Зусилля затягування болтів фланцевих з'єднань. Як правильно виконати з'єднання сталевих труб фланцями? Конструктивні особливості фланців

менту, вказаного в таблиці нижче.
a Таблиця, що наводиться нижче, застосовна до болтів, показаних на рис. А.

2. Таблиця моментів затягування болтів фланцевих з'єднань
a Якщо немає особливих вказівок, під час затягування болтів фланцевих з'єднань користуйтесь нор"
матівами, наведеними нижче.

3. Таблиця моментів затягування втулок трубних з'єднань з кільцем ущільнювача
a Якщо немає особливих вказівок, при затягуванні втулок роз'ємів трубопроводів із ущільнювальним
кільцем користуйтеся нормативами, наведеними нижче.

4. Таблиця моментів затягування заглушок з кільцем ущільнювача
a Якщо немає особливих вказівок, при затягуванні заглушок з кільцем ущільнювача користуйтеся
нормативами, наведеними нижче.

5. Таблиця моментів затягування для шлангів (з конічним та торцевим ущільненнями)
a Якщо немає особливих вказівок, при затягуванні шлангів (з конічним та торцевим ущільненнями)
користуйтеся нормативами, наведеними нижче
a Наведені нижче моменти застосовуються при нанесенні на різьблення моторного масла.

6. Таблиця моментів затягування для з'єднань з торцевим ущільненням
a Затягуйте з'єднання з торцевим ущільненням (накідні гайки) на низьких трубах
тиску з плакованої сталі, що використовуються на двигунах, до моментів, представ"
ленних у наступній таблиці.
a Прикладайте наступні моменти затягування до з'єднань з торцевим ущільненням,
попередньо нанісши на їх різьбові ділянки шар моторного масла.

Для довідки: Залежно від конкретних технічних характеристиквикористовуються з'єднання з
торцевим ущільненням, розміри яких вказані у дужках ().

7. Таблиця моментів затягування для двигунів серії 102, 107 та 114 (болти та гайки)
a Якщо немає особливих вказівок, при затягуванні болтів та гайок з метричним різьбленням на

8. Таблиця моментів затягування для двигунів серії 102, 107 та 114 (шарнірні з'єднання)
a Якщо немає особливих вказівок, при затягуванні шарнірних з'єднань з метричним різьбленням на
двигуни серії 102, 107 та 114 користуйтесь нормативами, наведеними нижче.

9. Таблиця моментів затягування для двигунів серії 102, 107 та 114 (Гвинти з конічною
різьбленням)
a Якщо немає особливих вказівок, при затягуванні гвинтів з конічним різьбленням (од. ізм: дюйм) на
двигуни серії 102, 107 та 114 користуйтесь нормативами, наведеними нижче.

Фланець- це спосіб з'єднання труб, засувок, насосів та іншого обладнання для формування системи трубопроводів. Такий спосіб з'єднання забезпечує простий доступ до очищення, огляду або модифікації. Фланці зазвичай мають різьбове або зварне з'єднання. Фланцеве з'єднання складається із закріплених за допомогою болтів двох фланців та прокладки між ними, для забезпечення герметичності.

Фланці труб виготовляються із різних матеріалів. Фланці мають оброблені поверхні, виготовляються з литого чавуну та чавуну з кулястим графітом, але найбільш використовуваний матеріал, це кована вуглецева сталь.

Найбільш використовувані фланці у нафтовій та хімічній промисловості:

• з шийкою для приварювання
• наскрізний фланець
• приварної з западиною під зварювання
• приварний внахлест (вільний)
• різьбовий фланець
• фланцева заглушка

Усі типи фланців, окрім вільного, мають посилену поверхню.

Спеціальні фланці
За винятком фланців, про які було сказано вище, є ще ряд спеціальних фланців, таких як:

• фланець діафрагми
• довгі приварні фланці з буртиком
• розширювальний фланець
• перехідний фланець
• кільцева заглушка (частина фланцевого з'єднання)
• дискові заглушки та проміжні кільця (частина фланцевого з'єднання)

Матеріали фланців
Найбільш поширені матеріали, що використовуються для виробництва фланців це вуглецева сталь, нержавіюча сталь, чавун, алюміній, латунь, бронза, пластик і т.д. Крім того, фланці, як арматура та труби для спеціального застосування, іноді мають внутрішнє покриття у вигляді шару матеріалу зовсім іншої якості, ніж самі фланці. Це футеровані фланці. Матеріал фланців найчастіше встановлюється при виборі труб. Як правило, фланець роблять із того ж матеріалу, що й самі труби.

Приклад приварного фланця з буртиком 6" - 150 #-S40
Кожен фланець, що відповідає стандарту ASME B16.5, має певну кількість стандартних розмірів. Якщо конструктор з Японії, або людина, яка готує проект до запуску в Канаді, або монтажник трубопроводу в Австралії говорить про приварний фланце 6"-150#-S40, що відповідає стандарту ASME B16.5, то він має на увазі фланець, який зображений нижче.

У разі замовлення фланця постачальнику хотілося б знати якість матеріалу. Наприклад, ASTM A105 - фланець зі штампованої вуглецевої сталі, а A182 - фланець зі штампованої легованої сталі. Таким чином, за правилами, для постачальника повинні бути вказані обидва стандарти: Зварний фланець 6"-150#-S40-ASME B16.5/ASTM A105.

КЛАС ТИСКУ

Клас тиску або класифікація для фланців буде представлений у фунтах. Для позначення класу тиску використовують різні назви. Наприклад: 150 Lb або 150Lbs або 150# або Клас 150, позначають те саме.
Ковані сталеві фланці мають 7 основних класифікацій:
150 Lbs - 300 Lbs - 400 Lbs - 600 Lbs - 900 Lbs - 1500 Lbs - 2500 Lbs

Концепція класифікації фланців ясна та очевидна. Фланець класу 300 може працювати при більшому тиску, ніж фланець класу 150, тому що фланець класу 300 має більшу кількість металу і витримує більший тиск. Однак є ряд факторів, які можуть вплинути на граничний тиск фланця.

ПРИКЛАД
Фланці можуть витримувати різні тиски за різних температур. При зростанні температури клас тиску фланця зменшується. Наприклад, фланець класу 150 розрахований на тиск приблизно 270 PSIG в умовах довкілля, 180 PSIG при 200 °C, 150 PSIG при 315 °C, та 75 PSIG при 426 °C.

Додатковими факторами є те, що фланці можуть бути виготовлені з різних матеріалів, таких як: легована сталь, литий і ковкий чавун, і т.д. Кожен матеріал має різні класи тиску.

ПАРАМЕТР "ТИСК-ТЕМПЕРАТУРА"
Клас тиск-температура визначає робочий, максимально допустимий надлишковий тиск у барах при температурі градусів Цельсія. Для проміжних температур допускається лінійна інтерполяція. Інтерполяція між класом позначень заборонена.

Класифікації за температурою-тиском
Клас Температура-Тиск застосовується до фланцевих з'єднань, який відповідає обмеженням на болтових з'єднаннях та прокладках, які зроблені відповідно до належної практики для складання та центрування. За використання цих класів для фланцевих з'єднань, що не задовольняють ці обмеження, обов'язок лягає на користувача.

Температура, показана для відповідного класу тиску, це температура внутрішньої оболонки деталі. В основному, ця температура така ж, як у рідини, що міститься. Відповідно до вимог чинних кодексів та правил, при використанні класу тиску, що відповідає температурі, що відрізняється від поточної рідини, вся відповідальність лягати на замовника. Для будь-якої температури нижче -29 °C, клас повинен бути не вище, ніж при використанні -29 °C.

Як приклад, нижче ви знайдете дві таблиці з групами матеріалів відповідно до ASTM та дві інші таблиці з класом температура-тиск для цих матеріалів відповідно до ASME B16.5.

Матеріали ASTM групи 2-1.1
Номінальне позначення	Штампівка	Лиття	Пластини
C-Si	A105 (1)	A216 Gr.WCB(1)	A515 Gr.70(1)
C-Mn-Si	A350 Gr.LF2(1)	-	A516 Gr.70(1),(2)
C-Mn-Si-V	A350 Gr.LF6 Cl 1(3)	-	A537 Cl.1(4)
3½Ni	A350 Gr.LF3	-	-
ЗАУВАЖЕННЯ: (1)При тривалому впливі температури вище 425°C, карбідна фаза сталі може перетворитися на графіт. Допустиме, але не рекомендується тривале використання понад 425°C. (2)Не використовувати при температурі понад 455°C (3)Не використовувати при температурі понад 260°C (4)Не використовувати при температурі понад 370°C

Клас Температура-Тиск для матеріалів ASTM групи 2-1.1 Робочий тиск за класами
Температура °C	150	300	400	600	900	1500	2500
від 29 до 38	19.6	51.1	68.1	102.1	153.2	255.3	425.5
50	19.2	50.1	66.8	100.2	150.4	250.6	417.7
100	17.7	46.6	62.1	93.2	139.8	233	388.3
150	15.8	45.1	60.1	90.2	135.2	225.4	375.6
200	13.8	43.8	58.4	87.6	131.4	219	365
250	12.1	41.9	55.9	83.9	125.8	209.7	349.5
300	10.2	39.8	53.1	79.6	119.5	199.1	331.8
325	9.3	38.7	51.6	77.4	116.1	193.6	322.6
350	8.4	37.6	50.1	75.1	112.7	187.8	313
375	7.4	36.4	48.5	72.7	109.1	181.8	303.1
400	6.5	34.7	46.3	69.4	104.2	173.6	289.3
425	5.5	28.8	38.4	57.5	86.3	143.8	239.7
450	4.6	23	30.7	46	69	115	191.7
475	3.7	17.4	23.2	34.9	52.3	87.2	145.3
500	2.8	11.8	15.7	23.5	35.3	58.8	97.9
538	1.4	5.9	7.9	11.8	17.7	29.5	49.2

Клас Температура-Тиск для матеріалів ASTM групи 2-2.3 Робочий тиск за класами
Температура °C	150	300	400	600	900	1500	2500
від 29 до 38	15.9	41.4	55.2	82.7	124.1	206.8	344.7
50	15.3	40	53.4	80	120.1	200.1	333.5
100	13.3	34.8	46.4	69.6	104.4	173.9	289.9
150	12	31.4	41.9	62.8	94.2	157	261.6
200	11.2	29.2	38.9	58.3	87.5	145.8	243
250	10.5	27.5	36.6	54.9	82.4	137.3	228.9
300	10	26.1	34.8	52.1	78.2	130.3	217.2
325	9.3	25.5	34	51	76.4	127.4	212.3
350	8.4	25.1	33.4	50.1	75.2	125.4	208.9
375	7.4	24.8	33	49.5	74.3	123.8	206.3
400	6.5	24.3	32.4	48.6	72.9	121.5	202.5
425	5.5	23.9	31.8	47.7	71.6	119.3	198.8
450	4.6	23.4	31.2	46.8	70.2	117.1	195.1

ПОВЕРХНЯ ФЛАНЦЮ

Від форми і виконання поверхні фланця залежатиме, де буде розташоване кільце ущільнювача або прокладка.

Найбільш використовувані типи:

• поверхня з виступом (RF)
• плоска поверхня (FF)
• паз під кільцеве ущільнення (RTJ)
• із зовнішнім та внутрішнім різьбленням (M&F)
• шпунтове з'єднання (T&G)

ВИСТУП (RF-Raised Face)

Поверхня з виступом, найбільш застосовний тип фланця, який легко визначити. Цей тип називається так, тому що поверхня прокладки виступає над поверхнею болтового з'єднання.

Діаметр та висота визначаються за стандартом ASME B16.5 за допомогою класу тиску та діаметра. У класі тиску до 300 Lbs висота дорівнює приблизно 1,6 мм, а в класі тиску від 400 до 2500 Lbs висота становить близько 6,4 мм. Клас тиску фланця визначає висоту виступу поверхні. Призначенням (RF) фланця є концентрація більшого тиску меншу площу прокладки, збільшуючи тим самим граничний тиск з'єднання.

Для параметрів визначальних висоту всіх описаних у цій статті фланців використовуються розміри H і B, за винятком фланця з нахлесточним з'єднанням, це необхідно зрозуміти та запам'ятати таке:

У класах тиску 150 і 300 Lbs висота виступу становить близько 1,6 мм (1/16 дюйма). Майже всі постачальники фланців цих двох класів вказують у своїх брошурах або каталогах розміри H та B, включаючи поверхню виступу (див. Fig.1 нижче)

У класах тиску 400, 600, 900, 1500 та 2500 Lbs висота виступу дорівнює 6,4 мм (1/4 дюйма). У цих класах багато постачальників вказують розміри H і B, не включаючи висоту виступу (див. Fig.2 зверху)

У цій статті ви знайдете два розміри. Верхній ряд розмірів не включає висоту виступу, а розміри нижнього ряду включають висоту виступу.

ПЛОСЬКА ПОВЕРХНЯ (FF - Flat Face)
У фланця з плоскою поверхнею (вся поверхня) прокладка знаходиться у тій же площині, що й болтове з'єднання. Найчастіше, фланці з плоскою поверхнею використовують там, де фланець у відповідь або фіттинг - литий.

Фланець із плоскою поверхнею ніколи не з'єднується з фланцем, у якого є виступ. Згідно ASME B31.1, при з'єднанні плоских фланців із чавуну з фланцями з вуглецевої сталі, виступ на сталевому фланці повинен бути прибраний, і вся поверхня має бути ущільнена прокладкою. Це робиться для збереження тонкого, тендітного чавунного фланця від утворення тріщин через виступ сталевого фланця.

ФЛАНЕЦЬ З ПАЗОМ ПІД Кільцеве ущільнення (RTJ - Ring Type Joint)
У RTJ фланців прорізані пази в їх поверхні, в які вставлені сталеві кільця ущільнювачів. Фланці герметизуються за рахунок того, що при затягуванні болтів прокладка між фланцями вдавлюється в пази, деформується, створюючи тісний контакт – метал-К-метал.

У RTJ фланця може бути виступ із зробленим у ньому кільцевим пазом. Даний виступ не служить будь-яким ущільненням. Для RTJ фланців, які герметизуються за допомогою кільцевих ущільнень, виступаючі поверхні з'єднаних та затягнутих фланців можуть контактувати один з одним. У цьому випадку стиснене прокладання більше не нестиме додаткових навантажень, затяжка болтів, вібрація і зміщення не зможуть більше роздавити прокладку і зменшить зусилля затягування.
Металеві кільця ущільнювачів підходять для використання при високих температурах і тисках. Вони зроблені з урахуванням правильного вибору матеріалу та профілю та завжди застосовуються у відповідних фланцях, забезпечуючи хороше та надійне ущільнення.

Кільцеві ущільнення виготовлені так, що герметизація здійснюється за допомогою "початкової лінії контакту" або заклинювання між сполученим фланцем та прокладкою. За рахунок застосування тиску на ущільнення через болтову затяжку, більш м'який метал прокладки проникає в дрібнодисперсну структуру жорсткішого матеріалу фланця, і створює дуже щільне та ефективне ущільнення.

Кільця, що найбільш використовуються:

Тип R-Oval згідно ASME B16.20
Підходить для фланців ASME B16.5 класу тиску від 150 до 2500.

Тип R-Octagonal згідно з ASME 16.20
Покращена конструкція порівняно з початковою R-Oval. Однак, вони можуть використовуватися тільки для плоских фланців з пазом. Підходить для фланців ASME B16.5 класу тиску від 15 до 2500.

ФЛАНЦІ З Ущільнювальною і поверхнею типу ВИСТУП-ВПАДІНА (LMF - Large Male Face; LFF - Large Female Face)


Фланці цього мають збігатися. В одній поверхні фланця є область, яка виходить за звичайні межі поверхні фланця ( батько). Інший фланець, або фланець у відповідь має відповідне поглиблення ( Мамо), зробленому на його поверхні.

Напіввільне прокладання

• Глибина виточення (виїмки) зазвичай дорівнює або менше ніж висота виступаючої частини, щоб запобігти контакту метал-метал при стисненні прокладки
• Глибина виїмки зазвичай не більше ніж на 1/16" більша ніж висота виступу

ФЛАНЕЦЬ З Ущільнювальною поверхнею типу ШИП-ПАЗ
(Виступ - Tounge Face - TF; Впадина - Groove Face - GF)


Фланці цього теж повинні збігатися. У одного фланця є кільце з виступом (шип), зробленим на поверхні цього фланця, у той час, як на поверхні у відповідь проточено паз. Такі поверхні зазвичай зустрічаються на кришках насосів та кришках вентилів.

Зафіксована прокладка

• Розміри прокладки такі ж або менше ніж висота паза
• Прокладка ширша за пазу не більше ніж на 1/16"
• Розміри прокладки будуть співпадати з розмірами паза
• При розбиранні з'єднання повинне розтискатися окремо

Основні поверхні фланців, такі як: RTJ, T&G та F&M ніколи не з'єднують разом.

ПЛОСКА ПОВЕРХНЯ І ПАЗ


Зафіксована прокладка

• Одна поверхня – плоска, інша – з виїмкою
• Для застосування там, де потрібний точний контроль стиснення прокладки
• Рекомендуються тільки пружні прокладки - спіральні, порожнисті кільцеві, що приводяться в дію тиском, та прокладки з металевою оболонкою

КІНЦЕВА ОБРОБКА ПОВЕРХНІ ФЛАНЦЮ
За кодом ASME B16.5 потрібно, щоб поверхня фланця (виступ та плоска поверхня) мали певну шорсткість, щоб дана поверхня при суміщенні з прокладкою забезпечувала ущільнення високої якості.

Кінцеве рифлення, концентричне або у вигляді спіралі вимагає від 30 до 55 канавок на дюйм, що в результаті дає шорсткість між 125 і 500 мікро-дюймами. Це дозволить виробникам фланців робити обробку місця під прокладання металевого фланця будь-якого класу.

Для трубопроводів, що транспортують речовини груп А та Б технологічних об'єктівІ категорії вибухонебезпечності, не допускається застосування фланцевих з'єднань з гладкою ущільнювальною поверхнею за винятком випадків застосування спірально-навитих прокладок.

НАЙБІЛЬШ ВИКОРИСТАНІ ПОВЕРХНІ

Чорнова обробка

Найчастіше використовується при обробці будь-якого фланця, тому що підходить практично для всіх звичайних умов експлуатації. При стисненні м'яка поверхня прокладки входитиме в оброблену поверхню, що допоможе створити ущільнення, крім того, виникає високий рівень тертя між з'єднаними частинами. Кінцева обробка для цих фланців робиться за допомогою радіусного різця радіусом 1,6 мм при швидкості подачі 0,88 мм на оборот для 12". Для 14" і більше обробка проводиться за допомогою 3,2 міліметрового радіусного різця при подачі 1,2 мм на оборот.

Спіральна насічка
Це може бути безперервна або фонографічна спіральна канавка, але від чорнової обробки вона відрізняється тим, що канавка виходить за рахунок використання 90 градусного різця, який створює V-подібний профіль з кутом рифлення 45 °.

Концентрична насічка.
Як випливає з назви, обробка складається із концентричних канавок. Використовується 90° різець і кільця рівномірно розподіляються по всій поверхні.

Гладка поверхня.
Така обробка візуально не залишає слідів інструменту. Такі поверхні, як правило, використовуються для прокладок з металевою поверхнею, наприклад: з подвійною оболонкою, зі смугової сталі або гофрованого металу. Гладка поверхня допомагає створити ущільнення та залежить від площинності протилежної поверхні. Як правило, це досягається за рахунок контактної поверхні прокладки, сформованої безперервної (іноді званої фонографічної), спіральною канавкою, зробленою 0,8 мм радіусним різцем, на подачі 0,3 мм на оборот, глибиною 0,05 мм. Це призведе до шорсткості між Ra 3,2 та 6,3 мікрометра (125-250 мікро-дюйма)

Прокладки
Для того щоб зробити герметичне фланцеве з'єднання, необхідні прокладки.

Прокладка є стислими листами або кільцями, що використовуються для створення водонепроникного з'єднання між двома поверхнями. Прокладки виготовляються для роботи при екстремальних температурах і тисках і доступні у виконанні з металевих, напівметалевих і неметалічних матеріалів.
Наприклад, принцип ущільнення може полягати у стисканні прокладки між двома фланцями. Прокладка заповнює мікроскопічні простори та нерівності поверхні фланців і, потім, утворює ущільнення, яке запобігає витоку рідин та газів. Потрібна правильна і дбайлива установка прокладки, щоб запобігти витоку у фланцевому з'єднанні.

У цій статті будуть описані прокладки відповідні ASME B16.20 (Металеві та напівметалеві прокладки для фланців труб) та ASME B16.21 (Неметалеві, плоскі прокладки для фланців труб)

БОЛТИ
Для з'єднання двох фланців один з одним потрібні болти. Кількість визначатиметься кількістю отворів у фланці, а діаметр і довжина болтів залежить від типу фланця та його класу тиску. Найчастіше вживані болти в нафтовій та хімічній промисловості для фланців ASME B16.5 це шпильки. Шпилька складається з стрижня з різьбленням та двох гайок. Інший доступний тип болтів це звичайний болт із шестигранною головкою та однією гайкою.

Розміри, допуски на розміри тощо. були визначені у стандартах ASME B16.5 та ASME B18.2.2, матеріали – у різних ASTM стандартах.

МОМЕНТ ЗАТЯГУВАННЯ

Щоб отримати герметичне фланцеве з'єднання, необхідне правильне встановлення прокладки, болти повинні мати необхідний момент затягування, а загальна напруга від затяжки повинна рівномірно розподілятися по всьому фланцю.

Необхідне розтягнення здійснюється за рахунок моменту затягування (додаток попереднього навантаження до кріплення за рахунок повороту його гайки).

Правильний момент затягування болта дозволяє найкраще використовувати його пружні властивості. Щоб добре виконувати своє завдання болт повинен поводитися подібно до пружини. Під час роботи процес затягування надає осьове, попереднє навантаження на болт. Звичайно ж ця сила, що розтягує, дорівнює протилежним силам стиснення, прикладеним до компонентів складання. Вона може називатися зусиллям затягування або зусиллям, що розтягує.

ДИНАМОМЕТРИЧНИЙ КЛЮЧ
Динамометричний ключ це загальна назва для ручного інструменту, який використовується для застосування точного зусилля затягування з'єднань, чи то болт, чи гайка. Це дозволяє оператору вимірювати обертальне зусилля (крутний момент), що додається до болта, яке повинно співпадати зі специфікацією.

Вибір техніки правильної затяжки болта фланця потребує досвіду. Правильне застосування будь-якої з технік також вимагає кваліфікації як інструменту, який буде використовуватися, так і фахівця, який виконуватиме роботу. Нижче наводяться найчастіше використовувані способи затягування болтів:

• затяжка від руки
• пневмогайковерт
• гідравлічний динамометричний ключ
• ручний динамометричний ключ із коромислом або із зубчастою передачею
• гідравлічний натяжний механізм для болтів

Втрата моменту затяжки
Втрата моменту затяжки притаманна будь-якому болтовому з'єднанню. Комбінований ефект ослаблення болтового з'єднання (близько 10% під час перших 24 годин після установки), повзучість прокладки, вібрації в системі, температурне розширення та пружна взаємодія під час затягування болта сприяють втраті моменту затягування. Коли втрати моменту затяжки досягають критичних, внутрішній тиск перевищує силу стиснення, яке утримує прокладку своєму місці, у разі може статися підтікання чи прорив.

Ключем до зменшення цих ефектів є правильне встановлення прокладки. При установці прокладки, необхідно об'єднати разом фланці і плавно і паралельно, з найменшим зусиллям затягування, затягнути 4 болти, дотримуючись правильної послідовності затягування. Це дасть зниження експлуатаційних витрат та підвищить безпеку.

Також важливою є правильна товщина прокладки. Чим товстіша прокладка, тим вище її повзучість, що, у свою чергу, може призвести до втрати моменту затягування. За стандартом ASME для фланців із рифленою поверхнею, як правило, рекомендують прокладання товщиною 1,6 мм. Більш тонкі матеріали можуть працювати за більш високих навантажень на прокладку і, отже, більших внутрішніх тисків.

ЗМАЗУВАННЯ ЗМЕНШУЄ ТРАННЯ
Мастило зменшує тертя під час затягування, зменшує зриви болта під час встановлення та збільшує термін служби. Зміна коефіцієнта тертя впливає величину попереднього натягу, досяганого певному моменті затяжки. Більший коефіцієнт тертя призводить до меншого перетворення моменту на попередній натяг. Значення коефіцієнта тертя, що забезпечується виробником мастила, має бути відомо, щоб точно встановити необхідну величину крутного моменту.

Мастило або протизаклинюючі з'єднання повинні наноситись і на поверхню гайки підшипника, і на зовнішнє різьблення.

НАСЛІДНІСТЬ затяжки
Перший прохід, злегка затягнути перший болт, потім наступний, що знаходиться навпроти нього, потім на чверть оберту по колу (або 90 градусів), щоб підтягнути третій болт і, навпаки, четвертий. Продовжуйте цю послідовність, доки не затягнете всі болти. При затягуванні фланців із чотирма болтами, використовуйте схему хрест-навхрест.

ПІДГОТОВКА ЗАКРІПЛЕННЯ ФЛАНЦЮ
Щоб досягти герметичності у фланцевих з'єднаннях, необхідно, щоб усі компоненти були точними.

Перед початком процесу з'єднання необхідно зробити наступні кроки, щоб уникнути проблем у майбутньому:

• Очистити поверхні фланців і перевірити на подряпини, поверхні повинні бути чистими і на них не повинно бути жодних дефектів (нерівності, ямки, вм'ятин тощо)
• Огляньте всі болти та гайки на наявність пошкоджень чи корозію різьблення. Замініть або відремонтуйте болти або гайки за необхідності
• Видаліть задирки з усіх різьблень
• Змастіть різьблення болтів або шпильок та поверхні гайок, що прилягають до фланця або шайби. У більшості програм рекомендується використовувати загартовані шайби.
• Встановіть нову прокладку та переконайтеся, що вона лежить по центру. НЕ ВИКОРИСТОВУЙТЕ СТАРУ ПРОКЛАДКУ, або використовуйте кілька прокладок.
• Перевірте співвісність фланців за стандартом процесних трубопроводів ASME B31.3
• Відрегулюйте положення гайок, щоб переконатися, що 2-3 витки різьблення височіють над її верхньою частиною.

Незалежно від того, який спосіб затягування використовується, спочатку потрібно зробити всі перевірки та підготовки.

Герметичність фланцевого з'єднання досягається за допомогою правильної установки прокладки, забезпеченням потрібного моменту затягування у болтів, а розподіл загальної напруги від затягування має бути однорідним по всій площі фланця.

При правильному моменті затягування болта з'являється можливість реалізувати пружні властивості. Болт повинен поводитися як пружина після затягування, це дозволяє йому повною мірою виконувати поставлене завдання.

Динамометричний ключ

Динамометричний ключ – це загальне найменування для ручного інструменту, що загвинчує, і використовується для точного закручування гайок або болтів.

Для закручування болтових з'єднань використовують такі інструменти:

• Ручний ключ
• Пневматичний гайковий ключ ударної дії
• Накидний ключ
• Гідравлічний динамометричний ключ
• Динамометричний гайковий ключ із регулюванням граничного моменту затягування
• Гідравлічний болтовий натягувач

Втрата моменту, що крутить (Послаблення затяжки)

Втрата моменту, що крутить, можлива в будь-якому типі болтового з'єднання. Сукупний ефект опади та повзучості болтів становить приблизно 10% від загальної натяжки в перші 24 години після установки, зсув прокладки, вібрація системи, теплове розширення та пружна взаємодія при затяжці болтів також сприяє втраті моменту, що крутить.

Коли втрата моменту, що крутить, досягає межі, внутрішній тиск перевищує силу стиснення утримуючи прокладку в одному положенні і викликає протікання або розриви прокладки.

Ключовим фактором скорочення впливу цих ефектів є правильне встановлення прокладки. Точне складання фланців, паралельне встановлення прокладки, що закріплюється мінімум чотирма болтами із застосуванням правильного моменту натяжки, за умови правильної послідовності монтажу, підвищує можливість зниження експлуатаційних витрат та підвищення безпеки.

Також важливим є вибір правильної товщини прокладки. Якщо прокладка товщі необхідного, це може призвести до сповзання прокладки, а це збільшує шанс втрати крутного моменту. До фланців із поверхнею за стандартом ASME рекомендують прокладання товщиною 1,6 мм. Більш тонка прокладка прийматиме на себе велике навантаження, а значить, і збільшується внутрішній тиск.

Змащення, що знижує тертя

Мастило зменшує тертя під час затягування болтів, зменшує проблеми при установці болтів та збільшує їх термін роботи. Зміна коефіцієнта тертя впливає рівень попереднього навантаження, досягнутого у певний крутний момент. Високий рівеньтертя призводить до утворення меншого моменту, що крутить, для попереднього навантаження.

Коефіцієнт тертя, що забезпечується використовуваними мастильними матеріалами, необхідно максимально точно розраховувати, так як це допоможе встановити потрібне значення моменту, що крутить.

Змащення необхідно наносити на обидві поверхні, як гайки, що закручується, так і різьблення.

Послідовність затягування фланців

Спочатку необхідно затягнути перший болт, потім перейти на 180° і закрутити другий болт, потім перейти на 1/4 оберту по колу (90°) і закрутити третій болт, перейти до болта навпаки – четвертий – і затягнути. Продовжувати послідовність, доки вони не будуть закручені всі по колу.

При використанні фланця з чотирма отворами під болти, закручування болтів здійснюється «хрест-навхрест».

Методика розрахунку зусиль затягування болтових з'єднань фланців частина II

Мірою навантаження, необхідної для розтягування болта, є межа плинності. Діючи у межах, ми дозволяємо болту повертатися до своєї початкової довжини. Перевантаження болта може призвести до виходу за рамки межі плинності і фактично знизити навантаження, що діють на прокладку, внаслідок додаткових напруг, що виникли всередині фланцевого з'єднання. В цьому випадку продовження затягування болтів не обов'язково збільшує навантаження на прокладку. Швидше за все, замість запобігання витоку може статися руйнація болта.

Болт може втратити свою стискаючу функцію, якщо він не розтягнутий достатньо і система послаблюється, слідуючи його затягування. Рекомендується навантажувати болт на 50-60% від межі плинності, щоб він досить розтягнувся. У ряді випадків, однак, дана величина може бути зменшена, зокрема, якщо навантаження може пошкодити прокладку або зігнути.

Болти виготовляються з різних матеріалів, кожен з яких характеризується індивідуальною межею плинності. Правильний вибірболта має вирішальне значення ефективності зібраного фланцевого з'єднання.

Отже, у нас є динамометричний ключ, для вимірювання моменту, що крутить, і формула, що дозволяє обчислити цей момент виходячи з необхідного зусилля стиснення прокладки. Питання у тому, як сильно треба стиснути прокладку, щоб забезпечити герметичність?

Сила, що чинить тиск на прокладку, складається з декількох складових:

Перша складова повинна стискати та утримувати прокладку на місці. Навантаження, створюване болтом, стискає прокладку, і вона набуває форми поверхні фланця. Гідростатичний тиск, що виникає всередині судини або трубопроводу, навпаки, прагне видавити прокладку зі з'єднання. фланців приварних. Стиснення прокладки має бути достатнім, щоб утримувати її на місці, компенсуючи внутрішній тиск. Також потрібне деяке залишкове навантаження, яке утримує прокладку після того, як тиск спаде.

Зусилля, необхідне створення герметичного з'єднання, залежить від типу чи форми прокладки, рідини у системі, і навіть температури і тиску. У стандартах ASME вказані основні фактори, що впливають на прокладку, але завжди найкраще отримати рекомендації від виробника прокладок.

Рівняння для визначення мінімального зусилля на прокладці має такий вигляд:

Wm2 = (π b G) у

Перша комбінація параметрів – це ефективна площа прокладки на основі ширини b і навантажувального діаметра G, який відображає протидію прокладки. Виведення чисельних значень всім типів прокладок і змін стиснення виходить поза рамки цієї статті. Проте ці дані можна знайти в документації на котли або посудини під тиском.

Слід зазначити, деякі виробники використовують більш консервативний підхід, зокрема пропонують максимально прирівняти площу прокладки до ущільнювальної поверхні. Тим не менш, вищезгадана формула дозволяє розрахувати мінімальні навантаження.

Для того, щоб отримати кінцеву величину стиснення Wm2необхідно помножити все це на коефіцієнт прокладки y. Чим більша величина коефіцієнта y, тим більші зусилля потрібні для того, щоб «осадити» прокладку.

Фланцеве з'єднання - найбільш вразливе та слабке місце трубопроводу.

Складання труб з фланцями є однією з найбільш поширених та відповідальних операцій при виготовленні та монтажі трубопроводів, оскільки розлад фланцевого з'єднання викликає необхідність відключення трубопроводу.

Пропуски середовища через нещільності фланцевих з'єднань у процесі випробування та експлуатації трубопроводів відбуваються внаслідок слабкої затяжки фланців, перекосів між площинами фланців, неякісного очищення ущільнювальних поверхонь фланців перед встановленням нової прокладки, неправильної установки прокладки між фланцями, застосування. параметрів середовища, дефектів на поверхнях ущільнювачів (дзеркалах) фланців.

Процес складання фланцевого з'єднання складається з установки (напасування), вивіряння та кріплення фланців на кінцях труб, установки прокладки та з'єднання двох фланців болтами або шпильками. З'єднані ділянки труб перед складання фланцевого з'єднання вивіряють на прямолінійність їх осей.

При напасуванні фланців на труби відповідно до СНиП ШТ.9-62 повинні бути дотримані такі вимоги.

Відхилення від перпендикулярності фланця пдо осі труби (перекіс), виміряне по зовнішньому діаметру фланця (рис. 99, а) не повинно перевищувати 0,2 ммна кожні 100 ммдіаметра трубопроводу, призначеного для роботи під тиском до 16 кгс/см 2 , 0,1 мм- під тиском від 16 кгс/см 2до 64 кгс/см 2та 0,05 ммпід тиском вище 64 кгс/см 2 .

Встановлювати фланці треба так, щоб отвори для болтів та шпильок були розташовані симетрично головним осям (вертикальній та горизонтальній), але не збігалися з ними (рис. 99,6). Зміщення осей болтових отворів у фланцях тщодо осі симетрії не повинні перевищувати ±1 ммпри діаметрі отворів 18-25 мм,±1,5 мм- за 30-34 ммта ±2 мм- за 41 мм.

Зміщення осей отворів фланця по колу труби перевіряють за допомогою схилу або рівня, за якими знаходять вертикальну або горизонтальну вісь, а потім лінійкою контролюють зміщення отворів.

Перпендикулярність фланця перевіряють контрольним кутником (рис. 100) та щупом. Зазор між фланцем 2 та косинцем 1 заміряють у точках, діаметрально протилежних точкам торкання.

Для напасування на труби з умовним проходом до 200 ммплоских і приварних встик фланців з їх центруванням по внутрішньому діаметру труби застосовують пристосування, показане на рис. 101. Пристрій складається з важеля 1 встановленого на штоку 3, та диска 5 . Для встановлення фланця 6 важільний механізм вставляють усередину труби 2. При обертанні штока 3 за годинниковою стрілкою важелі розходяться, притискаючи планки 4 до стінки труби, при цьому диск встановлюється строго перпендикулярно до осі труби. Плоскі фланці встановлюють по диску пристрою (положення 1 ), а приварні встик - по торцю труби та планкам пристосування (становище II). Після вивіряння положення фланця його прихоплюють електродуговим зварюванням.

Рис. 99. Положення фланця під час встановлення на трубі:

а – відхилення від перпендикулярності фланця до осн. труби,
б - усунення осей болтових отворів у фланцях щодо осі симетрії

Рис. 100. Контрольний косинець:

I- кутник, 2 - фланець, 3 - труба

Рис. 101. Пристосування для напасування фланців з центруванням по внутрішньому діаметру труби:

1 - важільний пристрій, 2 - Труба, 3 - Шток з коміром, 4 - планка, 5 - диск, 6 - фланець

При складанні елементів і вузлів трубопроводів на складальних стендах для напасування фланців застосовують спеціальні пересувні пристрої.

Для напасування фланців приварних встик з умовним проходом до 5О0 ммнайраціональніше пристосування, показане на рис. 102 а. Приварюваний фланець встановлюють на змінні контрольні штифти 1 , виготовлені відповідно до діаметра болтового отвору фланця. Ці штифти за допомогою двозахідного гвинта 2 та рукоятки 3 розводять та фіксують положення болтових отворів фланця симетрично вертикальної осі. Перпендикулярність фланця поздовжньої осі труби досягається притисканням дзеркала до площини настановної каретки. 4. Збіг осі фланця з віссю труби досягається переміщенням каретки з фланцем по вертикалі за допомогою гвинта 5 та рукоятки 6. Пристосування встановлено на напрямних роликах 7, і після складання та прихватки елемента легко відкочується.

При складанні на такому пристрої плоского фланця всередину його вставляють кільце, щоб труба не доходила до торця каретки (площини фланця) на необхідну величину. Недолік даної конструкції полягає в необхідності індивідуального центрування внутрішнього отвору фланця та труби при складанні.

На рис. 102,6 показано пристосування для напасування плоских фланців з умовним проходом до 500 мм.Воно відрізняється від описаного вище тим, що на каретці установок разом контрольних штифтів закріплена оправка 8, має сері» циліндричних виступів, діаметри яких відповідають внутрішнім діаметрамзбираються фланців. Ширину виступів приймають з урахуванням величини, яку не доводять фланець. Торцеві поверхні виступів оброблені строго перпендикулярно до поздовжньої осі. Фланець надягають на трубу і притискають дзеркалом до торцевої поверхні оправки. Установку каретку переміщають за допомогою гвинта 5, щоб вона по висоті знаходилася на одній осі з трубою.

Рис. 102. Пристосування для напасування фланців:

а- приварних встик, б- Плоских приварних; 1 - контрольний штифт, 2 - двозахідний гвинт,
3, 6 - рукоятки, 4 - настановна каретка, 5 - гвинт, 7 - напрямні ролики, 8 - оправлення

Якщо фланець не має перекосу або величина перекосу, що допускається, проводять остаточне складання з'єднання з установкою прокладок. М'які прокладки (з пароніту, картону, азбесту) перед установкою змочують водою і натирають з обох боків сухим графітом. Змащувати прокладки мастиками або графітом, розведеним на маслі, не можна, так як мастика та масло пригоряють до дзеркал фланця і псують їхню поверхню.

Щільність фланцевого з'єднання значною мірою залежить не тільки від чистоти поверхні дзеркал фланців, якості та розмірів прокладки, але й від ретельного та вмілого складання та затягування гайок. Перед складання фланцевих з'єднань з виступом і западиною слід переконатися в тому, що виступ одного фланця вільно входить у западину фланця, що сполучається з ним, а прокладка не має зсувів у той чи інший бік.

Складання труб із вільними фланцями на приварному кільці або відбортованій трубі нічим не відрізняється від вищевикладеного і зводиться в основному до підготовки кінця труби.

Виправлення перекосу фланців при їх складання шляхом натягу болтів або шпильок, а також усунення зазорів установкою клинових прокладок не допускається. Такий натяг викликає одностороннє стиснення прокладки та неприпустиму витяжку болтів або шпильок, внаслідок чого з'єднання стає нещільним. Перетягнуті болти або шпильки під час експлуатації можуть розірватись.

Гайки фланцевих з'єднань з паронітовими прокладками затягують способом хрестоподібного обходу. Спочатку затягують одну пару болтів, що протилежно лежать, потім другу пару, що знаходиться під кутом 90° до першої. Поступово поперечним загортанням гайок затягуються усі болти. За такої послідовності затягування гайок не утворюється перекосів у фланцевих з'єднаннях.

Гайки з металевими прокладками затягують за способом кругового обходу, тобто при три- чи чотириразовому круговому обході рівномірно затягують усі гайки. Гайки фланцевого з'єднання затягують ручними та механізованими гайковими ключами з тріскачками. До механізованих інструментів відносяться ключі-гайковерти з електричним або пневматичним приводом. Рівномірність затяжки та величину холодного натягу шпильок фланцевого з'єднання та кришок арматури на трубопроводах високого тискуконтролюють динамометричними ключами-шляхом вимірювання подовження шпильки при затяжці. Допустимий розмір холодного натягу шпильок знаходиться в межах від 0,03 до 0,15 ммна кожні 100 ммдовжина шпильки.