Фланцеве з'єднання - найпоширеніший спосіб стикування сталевих промислових трубопроводів між собою. Таким чином можуть з'єднуватися труби систем водопостачання, магістрального опалення, газопостачання та нафтогазові трубопроводи.

У цій статті наведені фланцеві з'єднання. Ми розглянемо їх різновиди та геометричні розміри, а також вивчимо вимоги ГОСТ до конструктивного виконання сполучних елементів.

Зміст статті

Призначення та особливості фланцевого з'єднання

Фланець є плоску сталеву пластину, має форму кільця (рідше — квадрата чи прямокутника). У середній частині пластини розташований отвір під вставку торцевої частини труби, а за її контуром - кілька рівновіддалених отворів під установку болтів або шпильок, які згодом фіксуються гайками.

Фланцеві з'єднання є швидкороз'ємною альтернативою зварної та муфтової стикування. При монтажі торець труби приварюється до пропускного отвору фланця, після чого пластини стягуються між собою. Герметичність з'єднання досягається за рахунок використання ущільнювальних прокладок з гуми або фторопласту. Також можуть використовуватися обтюратори - сталеві, що встановлюються між двома фланцями. Обтюратори дозволяють перекрити конкретну ділянку трубопроводу за необхідності його ремонту.

Також фланцеві з'єднання використовуються для з'єднання трубопроводів із пристроями та технологічними ємностями, найчастіше – теплообмінниками. У разі на кінці труб наварюється фланець, якого підводиться забірний патрубок устаткування.

Залежно від функціонального призначення виділяють такі типи фланцевих з'єднань:

• для стикування труб та установки, що витримує тиск від 0.1 до 20 МПа – регулюється положеннями ГОСТ №12815;
• для підключення до трубопроводів судин та обладнання – регулюється ГОСТ №28759.

Розрахунок фланцевих з'єднань будь-якого типу ведеться згідно з інструкцією «Рекомендації з розрахунків, проектування та монтажу фланців сталевих будівельних конструкцій», випущеної ВНДПІ «Промстальконструкція» у 1989 році.

Різновиди фланців

Кожен із вищевказаних нормативних документів містить класифікацію фланців, за якою сполучні елементи поділяються на різні види. Розглянемо класифікацію виробів для стикування сталевих труб за ГОСТ №12815:

1. З сірого чавуну, литі (ГОСТ №12817-90) - застосовуються для встановлення литої трубопровідної арматури, з'єднання труб промислового обладнання та технічних ємностей із чавуну. Призначений для тиску 0.1-16 МПа, робоча температура від -16 до +300 градусів.
2. З ковкого чавуну, литі (ГОСТ №12818-80) - використовуються для стикування труб, монтажу арматури та підключення приладів та ємностей з ковкого чавуну. Витримують тиск 1.6-4 МПа, робоча температура -30 до 400 0 .
3. Зі сталі, литі (ГОСТ №12819-80) — сполучні елементи трубопроводів та арматури з будь-яких матеріалів. Експлуатуються за тиску 1.6-20 МПа, температурний режим від -250 до +600 градусів.
4. Зі сталі, приварні плоского типу (ГОСТ №12820-80) — норматив поширюється на фланці плоского типу, що витримують тиск 0.1-2.5 МПа та температуру від -70 до +300 0 . Вставка фланцева (обтюратор) також виконуються за цим стандартом.
5. Зі сталі, для стикового зварювання (ГОСТ №12821-80) — витримують тиск 0.1-20 МПа, температурний режим від -250 до +600 0 .
6. Зі сталі, обладнані приварним кільцем - тиск від 0.1-3 МПа, робоча температура від -30 до +300 0 .

Сполучні елементи зварного типу при монтажі надягають на торець труби та фіксуються двома зварними швами. Конструкції для стикового зварювання закріплюються одним швом, розташованим між зрізом труби та коміром фланця.

Вироби з приварним кільцем складаються з двох частин - пластини та кільця, що мають ідентичний діаметр. При цьому до труби приварюється лише кільце, тоді як фланець залишається вільним і може прокручуватися навколо осі. Така конструкція використовується у важкодоступних місцях або на ділянках, де необхідний регулярний ремонт або обслуговування трубопроводу.

Фланці для стикування труб з посудинами та обладнанням, що відповідають вимогам ГОСТ №28659, класифікуються на такі різновиди:

1. (ГОСТ №28759-2) - застосовуються для судин та обладнання діаметром 400-4000 мм. Призначені для тиску 0.3-1.7 МПа та температури -70+300 градусів. Широко використовуються в нафтогазовій та хімічній промисловості.
2. Сталеві для зварювання встик (ДЕРЖСТАНДАРТ №28759-3) — діаметр від 40 до 4000 мм, тиск 0.7-6.5 МПа, температура від -70 до +540 0 .
3. Сталеві восьмикутного перетину – діаметр 400-1600 мм, тиск 6.4-16 МПа, температура від -70 до +550 градусів.

Також існує таке поняття як ізолююче фланцеве з'єднання ІФСдля облаштування якого можуть застосовуватися будь-які типи фланцевих конструкцій. Ізолювальне фланцеве з'єднання застосовується з метою захисту трубопроводів від , яка є головною причиною прискореного зносу підземних систем.

Ізолювальне фланцеве з'єднання складається з двох стягуються шпильками фланців, між якими розташована з діелектричного (що не проводить струм) матеріалу. Найчастіше застосовується термостабілізований графіт чи поронить.

Така конструкція запобігає поширенню струму трубопроводом, обмежуючи його на конкретній ділянці магістралі. Ізолювальне фланцеве з'єднання здатне значно збільшити термін служби підземних трубопроводів, воно використовується протягом 15-20 років, після чого діелектрична прокладка підлягає заміні.

При необхідності заміни прокладки використовуються спеціальні розгінники, що є клиноподібними домкратами, за допомогою яких розводяться сусідні фланці. Існують механічні (ручні) розгінники та гідравлічні розгінники, які здатні розвивати зусилля до 15 тонн.

Технологія монтажу фланцевого з'єднання (відео)

Крім класифікації за матеріалом виготовлення та способом монтажу, фланці поділяються залежно від конструктивного виконання. ДЕРЖСТАНДАРТ №12820 на сталеві фланці визначає 9 варіантів виконаннясполучних елементів:

• виконання №1 - конструкція обладнана сполучним виступом (фаскою) під кутом 45 градусів;
• виконання №2 - з виступом під кутом 90 0;
• виконання №3 - з виступом на 450 і вибіркою (впадиною) на внутрішній торцевій частині;
• виконання №4 - з внутрішньою вибіркою та виступом на 90 0;
• виконання №5 - з внутрішнім пазом по всьому колу фланця;
• виконання №6 - нарізана внутрішня фаска під установку;
• виконання №7 - фаска призначена під установки прокладання овальної форми;
• виконання №8 і №9 — аналогічні зміни №4 і №5 крім наявності фаски під лінзову прокладку.

В окрему групу відносяться компресійні фланці, призначені для з'єднання сталевих та пластикових труб. Компресійні конструкції складаються з двох частин - фланцевої пластини і труби, що виходить з неї під ПЕ. Компресійні фланці призначені для систем із тиском до 10 МПа. Також існують компресійні за допомогою яких виконується перехід з пластикової труби на металеву арматуру.

Вібровставка, вона ж фланцева вставка, використовується для зниження рівня шуму і вібрації, що виникають в процесі експлуатації трубопроводу. Вібровставки виконуються з термічно стійкої гуми, що має кордову основу, за рахунок якої прокладка отримує додаткову жорсткість та стійкість до деформацій.

Вібровставки виготовляються в діапазоні діаметрів 25-800 мм. Вони можуть встановлюватися на трубопроводи водопостачання, подачі повітря, пароподібних речовин та інших нейтральних хімічно рідин. Вібровставки діаметром 25-200 мм витримують тиск до 16 МПа, 250-600 мм - до 10 МПа. Робоча температура гумової вібровставки до +110 градусів. Такі не ушкоджуються при лінійному подовженні труб, вони здатні стискатися та розтягуватися на 12-20 мм, залежно від розміру вібровставки.

Конструктивні особливості фланцевого кріплення

Крім самої сполучної пластини, складається з трьох елементів:

• болта чи шпильки;
• гайки;
• шайби.

Відповідно до положень ГОСТ №12816, використовувати болти можна на трубопроводах з тиском робочого середовища до 25 МПа, якщо тиск у системі перевищує цю величину, повинна застосовуватися монтажна шпилька (сталевий стрижень з різьбленням на обох кінцях), яка забезпечує більшу міцність стику. У трубопроводах високого тиску (від 100 МПа) використовується шпилька з 35-ої сталі, при тиску до 100 МПа - шпилька зі сталі 20Х.

Шайби для фланцевих з'єднань є сталеву пластину, що підкладається під гайку або шапку болта з метою збільшення її опорної площі. Для кріплення фланців допускається застосовувати болти, шпильки та шайби класів міцності 8.8, 6.6 та 5.6.

На фланці, встановлені на трубопроводах, що перекачують агресивні рідини, в обов'язковому порядку монтується захисний кожух (КЗХ). Кожух є чохол з гідфровобного текстилю, листової сталі або полімерних матеріалів, який запобігає розплескування робочого середовища при втраті з'єднанням герметичності.

Захисний кожух випускається в діаметрі 15-1200 мм, найпоширеніші кожухи з фторопласту можуть експлуатуватися за температури від -200 до +230 градусів.