Стальные фланцы — виды, характеристики и преимущества

Фланец — элемент трубопровода, который выглядит как металлическое кольцо или диск с отверстиями для болтов и шпилек. Магистральные трубопроводы для подачи пара, воды, газа или нефти выглядят сплошными линиями, но по факту соединены между собой фланцами. Элементы могут иметь разную форму — квадратные, круглые. Их используют для прочного соединения труб и арматуры, подключения оборудования к трубопроводу, монтажа некоторых его деталей. Фланцы обеспечивают безопасность работы магистралей, простоту разборки и сборки конструкции.

Как выглядит конструкция

Обычно фланцы используют попарно. В деталь вставляется труба и прочие элементы магистрали. Во вторую крепежную деталь вставляют следующую трубу, а после 2 элемента стягивают болтами. Для этого по внешнему периметру фланца предусмотрены отверстия для болтов. После заваривают место стыка.

Согласно ГОСТ 33259-2015 можно использовать такие материалы для изготовления фланцев:

• Ковкий, серый чугун.
• Литье из высоко- или низколегированной стали.
• Литье из коррозионностойкой, теплоустойчивой стали.

Обычно для изготовления фланцев производители используют марки стали 09Г2С, ст20 или 12X18H10T.

Преимущества и недостатки стального фланца

К плюсам применения фланцевых деталей из стали можно отнести прочность изделий, которые хорошо выдерживают скачки температуры, воздействие транспортируемой среды. При этом элементы стойкие к коррозии, воздействию рабочей среды на корпус фланца. Главным плюсом считается возможность быстрого демонтажа конструкции при помощи гаечного ключа. Применение стальных фланцев предусматривает дополнительную герметизацию при помощи уплотнительных колец. При покупке фланца важно выбрать 2 одинаковых по размерам элемента, иначе не получится их качественно соединить.

Преимущества использования стального фланца:

• Функциональность.
• Простой монтаж.
• Низкая цена.
• Надежность.
• Долгий срок службы.
• Использование при разных характеристиках транспортируемой среды и на любых трубопроводах.

К минусам можно отнести быстрый износ уплотнительных колец. Придется время от времени менять эти элементы на новые.

Где используются крепежи

Применяют фланцы из стали почти повсеместно. Они востребованы во время сборки теплотрасс, бытовых систем водоснабжения, трубопроводов, промышленных систем и газопроводов.

Для чего они нужны:

• Стыковки труб разного диаметра между собой.
• Закрепления на магистрали разного устройства и арматуры.
• Безопасного подведения трубы к входу в резервуары, сосуды под высоким давление и пр. аппараты.

Важно подобрать для соединительной детали правильный крепеж − болты, гайки, шайбы, шпильки. На выбор фланцевого крепежа влияет тип, давление и температура транспортируемой среды.

Разновидности фланцев

Классификация крепежных элементов выглядит таким образом:

• Литые, которые можно использовать при температуре от −250°С до +600°С. Рабочее давление 1,6-20 мПа
• Плоские приварные. Температурный режим от −70°С до +300°С. Рабочее давление 0,1-2,5 мПа
• Фланцы для стыковой сварки, которые можно устанавливать для работы при температуре −250°С до +600°С. Рабочее давление 0,1-20 мПа
• Стальные элементы с приварным кольцом. Температурный режим от −30°С до +300°С. Рабочее давление 0,1-3 мПа

Самыми распространенными являются плоские приварные фланцы, но воротниковые считаются более прочными и удобными в использовании. Для установки в труднодоступных местах берут фланец на приварном кольце. Дополнительно могут изготовить крепежи нестандартной формы, которые делают по индивидуальным проектам под заказ. Рассмотрим все эти варианты более подробно.

Воротниковый фланец

В такой трубопроводной детали есть юбочное кольцо, при помощи которого фланец соединяется с магистральной трубой. После стыковки трубы и фланца, его закрывают сварочным швом. Приварные встык детали не насаживают, а просто пристыковывают к трубе. Затем обваривают с 1-ой стороны, что упрощает будущие монтажные работы.

Воротниковые крепежи можно использовать на трубопроводах среднего и высокого давления, сделанные из легированной стали по ГОСТ 12821-80. Диаметр фланца может быть от 15 мм до 500 мм. Изготавливают эти крепежи с выступом, пазом, шипом или впадиной. При монтаже фланец могут надеть на конец трубы, а после дважды приваривают по контуру соединения.

Делают воротниковые фланцы методом литья и штамповки. Первый вариант более простой, но при таком производстве могут появиться воздушные поры в корпусе самого изделия. Такие полости могут негативно сказаться на использовании крепежа в будущем при возникновении температурных скачков и высокого давления в трубах. Именно поэтому для магистральных трубопроводов чаще всего используют фланцы из стали, выполненные методом горячей штамповки.

Плоский фланец

Деталь напоминает плоский стальной диск, который используют для присоединения арматуры к трубе. Крепежный элемент изготавливают по ГОСТ 12820-80. Фланцы плоские нельзя использовать на магистралях с токсичной, пожаро- и взрывоопасной средой, передаваемой по трубам. Диаметр элемента на пару мм выше, чем внешний диаметр трубопровода, чтобы было удобно насаживать трубу. После насаженную деталь обваривают газо- или электросваркой в месте стыка. Использовать плоский фланец можно для труб диаметром от 10 мм до 1600 мм.

У фланцев этого вида имеется выступ в виде усеченного конуса, в который нужно вставить магистральную трубу. Тут потребуется сделать только один сварной шов, что снижает время работы на участке. При использовании этого варианта можно в будущем быстро провести модернизацию трубопровода, снять кусок трубы или полностью демонтировать систему. Срезать трубу не нужно, можно только снять воротниковый фланец.

Использовать крепеж можно потом еще раз. За счет воротника и тому, что по высоте конус имеет разную толщину стенок, крепеж способен выдержать большее давление, чем плоский приварной фланец. Для демонтажа плоского фланца, нужно газовым резаком раздуть шов по направлению к крепежу. Затем на стыке ставят новый фланец, а место соединения снова обрабатывают. В качестве уплотнительного материала для плоского крепежа используют прокладки. Они крепко и герметично защищают соединение от протечек рабочей среды.

Другие виды фланцев

Существуют глухие виды фланцев. Они не используются для соединения труб, но главная задача таких элементов — заглушить трубопровод, чтобы не демонтировать магистраль или обеспечить доступ к внутренней части трубы при необходимости. Ставят элементы на концах трубопровода, также можно использовать на концах полостей с высоким давлением.

Есть еще фланцевый патрубок, который визуально отличается от стандартного фланца. Он используется в виде подложки при монтаже фланцевого соединения в трубопроводах низкого давления. В результате можно сэкономить деньги на покупку комплектующих деталей. Патрубок делают из углеродистой стали, его можно применять для нержавеющих труб, так как он не контактирует с рабочей средой внутри магистрали.

Производство соединительных элементов при помощи ковки

Заготовки для кованых крепежей делают при помощи ковки. В качестве исходного сырья подходит блюм, сортовой прокат и слитки. Ковка является самым технологическим вариантом изготовления фланца, так как отличается простотой работы и высоким показателем производительности. Материалы для выпуска фланцев не считаются бюджетными, а элементы после придется обрабатывать при помощи дорогостоящей техники.

Литейный вариант выпуска фланцев (ГОСТ 33259-2015)

Различают несколько типов литья:

• шлаковое центробежное;
• в грунт;
• под давлением.

Первый вариант — самый технологический, современный, так как получил высокую степень однотипности металла, предполагает разнообразный выбор сырья, позволяет делать детали высокого качества.

Этот вариант изготовления крепежей очень востребован, так как можно делать фланцы с нужными характеристиками, которые помогут решать задачи на магистральном трубопроводе.

Выпуск фланцев по методу нарезки из проката

Из-за низкой себестоимости и простоты технологического процесса, резка фланцев из проката является самым экономичным способом. Но есть минусы. К ним можно выделить параметры гибочного станка, которые ограничивают размеры заготовок, так что делать можно на нем только приварные плоские крепежи из стали.

Метод штамповки

Чаще всего этот вариант используется, когда у производителя висит большой заказ на линии. Способ простой, отличается высокой производительностью. Но производство фланцев при помощи метода штамповки предполагает не просто применение дорогостоящего оборудования, но и покупку сортового металла, производство самого штампа.

Главные этапы выпуска фланцевой заготовки (по ГОСТу 33259-2015):

1. Поставка круга.
2. Нарезка заготовок для выпуска будущего фланца из круга. Для этого стальной круг пускают на линию разреза, где с помощью ножниц создаются диски нужных параметров.
3. Изготовление поковок. В этом случае деталь нагревается до нужной температуры индуктивным способом, а после отправляется под пресс.
4. Пресс-оборудование формирует заготовку наружной поверхностью детали. Она же в будущем становится фланцем.
5. Нанесение маркировки.
6. Обработка поковок.
7. Сверление отверстий на детали для крепежа. Их нужно расположить по окружности. Для этого задействуют многофункциональные станки-полуавтоматы.
8. Прохождение контроля качества. На крупных заводах проверку качества выполняют специальные отделы.
9. Упаковка детали.
10. Хранение и доставка.

Выпуск плоских, аппаратных и воротников крепежей

Аппаратные стальные фланцы применяют в нефте- и химической промышленности, нефтеперерабатывающей и прочих отраслях. Делают детали при помощи метода штамповки или плазменной резки. Главное отличие аппаратных фланцев в том, что они могут отличаться внешне и методом стыка с трубой. Для этих деталей делают разные уплотнители — круглые, овальные или квадратные. Материал изготовления аппаратных фланцев — сталь.

Плоские фланцы применяют в приборо- и машиностроении. При помощи крепежей можно подключить к трубопроводу затворы, клапаны, фильтры и задвижки.

Плюсы плоского фланца:

• Простая установка.
• Хорошая свариваемость с трубой.
• Точное соответствие размерной сетке.
• Долгий срок службы.

Воротниковые крепежи необходимы на трубопроводах с давлением среды от 16 Мпа. Обычно используют для труб большого размера, для стыка магистрали с сосудами, технологическими аппаратами и резервуарами. Задействуют детали в энергетической, химической, пищевой и нефтегазовой промышленности.

По материалу изготовления воротниковые могут быть сделаны из:

• Оцинковки (применяют для повышения стойкости элемента к внешнему воздействию).
• Нержавеющей стали (дает детали большой запас прочности).
• Обычной стали.

К минусам таких фланцев можно отнести:

• Высокая цена производства.
• Из-за скачков температуры крепежи слабеют.
• Высокая трудоемкость.

Характеристики и цены на стальные фланцы

Элементы подвергаются нормированию, их параметры указаны в ГОСТ, четко определены. Отход от стандартных типоразмеров или технологии производства строго запрещен. Перед покупкой партии фланцев необходимо запросить сертификат производителя у продавца.

Главные характеристики изделий — их габариты. В отношении фланцев действует особый сертификат, где указаны размеры крепежа. Чтобы в будущем не столкнуться с покупкой некачественной детали, важно изучить паспорт фланцев на предмет соответствия соединительного элемента с этим документом. Если есть отличия, то лучше воздержаться от покупки.

При внешнем сходстве крепежные элементы отличаются друг от друга по внутреннему и внешнему диаметру. Обращайте также внимание на показатель рабочего давления, которое фланец может выдержать в длительном периоде. Измеряется такой показатель в барах, обозначение на детали — PN. Стоимость соединительных элементов является производной величиной от этой характеристики и от условного диаметра.

При выборе комплекта стальных фланцев важно учитывать внутренний, наружный диаметр элементов, вес и толщину пластины. Маркировка на элементе позволит узнать номинальное давление и диаметр, марку металла, исполнение уплотнительной поверхности. Цена фланцев зависит от их конфигурации и параметров.

Теперь вы понимаете, что такое фланцы, что они из себя представляют, как их изготавливают на производстве. Знания позволят вам отличить стальные крепежи от плоских приварных. Вы сможете разбираться в соединительных элементах в повседневной жизни, так как фланцы ставят и на небольших трубопроводах, по которым газ или питьевая вода поступают в дом.