Воротниковые и фланцы увеличенной прочности

Фланцы с выступающим воротником (буртиком) вокруг центрального отверстия являются, пожалуй, наиболее универсальной и распространенной разновидностью в нефтегазовой отрасли и тяжелой промышленности.

LWN фланец с удлиненным приварным воротником

Конструкция воротникового (WN) фланца обеспечивает надежную металлическую герметизацию стыка за счет сжатия выступов смежных фланцев. Вытянутая форма присоединения (LWN) дополнительно увеличивает прочность узла.

Основные преимущества воротниковых фланцев:

• Способность выдерживать экстремальные давления свыше 2500 psi
• Стойкость к перепадам температур от криогенных до +1200°F
• Плавный переход проходного сечения предотвращает турбулентности и эрозию
• Простота контроля качества сварных швов рентгеном или УЗК

За счет высоких эксплуатационных характеристик WN/LWN фланцы широко используются в нефтегазовых магистралях, насосных и компрессорных установках, химической и энергетической отраслях. Критически важные узлы всегда комплектуются прочными коваными воротниковыми фитингами из спецсталей и сплавов.

Плоские приварные соединения

В отличие от воротниковых собратьев, плоские фланцы имеют простую цилиндрическую форму с двумя параллельными торцевыми плоскостями. Уплотнение достигается за счет сжатия мягкой прокладки между гладкими поверхностями.

Плоский приварной фланец без воротника

Эти бюджетные фитинги находят широкое применение для магистралей низкого давления, воздуховодов и вспомогательных трубопроводов. Отсутствие протекторного воротника снижает прочность, но удешевляет конструкцию.

Присоединение к трубе осуществляется двумя угловыми сварными швами (внутренним и наружным), что упрощает сборку по сравнению с высокопрочными воротниковыми вариантами.

Плоские накидные фланцы компактны, просты в монтаже и обслуживании. Однако их использование ограничено системами малой мощности из-за недостаточной прочности металла.

Резьбовые быстросъемные фитинги

Резьбовые фланцы обеспечивают быструю разборку трубопровода без проведения сварочных работ. На цилиндрическом присоединительном конце фланца нарезана трубная коническая или цилиндрическая резьба под ANSI/ASME B1.20.1.

Резьбовой стальной фланец с трубной резьбой NPT

Основные сферы применения:

• Вспомогательные линии малых диаметров (до 4 дюймов)
• Низкие рабочие параметры давления/температуры
• Взрывоопасные зоны, где сварка небезопасна или запрещена

Немаловажно, что резьбовой фланец позволяет проводить обслуживание без дорогостоящего демонтажа всей системы. Также он служит дополнительной электроразвязкой при протекании блуждающих токов в трубопроводах.

Из недостатков можно отметить ограниченный ресурс резьбового соединения при вибрационных и температурных нагрузках. На ответственных магистралях резьбовые фитинги в нефтегазовой отрасли запрещены стандартами.

Компенсирующие и специальные виды фланцев

В сложных системах с изменением диаметров, отводами под углом, переходами на другие виды арматуры применяются разнообразные специализированные фланцевые соединения.

Стальной поворотный фланец с вращающимся кольцом

Раструбный (утка) фланец формирует конический переход от меньшего к большему диаметру. Плавное изменение сечения трубы минимизирует гидравлические потери и эрозию. Обратный конус предотвращает турбулентность.

Нипофланец и велдофланец являются цельнокованными отводами с фланцем для подсоединения под углом 90 градусов. Отлитые единым куском, они обладают запредельной прочностью и пригодны для любых параметров давления/температуры.

Элбофланец и латрофланец – это разновидности цельнокованных отводов для присоединения труб под углами 45° и произвольным углом соответственно. Их монолитная конструкция повышает надежность участков трубопроводов со сложной геометрией.

Поворотные (вращающиеся) фланцы имеют конструкцию, позволяющую вращать фланец относительно трубы при монтаже. Это облегчает выравнивание отверстий под крепежные болты на стыке и существенно экономит время на узловую сборку крупногабаритных магистралей.

Помимо линейных фланцев, для расширения или сужения проходных сечений используются специальные переходные фитинги. Они представляют собой плавное коническое изменение диаметра от меньшего к большему или наоборот в одном корпусе с приваренным фланцем.

Материалы изготовления фланцев

Выбор материала фланцевых соединений зависит от рабочих параметров среды и требований к коррозионной стойкости. В промышленности применяются фланцы из различных марок сталей и сплавов:

• Углеродистые и низколегированные стали (A105, A350 LF2 и др.)
• Нержавеющие аустенитные стали (304, 304L, 316, 316L)
• Нержавеющие дуплексные и супердуплексные стали (2205, 2507)
• Никелевые жаропрочные и коррозионностойкие сплавы (Инконель, Инколой, Хастеллой)

Для условий криогенных температур используются специальные марки стали с высокой ударной вязкостью. Для высокотемпературных агрессивных сред – жароупорные никелевые сплавы. Наиболее универсальными считаются нержавейки аустенитного и дуплексного классов.

Заключение

Как видно из обзора, мир фланцев поистине разнообразен. Для каждой конкретной задачи в нефтегазовой отрасли, химической промышленности или энергетике существует оптимальный тип фланцевого соединения.

При этом качественный подбор типа фланца является критически важным для обеспечения надежности, безопасности и ресурса трубопроводных систем. Необходимо учитывать все факторы:

• Параметры давления и температуры рабочей среды
• Коррозионную активность перекачиваемых сред
• Условия монтажа на объекте
• Необходимость разборки для обслуживания
• Экономическую целесообразность

В большинстве тяжелых случаев предпочтение отдается прочным воротниковым фланцам из специальных сплавов. Для вспомогательных линий допустимы плоские, резьбовые и разборные конструкции.

Выбор надежного поставщика фланцевой арматуры высокого качества также крайне важен. Только специализированные производители могут гарантировать соблюдение всех стандартов и нормативов отрасли.