Въведение във фланците

Фланците се използват, когато тръбната връзка се нуждае от демонтаж. Те се използват главно в оборудване, клапани и специалности. В някои тръбопроводи, където поддръжката е редовна характеристика, се осигуряват прекъсващи фланци на определени интервали. Фланцовото съединение се състои от три отделни и независими, макар и взаимосвързани компонента; фланците, уплътненията и болтовете. Необходим е специален контрол при избора и прилагането на всички тези елементи, за да се постигне непропусклива връзка.

Класификацията на фланците се извършва по няколко алтернативни начина, както следва;

Въз основа на закрепването на тръбата

Фланците могат да бъдат класифицирани въз основа на метода на закрепване към тръбопровода, както е посочено по-долу;

Плъзгащ се фланец –

Фланците тип Slip On са закрепени чрез две ъглови заварки, както отвътре, така и отвън на фланеца. Изчислената якост от приплъзващ се фланец под вътрешно налягане е от порядъка на две трети от тази на фланците със заваръчна шийка, а животът им при умора е около една трета от този на последните. Обикновено тези фланци са с кована конструкция и са снабдени с главина. Понякога тези фланци са изработени от плочи и не са снабдени с главината. Недостатъкът на фланеца е, че комбинация от фланец и коляно или фланец и тройник не е възможна, тъй като посочените фитинги нямат прав край, който напълно се плъзга в Slip На фланец.

Фланец за заваряване на муфа –

Фланците за заваряване на гнездото се закрепват само с една ъглова заварка, само отвън, и не се препоръчват за тежки услуги. Те се използват само за линии с малък диаметър. Тяхната статична якост е равна на фланците Slip On, но якостта им на умора е 50% по-голяма от двойно заварените фланци Slip On. Дебелината на свързващата тръба трябва да бъде посочена за този тип фланци, за да се осигури подходящ размер на отвора. При фланеца със заваръчна муфа, преди заваряване, трябва да се създаде пространство между фланеца или фитинга и тръбата. ASME B31.1 Подготовка за заваряване (E) заваръчен монтаж на гнездо казва:При сглобяване на съединението преди заваряване, тръбата или тръбата трябва да се вкара в гнездото на максималната дълбочина и след това да се изтегли приблизително на 1/16″ (1,6 mm) от контакта между края на тръбата и рамото на гнездото.Целта на хлабината на дъното при заваръчен шев обикновено е да се намали остатъчното напрежение в основата на заваръчния шев, което може да възникне по време на втвърдяването на заваръчния метал. Изображението ви показва мярката X за разширителната междина. Недостатъкът на фланеца със заваръчна муфа е правилната празнина, която трябва да бъде направена. Поради корозивни продукти и главно в тръбопроводни системи от неръждаема стомана, пукнатината между тръбата и фланеца може да създаде проблеми с корозията. При някои процеси този фланец също не е разрешен.

Завинтен фланец –

Фланците с винт или резба се използват на тръбопроводи, където не може да се извърши заваряване. Резбовият фланец или фитинг не е подходящ за тръбна система с тънка дебелина на стената, тъй като нарязването на резба върху тръба не е възможно. Следователно трябва да се избере по-дебела стена. Ръководството за тръбопроводи ASME B31.3 казва:
Когато стоманената тръба е с резба и се използва за обслужване на пара над 250 psi или за обслужване на вода над 100 psi с температура на водата над 220 градуса F, тръбата трябва да бъде безшевна и да има дебелина най-малко равна на график 80 на ASME B36.10.Заваряване на муфа и фланци с резба не се препоръчват за работа над 250 градуса и под -45 C.

Фланец на скута -

Фланците за препокриване се използват с накрайници, когато тръбопроводът е от скъп материал. Например, в тръбна система от неръждаема стомана може да се приложи фланец от въглеродна стомана, тъй като фланецът няма да влезе в контакт с продукта в тръбата. Краищата на щифта ще бъдат челно заварени към тръбопровода, а фланците се държат разхлабени върху тях. Вътрешният радиус на тези фланци е скосен, за да изчисти крайния радиус на щифта. Тези фланци са почти идентични с фланеца Slip On с изключение на радиуса в пресечната точка на лицето на фланеца и отвора, за да поеме фланцевата част на края на щифта . Тяхната способност за задържане на натиск е малко, ако има такава, по-добра от тази на фланците с приплъзване и издръжливостта на умора на сглобката е само една десета от тази на фланците със заварена шийка. По този начин тези фланцови връзки се прилагат при ниско налягане и некритични приложения.

Заваръчен фланец на гърлото –

Фланците за заваряване на гърловината са лесни за разпознаване като дълга заострена главина, която преминава постепенно към дебелината на стената от тръба или фитинг. Дългата заострена главина осигурява важна армировка за използване в няколко приложения, включващи високо налягане, минусови и/или повишени температури. Плавният преход от дебелината на фланеца към дебелината на стената на тръбата или фитинга, предизвикан от конусността, е изключително полезен при условия на многократно огъване, причинено от разширение на линията или други променливи сили. Тези фланци са пробити, за да съответстват на вътрешния диаметър на свързващата тръба или фитинга така че няма да има ограничение на продуктовия поток. Това предотвратява турбуленцията на фугата и намалява ерозията. Те също така осигуряват отлично разпределение на напрежението през заострената главина. Фланците на заварената шийка са прикрепени чрез челно заваряване към тръбите. Те се използват главно за критични услуги, при които всички заваръчни съединения се нуждаят от радиографска проверка. Докато се определят тези фланци, дебелината на заваръчния край също трябва да се посочи заедно със спецификацията на фланеца.

 

Сляпа точка -

Глухите фланци се произвеждат без отвор и се използват за затваряне на краищата на тръбопроводи, вентили и отвори на съдове под налягане. От гледна точка на вътрешното налягане и натоварването на болтовете, глухите фланци, особено при по-големите размери, са най-натоварените типове фланци. Повечето от тези напрежения обаче са тип огъване близо до центъра и тъй като няма стандартен вътрешен диаметър, тези фланци са подходящи за приложения с по-висока температура на налягане.

Редукционен фланец –

Редукционните фланци се използват за свързване между по-големи и по-малки размери без използване на редуктор. В случай на редуциращи фланци, дебелината на фланеца трябва да бъде тази на по-големия диаметър. Тези фланци обикновено се предлагат като глухи, плъзгащи се, фланци с резба и заварени фланци. Предлагат се във всички класове на налягане и осигуряват добра алтернатива за свързване на два различни размера тръби. Този тип фланец не трябва да се използва, ако рязък преход би създал нежелана турбуленция, като например при помпа.

Вграден фланец –

Интегралните фланци са тези, които са отлети заедно с гърлото на дюзата или стената на съда или тръбата, челно заварени към тях или прикрепени чрез други форми на електродъгово или газово заваряване от такова естество, че фланецът и гърлото на дюзата или съдът или тръбата стената се счита за еквивалент на цялостна конструкция. При заварени конструкции гърлото на дюзата или стената на съда или тръбата се считат за действащи като главина. Дебелината на интегрално отлети фланци и заварени фланци се различава в определени размери.

Въз основа на Facing

Фланците също могат да бъдат класифицирани въз основа на облицовките, както е показано по-долу:

Фланец с повдигната страна (RF) –

Фланецът с повдигната повърхност е най-често срещаният тип, използван в приложенията на технологичните инсталации, и лесно се разпознава. Нарича се повдигната повърхност, тъй като уплътнителните повърхности са повдигнати над повърхността на кръга на болтовете. Този тип повърхност позволява използването на широка комбинация от дизайни на уплътнения, включително типове плоски пръстеновидни листове и метални композити, като спирално навити и двойни кожуси. Целта на RF фланеца е да концентрира повече налягане върху по-малка площ на уплътнението и по този начин да увеличи способността за задържане на налягането на съединението. За фланци 150# и 300# изпъкналата повърхност е 1,6 mm (1/16 инча) и е включена в посочената дебелина. За по-висока оценка дебелината на фланеца не включва дебелината на повдигнатата повърхност. Дебелината на повдигнатата повърхност за по-висок рейтинг е 6,4 мм (1/4 инча). Типичното лицево покритие на фланеца за фланци ASME B16.5 RF е 125 до 250µв Ra (3 до 6µm Ra).

Плосък челен фланец (FF) –

Фланецът с плоска повърхност има уплътнителна повърхност в същата равнина като повърхността на кръга на болтовете. Приложенията, използващи фланци с плоска повърхност, често са тези, при които свързващият фланец или фланцовият фитинг са направени от отливка. Плоските челни фланци никога не трябва да се завинтват към повдигнат челен фланец. ASME B31.1 казва, че при свързване на фланци от чугун с плоска повърхност към фланци от въглеродна стомана, повдигнатата повърхност на фланеца от въглеродна стомана трябва да бъде отстранена и че е необходимо уплътнение с пълна повърхност. Това се прави, за да се предпази тънкият, крехък чугунен фланец от пружиниране в пролуката, причинена от повдигнатата повърхност на фланеца от въглеродна стомана.

Пръстеновидно съединение (RTJ) –

Фланците тип пръстеновидно съединение обикновено се използват при високо налягане (клас 600 и по-висок рейтинг) и/или високотемпературни услуги над 800 градуса F (427 градуса). Те имат жлебове, изрязани в челата им, които поставят уплътненията на пръстените. Фланците се уплътняват, когато затегнатите болтове притискат уплътнението между фланците в жлебовете, деформирайки уплътнението, за да осъществи плътен контакт вътре в жлебовете, създавайки уплътнение метал към метал. RTJ фланецът може да има повдигната повърхност с пръстеновиден жлеб, машинно изработен в него. Тази повдигната повърхност не служи като част от уплътняващото средство. За RTJ фланци, които уплътняват с пръстеновидни уплътнения, повдигнатите повърхности на свързаните и затегнати фланци може да се допират една до друга. В този случай компресираното уплътнение няма да понесе допълнително натоварване извън напрежението на болта, вибрациите и движението не могат допълнително да смачкат уплътнението и да намалят свързващото напрежение.

Уплътненията тип пръстен са метални уплътнителни пръстени, подходящи за приложения при високо налягане и висока температура. Уплътненията за свързване от тип пръстен са проектирани да уплътняват чрез "първоначален контакт на линията" или заклинване между свързващия фланец и уплътнението. Чрез прилагане на натиск върху интерфейса на уплътнението чрез силата на болта, "по-мекият" метал на уплътнението се влива в микрофинната структура на по-твърдия материал на фланеца и създава много плътно и ефективно уплътнение. Най-прилаганият тип е стилътRпръстен, който е произведен в съответствие с ASME B16.20, използван с фланци ASME B16.5, клас 150 до 2500. Стил "R" съединения тип пръстен се произвеждат както в овална, така и в осмоъгълна конфигурация.

Осмоъгълното напречно сечение има по-висока ефективност на уплътняване от овалното и би било предпочитаното уплътнение. Уплътнителните повърхности на жлебовете на пръстеновидните съединения трябва да бъдат гладко завършени до 63 микроинча и да нямат неприятни ръбове, следи от инструменти или дрънкане. Те уплътняват чрез първоначален контакт на линията или чрез заклинване, когато се прилагат компресионните сили. Твърдостта на пръстена винаги трябва да бъде по-малка от твърдостта на фланците.

За повече информация относно уплътненията вижте: Въведение в уплътненията.

Език и жлеб (T/G)–

Едната страна на фланеца има повдигнат пръстен (език), машинно изработен върху повърхността на фланеца, докато свързващият фланец има съответстваща вдлъбнатина (жлеб), машинно изработена в лицето му. Повърхностите на перото и жлеба на тези фланци трябва да съвпаднат. Облицовките с перо и жлеб са стандартизирани както в големи, така и в малки видове. Те се различават от мъжкия и женския по това, че вътрешните диаметри на перото и жлеба не се простират в основата на фланеца, като по този начин задържат уплътнението върху вътрешния и външния диаметър. Те обикновено се намират на капаците на помпата и капаците на клапаните. Сглобките тип "перо и жлеб" също имат предимство, тъй като са самоподравняващи се и действат като резервоар за лепилото. Шаловото съединение поддържа оста на натоварване в една линия със съединението и не изисква голяма механична обработка.

Мъжки и женски (м/ж)–

При този тип фланците също трябва да бъдат съчетани. Едната повърхност на фланеца има зона, която се простира отвъд нормалната повърхност на фланеца (мъжки). Другият фланец или свързващият фланец има съответстваща вдлъбнатина (женска), машинно изработена в лицето му. Женското лице е дълбоко 3/16-инча, мъжкото лице е високо 1/4-инча и двете са гладко завършени. Външният диаметър на женското лице действа за локализиране и задържане на уплътнението. Персонализирани мъжки и женски облицовки обикновено се намират на корпуса на топлообменника за канализиране и покриване на фланци. Женското и мъжкото лице са гладко обработени. Външният диаметър на женското лице действа за локализиране и задържане на уплътнението.

Общите повърхности на фланците като RTJ, T&G и F&M никога не трябва да се завинтват заедно. Причината за това е, че контактните повърхности не съвпадат и няма уплътнение, което да има един вид от едната страна и друг тип от другата страна.

Въз основа на оценката на налягането и температурата

Фланците също се класифицират според номиналната температура на налягането в ASME B 16.5, както е посочено по-долу;

• 150#
• 300#
• 400#
• 600#
• 900#
• 1500#
• 2500#

Диаграмите за номинална температура на налягането в стандарта ASME B 16.5 определят неударното работно манометрично налягане, на което фланецът може да бъде подложен при определена температура. Фланците могат да издържат на различни налягания при различни температури. С повишаване на температурата номиналното налягане на фланеца намалява. Посоченият клас на налягане от 150#, 300# и т.н. са основните рейтинги и фланците могат да издържат на по-високи налягания при по-ниски температури. ASME B 16.5 посочва допустимите налягания за различни материали на конструкцията спрямо температурата. ASME B16.5 не препоръчва използването на фланци 150# над 400 градуса F (200 градуса). Класът на налягане или рейтингът за фланците ще бъде даден в паундове. Използват се различни наименования за обозначаване на клас на налягане. Например: 150 Lb или 150 Lbs или 150# или клас 150, всички са еднакви.

Въз основа на покритието на лицето

Има два вида покрития върху облицовките.

Готово покритие–

Най-широко използваното от всяко повърхностно покритие на фланеца, тъй като на практика е подходящо за всички обикновени условия на обслужване. При натиск, меката повърхност от уплътнението ще се вгради в това покритие, което спомага за създаването на уплътнение и се генерира високо ниво на триене между свързващите повърхности. Финишът за тези фланци се генерира от инструмент с кръгъл връх с радиус от 1,6 mm при скорост на подаване 0.8 mm на оборот до 12 инча. За размери 14 инча и по-големи, финалът се прави с 3,2 mm инструмент със закръглен връх при подаване от 1,2 mm на оборот.

Фланец с гладко покритие–

Това покритие не показва визуално видими маркировки на инструмента. Тези покрития обикновено се използват за уплътнения с метални облицовки като двойна риза, плоска стомана и гофриран метал. Гладките повърхности се свързват, за да създадат уплътнение и зависят от плоскостта на противоположните повърхности, за да осъществят уплътнение. Това обикновено се постига, като контактната повърхност на уплътнението се формира от непрекъснат (понякога наричан фонографски) спирален жлеб, генериран от {{0}}.8 мм инструмент с кръгъл връх с радиус на подаване от {{5} }.3 mm на оборот с дълбочина 0,05 mm. Това ще доведе до грапавост между Ra 3,2 и 6,3 микрометра (125 – 250 микро инча).

Назъбено покритие–

Това също е непрекъснат или фонографски спирален жлеб, но се различава от основното покритие по това, че жлебът обикновено се генерира с помощта на 90-deg инструмент, който създава "V" геометрия с назъбване под ъгъл от 45 градуса. Назъбванията, осигурени на лицевата страна, могат да бъдат концентрични или спираловидни (фонографски). Концентричните назъбвания се изискват за завършване на лицето, когато течността, която се носи, има много ниска плътност и може да открие път на изтичане през кухината. Назъбването се определя от числото, което е средноаритметичната височина на грапавостта (AARH). Това е средноаритметичната стойност на абсолютните стойности на измерените отклонения във височината на профила, взети в рамките на дължината на вземане на проби и измерени от графичната централна линия.

Фланците с гладко покритие са посочени, когато са посочени метални уплътнения, а назъбеното покритие е осигурено, когато е осигурено неметално уплътнение.

Въз основа на материала на конструкцията

Фланците обикновено са ковани, освен в много малко случаи, когато са произведени от плочи. Когато плочите се използват за производство, те трябва да бъдат с качество за заваряване. ASME B16.5 позволява само редуциращи фланци и глухи фланци да бъдат произведени от плоча. Обикновено използваните строителни материали са както следва:

• ASTM A105 – Кована въглеродна стомана
• ASTM A181 – Кована въглеродна стомана за общо предназначение
• ASTM A182 – кована легирана стомана и неръждаема стомана
• ASTM A350 – Кована легирана стомана за нискотемпературни услуги