Фланцевые соединения

Фланцевые соединения широко применяются в различной технике. Повсеместное распространение они получили при монтаже трубопроводов и арматуры. Изделие фланец пришло в Россию из Германии. В немецком языке слово Flansch обозначает плоскую металлическую пластину с отверстиями для резьбового крепежа - болтов или шпилек с гайками. Применяется не только для труб, резервуаров и арматуры, но и для соединения валов и иных вращающихся деталей. Обычно фланец круглый, но существуют квадратные и треугольные изделия. Фланец располагается перпендикулярно оси трубопровода, на который он монтируется.

Материалами для фланцев служат чугун и сталь. Чугунные выполняются литьем при изготовлении трубопроводной арматуры. Стальные фланцы могут быть элементом стальной же арматуры либо изготавливаются как отдельное изделие. Их производят ковкой, штамповкой, литьем, а также холодным резанием из круглых или плоских заготовок.

Фланцевые соединения на газовых сетях применяют для установки задвижек, кранов, сильфонных и линзовых компенсаторов, регуляторов давления газа, предохранительных клапанов, фильтров и др. Обычно их применяют для присоединения арматуры и оборудования с условным проходом 50 мм и более. Для меньших диаметров целесообразнее использовать резьбовые соединения.

Типы фланцев

Фланцы, применяемые для присоединения к газопроводам арматуры и оборудования, должны соответствовать ГОСТ Р 54432 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление от РN 1 до PN 200. Конструкция, размеры и общие технические требования». Также действует ГОСТ 33259 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление до PN 250. Конструкция, размеры и общие технические требования». ГОСТ 33259 введен взамен действовавших ранее в течение несколько десятилетий нескольких стандартов на различные типы фланцев: ГОСТ 12815, ГОСТ 12816, ГОСТ 12817, ГОСТ 12818, ГОСТ 12819, ГОСТ 12820, ГОСТ 12821 и ГОСТ 12822. Все перечисленные нормативы 1980 года.

Основные конструкции фланцев:

• фланец плоский стальной приварной;

• фланцы стальные плоские свободные: на приварном кольце, на отбортовке, на хомуте под приварку;

• фланец стальной приварной встык;

• фланец корпуса арматуры.

На газораспределительных сетях применяют фланцы плоские приварные и приварные встык. Свободные фланцы применяются редко, хотя они позволяют легко проводить подгонку отверстий к присоединяемой арматуре. Фланцы корпуса арматуры являются ее неотъемлемой частью. Общепринятой является практика, когда арматура поставляется с ответными фланцами, монтируемыми на трубопровод.

Рис.1 Уплотнительные поверхности фланцев

В соответствии с ГОСТ 33259 уплотнительные поверхности фланцев выполняются в нескольких исполнениях (рис.1). Форма контактной поверхности одного фланца должна соответствовать зеркалу другого. Зеркало фланца должно быть перпендикулярным оси трубы. Часто на нем делают концентрические канавки. При затяжке в них вдавливается прокладка, что повышает герметичность соединения. Кстати, в технике термин «зеркало фланца» также используются для оптических систем. Оно применяется для отражения света в оптоэлектронных приборах: лазерах, системах проекции, телескопах, микроскопах и других оптических устройствах.

Плоские приварные фланцы

Рис.2 Плоский приварной фланец

Наибольшее применение на газопроводах находят плоские приварные фланцы с соединительным выступом (рис.2, а). Фланцы на трубу устанавливают с помощью сварки (рис.2, б). При этом фланец должен привариваться к трубе двумя сварными швами: с наружной стороны фланца и со стороны уплотнительных поверхностей. Толщина фланца b зависит от давления в газопроводе и условного прохода. С увеличением давления и условного прохода толщина фланца увеличивается.

Рис.3 Фланец в сборе

Между собой фланцы крепят болтами или шпильками, их число составляет от 4 до 20 штук и даже более, в зависимости от диаметра соединяемых труб (рис.3). Наружный диаметр уплотнительных поверхностей фланца D зависит от условного прохода газопровода. Например, при условном проходе трубы 100 мм диаметр уплотнительных поверхностей фланца составит 148 мм при давлении в газопроводе до 0,6 МПа.

Воротниковые фланцы

Рис.4 Фланец стальной приварной встык

В отдельных случаях для газопроводов применяют фланцы стальные приварные встык (рис.4, а). Такие фланцы называют «воротниковыми» из-за характерного выступа в форме усеченного конуса (рис.4, б), посредством которого он приваривается к трубе. В сравнении с плоскими фланцами они являются более надежными, так как постепенный переход от основы воротника к стенке трубы повышает прочность детали. Немаловажным преимуществом является то, что для приварки фланца к газопроводу используется стыковое сварное соединение, которое проверяется физическими методами контроля.

Глухие фланцы

Когда возникает необходимость заглушить трубопровод или патрубок оборудования, используют глухие фланцы. В них отсутствует центральное отверстие (рис.5).

Рис.5 Глухой фланец (заглушка)

На газораспределительных сетях глухие фланцы применяют в качестве заглушек на приварных фитингах стоп-систем и устройств для врезки в газопровод под давлением.

Уплотнение фланцевых соединений

Для уплотнения фланцевых соединений на газопроводах чаще всего применяют прокладки из паронита марки ПМБ – маслобензостойкого. Паронит изготавливается путём вулканизации и вальцевания под давлением смеси, состоящей из асбеста, каучука и порошкообразных наполнителей. Интересный факт: ученые обнаружили следы асбеста в древних храмах, где его использовали для защиты алтарей от огня, обматывали факелы. Он упоминается в письменных источниках древнего Египта, Китая, Индии.

Рис.6 Прокладки из паронита

Прокладки из паронита (рис.6) должны отвечать ГОСТ 481 «Паронит и прокладки из него. Технические условия». Для газовых сетей их толщина составляет1 – 4 мм, она не должна быть слишком большой, потому что такая прокладка может быть выдавлена. При толщине 4-6 мм паронитовые прокладки применяются во фланцах с шипом или пазом.

Газораспределительные организации приобретают готовые прокладки или изготавливают их из листового материала. Поверхность прокладок должна быть ровной без разрывов, складок, задиров и надломов, вздутий, раковин и посторонних включений.

Паронитовые прокладки перед установкой должны быть размочены в горячей воде, пропитаны олифой и смазаны графитом. Графит не позволяет прокладке прилипнуть к уплотнительным поверхностям фланцев. В тоже время, при установке прокладки в изолирующее фланцевое соединение графит нельзя применять, так как он проводит электрический ток. Смазывание прокладок краской не допускается, ее потом очень сложно удалить с уплотнительных поверхностей.

Паронит и прокладки из него необходимо хранить в помещениях, защищая от прямого воздействия солнца, органических растворителей, масел на расстоянии не менее 1 м от приборов отопления (котлов, печей, радиаторов) и при температуре не выше 35 ⁰С. Паронит толщиной до 2 мм можно свертывать в рулоны, но при положительных температурах.

Рис.7 Прокладка из резины

Для уплотнения фланцевых соединений также можно применять листовую резину толщиной 3 – 5 мм и фторопласт. Для газопроводов служат прокладки из резины МБС – маслобензостойкой (рис.7). Они изготавливаются по ГОСТ 15180 «Прокладки плоские эластичные. Основные параметры и размеры».

Фторопластовые прокладки подходят для применения в самых разнообразных системах и отраслях. Они отлично выдерживают агрессивные химические и тепловые воздействия, долговечны, безвредны для здоровья человека и окружающей среды. Но фторопласт дорог, поэтому широкого применения на газораспределительных сетях не находит.

Особенности фланцев

Как и всякое техническое решение, фланцевые соединения имеют свои плюсы и минусы. К достоинствам фланцевых соединений относятся:

• пригодность для широкого диапазона давлений и условных проходов;

• надежная герметизация соединения, в том числе при высоких давлениях и температурах;

• возможность многократного монтажа и демонтажа, что позволяет проводить ремонт и замену арматуры и оборудования без сварочных работ.

К недостаткам фланцевых соединений относятся:

• большие размеры, особенно с увеличением условного прохода и давления. Соответственно, повышенная материалоемкость и себестоимость;

• трудоемкость сборки-разборки, особенно при размещении задвижек в газовых колодцах, где крепеж подвергается интенсивной коррозии;

• потеря герметичности из-за ослабления затяжки, что характерно для трубопроводов, работающих при вибрациях и перепадах температур.

Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования