фланцам существуют некоторые специальные, называемые велдофланец/нипофланец и элбофланец, поворотный фланец, фланец расширения и выпускной фланец.
Стандартные типы фланцев
Тип фланца, который будет использоваться для трубопровода, зависит, главным образом, от требуемой прочности фланцевого соединения. Фланцы используются, в качестве альтернативы сварным соединениям, для облегчения операций по техническому обслуживанию (фланцевое соединение может быть демонтировано быстро и удобно).
Далее описаны ключевые типы фланцев с изображениями.
Воротниковый фланец
Фланец с приваренной горловиной («WN») имеет длинную коническую втулку, которая может быть приварена с помощью трубы.
Этот тип фланца обычно используется в условиях высокого давления и при высоких/низких температурах, когда требуется беспрепятственный поток жидкости, транспортируемой трубопроводной системой (отверстие фланца совпадает с отверстием трубы).
Отсутствие перепадов давления предотвращает негативные эффекты, такие как турбулентность и эрозия/коррозия металлов вблизи фланцевых соединений.
Коническая втулка обеспечивает плавное распределение механического напряжения между трубой и приварным фланцем с горловиной и облегчает проведение рентгенографических проверок для выявления возможных утечек и дефектов сварки.
Размер фланца (NPS и schedule) должен соответствовать размеру соединительной трубы.
Фланец приварной с горловиной соединен с трубой одним V-образным стыковым сварным швом с полным проходом.
Фланец приварной с удлиненным воротником
Приварные фланцы с удлиненным воротником («LWN») аналогичны фланцам с приварной горловиной, за исключением того, что горловина (коническая втулка) вытянута и действует как расточка.
Фланцы с удлиненным воротником обычно используются на сосудах, колоннах или бочках. Эти типы фланцев доступны также в вариантах с тяжелой втулкой (HB) и равной втулкой (E).
Фланец плоский приварной
Плоский приварной фланец соединяется с трубой или фитингами двумя угловыми сварными швами, один выполняется внутри, а другой - снаружи полости фланца.
Размер отверстия плоского фланца больше, чем наружный диаметр соединительной трубы, поскольку труба должна скользить внутри фланца, чтобы соединиться при выполнении углового шва.
Плоские фланцы также определяются как «накидные фланцы», и их легко узнать благодаря их тонкой и компактной форме.
Разница между воротниковым и плоским фланцем
Фланцевые соединения, изготовленные с помощью плоских фланцев, впоследствии, более хрупкие, чем соединения, выполненные с помощью фланцев с приваренной горловиной (при аналогичных условиях эксплуатации). Это очевидно из-за следующих фактов:
- Фланец с приваренной горловиной имеет коническую втулку, отсутствующую на фланце с приварным гнездом, который более равномерно распределяет механическое напряжение между трубой и фланцем.
- Сварочное соединение встык - одна сварочная зона вместо двух (фланец воротниковый).
Еще одно преимущество фланца с приваренной горловиной заключается в том, что его можно соединять либо с трубами, либо с фитингами, тогда как фланцы с раструбным соединением подходят только для труб.
Резьбовой фланец
Резьбовые фланцы соединяются с трубами путем навинчивания трубы (с наружной резьбой, обычно NPT согласно ASME B1.20.1) на фланец без шовных сварных швов (однако в некоторых случаях небольшие сварные швы применяются для увеличения прочности соединения ).
Резьбовые фланцы доступны в размерах до 4 дюймов и различных номинальных давлениях, однако они используются, в основном, для трубопроводов небольшого размера в условиях низкого давления и при низких температурах, таких как водопроводные и воздушные коммуникации.
Резьбовые фланцы также являются обязательными во взрывоопасных зонах, таких как автозаправочные станции и установки, так как выполнение сварных соединений в таких средах было бы опасным.
Раструбный фланец
Раструбные фланцы соединяются с трубами с помощью единого углового шва, выполняемого на внешней стороне фланца (отличается от типа плоского фланца, который требует двух сварных швов).
Согласно ASME B31.1, для выполнения фланцевого соединения с использованием раструбного фланца труба сначала должна быть вставлена в гнездо фланца, пока не достигнет нижней части фланца, затем она должна быть поднята на 1,6 мм и, наконец, заварена.
Этот зазор следует оставить, чтобы обеспечить правильное расположение трубы внутри фланцевой муфты после затвердевания сварного шва.
Соединительные фланцевые соединения используются для трубопроводов небольшого размера и высокого давления, которые не переносят высококоррозионные жидкости.
Это связано с тем, что эти типы фланцев подвержены коррозии в зоне зазора между концом трубы и буртиком муфты.
Их статическая прочность фланцев сварного шва сходна с плоскими фланцами, но их усталостная прочность выше из-за наличия единственного вместо двойного углового шва.
Свободный фланец
Свободные фланцы имеют плоскую поверхность и всегда используются вместе с заглушкой.
Свободные фланцы напоминают по форме плоские фланцы, за исключением радиуса на пересечении поверхности фланца и отверстия для размещения фланцевого участка заглушки.
Фланец свободный на приварном кольце проскальзывает по трубе и опирается на заднюю часть патрубка, и оба они удерживаются вместе при помощи болтов.
Использование свободных фланцев в сочетании с наконечниками является экономически эффективным решением для трубопроводов из нержавеющей стали или никелевого сплава, поскольку материал свободного фланца может быть более низкого качества (как правило, углеродистая сталь), чем материал патрубка (который должен соответствовать марке трубы, так как находится в контакте с транспортируемой жидкостью).
Таким образом, это решение имеет следующие два преимущества:
- снижает общую стоимость фланцевых соединений трубопровода, поскольку использование высококачественных материалов сведено к минимуму;
- операции с болтами упрощены, так как свободный фланец может вращаться вокруг трубы, чтобы облегчить выравнивание болтов.
Глухой фланец
В отличие от всех типов фланцев, указанных выше, глухие фланцы не имеют центрального отверстия и используются для заглушения или уплотнения трубопровода, клапана/сосуда под давлением и блокирования потока жидкости.
Глухие фланцы должны выдерживать значительные механические нагрузки из-за давления в системе и требуемых болтовых усилий.
Глухие фланцы обеспечивают легкий доступ к трубопроводу, поскольку их можно легко отстегнуть, чтобы оператор мог выполнять действия внутри конца трубы (это также причина, по которой иногда глухой фланцевый тип используется в качестве люка для сосудов под давлением) ,
Может быть интересно, что, хотя этот тип фланцев проще в изготовлении, они продаются по средней цене за килограмм по сравнению с другими типами фланцев.
Особые типы фланцев
Нипофланец
Нипофланец используется для отводов под углом 90 градусов и представляет собой изделие, изготовленное путем соединения фланца с приваренной горловиной с кованым ниппелем.
Тем не менее, нипофланец представляет собой цельный кусок кованой стали, а не два разных продукта, сваренных вместе.
Для установки нифофланца персонал по обслуживанию трубопровода должен приварить ниппельную часть устройства к рабочей трубе и прикрутить фланцевую часть к фланцу разветвленной трубы.
Нипофланцы доступны в различных материалах, таких как углеродистая сталь ASTM A105 (высокотемпературная обработка), ASTM A350 (низкотемпературная углеродистая сталь), ASTM A182 (марки нержавеющей стали, включая дуплекс и супер дуплекс) и никелевые сплавы (Inconel, Incoloy, Hastelloy и т.д.).
Нипофланцы также изготавливаются в усиленном варианте, который обладает дополнительной механической прочностью по сравнению со стандартным нипофланцем.
Велдофланец
Велдофланец в принципе похож на нипофланец, так как он представляет собой комбинацию фланца с приваренной горловиной и соединения фитинга ответвления (в данном случае велдолет). Велдофланцы сделаны из единственного куска твердой кованой стали, не сваривая отдельные части вместе.
Элбофланец и латрофланец
Другими менее распространенными типами фланцевых олетов являются так называемые элбофланец (комбинация фланца и элболета) и латрофланец (комбинация фланца с латролетом). Элбофланцы используются для разветвления трубопровода под углом 45 градусов.
Поворотный фланец
Поворотные фланцы облегчают выравнивание отверстий под болты между двумя сопряженными фланцами, что полезно во многих обстоятельствах, таких как установка трубопроводов большого диаметра, подводных и морских трубопроводов, работы на мелководье и в аналогичных условиях. Поворотные фланцы подходит для нефти, газа, углеводородов, воды, химических и других жидкостей, требующих применения в нефтехимической и водохозяйственной сферах.
Например, в случае трубопровода большого диаметра труба оснащена на одном конце стандартным воротниковым фланцем и поворотным фланцем на другом конце: просто вращая поворотный фланец на трубе, оператор может достичь идеального выравнивания отверстий под болты более простым и быстрым способом.
Основными стандартами для фланцев с поворотным кольцом являются ASME/ANSI, DIN, BS, EN, ISO и т.д. Наиболее распространенным стандартом для нефтехимического применения является ANSI/ASME B16.5 или ASME B16.47.
Поворотные фланцы доступны во всех стандартных формах обычных фланцев, то есть, воротниковые, плоский, свободный, раструбный и т. д, Для всех марок материалов и в широком диапазоне размеров (размеры могут варьироваться от 3/8 ”до 60 ”и номинальное давление от 150 до 2500).
Поворотные фланцы могут быть изготовлены из углеродистой стали (ASTM A105), легированной стали (ASTM A182 F1, A182 F5, A182 F9, A182 F91) и нержавеющей стали (ASTM A182 F304, A182 F304L, A182 F316, A182 F316L).
Фланец расширения
Фланцы расширения, или «расширительные фланцы», используются для увеличения проходного отверстия трубопровода от конкретной точки к другой или для соединения труб с другими механическими устройствами, такими как насосы, компрессоры и клапаны, которые имеют различные размеры входных отверстий.
Расширительный фланец, представленный на рисунке, представляет собой фланец с приваренной горловиной с большим отверстием на конце без фланца.
Расширительные фланцы можно использовать для увеличения диаметра рабочей трубы только на один или максимум два размера, но не более (пример: от 2 до 3 или максимум 4 дюйма).
Фланцы расширения являются более дешевым (и более легким) решением по сравнению с комбинацией перехода приварного встык и стандартного фланца (который является стандартным решением для расточки труб выше 2 размеров).
Наиболее распространенными материалами для фланцев расширения являются A105 (высокотемпературная углеродистая сталь), A350 (LTCS) и ASTM A182 (нержавеющая сталь и выше).
Номинальное давление и размеры фланцев расширения соответствуют спецификации ANSI / ASME B16.5 и доступны с приподнятой или плоской поверхностью (RF, FF).
Фланец уменьшения
Фланцы уменьшения, иначе называемые уменьшающими фланцами, выполняют функцию, противоположную фланцам расширения, указанным выше, то есть они используются для уменьшения диаметра трубопровода.
Диаметр проходной трубы может быть безопасно уменьшен только на 1 или 2 размера (в противном случае необходимо использовать решение, основанное на комбинации перехода приварного встык и стандартного фланца).
Фланцы уменьшения доступны в большинстве размеров и марок материалов и обычно не доступны на складе.
Фланцы уменьшения следуют тем же соображениям с точки зрения спецификаций, размеров и марок материала, что и фланцы расширения.
Последний тип кованого изделия, который напоминает форму фланца, - это так называемая обтюратором: хотя фланец и не совсем правильно, между трубами используется заглушка (или кольцевая прокладка или лопата) для механической изоляции трубопровода и в очень простой способ. Более подробная информация представлена в другом разделе нашей вики для трубопроводов.
Другая классификация фланцев
Форма является наиболее очевидным способом классификации различных типов фланцев. Однако существуют другие способы классификации фланцев, и они:
- по классу материала
- по типу поверхности фланца (приподнятый, плоский, кольцевое соединение, охватываемое и охватываемое, язычок и паз, кольцевое соединение)
- отделка фланца (гладкая, зубчатая, на складе)
- по размерам (номинальный размер и номинальное давление)
