Что такое фланец и фланцевое соединение?

Что такое фланец и фланцевое соединение?

    Фланец (от немецкого слова Flansch) – это плоская деталь с отверстиями для крепежа по краям. В промышленности и коммунальном хозяйстве востребованы конструкции круглой формы, хотя возможно производство и других форматов. Фланец позволяет соединять участки труб (в том числе разноразмерные), присоединять к системе трубопроводную арматуру.
    Большой ассортимент размеров и конструктивных исполнений обеспечивает использование фланцев на элементах разных диаметров. Они обеспечивают надежное и безопасное присоединение, что является важным фактором для предотвращения утечек и повреждений в трубопроводных системах. В статье расскажем об особенностях фланцевых соединений, их классификации, типах, параметрах выбора.

Конструкция фланцевого соединения

    Стандартное фланцевое соединение состоит из нескольких деталей:
• Два фланца – плоских кольца с симметрично расположенными круглыми монтажными отверстиями. Один элемент присоединяется к концу трубопровода, второй – к следующему участку трубы или арматуре.
• Крепежные элементы. Фланцы в соединении фиксируются на шпильки, шайбы, болты, гайки или другой крепеж. Стандартный вариант: болты или шпильки, которые вставляются в монтажные отверстия и прочно затягиваются. Обычно используются металлические крепежные элементы, изготовленные из того же материала, что и основная часть фланца. Качественный крепеж выдерживает существенные эксплуатационные нагрузки: вибрации, температурные расширения и сжатия, воздействия окружающей среды.
• Уплотнители обеспечивают плотное прилегание фланца в соединении, отсутствие зазоров, сдвигов. Пустоты между поверхностями могут возникнуть даже при качественном монтаже и плотной затяжке крепежных элементов, поэтому уплотнительный материал должен быть качественным. Уплотнители бывают металлическими, резиновыми, из плотного асбестокартона и других материалов.
    Как выглядят смонтированные фланцевые соединения разных типов, можно посмотреть на фото готовых объектов.

Стандарты изготовления

    Требования к деталям фланца, типоразмеры, возможные исполнения, рабочие давления и прочие важные технические характеристики изделий описываются в стандартах. Изготовители могут использовать разные регламенты с учетом специфики производственных процессов и потребностей покупателей. Часто применяется ГОСТ 33259-2015, который является актуальным стандартом, описывающим трубопроводные фланцы разных типов.
    Какие еще технические стандарты могут использоваться:
• ГОСТ 12820-80, описывающий требования к плоским приварным стальным фланцам.
• ГОСТ 12821-80, посвященный воротниковым моделям.
• ГОСТ 12822-80 – это стандарт на свободные фланцы трубопровода, снабженные приварным кольцом для монтажа.

Технологии производства фланцев

    На надежность фланца влияет технология изготовления, выбранная производителем. Основная задача – обеспечить точное соблюдение размеров и геометрии детали, сохранить прочность и необходимые эксплуатационные характеристики материалов. Для производства всех типов фланцевых элементов используют следующие технологии:
• горячая штамповка металлических деталей;
• различные виды ковки;
• прокатка металла;
• литье.
    На разных этапах изготовления фланца также могут использоваться резка металлопроката, термическая обработка и другие технологии. Качество деталей обязательно контролируется на всех стадиях производства, перед выпуском в продажу проводится проверка готовой продукции.

Плюсы и минусы фланцев

    Фланцевое соединение – это один из самых востребованных способов фиксации трубной арматуры и объединения участков трубопроводов. Популярность объясняется набором преимуществ:
• Высокая надежность. Качественные стальные фланцы обеспечивают герметичность участка трубы, устойчивость к вибрационным воздействиям, внутреннему и внешнему давлению. Благодаря этому их можно устанавливать как на системах со средними и малыми нагрузками, так и на высоконагруженных трубопроводах.
• Возможность разборки узла, за счет чего снижаются эксплуатационные расходы на ремонт и обслуживание труб. Фланцы можно аккуратно разобрать, не повреждая детали соединения, а после завершения работ собрать узел обратно. Это позволяет заменить изношенные элементы трубопровода, проверить состояние труб или выполнить другие задачи с минимальными затратами ресурсов.
• Большой ассортимент различных типов фланцевых соединений, позволяющий подобрать модель практически для любых условий эксплуатации. Можно найти фланец для трубопровода с повышенными или пониженными температурами потока, разными уровнями давления и составами рабочих сред.
    К минусам таких соединений относят относительно высокую стоимость: например, фланцы обходятся в среднем дороже простой сварки. Однако там, где необходимы надежные разборные узлы, дополнительные расходы на фланцевые крепления оправданы.

Сферы использования фланцев

    Разнообразие типоразмеров позволяет ставить фланцы на трубопроводы разных конфигураций. Ими можно фиксировать арматуру на бытовой сантехнике или соединять узлы магистрального газопровода. Хотя фланцы выпускаются и в малых размерах, чаще такие соединения применяются с трубами средних и больших сечений. На трубопроводах малых диаметров как альтернатива используются разъемные муфты и резьба.
    Соединения на фланцах часто встречаются:
• на отопительных системах, сетях транспортировки горячей воды, пара;
• газопроводах разных диаметров;
• коммунальных сетях подачи воды, тепла и других ресурсов;
• промышленных трубопроводах разного назначения, в том числе на системах подачи сырья на производстве, в сельском хозяйстве.

Типы фланцев

    Для определения подходящей разновидности фланца важно разбираться в существующем ассортименте таких соединений. По конструкции выделяют несколько видов изделий:
• Плоские приварные фланцы. Это один из самых востребованных типов, представляет собой стальные кольца (реже – чугунные или из других материалов), которые привариваются по периметру трубы двумя сварными швами. Универсальный вид фланцевых соединений, подходит для использования в жилищно-коммунальном хозяйстве, на объектах химической промышленности, нефтепроводах.
• Резьбовые фланцы отличаются от обычных приварных наличием резьбы. Фиксация на резьбу позволяет обойтись без сварки на участках, где неудобно или небезопасно использовать сварочное оборудование, при этом сохраняется возможность полностью разобрать узел при необходимости. Фланцы с резьбой часто встречаются на пожароопасных объектах, таких как автозаправочные станции. Резьбовые соединения устойчивы к механическим нагрузкам, подходят для сложных участков.
• Воротниковые приварные фланцы трубопроводов оснащены дополнительной горловиной («воротником»). Благодаря этому подходят для труб с высоким давлением, помогают равномерно распределить напряжение по соединительному узлу. Воротниковые фланцы прочные, могут использоваться на трубопроводах с разными рабочими средами.
• Прижимные модели отличаются наличием специального поджимного гнезда по всему периметру внутреннего отверстия. Фланцы такой конструкции часто используются для соединения полиэтиленовых или ПНД труб. Надежны и герметичны при соблюдении правил монтажа.
• Глухие фланцы. В отдельный тип фланцев выделяют модели без проходного отверстия. Зачем они нужны: обычно используются в качестве заглушек. Например, на временно законсервированных линиях или отводах, еще не введенных в эксплуатацию.

Исполнение уплотнительной поверхности фланца

    Конструкция элемента зависит не только от общего типа фланцев (приварные плоские, воротниковые, прижимные и т.д.), но и от исполнения уплотнительной поверхности. Это важный технический параметр, поэтому он регулируется стандартами. В соответствии с требованиями актуальных ГОСТов выделяют несколько исполнений фланцев:
1. С соединительным выступом – фаской под углом 45 градусов.
2. Фланцы с прямым скошенным выступом.
3. Фланцы с впадиной, соответствующей высоте выступов в исполнениях 1 и 2.
4. Фланцы с выступающим шипом.
5. Фланцы с выемкой (пазом), соответствующей по габаритам шипу в исполнении 3.
6. Фланцы под линзовую прокладку, которая обеспечивает качественное уплотнение при стягивании крепежа.
7. Фланцы со специальной канавкой под уплотнительную прокладку овального сечения.
8. Фланцы с шипом, необходимым для размещения фторопластовой прокладки.
9. Фланцы с пазом, который соответствует шипу в исполнении 8 (также используется во фланцевых соединениях с фторопластовым уплотнением).
    Исполнение фланца подбирается с учетом выбранного типа уплотнительного материала, который определяется технологическими и эксплуатационными особенностями объекта.

Основные технические характеристики

    Помимо типа фланцевых соединений важно учитывать и другие технические характеристики. При выборе фланца обращают внимание на материал, из которого изготовлена деталь, рассчитанное производителем максимальное рабочее давление. Также важно правильно подобрать элемент по размеру.

Материалы

     Фланцы часто делают из стали – это универсальный вариант с хорошим соотношением относительно невысокой стоимости и отличных эксплуатационных характеристик. Широко используются следующие марки:
• Углеродистая сталь 20 обладает сбалансированными характеристиками, фланцы подходят для эксплуатации при температурах не ниже -40 градусов.
• Сталь AISI 304. Востребованный вид нержавеющей стали для фланцев с отличной устойчивостью к высокой влажности.
• Сплав 09г2с. Маркировка значит, что для изготовления фланца использована прочная, устойчивая к коррозии сталь с содержанием углерода 0,09%. Литера «г» обозначает содержание марганца, цифра два уточняет, что марганца 2%, буква «с» указывает на содержание менее 1% кремния. Стальные фланцы 09г2с подходят как для высоких, так и для пониженных температур.
• Сплав 12х18н10т. Так называется сталь с 0,12% углерода, до 18% хрома и до 10% никеля, также в сплав добавлен титан. Стальные фланцы 12х18н10т обладают повышенной термической устойчивостью, выдерживают сильный нагрев и заморозку.
    Иногда фланцевые элементы также делают из чугуна. Чугунные модели отлично выдерживают перепады температур, однако отличаются хрупкостью, поэтому требуют аккуратного обращения.
    Материал фланцев выбирается с учетом всех условий эксплуатации объекта, для которого они предназначены: важен температурный режим, уровень влажности, наличие и тип дополнительных нагрузок. Так, для труб, проложенных в местах с высокой влажностью, необходима нержавеющая арматура.

Рабочее давление

     Фланцы должны выдерживать рабочее давление в трубе – иначе соединение будет ненадежным и быстро выйдет из строя. Стандартизированные уровни допустимой нагрузки измеряются в МПа или кгс/см2. Как правило, в маркировке фланца максимальное рабочее давление указывается после букв «РУ», например:
• Фланцы РУ 10 – востребованные модели, рассчитанные на давление до 10 кгс/см2.
• Фланцы РУ 25 можно ставить на трубы, давление в которых не превышает 20 кгс/см2.
• Фланцы РУ 40 подходят для систем с повышенными уровнями рабочего давления, составляющими не более 40 кгс/см2.
    На показатели конкретной модели влияют материалы изготовления, особенности конструкции, разновидность крепежа и уплотнителей. При комплектации рекомендуется ориентироваться на параметры, указанные в маркировке производителем фланцев, и на расчетные уровни давления, заложенные при проектировании объекта.

Размеры

    Основная размерная характеристика фланцев – условный проход, который в маркировке обозначается как ДУ или DN. Условный проход соответствует внутреннему диаметру трубы и определяет максимальную пропускную способность участка. В технической документации обычно указываются и другие габаритные параметры фланцев – внешний диаметр, толщина металла и т.д.
    Хотя фланцевые соединения редко используются с трубами малых диаметров, в стандартных линейках условный проход моделей начинается от 10-20 мм (ДУ10-ДУ20). Широко представлены средние и большие размеры: от 40 мм и более.
    У резьбовых фланцев вместо условного прохода может указываться диаметр резьбы в дюймах. Широко распространенные малые диаметры: 1/2 дюйма; 3/4 дюйма; 1 и 1/4 дюйма; 1 и 1/2 дюйма. В ассортименте резьбовых фланцев есть и среднеразмерные модели (2, 3 дюйма).

Требования к фланцевым соединениям

    К фланцевым соединениям предъявляют следующие требования:
• обеспечение герметичности узла, защита от утечек рабочей среды;
• прочная фиксация, отсутствие перекосов, люфтов;
• возможность быстрой разборки фланцевого узла без повреждения трубопроводных элементов.
    Чтобы обеспечить необходимые эксплуатационные параметры фланцев, производители используют качественное сырье и проверяют свою продукцию на соответствие стандартам. На общее качество фланцевого соединения также влияет правильный выбор крепежных и уплотнительных элементов, соблюдение технологии монтажа.
    Качество фланцев необходимо проверять в ходе регулярного технического обслуживания узла. В него входит осмотр и фиксация проблем, подтягивание крепежа, замена уплотнительных прокладок и устранение других выявленных недочетов. Чтобы упростить проведение техобслуживания, рекомендуется устанавливать фланцы в местах со свободным доступом (если конструкция объекта позволяет). Монтаж выполняется квалифицированными сотрудниками с учетом предписаний производителей соединительных элементов. При использовании сварки также важно соблюдать общие правила безопасности для сварочных работ.
    В ООО «Газоучет» можно заказать приварные воротниковые и плоские фланцы и другие виды надежных фланцевых элементов для труб. В ассортименте есть модели с разными ДУ, показателями давления и рабочими температурами.