Фланцевые соединения широко применяются при монтаже полимерных трубопроводных систем большого диаметра и являются наиболее популярным типом разъёмных соединений. Они особенно удобны там, где требуется быстрый монтаж или демонтаж различных элементов трубопровода.
Фланцевые соединения позволяют монтировать оборудование из разных материалов, при условии, что тип соединяемых фланцев совпадает.
При монтаже полимерных труб и фитингов используются различные типы фланцев, которые отличаются системой соединения: количество и размеры отверстий, форма поверхности, где размещаются уплотнительные элементы.
При монтаже полимерных труб и фитингов используются различные типы фланцев, которые отличаются системой соединения: количество и размеры отверстий, форма поверхности, где размещаются уплотнительные элементы.
Фланцы можно разделить на свободно разборные с приварным кольцом и фиксированные.
Свободные фланцы
Фланцы, которые не жестко присоединены к трубе или фитингу, но могут свободно вращаться. Уплотнение достигается путем сжатия эластомерных прокладок, которые располагаются между контактирующими поверхностями буртов - единственными элементами фланцевого соединения, которые вступают в контакт с трубопроводом с помощью разъемных или неразъемных соединений.
Преимущества свободных фланцев:
- Нет необходимости сверлить отверстия и выравнивать их положение при монтаже соединения между фланцем и трубой;
- Возможность свободно ориентировать любые отводы и ответвления, вращая их вокруг центральной оси на 360 градусов;
- Возможность использовать фланцы из материалов, отличных от материала буртов;
- Широкий выбор буртов из различных полимеров с различными типами уплотнителей.
Фиксированные фланцы
Фланцы, которые непосредственно соединяются с трубопроводом с помощью неразъёмных или разъёмных соединений. Для неразъёмных соединений (сварка растворителем, встык) фланец с соединительной шейкой следует подбирать из того же материала, что и материал трубопровода.
Для разъёмных соединений можно выбирать фланцы с шейками из материалов, отличных от материала трубопровода. Поскольку соединительная шейка повышает механическую прочность фланца, фланцы фиксированного типа подходят как для работы под высоким давлением, так и для соединения через плоские уплотнительные кольца, где момент затяжки болтов особенно высок.
Конструктивно фиксированные фланцы производятся в разных исполнениях: с плоской поверхностью (тип FF), с соединительным выступом (тип RF). Фланцы с соединительным выступом имеют выступающую над плоской поверхностью зону, возвышающуюся над линией крепления фланца. На этой зоне располагается герметизирующая прокладка, сжимаемая болтами. Фланцы с плоской поверхностью, как следует из названия, такого выступа не имеют и контактируют всей площадью сопряжения.
Уплотнительные прокладки
В зависимости от требуемых условий важно правильно выбрать фланцевые уплотнения (прокладки). Они различаются по следующим параметрам:
- форма прокладки;
- размер прокладки;
- материал прокладки;
- химическая стойкость прокладки к среде.
Обычно заранее невозможно точно определить все нужные параметры уплотнения. Можно лишь оценить критерии выбора, опираясь на прошлый опыт.
Типы поверхностей свободных фланцев
Свободные фланцы производятся с тремя основными типами контактных поверхностей:
- с плоской поверхностью. Обычно они используются при монтаже трубопроводов для перекачки неагрессивных сред при низком давлении. Фиксированные фланцы типа FF широко используются для монтажа вентиляционных и дренажных систем. Кроме того, они применяются для монтажа дисковых затворов и обратных клапанов, снабжённых уплотнительными прокладками;
- с зубчатой поверхностью. Поверхности фланцев такого типа имеют концентрические канавки, которые увеличивают сжатие уплотняющих прокладок, особенно при высоком давлении. Этот тип поверхности особенно часто применяют в случае соединения полимерных фланцев с металлическими (чугунными, стальными);
- с посадочным местом для уплотнителя. Они используются реже. Такие поверхности полимерных фланцев используются если необходима незначительная затяжка болтов, но надёжное гидравлическое уплотнение.
Материалы уплотнительных прокладок
Прокладки, используемые в фланцевых соединениях, различаются по материалу и форме, что напрямую связано с типом уплотнительной поверхности фланца.
При транспортировке агрессивных жидкостей широко используются прокладки из этилен-пропиленовых и фтористых каучуков (EPDM и FKM) ввиду их высокой химической и механической стойкости даже при высоких температурах.
Каучуки типа NBR и PTFE обеспечивают высокую надёжность при транспортировке питьевой воды, хотя прокладки из NBR используются реже ввиду низкой химической стойкости этого материала.
Выбор конструкционного материала прокладки зависит от характера жидкости, транспортируемой по трубопроводу, и от условий эксплуатации, которым подвергается фланцевое соединение. Кроме того, от применяемого материала зависит усилие затяжки болтов. Для каждого используемого материала этот момент разный.
Поскольку необходимое усилие сжатия прокладки зависит от характеристик материала, от типа контактной поверхности фланца и от рабочего давления трубопровода, всегда рекомендуется, если предыдущий опыт непригоден, проверять усилия затяжки опытным путём.
Выбор болтов
Для соединения фланцев используются либо шпильки с полной или неполной резьбой, на которые с обеих сторон фланцев накручиваются гайки, либо болты с полной или неполной резьбой, затягиваемые гайкой.
Тип и размеры болтов и шпилек зависят от типа фланцевого соединения.
Болты из углеродистых и низколегированных сталей, имеющие нагрузку на разрыв от 50 до 70 кг/мм2, практически всегда гарантируют надёжное фланцевое соединение, поскольку предполагается, что ввиду естественных ограничений полимерных трубопроводов явления температурной ползучести в металле отсутствуют.
Использование болтов, гаек и шпилек из нержавеющей стали и высокопрочных сплавов меди, бронзы и латуни оправдано лишь в случаях, когда есть повышенный риск коррозии: прокладка подземных трубопроводов в агрессивных почвах, риск атмосферной коррозии, прокладка трубопроводов в морской среде и т.п. В последнем случае гораздо эффективнее может оказаться использование оцинкованного крепежа или покрытие его эпоксидными смолами.
Для выбора крепежа рекомендуется обратиться к различным действующим международным Стандартам.
Рекомендуется использовать крепёж с крупным шагом резьбы, поскольку в случае необходимости его легче зачищать перед демонтажом, нежели крепёж с мелким шагом.
Нормализованные фланцы
Чтобы облегчить взаимозаменяемость оборудования, оснащённого фланцами, и избежать расчётов размеров на этапе проектирования, все фланцы, используемые в настоящее время в полимерных трубопроводных системах, изготавливаются в соответствии с международными Стандартами.
Стандарты конструкции фланцев для полимерных трубопроводных систем аналогичны Стандартам для металлических труб. Они определяют размеры соединительных элементов фланца:
- межосевое расстояние крепёжных отверстий;
- количество, диаметр крепёжных отверстий;
- наружный диаметр и толщина фланца.
Все эти размеры унифицированы в соответствии с номинальным давлением в трубопроводе (PN) и номинальным диаметром трубопровода (DN). В Таблице приведены основные параметры фланцев, применяемых для монтажа полимерных трубопроводных систем.
Основные параметры фланцев
|
Внешний диаметр трубы, мм |
DN |
Межосевое расстояние крепёжных отверстий, мм |
Диаметр отверстий под крепёж, мм |
Количество отверстий |
|
20 |
15 |
65 |
14 |
4 |
|
25 |
20 |
75 |
14 |
4 |
|
32 |
25 |
85 |
14 |
4 |
|
40 |
32 |
100 |
18 |
4 |
|
50 |
40 |
110 |
18 |
4 |
|
63 |
50 |
125 |
18 |
4 |
|
75 |
65 |
145 |
18 |
4 |
|
90 |
80 |
160 |
18 |
8 |
|
110 |
100 |
180 |
18 |
8 |
|
125 |
125 |
210 |
18 |
8 |
|
140 |
125 |
210 |
18 |
8 |
|
160 |
150 |
240 |
22 |
8 |
|
200 |
200 |
295 |
22 |
8 |
|
225 |
200 |
295 |
22 |
8 |
|
250 |
250 |
350 |
22 |
12 |
|
280 |
250 |
350 |
22 |
12 |
|
315 |
300 |
400 |
22 |
12 |
|
355 |
350 |
460 |
22 |
16 |
|
400 |
400 |
515 |
25 |
16 |
Инструкции по сборке фланцевых соединений
1) Надеть фланцы на бурты (для свободных фланцев).
2) Монтируя фиксированные фланцы, следует убедиться что крепёжные отверстия совпадают.
3) Убедиться, что положение ответного фланца учитывает габаритные размеры межфланцевого расстояния монтируемых компонентов.
4) Вставить уплотнительную прокладку между фланцами (не требуется для дисковых затворов FIP и Astore), убедившись, что расстояние между поверхностями фланцев не превышает установленного.
5) Выполнить приварку неподвижных фланцев или буртов (в случае свободных фланцев), следуя соответствующим инструкциям.
6) Вставить все шпильки или болты, надеть шайбы и наживить гайки.
7) По истечении времени высыхания растворителя или остывания сварного соединения можно приступить к затяжке гаек в порядке «крестнакрест»
8) Процесс следует завершить с помощью динамометрического ключа, пока не будет достигнуто нужное значение момента затяжки.
В нижеследующих таблицах представлены значения моментов затяжки гаек для фланцев из различных материалов с прокладками из EPDM, FPM и NBR, а также другая справочная информация.
Свободные фланцы из НПВХ и ХПВХ. Момент затяжки
|
Внешний диаметр трубы, мм |
DN |
Момент затяжки, Н·м |
|
20 |
15 |
9 |
|
25 |
20 |
9 |
|
32 |
25 |
9 |
|
40 |
32 |
9 |
|
50 |
40 |
9 |
|
63 |
50 |
12 |
|
75 |
65 |
15 |
|
90 |
80 |
18 |
|
110 |
100 |
20 |
|
125 |
125 |
35 |
|
140 |
125 |
55 |
|
160 |
150 |
40 |
|
200 |
200 |
55 |
|
225 |
200 |
55 |
|
250 |
250 |
70 |
|
280 |
250 |
70 |
|
315 |
300 |
70 |
|
355 |
350 |
75 |
|
400 |
400 |
75 |
Параметры болтов для монтажа фланцевых дисковых затворов FIP
|
Внешний диаметр трубы, мм |
DN |
Болты, М×мм (минимальная длина) |
|
50 |
40 |
M16×150 |
|
63 |
50 |
M16×150 |
|
75 |
65 |
M16×170 |
|
90 |
80 |
M16×180 |
|
110 |
100 |
M16×180 |
|
125/140 |
125 |
M16×210 |
|
160/180 |
150 |
M20×240 |
|
200/225 |
200 |
M20×260 |
|
250/280 |
250 |
M20×310 |
|
315 |
300 |
M20×340 |
|
355 |
350 |
M20×360 |
|
400 |
400 |
M24×420 |
Параметры болтов для фланцевого соединения труб
|
Внешний диаметр трубы, мм |
DN |
Болты, М×мм (минимальная длина) |
|
20 |
15 |
M12×70 |
|
25 |
20 |
M12×70 |
|
32 |
25 |
M12×70 |
|
40 |
32 |
M16×85 |
|
50 |
40 |
M16×85 |
|
63 |
50 |
M16×95 |
|
75 |
65 |
M16×95 |
|
90 |
80 |
M16×105 |
|
110 |
100 |
M16×105 |
|
125 |
125 |
M16×115 |
|
140 |
125 |
M16×120 |
|
160 |
150 |
M20×135 |
|
200 |
200 |
M20×140 |
|
225 |
200 |
M20×140 |
|
250 |
250 |
M20×150 |
|
280 |
250 |
M20×160 |
|
315 |
300 |
M20×180 |
|
355 |
350 |
M20×180 |
|
400 |
400 |
M22×180 |
Дисковые затворы FIP комплектуются собственными уплотнителями. Поэтому при фланцевом монтаже дополнительные прокладки не требуются. Более того, дополнительные уплотнители могут создать проблемы при затяжке из-за контакта резины с резиной.
Преимущества и области применения
Фланцевые соединения чрезвычайно широко используются в трубопроводах пожаротушения, в водо- и газопроводах, во многих областях промышленности. Они предоставляют удобную возможность обеспечить герметичную точку присоединения КИП или регулирующей арматуры, а также позволяют соединять разнородные трубы различного диаметра.