Фланцы для трубы – надежные соединительные элементы. Виды фланцевых соединений трубопроводов – используемые материалы и способы монтажа

Фланцевые соединения, состоят из:

Собственно фланца;

комплекта крепежных изделий (шпильки, гайки, шайбы);

прокладки(паронитовые, фторопластовые, из терморасширенного графита, стальные и др.).

Фланцевое соединение удобно при монтаже и пользуется огромным спросом. Существует большое количество аспектов подбора фланцевых соединений, с вопросами о которых стоит обращаться только к специалистам.

Что такое фланец и для чего он нужен? Фланец - деталь трубопровода, предназначенная для монтажа отдельных его частей, а также для присоединения оборудования к трубопроводу.

Области применения Фланец применяется при монтаже трубопроводов и оборудования практически во всех отраслях. Разнообразие материалов, из которых изготавливаются фланцы сегодня, позволяет использовать эту продукцию в качестве соединительных деталей трубопровода практически при любых условиях внешней среды (температуре, влажности и т. д.) и в соответствии со средой, проходящей по трубопроводу (в том числе и агрессивной).

Отличительные особенности и характеристики фланцев

Существуют определенные характеристики фланцев:

1. Конструктивные. Основой этой группы характеристик является конструкция фланца. На территории Российской Федерации и стран СНГ наибольшее распространение получили три фланцевых стандарта:

ГОСТ 12820-80 - фланец стальной плоский приварной.

ГОСТ 12821-80 - фланец стальной приварной встык.

ГОСТ 12822-80 - фланец стальной свободный на приварном кольце.

Фланцы по трем наиболее распространенным стандартам, упомянутые выше, предназначены для соединения трубопроводной арматуры и оборудования. В силу конструктивных особенностей условия монтажа этих фланцев различаются.

Фланец стальной плоский приварной. При монтаже фланец «надевается» на трубу и приваривается двумя сварными швами по окружности трубы.

Фланец стальной приварной встык. Монтаж такого фланца по сравнению с плоским приварным фланцем предусматривает только один соединительный сварной шов (при этом необходимо соединить встык торец трубы и «воротник» фланца), что упрощает работу и сокращает временные затраты.

Стальной свободный фланец на приварном кольце состоит из двух частей - фланца и кольца. При этом, естественно, фланец и кольцо должны быть одного условного диаметра и давления. Такие фланцы отличаются по сравнению с вышеперечисленными удобством монтажа, т. к. к трубе приваривается только кольцо, а сам фланец остается свободным, что обеспечивает легкую стыковку болтовых отверстий свободного фланца с болтовыми отверстиями фланца арматуры или оборудования без поворота трубы. Они часто используются при монтаже трубопроводной арматуры и оборудования в труднодоступном месте или при частом ремонте (проверке) фланцевых соединений (например, в химической промышленности).

Кроме того, положительным является то, что при подборе свободных фланцев под трубу из нержавеющей стали, в целях экономии, допускается использование кольца из нержавеющей стали, а фланца - из углеродистой

Типы фланцев Наиболее используемые фланцы в нефтяной и химической промышленности:

с шейкой для приварки

сквозной фланец

приварной с впадиной под сварку

приварной внахлест (свободновращающийся)

резьбовой фланец

фланцевая заглушка

При расчете фланцевых соединений учитывают следующие виды нагрузок:

Усилие затяжки болтов (шпилек);

Внутреннее или наружное давление;

Внешнюю осевую силу;

Внешний изгибающий момент;

Усилия, вызванные стесненностью температурных деформаций элементов фланцевых соединений, включая фланцы, болты (шпильки) и зажатую между фланцами трубную решетку или закладную деталь.

Фильтрационную аппаратуру по принципу действия можно разделить на две основные группы:

Классификация фильтров. Аппараты, в которых осуществляют процесс фильтрации, называются фильтрами . В зависимости от способа действия различают фильтры периодического и непрерывного действия. В зависимости от вида давления, которым создается движущий напор, необходимый для проталкивания жидкости через поры фильтрующей перегородки, различают:

фильтры , работающие под действием гидростатического давления столба фильтруемой жидкости;

вакуум-фильтры , работающие при разрежении, создаваемом вакуум-насосами;

фильтрпрессы , работающие под давлением, создаваемым при помощи насосов или компрессоров.

В зависимости от типа фильтрующей перегородки все фильтры можно разделить на несколько групп:

фильтры с несвязанной или зернистой перегородкой;

фильтры с тканевой перегородкой;

фильтры с неподвижной жесткой перегородкой.

Выбор той или иной фильтрующей перегородки обусловливается рядом факторов ; наиболее существенны химические свойства фильтруемой жидкости, рабочее давление, при котором ведется фильтрация, степень раздробленности твердых частиц фильтруемой смеси и, наконец, требуемая производительность.

Цикл фильтрования состоит из следующих операций: подготовки фильтрата, фильтрование, промывка осадка, выгрузка осадка.

Производительность фильтра зависит главным образом от толщины осадка и возрастает при ее уменьшении. В связи с этим необходимо чаще удалять осадок, чтобы его толщина не возрастала. Однако, частое удаление осадка связано с частым повторением циклов работы и ростом вспомогательного времени, поэтому следует установить оптимальную производительность цикла фильтрования, когда обеспечивается максимальная производительность.

К фильтрам периодического действия относятся:

а) нутч-фильтры;

б) друк-фильтры;

в) рамные фильтр-прессы;

г) камерные фильтр-прессы;

д) листовые фильтры.

Периодически действующие фильтры: а – нутч-фильтр; б – друк-фильтр,

Фильтр непрерывного действия характеризуется тем, что подвод суспензии, удаление осадка или отвод сгущенной суспензии осуществляются непрерывно. В фильтрах периодического действия непрерывность операций нарушается

делятся на следующие типы: фильтры с прямой фильтрацией; фильтры с предварительным отстаиванием (с горизонтальным и вертикальным расположением фильтрующих элементов); фильтры с механическим и гидродинамическим снятием шлама с фильтрующей поверхности и удалением шлама из фильтра

Фильтры непрерывного действия работают, как правило, под вакуумом,

Фильтры непрерывного действия отличаются тем, что стадии фильтрования, промывки, просушки, снятия осадка и другие осуществляются на них последовательно и одновременно. Для этого фильтры снабжаются специальными устройствами, регулирующими очередность и продолжительность каждой стадии процесс

К непрерывно действующим фильтрам относятся:

а) барабанные вакуум-фильтры;

б) барабанные фильтры, работающие под давлением;

в) дисковые фильтры;

г) ленточные фильтры;

д) тарельчатые вакуум-фильтры;

е) карусельные фильтры.

Адсорбция (лат. ad - на, при; sorbeo - поглощаю) - увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз (твердая фаза-жидкость, конденсированная фаза - газ) вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз. Адсорбция является частным случаем сорбции, процесс, обратный адсорбции - десорбция.

Поглощаемое вещество, ещё находящееся в объёме фазы, называют адсорбтив, поглощённое - адсорбат. В более узком смысле под адсорбцией часто понимают поглощение примеси из газа или жидкости твёрдым веществом (в случае газа и жидкости) или жидкостью (в случае газа) - адсорбентом. При этом, как и в общем случае адсорбции, происходит концентрирование примеси на границе раздела адсорбент-жидкость либо адсорбент-газ. Процесс, обратный адсорбции, то есть перенос вещества с поверхности раздела фаз в объём фазы, называется десорбция . Если скорости адсорбции и десорбции равны, то говорят об установлении адсорбционного равновесия. В состоянии равновесия количество адсорбированных молекул остается постоянным сколь угодно долго, если неизменны внешние условия (давление, температура и состав системы)

Природа адсорбц. сил м. б. весьма различной. Если это ван-дер-ваальсовы силы, то адсорбция наз. физической, если валентные (т.е. адсорбция сопровождается образованием поверхностных хим. соединений), - химической, или хемосорбцией. Отличит.черты хемосорбции - необратимость, высокие тепловые эффекты (сотни кДж/моль),активированный характер. Между физ. и хим. адсорбцией существует множество промежут.случаев (напр., адсорбция, обусловленная образованием водородных связей). Возможны также разл. типы физ. адсорбции наиб. универсально проявление дисперсионных межмол.сил притяжения, т. к. они приблизительно постоянны для адсорбентов с пов-стью любой хим. природы (т. наз. неспецифич. адсорбция). Физ. адсорбция может быть вызвана электростатич. силами (взаимод. между ионами, диполями или квадруполями);при этом адсорбция определяется хим. природой молекул адсорбтива (т. наз. специфич.адсорбция).

Применение

Адсорбция - всеобщее и повсеместное явление, имеющее место всегда и везде, где есть поверхность раздела между фазами. Наибольшее практическое значение имеет адсорбция поверхностно-активных веществи адсорбция примесей изгазалибо жидкости специальными высокоэффективными адсорбентами. В качестве адсорбентов могут выступать разнообразные материалы с высокой удельной поверхностью: пористыйуглерод(наиболее распространённая форма -активированный уголь),силикагели,цеолитыа также некоторые другие группы природныхминералови синтетических веществ.

Адсорбция (особенно хемосорбция) имеет также важное значение в гетерогенном катализе. Пример адсорбционных установок приведён на страницеазотные установки.

Установка для проведения адсорбции называется адсорбером.

Средний температурный напор - температурный напор, осреднённый по поверхноститеплообмена.

Произведение значения температурного напора на коэффициент теплопередачиопределяет количество теплоты, передаваемое от одной среды к другой через единицу поверхности нагрева в единицу времени, то естьплотность теплового потока.

Определение среднего температурного напора Д / необходимо при конструктивном тепловом расчете для нахождения поверхности теплообмена. По средним температурам теплоносителей из справочников находят значения физических констант, необходимые для подсчета коэффициентов теплоотдачи. Конечные же температуры теплоносителей определяют при поверочных расчетах аппаратов. Средний температурный напор, распределение температур теплоносителей, средние и конечные их температуры зависят в общем случае от схемы движения теплоносителей и отношения их водяных эквивалентов.

Определение среднего температурного напора А / необходимо при конструктивном тепловом расчете для нахождения поверхности теплообмена. По средним температурам теплоносителей из справочников находят значения физических констант, необходимые для подсчета коэффициентов теплоотдачи. Конечные же температуры теплоносителей определяют при поверочных расчетах аппаратов. Средний температурный напор, распределение температур теплоносителей, средние и конечные их температуры зависят в общем случае от схемы движения теплоносителей и отношения их водяных эквивалентов.

Определение среднего температурного напора при сушке осложняется тем, что процесс происходит при переменном температурном режиме газовой среды. Температура материала непрерывно изменяется и зависит не только от параметров среды, но и от влажности материала.

Для определения среднего температурного напора необходимо знать конечную температуру воды, которая неизвестна.

Для определения среднего температурного напора необходимо знать конечную температуру холодного воздуха, которая неизвестна.

Для определения среднего температурного напора между частицами и средой в кипящем слое необходимо знать изменение температуры среды по высоте слоя, которая, как установлено в ряде работ, изменяется по экспоненциальному закону, а интенсивность ее изменения в свою очередь зависит от интенсивности теплообмена.

Для определения среднего температурного напора ТСр необходимо знать температуру сырья на выходе из камеры конвекции к - Предварительное значение этой температуры уже определялось при расчете камеры радиации, теперь следует его уточнить.

42.По температурному режиму реакторы подразделяются на адиабатиче­ские, изотермические и политермические (программно-регулируемые).

Адиабатические Реакторы при спокойном (без перемешивания) тече­нии потока реагентов не имеют теплообмена с окружающей средой, так как снабжены хорошей теплоизоляцией. Вся теплота реакции аккумулиру­ется потоком реагирующих веществ.

Изотермический Реактор имеет постоянную рабочую температуру (ТР) во всех точках реакционного объема в течение всего периода его рабо­ты. Изотермичность процесса достигается: при помощи помещенных в реакционный объем теплообменных устройств для отвода.

Политермическими Называются реакторы, в которых тепло реакции лишь частично компенсируется за счет отвода (подвода) тепла или процес­сов с тепловым эффектом, противоположным по знаку основному. Коли­чество подводимого или отводимого тепла рассчитывается на стадии про­ектирования таких реакторов. Поэтому они называются также программ­но-регулируемыми.

По гидродинамическому режиму (структуре потоков) ректоры делятся на три группы.

Реакторы идеального (полного) перемешивания – аппараты, в которых потоки реагентов мгновенно и равномерно перемешиваются во всем реакционном объеме. Это значит, что состав и температуру реакционной смеси в таком аппарате можно считать одинаковыми во всем его объеме. К такому типу реакторов могут быть отнесены аппараты малого объема с механическим перемешиванием жидкости, частотой вращения мешалки не менее 4 с–1 и временем гомогенизации не более 8 минут.

Реакторы идеального (полного) вытеснения – аппараты, в которых движение реагентов носит поршеневой характер, то есть каждый предыдущий объем, проходящий через аппарат, не смешивается с последующим, так как вытесняется им. В таком аппарате существует определенное распределение скоростей потока по его сечению. В результате состав, а так же температура реакционной смеси в цетре аппарата и у его стенок различны; и температур на входе и выходе из аппарата. К таким аппаратам относятся трубчатые реакторы при соотношении их высоты к диаметру, равным не менее 20 (H/D ? 20). Однако, в больших реакционных объемах, как правило, режим полного (идеального) вытеснения нарушается за счет эффекта обратного перемешивания.

Реакторы с промежуточным гидродинамическим режимом. Этот тип аппаратов очень широко распространен на практике. Наиболее часто отклонение от идеального режима перемешивания в реакционном объеме наблюдается, например, в аппаратах большого объма при недостаточной частоте вращения мешалки, наличии теплообменных устройств внутри аппарата, большой скорости подачи реагентов в аппарат непрерывного действия и т.д. В этих случаях возникают застойные зоны (объемы с малым перемешиванием или вообще без перемешивания), байпасные потоки в аппарате а так же проскок потока без смешения через аппарат.

В аппаратах идеального вытеснения регулярный гидродинамический режим может быть нарушен в результате поперечного и особенно продольного пермешивания потока, что приводит к частичному выравниванию концентраций и температур по сечению и длине реактора. Объясняется это тем, что продольное (обратное) пермешивание ускоряет перемещение одних элементов объема, а других – замедляет, вследствие чего время пребывания их в реакторе становится различным.

Одним их технических приемов уменьшения эффекта продольного пермешивания является секционирование реакционного объема, в результате чего пермешивание приобретает локальный характер и по длине аппарата сохраняется гидродинамический режим, близкий к режиму полного вытеснения.

К аппаратам с промежуточным гидродинамическим режимом относятся большинство ферментеров колонного типа.

Реактор, как аппарат, в котором протекает основной процесс биотехнологии – образование нового продукта в результате сложного взаимодействия исходных веществ, должен работать эффективно, то есть обеспечивать требуемую глубину и избирательность биохимического превращения. Следовательно, биохимический реактор должен удовлетворять ряду различных требований: иметь необходимый реакционный объем, обеспечивать определенный гидродинамический режим движения реагентов, создавать требуемую поверхность контакта взаимодействующих фаз, поддерживать необходимый теплообмен в процессе, режим аэрации и т.д.

В промышленных условиях важнейшее значение приобретает не только скорость биохимического превращения вещества, но и производительность аппаратуры, поэтому выбор типа и конструкции оборудования является одним из главных и отвествтвенных этапов реализации химико-технологического процесса.

43 Аппараты для разделения неоднородных систем под действием центробежной силы Скорость осаждения под действием силы тяжести мала и для ее увеличения проводят процессы осаждения в поле центробежных сил. Для создания поля центробежных сил обычно используют один из двух способов: либо обеспечивают вращательное движение потока в неподвижном аппарате, либо поток направляют во вращающийся аппарат. В первом случае процесс проводят в циклонах, во втором – вотстойных (осадительных) центрифугах . Центробежные силы в циклоне (рис. 2.7) создаются за счет тангенциального подвода газа к цилиндрическому корпусу аппарата 1. Благодаря такому вводу газа, он приобретает вращательное движение вокруг трубы, расположенной по оси аппарата и предназначенной для вывода очищенного газа. Частицы пыли под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам корпуса 1 и поступают в разгрузочный бункер 3. Чем меньше радиус циклона, тем больше ускорение центробежной силы и выше факторы разделения. Однако уменьшение радиуса циклона ведет к росту скорости потока и возрастанию гидравлического сопротивления. Поэтому при больших расходах запыленного газа вместо одного циклона большого диаметра устанавливают несколько циклонных элементов меньшего размера, объединенных в одном корпусе и работающих параллельно. Такие аппараты называютбатарейными циклонами (рис. 2.8).Так как обеспечить тангенциальный подвод запыленного газа к каждому элементу циклона трудно, используется другой принцип создания закрученных потоков – установка неподвижных лопастей на внутренних трубках циклонов. Для осаждения твердых частиц из жидкости в поле центробежных сил применяютгидроциклоны , которые отличаются от обычных циклонов пропорциями отдельных частей и деталей. Большие центробежные силы и высокие факторы разделения можно достичь восадительных центрифугах . На рис. 2.9 показана схемаотстойной центрифуги периодического действия . Основной частью центрифуги является сплошной барабан 2, насаженный на вращающийся вал 1. Под действием центробежной силы твердые частицы из суспензии отбрасываются к стенкам барабана, образуя слой осадка. Осветленная жидкость (фугат) переливается в неподвижный корпус 3 (кожух) и удаляется через патрубок в его нижней части. По окончании отстаивания центрифугу останавливают и выгружают осадок вручную. На рис. 2.10 показанаотстойная центрифуга непрерывного действия с горизонтальным валом и шнековой выгрузкой осадка . Суспензия поступает по трубе во внутренний барабан и через окна выбрасывается во вращающийся отстойный барабан конической формы, где под действием центробежной силы происходит ее разделение. Осветленная жидкость (фугат) устремляется в широкую часть барабана, перетекает в неподвижный кожух и удаляется из него через патрубок. Осадок осаждается на стенках барабана и перемещается с помощью шнека, благодаря небольшому различию частот вращения барабана и шнека. Отстойные центрифуги для разделения эмульсий часто называютсепараторами . Широко распространены тарельчатые сепараторы непрерывного действия (рис. 2.11). Эмульсия по центральной трубе попадает в нижнюю часть вращающегося барабана (ротора), снабженного пакетом конических перегородок – тарелок с отверстиями. Проходя через отверстие, эмульсия распределяется тонкими слоями между тарелками. При разделении более тяжелая жидкость отбрасывается центробежной силой к стенке барабана, движется вдоль нее и удаляется через отверстие. Более легкая жидкость перемещается к центру барабана и удаляется через кольцевой канал. Путь движения жидкостей показан стрелками. Скорость вращения барабана составляет 5000 – 7000 об/мин. Если разделяется мелкодисперсная суспензия, то используются сепараторы с тарелками без отверстий. Твердая дисперсная фаза суспензии осаждается на поверхности каждой тарелки (кроме верхней), соскальзывает с них и скапливается возле стенки барабана. Осветленная жидкость движется к центру барабана, поднимается вверх и выходит из него. Выгрузка осадка осуществляется вручную или автоматически. Тарельчатые сепараторы характеризуются высокой производительностью и высоким качеством разделения. Центрифуги с очень большим числом оборотов (до 60 тыс. об/мин) и большими факторами разделения (свыше 3500) называются ультрацентрифугами или сверхцентрифугами. Возникающие в них огромные центробежные силы используются для разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий. С целью достижения больших факторов разделения сверхцентрифуги имеют малый радиус. В трубчатой сверхцентрифуге периодического действия (рис. 2.12) суспензия поступает по трубе внутрь быстро вращающегося барабана 1, заключенного в кожух 2. Внутри трубчатого барабана (ротора) со сплошными стенками имеются радиальные лопасти 3, препятствующие отставанию жидкости от стенок барабана при его вращении. Твердые частицы суспензии оседают на стенках барабана, а осветленная жидкость выбрасывается из него через отверстия вверху 8 и удаляется из верхней части кожуха. Осадок удаляют вручную периодически после остановки центрифуги и разборки барабана. Подобные центрифуги применяют только для разделения суспензии с небольшим содержанием твердой фазы (не более 1 %). Для разделения эмульсии применяют трубчатые сверхцентрифуги непрерывного действия, отличающиеся более сложным устройством в верхней части ротора, позволяющим раздельно отводить расслоившиеся жидкости.

44. Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на границе раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы: поверхностные и пленочные , насадочные , барботажные (тарельчатые ), распыливающие.

Поверхностные и пленочные абсорберы

В абсорберах этого типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало неподвижной или медленно движущейся жидкости, или же поверхность текущей жидкой пленки.

Поверхностные абсорберы . Эти абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов (например, для поглощения хлористого водорода водой). В указанных аппаратах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости (рис.XI-6). Так как поверхность соприкосновения в таких абсорберах мала, то устанавливают несколько последовательно соединенных аппаратов, в которых газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. Для того чтобы жидкость перемешивалась по абсорберам самотеком, каждый последующий по ходу жидкости аппарат располагают несколько ниже предыдущего. Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, в аппаратах устанавливают змеевики, охлаждаемые водой или другим охлаждающим агентом, либо помещают абсорберы в сосуд с проточной водой.

Более совершенным аппаратом такого типа является абсорбер, состоящий из ряда горизонтальных труб, орошаемых снаружи водой. Необходимый уровень жидкости в каждом элементе 1 такого аппарата поддерживается с помощью порога 2.

Пластинчатый абсорбер состоит из двух систем каналов: по каналам 1 большого сечения движутся противотоком газ и абсорбент, по каналам 2 меньшего сечения –– охлаждающий агент (как правило, вода). Пластинчатые абсорберы обычно изготавливают из графита, так как он является химически стойким, хорошо проводящим тепло.

Поверхностные абсорберы имеют ограниченное применение вследствие их малой эффективности и громоздкости.

Пленочные абсорберы. Эти аппараты более эффективны и компактны, чем поверхностные абсорберы. В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность текущей пленки жидкости. Различают следующие разновидности аппаратов данного типа: 1) трубчатые абсорберы; 2) абсорберы с плоско-параллельной или листовой насадкой; 3) абсорберы с восходящим движением пленки жидкости.

Трубчатый абсорбер сходен по устройству с вертикальным кожухотрубчатым теплообменником. Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку 1, распределяется по трубам 2 и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленки. В аппаратах с большим числом труб для более равномерной подачи и распределения жидкости по трубам используют специальные распределительные устройства. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленки. Для отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству пропускают воду или другой охлаждающий агент.

Абсорбер с плоскопараллельной насадкой . Этот аппарат представляет собой колонну с листовой насадкой 1 в виде вертикальных листов из различного материала (металл, пластические массы и др.) или туго натянутых полотнищ из ткани. В верхней части абсорбера находятся распределительные устройства 2 для равномерного смачивания листовой насадки с обеих сторон.

Абсорбер с восходящим движением пленки состоит из труб 1, закрепленных в трубных решетках 2. Газ из камеры 3 проходит через патрубки 4, расположенные соосно с трубами 1. Абсорбент поступает в трубы через щели 5. Движущийся с достаточно большой скоростью газ увлекает жидкую пленку в направлении своего движения (снизу вверх), т.е. аппарат работает в режиме восходящего прямотока. На выходе из труб 1 жидкость сливается на верхнюю трубную решетку и выводится из абсорбера. Для отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству пропускают охлаждающий агент. Для увеличения степени извлечения применяют абсорберы такого типа, состоящие из двух или более ступеней, каждая из которых работает по принципу прямотока, в то время как в аппарате в целом газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. В аппаратах с восходящим движением пленки вследствие больших скоростей газового потока (до 30-40 м/сек) достигаются высокие значения коэффициентов массопередачи, но, вместе с тем, гидравлическое сопротивление этих аппаратов относительно велико.

Насадочные абсорберы

Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой –– твердыми телами различной формы. В насадочной колонне (рис.7) насадка 1 укладывается на опорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Последняя с помощью распределителя 3 равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерного распределения жидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом –– большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны, чем у ее стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам. Поэтому для улучшения смачивания насадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями (секциями) высотой 2-3 м и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспределители жидкости 4.

В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки главным образом в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность насадки, и насадочные аппараты можно рассматривать как разновидность пленочных. Однако в последних пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, а в насадочных абсорберах –– только по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости проходит через расположенные ниже слои насадки в виде струек, капель и брызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью.

Основными характеристиками насадки является ее удельная поверхность а (м 2 /м 3) и свободный объем e (м 3 /м 3). Величину свободного объема для непористой насадки обычно определяют путем заполнения насадки водой. Отношение объема воды к объему, занимаемому насадкой, дает величину e. Эквивалентный диаметр насадки находится по формуле

Гидродинамические режимы. Насадочные абсорберы могут работать в различных гидродинамических режимах.

Первый режим –– пленочный –– наблюдается при небольших плотностях орошения и малых скоростях газа. Количество задерживаемой в насадке жидкости при этом режиме практически не зависит от скорости газа.

Второй режим –– режим подвисания. При противотоке фаз вследствие увеличения сил трения газа о жидкость на поверхности соприкосновения фаз происходит торможение жидкости газовым потоком. В результате этого скорость течения жидкости уменьшается, а толщина ее пленки и количество удерживаемой в насадке жидкости увеличиваются. В режиме подвисания с возрастанием скорости газа увеличивается смоченная поверхность насадки и соответственно –– интенсивность процесса массопередачи. В режиме подвисания спокойное течение пленки нарушается: появляются завихрения, брызги, т.е. создаются условия перехода к барботажу. Все это способствует увеличению интенсивности массообмена.

Третий режим –– режим эмульгирования –– возникает в результате накопления жидкости в свободном объеме насадки. Накопление жидкости происходит до тех пор, пока сила трения между стекающей жидкостью и поднимающимся по колонне газом не уравновесит силу тяжести жидкости, находящейся в насадке. При этом наступает обращение или инверсия фаз (жидкость становится сплошной фазой, а газ –– дисперсной). Образуется газо-жидкостная дисперсная система, по внешнему виду напоминающая барботажный слой (пену) или газо-жидкостную эмульсию. Режим эмульгирования начинается в самом узком сечении насадки, плотность засыпки которой, как указывалось, неравномерна по сечению колонны. Путем тщательного регулирования подачи газа режим эмульгирования может быть установлен по всей высоте насадки. Гидравлическое сопротивление колонны при этом резко возрастает.

Режим эмульгирования соответствует максимальной эффективности насадочных колонн, прежде всего за счет увеличения поверхности контакта фаз, которая в этом случае определяется не только (и не столько) геометрической поверхностью насадки, а поверхностью пузырьков и струй газа в жидкости, заполняющей весь свободный объем насадки. Однако при работе колонны в таком режиме ее гидравлическое сопротивление относительно велико.

В режимах подвисания и эмульгирования целесообразно работать, если повышение гидравлического сопротивления не имеет существенного значения (например, в процессах абсорбции, проводимых при повышенных давлениях). Для абсорберов, работающих при атмосферном давлении, величина гидравлического сопротивления может оказаться недопустимо большой, что вызовет необходимость работать в пленочном режиме. Поэтому наиболее эффективный гидродинамический режим в каждом конкретном случае можно установить только путем технико-экономического расчета.

В обычных насадочных колоннах поддержание режима эмульгирования представляет большие трудности. Имеется специальная конструкция насадочных колонн с затопленной насадкой, называемых эмульгационными (рис.XI-14). В колонне 1 режим эмульгирования устанавливают и поддерживают с помощью сливной трубы, выполненной в виде гидравлического затвора 2. Высоту эмульсии в аппарате регулируют посредством вентилей 3. Для более равномерного распределения газа по сечению колонны в ней имеется тарелка 4. Эмульгационные колонны можно рассматривать как насадочные лишь условно. В этих колоннах механизм взаимодействия фаз приближается к барботажному.

Пределом нагрузки насадочных абсорберов, работающих в пленочном режиме, является точка эмульгирования, или инверсия. В обычных насадочных колоннах пленочный режим неустойчив и сразу переходит в захлебывание. Поэтому эту точку называют точкой захлебывания насадочных колонн. С увеличением скорости орошения снижается предельная скорость газа. В точке инверсии скорость газа уменьшается также с увеличением вязкости жидкости и снижением ее плотности. При одинаковых расходах газа и жидкости скорость газа, соответствующая точке инверсии, выше для более крупной насадки.

Четвертый режим –– режим уноса, или обращенного движения жидкости, выносимой из аппарата газовым потоком. Этот режим на практике не используется.

45. Рассмотрим принципы расчета рекуперативных теплообменников, широко применяющихся в системах ОВТ.

Уравнение теплопередачи, в котором локальная разность (t ж 1 -t ж 2) заменяется средней для всей поверхности теплообмена разностью температур (средним температурным напором) ?t ср, является в этом расчете основным:

46. Трубы. Области применения и особенности расчета на прочность.

Транспортировка веществ Труба эффективно отделяет внешнюю среду от внутренней, позволяя при этом последней перемещаться. Трубы служат для транспортирования различных веществ, в том числе и ядовитых, агрессивных, в различных агрегатных состояниях: твердой фазы (сыпучие), жидкой фазы (различного рода жидкости), газовой фазой (пар, газ). Также трубы используются для транспортировки документов - пневмопочтаТехнологические нужды Трубы также используют для передачи давления в качестве импульса для технологических нуждСтроительство зданий и сооружений Павильон водозаборного узла, выполненный с применением различных видов труб Трубы (как и нетрубчатые профили) экономичнее сплошных несущих конструкций при такой же нагрузостойкости. Трубы круглые и профилированные часто используют как элементы конструкций, самостоятельные элементы: составные жесткие металлоконструкции: балки, перекладины, опоры, стрелы, пролеты; металлокаркасы зданий, например, для последующей обшивки сэндвич-панелями Элементы фундамента: буронабивные сваи, полые сваи, свайный, столбчатый фундамент, опоры ограждений, мостов; Декоративные элементы;Защита коммуникаций Трубы используют для защиты электрических проводов, как силовых, так и информационных, и для защиты оптоволокна.

47.Основным теплообменным элементом является змеевик - труба, согнутая

по определенному профилю.

Змеевик погружается в жидкость, находящуюся в корпусе аппарата.

Скорость движения мала вследствие большого сечения корпуса аппарата, что

обуславливает низкие значения коэффициентов теплоотдачи от наружной

стенки змеевика к жидкости (или наоборот). Для увеличения этого

коэффициента теплоотдачи повышают скорость движения жидкости путем

установки в корпусе аппарата, внутри змеевика, стакана. В этом случае

жидкость движется по кольцевому пространству между стенками аппарата и

стакана с повышенной скоростью. Часто в погружных теплообменниках

устанавливают змеевики из прямых труб, соединенных калачами.

В следствии простоты устройства, низкой стоимости, доступности,

наружных стенок змеевика для чистки и осмотра, возможности работы

змеевиков при высоких давлениях эти теплообменники находят достаточно

широкое применение в промышленности. Погружные змеевиковые

теплообменники имеют сравнительно небольшую поверхность теплообмена (до

ПОГРУЖНЫЕ ЗМЕЕВИКОВЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ используют в

химической промышленности для теплообмена между средами, одна из

которых находится под высоким давлением. Эти теплообменники состоят из

плоских или цилиндрических змеевиков, погруженных в сосуд с жидкой

рабочей средой. Другая жидкая или газообразная среда под давлением

пропускается по трубам.

Змеевиковый холодильник (рис. 13), предназначенный для охлаждения

азотоводородной смеси, состоит из четырех кольцевых секций 1, включенных

параллельно по ходу газа и воды. К наружной и внутренней обечайкам кожуха

5 каждой секции крепятся коллекторы 3 для подвода и вывода из секций

охлаждающей воды. Коллекторы секций смещены один относительно другого

на 90°. Газ подводится в каждую секцию сверху по вертикальному коллектору

2 и распределяется по 14 приваренным к нему плоско-спиральным змеевикам 4,

расположенным один над другим. Охлажденная газовая смесь выводится по

такому же коллектору у внутренней обечайки кожуха. Между змеевиками

29установлена спиральная перегородка из листовой стали, сообщающая воде

направление движения по спирали вдоль витков змеевиков противоточно газу.

Рисунок 13 Змеевиковый холодильник

Эти теплообменники характеризуются хорошей способностью к

самокомпенсации температурных напряжений и низким гидравлическим

сопротивлением. Их недостаток - сложность изготовления и монтажа.

48. каталитический процесс - это совокупность обычных химических реакций (в растворе, на поверхности или в газе), но совокупность особенная, имеющая циклический характер.

По условиям проведения каталитические процессы бывают гомогенными (реакция протекает в объеме раствора или в объеме газовой фазы) и гетерогенными (реакция идет на поверхности твердого тела). При наличии двух фаз (жидкость-жидкость, жидкость-твердое тело) используют также катализаторы - переносчики реагентов из одной фазы в другую (межфазный катализ) . При этом катализаторы межфазного переноса выполняют не только физическую (транспортную) функцию, но и существенно влияют на реакционную способность переносимой частицы.

49.Кристаллиза́ция - процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое с образованием кристаллов. Фазой называется однородная часть термодинамической системы отделённая от других частей системы(других фаз) поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав, структура и свойства вещества изменяются скачками.

Кристаллизация - это процесс выделения твёрдой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов, в химической промышленности процесс кристаллизации используется для получения веществ в чистом виде.

Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или пересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов - центров кристаллизации . Кристаллики растут, присоединяя атомы или молекулы из жидкости или пара. Рост граней кристалла происходит послойно, края незавершённых атомных слоев (ступени) при росте движутся вдоль грани. Зависимость скорости роста от условий кристаллизации приводит к разнообразию форм роста и структуры кристаллов (многогранные, пластинчатые, игольчатые, скелетные, дендритные и другие формы, карандашные структуры и т. д.). В процессе кристаллизации неизбежно возникают различные дефекты.

На число центров кристаллизации и скорость роста значительно влияет степень переохлаждения.

Степень переохлаждения - уровень охлаждения жидкого металла ниже температуры перехода его в кристаллическую (твердую) модификацию. С.п. необходима для компенсации энергии скрытой теплоты кристаллизации. Первичной кристаллизацией называется образование кристаллов в металлах (сплавах и жидкостях) при переходе из жидкого состояния в твердое.

50. В гомогенных системах все реагирующие вещества находятся в одной какой-либо фазе: газовой (г), жидкой (ж) или твердой (т). В гетерогенных системах реагирующие вещества находятся в разных фазах, газ-жидкость (г – ж), газ-твердое (г – т), жидкость-твердое (ж – т), две несмешивающиеся жидкости (ж – ж) и две твердые фазы (т – т). Наиболее часто в промышленных процессах встречаются системы г – ж, г – т и ж – т. Иногда в промышленных процессах участвуют три или четыре фазы, например, г – ж – т, г – ж – ж, г – ж – т – т. Обычно за отдельные фазы принимают только основные компоненты и не учитывают наличие малых количеств примесей. Так, например, в системах ж – ж и ж – т часто содержится газовая фаза, поскольку процессы проводятся в присутствии воздуха или других газов, или же в присутствии паров, так как жидкие компоненты частично испаряются. Но газовую фазу учитывают только в том случае, если она оказывает существенное влияние на процесс. Некоторые процессы начинаются в гомогенной среде, а затем в результате появления новой фазы система переходит в гетерогенную. Например, при получении полистирола к жидкому стиролу добавляют перекись бензоила и нагревают, при этом происходит полимеризация стирола с образованием новой фазы – твердого полистирола. Скорость реакции в гомогенных системах более высокая, чем в гетерогенных, так как в первом случае реакции протекают на уровне отдельных молекул (так называемый микроуровень). Поэтому в практических условиях обычно стремятся перевести гетерогенный процесс в гомогенный (путем плавления или растворения твердых реагирующих веществ, абсорбции или конденсации газов). Поверхность контакта фаз может быть увеличена главным образом за счет соответствующего аппаратурного оформления процесса, т.е. путем применения различных по устройству реакторов. Например, в системе г – ж процесс часто проводят в башнях с насадкой или в полых башнях. В первом случае насадка орошается жидкостью, которая, стекая вниз, смачивает насадку (рис. 4.8). Газ проходит через насадку и соприкасается с жидкостью, смачивающей насадку. Поверхность жидкости, т.е. поверхность контакта фаз (F), тем больше, чем больший объем насадки приходится на единицу объема пропускаемого газа, чем меньше размер насадки и чем более развита поверхность этой насадки. В некоторых случаях в системах г – ж процесс осуществляется в барботажных и пенных аппаратах, в которых газ в виде отдельных пузырьков барботирует через слой жидкости. При этом поверхностью контакта служит внутренняя поверхность пузырьков: чем меньше размер пузырьков газа и чем выше слой жидкости, тем больше поверхность F. Для системы г – т увеличение поверхности соприкосновения фаз достигается измельчением твердой фазы. Газообразное вещество приводят в соприкосновение с измельченным исходным веществом самыми разнообразными способами, например, твердые частицы вещества располагают на полках реактора, а поток газа движется над полками. В других случаях тонко измельченное твердое исходное вещество распыляют в потоке газообразного исходного вещества в полом объеме; таким образом сжигают пылевидное топливо в топках паровых котлов. В реакторах с псевдоожиженным (кипящим) слоем поверхность соприкосновения фаз тем больше, чем мельче частицы зернистого материала и чем выше слой этого материала.

Теплообменники кожухотрубные предназначены для нагрева, охлаждения, конденсации и испарения жидкости, газа, пара и их смесей в нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности.

Теплообменники по способу передачи теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую стенку, и смесительные, где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой

Конструкционно теплообменники подразделяют на:

объемные одна из сред имеет значительный объем в теплообменнике, одна среда сосредоточена в баке большого объема, вторая протекает через змеевик;

скоростные (кожухотрубные) среды движутся с достаточно большой скоростью для увеличения коэффициента теплоотдачи, много мелких трубочек находятся в одной большой (кожух), среды движутся одна в межтрубном пространстве, другая внутри трубочек, обычно в трубочках находится более «грязная» среда, так как их легче чистить;

пластинчатый теплообменник состоит из набора пластин, среды движутся между пластинами, прост в изготовлении (штампованные пластины складываются с прокладками между ними), легко модифицируется (добавляются или убираются пластины), хорошая эффективность (большая площадь контакта через пластины).

пластинчато-ребристый теплообменник в отличие от пластинчатого теплообменника состоит из системы разделительных пластин, между которыми находятся ребристые поверхности - насадки, присоединенные к пластинам методом пайки в вакууме.

Оребренные пластинчатые теплообменники, ОПТ состоит из тонкостенных оребренных панелей, изготовленных методом высокочастотной сварки, соединенные поочередно с поворотом на 90 градусов. За счет конструкции, а также многообразия используемых материалов достигаются высокие температуры греющих сред, небольшие сопротивления, высокие показатели отношения телепередающей площади к массе теплообменника, длительный срок службы, низкая стоимость и др. Часто используются для утилизации тепла отходящих газов.

спиральный теплообменник представляет собой два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разде­лительной перегородки - керна, среды движутся по каналам. Одно из назначений спиральных тепло­обменников - нагревание и охлаждение высоковязких жидкостей.

Преимущества и недостатки Кожухотрубные теплообменники характеризуются стойкостью к гидроударам, пониженными требованиями к чистоте сред, относительно низким коэффициентом теплопередачи и, как следствие, большими габаритами и площадями, требуемыми для обслуживания, а также высокой ценой из-за большой металлоемкости. Кроме того, ремонт таких теплообменников обычно связан с заглушкой поврежденных трубок, что ведет к уменьшению площади теплообмена. Поэтому обычно теплообменники выбираются с большим запа¬сом по поверхности, что также обуславливает их большие габа¬риты. Попытка регулирования по конденсату на горизонтальных кожухотрубных теплообменниках вызывает сложности. Это про¬исходит по причине того, что при незначительном изменении уровня конденсата, площадь теплообмена меняется нелинейно и намного существеннее. Тем не менее, современные кожухотрубные теплообменники по показателям эффективности, коэффициента теплопередачи и габаритам приближаются к пластинчатым и кожухопластинчатым теплообменникам. Это достигается за счет применения так называемых турбу лизаторов потока - перегородок в трубках и межтрубном пространстве, а также рифленых трубок, в которых поток среды сильно турбулизирован, что ведет к повышению коэффициента теплопередачи, и, как следствие, к уменьшению габаритов. В последнее время для уменьшения использования производственной площади применяются вертикальные кожухотрубные теплообменники. Они позволяют организовать регулирование по конденсату, если это необходимо.

52.Способ укрепления отверстий

В обечайках, днищах и некоторых других деталях химических аппаратов весьма часто требуется иметь разного рода отверстия: для штуцеров, вводов труб, люков, лазов и т. п. Такие отверстия ослабляют соответствующую стенку аппара-та и поэтому во многих случаях (особенно при больших диаметрах отверстий) требуют укрепления. Различают отверстия неукрепленные и укрепленные. Неукрепленными считаются отверстия под развальцовку труб, под резьбу, а также отверстия, уплотняемые любыми затворами. Отверстия могут быть частично укрепленными.

Температурные напряжения в теплообменниках жесткой конструкции возникают при различной температуре труб и кожуха, а также когда температура их одинакова, но трубы и кожух изготовлены из разных материалов, коэффициенты удлинения которых сильно отличаются.

В трубах и в кожухах температурные напряжения aT = Q/F.

Желательно, чтобы температурные напряжения в трубках и кожухе были не более 0,5 [а].

Если напряжения получаются чрезмерно большими, необходимо устанавливать дополнительные линзы, чтобы уменьшить осевое усилие.

Например в пусковой период могут возникнуть температурные напряжения, значительно более высокие, чем при нормальном режиме работы.

В некоторых ответственных аппаратах разрабатывают даже специальный пусковой температурный режим, чтобы не допустить при пуске чрезмерных температурных напряжений.

В теплообменниках с плавающей головкой и с U-образными трубками температурные напряжения отсутствуют.

В многоходовых теплообменниках при значительном перепаде температуры теплоносителя возможны Также температурные напряжения вследствие разности температур труб в разных точках трубного пучка.

Компенсировать эти напряжения невозможно.

В жестком кожухотрубчатом теплообменнике за счет давления как в трубках, так и в кожухе всегда возникают напряжения растяжения

Добавить в закладки

Фланцы: предназначение и классификация

Фланцы чаще всего применяются при необходимости соединения различных трубопроводов. Это соединительные детали в виде дисков (хотя возможны и другие конструкции), изготавливаемые из металла, пластика, чугуна, алюминия. Используются фланцы для полиэтиленовых труб, стальных и прочих трубопроводов с целью подачи технической, питьевой воды, кислот, химических веществ в качестве рабочей среды.

Фланцы изготовленные по ГОСТу значительно надежнее обычных.

Для стягивания используются специальные резьбовые шпильки с шайбами и гайками, болты и прочее. Часто для полиэтиленовых водопроводов применяется метод сварки, что обеспечивает надежность крепления, отсутствие протечек, но такие соединения получаются неразъемными, что в некоторых случаях недопустимо.

Классификация фланцев для трубопроводов

1. Заглушки, представляющие собой плоские конструкции без центрального отверстия, служат для перекрытия потоков рабочей среды.
2. Воротниковые (приварные) применяются при соединении труб встык. Они отличаются наличием специального воротника, то есть стального выступа для приваривания. Такие элементы характеризуются повышенной прочностью, часто именно они используются вместо плоских, когда надо монтировать трубопроводы с рабочей средой выше 450 градусов и с давлением выше 2,5 МПа.
3. Плоские фланцы - это диски, которые по центру имеют отверстие для присоединения трубы либо другого оборудования. По краю идут меньшие отверстия, чтобы фланцы могли прочно крепиться друг к другу при помощи специальных фиксирующих шпилек и болтов.

Фланцы разделяются на несколько видов, среди которых надо выделить:

Когда необходимо перекрыть трубу, используется фланец заглушка.

1. Прессованные, используемые для монтажа отдельных частей трубопровода, при необходимости подсоединения разного оборудования. Фланцы представляют собой круг с отверстием посередине, небольшим выступом и четырьмя небольшими отверстиями по краям для шпилек. Чаще всего изготавливаются из нержавеющей стали методом прессования. Стоимость их невелика, они применяются для соединения самых различных труб, в том числе водопроводных.
2. Алюминиевые (силуминовые) - это один из самых экономных вариантов, такие элементы выполнены в виде круга с отверстием посередине и восемью небольшими отверстиями по краям для креплений. Тип их свободный, отличаются устойчивостью к коррозии, но прочность их невелика. Применяются в том случае, когда нет необходимости монтажа высокопрочных изделий.
3. Заглушки представляют собой глухой диск с восемью отверстиями по краям для крепления. Используются в том случае, когда труба перекрывается, изготавливаются из стали. Заглушки ставятся для магистралей, местных трубопроводов. По размерам, форме повторяют соединительные фланцы.Выдерживают температуру рабочего потока от -70 до +600°C, давление - от 0,6 до 16 МПа.
4. Воротниковые изготавливают из стали, они имеют специальный выступ у центрального отверстия. Применяются они тогда, когда есть необходимость соединения самых разных систем в довольно большом диапазоне температурных значений. Чаще всего ставят их в промышленных трубопроводах, соединение осуществляется приварным методом.
5. Плоские фланцы - это распространенный тип крепежных и соединительных элементов. Они представляет собой плоский диск с центральным и боковыми отверстиями. Метод крепления - приварной, при помощи специальных шпилек.

Конструктивные особенности

Конструкция подобных соединительных элементов позволяет выдерживать не только большое давление, но и прочие неблагоприятные условия эксплуатации. Сама конструкция регламентируется ГОСТом, сегодня могут иметь девять исполнений:

• с соединительным выступом под углом в 45°. Является наиболее часто применяемым для различных условий;
• с соединительным выступом под углом в 90°;
• с выступом в 45°, с впадиной и выборкой изнутри;
• с шипом, имеет выступ в 90°;
• с кольцевидной выборкой, пазом;
• с внутренней фаской под линзовую прокладку;
• для прокладок овального сечения, имеет канавку на торцевой поверхности тоже овальной формы;
• две последние конструкции - комбинированные.

Преимущества фланцев из стали

Фланцы должны обладать способностью выдерживать высокие и низкие температуры, работать в химически активных средах, не поддаваться окислению, иметь высокие показатели пластичности и ударной вязкости.

Сегодня применяются самые различные фланцы, которые могут изготавливаться из алюминия, пластика, чугуна и стали. Последние обладают большими преимуществами, среди которых необходимо выделить такие, как:

• из нержавеющей стали - подходят для монтажа самых различных труб, включая полиэтиленовые;
• стальные фланцы отлично выдерживают температуру от -70 до +450°C;
• нержавейка очень устойчива к рабочим агрессивным средам, применять фланцы можно, начиная от обычных водопроводов с технической и питьевой водой и заканчивая транспортировкой химических веществ, кислот, щелочей в качестве рабочей среды;
• стальные фланцы считаются экологически чистыми, отвечают всем санитарно-бактериологическим требованиям, их можно применять для различных целей.

Из минусов надо отметить только стоимость стальных изделий, которая намного выше алюминиевых и пластиковых. Но это вполне оправдывается, например, там, где фланцы из обычной углеродистой стали потребуют замены уже через год, изделия из нержавеющей стали могут продержаться не одно десятилетие.

Фланцы для ПНД (для полиэтиленовых труб)

Фланец позволит соединить трубы без сварки.

Фланцы ПНД, используемые для соединения полиэтиленовых труб, представляют собой плоский диск, при помощи которого соединяются трубы и задвижки, краны и другая арматура шпильками и болтами. Разделяются на такие разновидности, как:

1. Муфта электросварная, которая используется для соединения полиэтиленовых труб между собой, с фасонными элементами. Такой тип фланца ПНД имеет нагревательную открытую спираль, при работе не требует специальных приспособлений. Такая муфта выдерживает давление до 16 атм. для воды и до 10 атм. для газа.
2. Полиэтиленовые заглушки ПНД для перекрытий концевых отверстий полиэтиленовых трубопроводов. Изготавливаются из полиэтилена низкого давления, привариваются двумя способами при помощи специального сварочного оборудования.
3. Тройники ПНД предназначены для монтажа нескольких ответвлений для систем с питьевой и технической водой. Приваривается к трубе тройник по методу электросварных муфт.
4. Переходы ПНД применяются для редукции полиэтиленовых труб, крепятся только при помощи сварки встык и терморезисторной сварки.
5. Отводы ПНД применяются для полиэтиленовых труб в водо- и газопроводах. Это конструкционный элемент, позволяющий управлять потоками рабочей среды.
6. Втулки ПНД под фланец используются для обеспечения должного упора, применяются с прижимными элементами.

Трубы, для изготовления которых применяется полиэтилен, требуют использования специальных фланцев, позволяющих выполнять качественное, надежное соединение. Для крепежа применяются не шпильки и болты, а методы сварки, что оптимально подходит именно для этого материала.

Фланцы применяются для соединения самых различных изделий, это универсальный крепежный элемент, который может изготавливаться из разных материалов, иметь разную форму и назначение. Особое место занимают фланцы для соединения полиэтиленовых труб, которые крепятся методом сварки, что позволяет делать прочнейшее крепление отдельных элементов между собой. Хотя технология прокладки труб из полиэтилена допускает использование и обычных стальных фланцев, имеющих многочисленные преимущества. Одним словом, это надежный элемент для трубопровода с различной средой.

Фланец - это способ соединения труб, задвижек, насосов и другого оборудования, для формирования системы трубопроводов. Такой способ соединения обеспечивает простой доступ для очистки, осмотра или модификации. Фланцы обычно имеют резьбовое или сварное соединение. Фланцевое соединение состоит из закрепленных с помощью болтов двух фланцев и прокладки между ними, для обеспечения герметичности.

Фланцы труб изготавливаются из различных материалов. Фланцы имеют обработанные поверхности, изготавливаются из литого чугуна и чугуна с шаровидным графитом, но наиболее используемый материал, это кованная углеродистая сталь.

Наиболее используемые фланцы в нефтяной и химической промышленности:

• с шейкой для приварки
• сквозной фланец
• приварной с впадиной под сварку
• приварной внахлест (свободновращающийся)
• резьбовой фланец
• фланцевая заглушка

Специальные фланцы
За исключением фланцев, о которых было сказано выше, есть еще ряд специальных фланцев, таких как:

• фланец диафрагмы
• длинные приварные фланцы с буртиком
• расширительный фланец
• переходный фланец
• кольцевая заглушка (часть фланцевого соединения)
• дисковые заглушки и промежуточные кольца (часть фланцевого соединения)

Пример приварного фланца с буртиком 6" - 150#-S40
Каждый фланец, соответствующий стандарту ASME B16.5, имеет определенное количество стандартных размеров. Если конструктор из Японии, или человек готовящий проект к запуску в Канаде, или монтажник трубопровода в Австралии говорит о приварном фланце 6"-150#-S40 соответствующий стандарту ASME B16.5, то он имеет ввиду фланец, который изображен ниже.

В случае заказа фланца поставщику хотелось бы знать качество материала. Например, ASTM A105 - фланец из штампованной углеродистой стали, в то время как A182 - фланец из штампованной легированной стали. Таким образом, по правилам, для поставщика должны быть указаны оба стандарта: Сварной фланец 6"-150#-S40-ASME B16.5/ASTM A105.

КЛАСС ДАВЛЕНИЯ

Класс давления или классификация для фланцев будет представлена в фунтах. Для обозначения класса давления используют разные названия. Например: 150 Lb или 150Lbs или 150# или Класс 150, обозначают одно и то же.
Кованные стальные фланцы имеют 7 основных классификаций:
150 Lbs - 300 Lbs - 400 Lbs - 600 Lbs - 900 Lbs - 1500 Lbs - 2500 Lbs

Концепция классификации фланцев ясна и очевидна. Фланец класса 300 может работать при больших давлениях, чем фланец класса 150, потому что фланец класса 300 имеет большее количество металла и выдерживает большие давления. Однако, есть ряд факторов, которые могут повлиять на предельное давление фланца.

ПРИМЕР
Фланцы могут выдерживать различные давления при различных температурах. При росте температуры, класс давления фланца уменьшается. Например, фланец класса 150 рассчитан на давление приблизительно 270 PSIG в условиях окружающей среды, 180 PSIG при 200 °C, 150 PSIG при 315 °C, и 75 PSIG при 426 °C.

Дополнительными факторами является то, что фланцы могут быть сделаны из различных материалов, таких как: легированная сталь, литой и ковкий чугун, и т.д. Каждый материал имеет различные классы давления.

ПАРАМЕТР "ДАВЛЕНИЕ-ТЕМПЕРАТУРА"
Класс давление-температура определяет рабочее, максимально допустимое избыточное давление в барах при температуре в градусах Цельсия. Для промежуточных температур допускается линейная интерполяция. Интерполяция между классом обозначений не допускается.

Классификации по температуре-давлению
Класс Температура-Давление применим к фланцевым соединениям, который соответствует ограничениям на болтовых соединениях и прокладках, которые сделаны в соответствии с надлежащей практикой для сборки и центровки. За использование этих классов для фланцевых соединений, не удовлетворяющих этим ограничениям, обязанность ложится на пользователя.

Температура, показанная для соответствующего класса давления это температура внутренней оболочки детали. В основном, эта температура такая же, как у содержащейся жидкости. В соответствии с требованиями действующих кодексов и правил, при использовании класса давления соответствующего температуре, отличающейся от текущей жидкости, вся ответственность ложиться на заказчика. Для любой температуры ниже -29 °C, класс должен быть не выше, чем при использовании в -29 °C.

В качестве примера, ниже вы найдете две таблицы с группами материалов в соответствии с ASTM и две другие таблицы с классом температура-давление для этих материалов в соответствии с ASME B16.5.

От формы и исполнения поверхности фланца будет зависеть, где будет расположено уплотнительное кольцо или прокладка.

Наиболее используемые типы:

• поверхность с выступом (RF)
• плоская поверхность (FF)
• паз под кольцевое уплотнение (RTJ)
• с наружной и внутренней резьбой (M&F)
• шпунтовое соединение (T&G)

Поверхность с выступом, наиболее применимый тип фланца, который легко определить. Данный тип называется так, потому что поверхность прокладки выступает над поверхностью болтового соединения.

Диаметр и высота определяются по стандарту ASME B16.5 с помощью класса давления и диаметра. В классе давления до 300 Lbs высота равна, примерно 1,6 мм, а в классе давления от 400 до 2500 Lbs высота составляет около 6,4 мм. Класс давления фланца определяет высоту выступа поверхности. Предназначением (RF) фланца является концентрация большего давления на меньшую площадь прокладки, увеличивая тем самым предельное давление соединения.

Для параметров определяющих высоту всех описанных в данной статье фланцев используются размеры H и B, за исключением фланца с нахлесточным соединением, это необходимо понять и запомнить следующее:

В классах давления 150 и 300 Lbs, высота выступа составляет около 1,6 мм (1/16 дюйма). Почти все поставщики фланцев этих двух классов указывают в своих брошюрах или каталогах размеры H и B, включая поверхность выступа (см. Fig.1 ниже)

В классах давления 400, 600, 900, 1500 и 2500 Lbs высота выступа равна 6,4 мм (1/4 дюйма). В этих классах многие поставщики указывают размеры H и B, не включая высоту выступа (см. Fig.2 сверху)

В этой статье вы найдете два размера. Верхний ряд размеров не включает высоту выступа, а размеры в нижнем ряду включают высоту выступа.

ПЛОСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ (FF - Flat Face)
У фланца с плоской поверхностью (вся поверхность) прокладка находится в той же плоскости, что и болтовое соединение. Чаще всего, фланцы с плоской поверхностью используют там, где ответный фланец или фиттинг - литой.

Фланец с плоской поверхностью никогда не соединяется с фланцем, у которого есть выступ. Согласно ASME B31.1, при соединении плоских фланцев из чугуна с фланцами из углеродистой стали, выступ на стальном фланце должен быть убран, и вся поверхность должна быть уплотнена прокладкой. Это делается для сохранения тонкого, хрупкого чугунного фланца от образования трещин из-за выступа стального фланца.

ФЛАНЕЦ С ПАЗОМ ПОД КОЛЬЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ (RTJ - Ring Type Joint)
У RTJ фланцев прорезаны пазы в их поверхности, в которые вставлены стальные уплотнительные кольца. Фланцы герметизируются за счет того, что при затяжке болтов прокладка между фланцами вдавливается в пазы, деформируется, создавая тесный контакт - металл-К-металлу.

У RTJ фланца может быть выступ со сделанным в нем кольцевым пазом. Данный выступ не служит в качестве какого-либо уплотнения. Для RTJ фланцев, которые герметизируются с помощью кольцевых уплотнений, выступающие поверхности соединенных и затянутых фланцев могут контактировать друг с другом. В этом случае сжатая прокладка больше не будет нести дополнительных нагрузок, затяжка болтов, вибрация и смещения не смогут больше раздавить прокладку и уменьшит усилие затяжки.
Металлические уплотнительные кольца подходят для использования при высоких температурах и давлениях. Они сделаны с учетом правильного выбора материала и профиля и всегда применяются в соответствующих фланцах, обеспечивая хорошее и надежное уплотнение.

Кольцевые уплотнения изготовлены так, что герметизация осуществляется посредством "начальной линии контакта" или заклинивания между сопряженным фланцем и прокладкой. За счет применения давления на уплотнение через болтовую затяжку, более мягкий метал прокладки проникает в мелкодисперсную структуру более жесткого материала фланца, и создает очень плотное и эффективное уплотнение.

Наиболее используемые кольца:

Тип R-Oval согласно ASME B16.20
Подходит для фланцев ASME B16.5 класса давления от 150 до 2500.

Тип R-Octagonal согласно ASME 16.20
Улучшенная конструкция по сравнению с начальной R-Oval. Однако они могут использоваться только для плоских фланцев с пазом. Подходит для фланцев ASME B16.5 класса давления от 15 до 2500.

ФЛАНЦЫ С УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ И ПОВЕРХНОСТЬЮ ТИПА ВЫСТУП-ВПАДИНА (LMF - Large Male Face; LFF - Large Female Face)



Фланцы этого типа должны совпадать. У одной поверхности фланца есть область, которая выходит за обычные пределы поверхности фланца (папа ). Другой фланец, или ответный фланец имеет соответствующее углубление (мама ), сделанном в его поверхности.

Полусвободная прокладка

• Глубина выточки (выемки) обычно равна или меньше чем высота выступающей части, чтобы предотвратить контакт металл-металл при сжатии прокладки
• Глубина выемки обычно не более чем на 1/16" больше чем высота выступа

ФЛАНЕЦ С УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ТИПА ШИП-ПАЗ
(Выступ - Tounge Face - TF; Впадина - Groove Face - GF)



Фланцы этого типа тоже должны совпадать. У одного фланца есть кольцо с выступом (шип) сделанном на поверхности этого фланца, в то время, как на поверхности ответного проточен паз. Такие поверхности обычно встречаются на крышках насосов и крышках вентилей.

Зафиксированная прокладка

• Размеры прокладки такие же или меньше чем высота паза
• Прокладка шире паза не больше чем на 1/16"
• Размеры прокладки будут совпадать с размерами паза
• При разборке соединение должно разжиматься отдельно

ПЛОСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ И ПАЗ



Зафиксированная прокладка

• Одна поверхность - плоская, другая - с выемкой
• Для применения там, где требуется точный контроль сжатия прокладки
• Рекомендуются только упругие прокладки - спиральные, полые кольцевые, приводимые в действие давлением, и прокладки с металлической оболочкой

КОНЕЧНАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ ФЛАНЦА
По коду ASME B16.5 требуется, чтобы поверхность фланца (выступ и плоская поверхность) имели определенную шероховатость, чтобы данная поверхность при совмещении с прокладкой обеспечивала уплотнение высокого качества.

Конечное рифление, концентрическое, либо в виде спирали, требует от 30 до 55 канавок на дюйм, что в результате дает шероховатость между 125 и 500 микро-дюймами. Это позволит производителям фланцев делать обработку места под прокладку металлического фланца любого класса.

Для трубопроводов, транспортирующих вещества групп А и Б технологических объектов I категории взрывоопасности, не допускается применение фланцевых соединений с гладкой уплотнительной поверхностью за исключением случаев применения спирально-навитых прокладок.

НАИБОЛЕЕ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

Черновая обработка

Наиболее часто используемая при обработке любого фланца, потому что она подходит практически для всех обычных условий эксплуатации. При сжатии мягкая поверхность прокладки будет входить в обработанную поверхность, что поможет создать уплотнение, кроме того, возникает высокий уровень трения между соединенными частями. Конечная обработка для этих фланцев делается с помощью радиусного резца радиусом 1,6 мм при скорости подачи 0,88 мм на оборот для 12". Для 14" и более, обработка производится с помощью 3,2 миллиметрового радиусного резца при подаче 1,2 мм на оборот.

Концентрическая насечка.
Как следует из названия, обработка состоит из концентрических канавок. Используется 90° резец и кольца распределяются равномерно по всей поверхности.

Гладкая поверхность.
Такая обработка визуально не оставляет следов инструмента. Такие поверхности, как правило, используются для прокладок с металлической поверхностью, к примеру: с двойной оболочкой, из полосовой стали, или гофрированного металла. Гладкая поверхность помогает создать уплотнение и зависит от плоскостности противоположной поверхности. Как правило, это достигается за счет контактной поверхности прокладки, сформированной непрерывной (иногда называемой фонографической), спиральной канавкой, сделанной 0,8 миллиметровым радиусным резцом, на подаче 0,3 мм на оборот, глубиной 0,05 мм. Это приведет к шероховатости между Ra 3,2 и 6,3 микрометра (125-250 микро-дюйма)

ПРОКЛАДКИ
Для того, чтобы сделать герметичное фланцевое соединение, необходимы прокладки.

Прокладка представляет собой сжатые листы или кольца, используемые для создания водонепроницаемого соединения между двумя поверхностями. Прокладки изготавливаются для работы при экстремальных температурах и давлениях, и доступны в исполнении из металлических, полуметаллических и неметаллических материалов.
К примеру, принцип уплотнения может заключаться в сжатии прокладки между двумя фланцами. Прокладка заполняет микроскопические пространства и неровности поверхности фланцев и, затем, образует уплотнение, которое предотвращает утечки жидкостей и газов. Требуется правильная и бережная установка прокладки, для того, чтобы предотвратить утечки во фланцевом соединении.

В этой статье будут описаны прокладки соответствующие ASME B16.20 (Металлические и полуметаллические прокладки для фланцев труб) и ASME B16.21 (Неметаллические, плоские прокладки для фланцев труб)

БОЛТЫ
Для соединения двух фланцев друг с другом необходимы болты. Количество будет определяться числом отверстий во фланце, а диаметр и длина болтов зависит от типа фланца и его класса давления. Наиболее часто применяемые болты в нефтяной и химической промышленности для фланцев ASME B16.5 это шпильки. Шпилька состоит из стержня с резьбой и двух гаек. Другой доступный тип болтов это обычный болт с шестигранной головкой и одной гайкой.

Размеры, допуски на размеры и т.п. были определены в стандартах ASME B16.5 и ASME B18.2.2, материалы - в различных ASTM стандартах.

МОМЕНТ ЗАТЯЖКИ

Чтобы получить герметичное фланцевое соединение, необходима правильная установка прокладки, болты должны иметь необходимый момент затяжки, а общее напряжение от затяжки должно равномерно распределяться по всему фланцу.

Необходимое растяжение осуществляется за счет момента затяжки (приложение предварительной нагрузки к креплению за счет поворота его гайки).

Правильный момент затяжки болта позволяет наиболее лучшим образом использовать его упругие свойства. Чтобы хорошо выполнять свою задачу болт должен вести себя подобно пружине. Во время работы, процесс затяжки оказывает осевую, предварительную нагрузку на болт. Конечно же эта растягивающая сила равна противоположным силам сжатия, приложенным к компонентам сборки. Она может называться усилием затяжки или растягивающим усилием.

ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЙ КЛЮЧ
Динамометрический ключ это общее название для ручного инструмента, который используется для приложения точного усилия затяжки соединений, будь то болт, или гайка. Это позволяет оператору измерять вращательное усилие (крутящий момент) приложенное к болту, которое должно совпадать со спецификацией.

Выбор техники правильной затяжки болта фланца требует опыта. Правильное применение любой из техник также требует квалификации, как инструмента, который будет использоваться, так и специалиста, который будет выполнять работу. Ниже приводятся наиболее часто используемые способы затяжки болтов:

• затяжка от руки
• пневмогайковерт
• гидравлический динамометрический ключ
• ручной динамометрический ключ с коромыслом или с зубчатой передачей
• гидравлический натяжной механизм для болтов

Ключом к уменьшению этих эффектов является правильная установка прокладки. При установке прокладки, необходимо объединить вместе фланцы и плавно и параллельно, с наименьшим усилием затяжки, затянуть 4 болта, следуя правильной последовательности затяжки. Это даст снижение эксплуатационных затрат и повысит безопасность.

Также важна правильная толщина прокладки. Чем толще прокладка, тем выше ее ползучесть, что, в свою очередь, может привести к потере момента затяжки. По стандарту ASME для фланцев с рифленой поверхностью, как правило, рекомендуют прокладку толщиной 1,6 мм. Более тонкие материалы могут работать при более высоких нагрузках на прокладку и, следовательно, больших внутренних давлениях.

СМАЗКА УМЕНЬШАЕТ ТРЕНИЕ
Смазка уменьшает трение во время затяжки, уменьшает срывы болта во время установки и увеличивает срок службы. Изменение коэффициента трения влияет на величину предварительного натяга, достигаемого на определенном моменте затяжки. Больший коэффициент трения приводит к меньшему преобразованию момента в предварительный натяг. Значение коэффициента трения, обеспечиваемое производителем смазки должно быть известно, чтобы точно установить требуемую величину крутящего момента.

Смазка или противозаклинивающие соединения должны наноситься и на поверхность гайки подшипника, и на наружную резьбу.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ЗАТЯЖКИ
Первый проход, слегка затянуть первый болт, затем следующий, находящийся напротив него, затем на четверть оборота по кругу (или 90 градусов), чтобы подтянуть третий болт и, напротив него, четвертый. Продолжайте эту последовательность до тех пор, пока не затянете все болты. При затяжке фланцев с четырьмя болтами, используйте схему крест-накрест.

ПОДГОТОВКА ЗАКРЕПЛЕНИЯ ФЛАНЦА
Чтобы достичь герметичности во фланцевых соединениях, необходимо, чтобы все компоненты были точными.

Перед началом процесса соединения необходимо сделать следующие шаги, чтобы избежать проблем в будущем:

• Очистить поверхности фланцев и проверить на царапины, поверхности должны быть чистыми и на них не должно быть никаких дефектов (неровности, ямки, вмятин и т.д.)
• Осмотрите все болты и гайки на наличие повреждений или коррозию резьбы. Замените или отремонтируйте болты или гайки при необходимости
• Удалите заусенцы со всех резьб
• Смажьте резьбы болтов или шпилек и поверхности гаек, прилегающих к фланцу или шайбе. В большинстве приложений рекомендуется применять закаленные шайбы.
• Установите новую прокладку и убедитесь, что она лежит по центру. НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ СТАРУЮ ПРОКЛАДКУ, или же используйте несколько прокладок.
• Проверьте соосность фланцев по стандарту процессных трубопроводов ASME B31.3
• Отрегулируйте положение гаек, чтобы убедиться в том, что 2-3 витка резьбы возвышаются над ее верхней частью.

Системы трубопроводов должны иметь повышенную надёжность и долговечность, поэтому соединение элементов производят сваркой. Но иногда встречаются случаи, когда применение сварных соединений оказывается нереальным. Например, требуется монтаж фитингов и агрегатов, обеспечение разборных узлов и соединение труб из различных материалов (чугун со сталью, сталь с асбестоцементом, чугун с пластиком, пластик со сталью и т.п.), а также множество других технологических процессов. Для этих целей самым подходящим является фланцевое соединение, ведь конструктивно такой монтаж очень прост и предусматривает два фланца с прокладкой между ними и стяжку при помощи шпилек или болтов.

Действующие стандарты качества

• ГОСТ – стандарт качества, действующий в странах СНГ;
• DIN – европейский стандарт;
• ASME/ANSI – стандарт, действующий на территории Японии, США и Австралии.

Согласно приведённым классификациям, созданы таблицы с переводами по указанным значениям.

Материалы изготовления

Материалом для изготовления фланцев может служить:

• сталь углеродистая;
• легированная сталь;
• ковкий и обычный чугун;
• нержавеющая сталь;
• полипропилен.

Важно знать! Фланцы из полипропилена появились недавно и нашли свое применение в системах, не имеющих большого давления, а также для стыковки пластиковых труб с металлическими.

Типы

• ГОСТ 12821-81 (воротниковые);
• ГОСТ 12820-81 (плоские фланцы);
• ГОСТ 28759-90 (аппаратные фланцы и для сосудов);
• ГОСТ 12822-80 (фланцы на резьбовом соединении и приварном кольце);
• ГОСТ 12836-80 (заглушки кольцевые).

В соответствии со стандартом фланцы имеют круглую форму, но допускаются и квадратные как минимум с четырьмя отверстиями под крепежные элементы. Также для таких фланцевых соединений трубопроводов действуют ограничения по максимально допустимому давлению в размере 4 МПа.

Применение фланцев и способ монтажа

Установка фланцевых соединений производится на трубопроводах, диаметр которых начинается от 32 мм. Монтаж стальных трубопроводов, применяемых для сточных вод или перекачки воздушных масс, осуществляют на овальных фланцах. На других, более ответственных, системах используются только круглые фланцевые соединения.

По способу монтажа все виды трубопроводов делятся на свободные и жесткие. Первые монтируются на резьбовых соединениях, и для повышения их надежности осуществляется уплотнение специальными материалами (фум-лента, пакля, локтит и т.п.), а также развальцовываются края. Жесткие же соединения крепятся при помощи сварки.

Обозначения, которые следует знать при выборе фланцев

Так как для труб и фланцев существуют свои конструктивные особенности, на них следует обратить внимание при выборе арматуры. Для правильной расшифровки обозначений на фланцах нужно знать следующие термины:

• Ду (условный проход) – это обозначение указывает на внутренний диаметр, например, труб, фланцев, запорной арматуры и т.п.

Важно знать! Если внутренний диаметр плоских фланцев имеет размер 100, 125, 150, то к размеру добавляется аббревиатура А, Б, В, что указывает на разность внешнего диаметра.

• Ряд – это межосевое расстояние между крепёжными отверстиями. Существует два типоразмера для любого приварного фланца – ряд «1» и ряд «2» (является типоразмером по умолчанию, в случае отсутствия обозначений).
• Условное давление – это давление в системе, при котором обеспечивается полноценная работоспособность трубопроводов, без протечек и разрывов. В зависимости от типоразмера и материала фланцев показатели по номинальному давлению будут разниться.

Совет! При выборе следует учитывать не только диаметр труб, но и допустимое давление в системе. Также нужно учитывать, что размерности по давлению могут указываться в МПа (Па), Бар, Атм или кгс/см 2 (м 2).

Из чего состоит и как монтируется фланцевое соединение?

В комплект одного соединения входит два фланца одного типоразмера в соответствии с размером стальных труб, прокладка, а также комплект болтов или же шпилек с шайбами и гайками. Иногда под болты устанавливаются изолирующие втулки, чтобы предотвратить попадания блуждающих токов на аппаратуру, ведь они могут привести к их поломке.

Для соединения могут использоваться:

• Болты с шестигранными головками и соответствующие им гайки. Такой вид соединений применяется на трубопроводах с давлением не более 2,5 МПа и рабочей температурой до 3000 градусов Цельсия.
• Шпильки с шестигранными гайками и шайбы. Следует применять для трубопроводов с рабочим давлением 4 МПа и выше, а также температурой более 3000°C и менее 400°C. Преимуществом такого крепления является более равномерная затяжка элементов конструкции и монтаж в труднодоступных местах.

Герметизация фланцевого соединения

В соответствии с применяемой средой, давлением и температурой труб для прокладки могут использоваться следующие материалы:

• Масло- или бензостойкая резина – МБ (7338-77);
• Теплоустойчивая резина – Т(7338-77);
• Мало- и бензостойкий паронит – ПМБ(481-80);
• Щелоче- и кислотостойкая резина – КЩ (7338-77);
• Асбестокартон;
• Паронит для общего использования – ПОН(481-80);
• Фторопласт.

Подготовка фланцев для монтажа и стяжки

Монтаж стальных фланцев на трубопроводы начинается с подготовки всех элементов конструкции, а именно с удаления:

• старого лакокрасочного покрытия;
• масляных загрязнений;
• любого вида ржавчины;
• окалин или заусенец с резьбы.

Еще одним важным моментом является вырезание и подгонка прокладки по размеру фланцев.

Процесс затяжки и последовательность действий

Чтобы обеспечить равномерную стяжку труб, все болты закручиваются до небольшого усилия. Затем затягивается первый болт, а вторым после него будет противоположный к нему и т.д. Метод затяжки называется «крест-накрест» – это обеспечит максимальную равномерность уплотнения прокладки и предотвратит чрезмерное напряжений труб.

Инструмент, требуемый для монтажа фланцев и их соединения

Монтаж фланцев для стальных трубопроводов осуществляют следующим набором инструментов:

• Болгарка с кругом для зачистки и отрезания;
• Сварочный аппарат требуемой мощности;
• Перфоратор;
• Набор накидных ключей для затяжки труб. Лучшим вариантом станет динамометрический ключ или пневмогайковерт.

Важно! Помимо инструмента требуются расходники: сверла, щетки, смазочные и лакокрасочные материалы, коронки и т.п. Все зависит от условий монтажа, сложности конструкции и опасности при работах.

Практического применения фланцевого типа соединения трубопроводов в быту нет, данная технология используется на предприятиях и заводах. В связи с этим все узлы конструкций проходят жесткую проверку согласно всем нормативным актам.

Несмотря на всю простоту установки фланцевых соединений на системы трубопроводов, работу по монтажу должны осуществлять только специально обученные бригады слесарей. А в системах с повышенной опасностью (газопроводах, водопроводах и для других трубопроводов с высоким давлением) весь процесс установки или ремонта обязательно происходит под контролем инженера.

Фланцевое соединение — наиболее распространенный способ стыковки стальных промышленных трубопроводов между собой. Таким образом могут соединяться трубы систем водоснабжения, магистрального отопления, газоснабжения и нефтегазовые трубопроводы.

В данной статье представлены фланцевые соединения. Мы рассмотрим их разновидности и геометрические размеры, а также изучим требования ГОСТ к конструктивному исполнению соединительных элементов.

Cодержание статьи

Назначение и особенности фланцевого соединения

Фланец представляет собой плоскую стальную пластину, имеющую форму кольца (реже — квадрата либо прямоугольника). В средней части пластины расположено отверстие под вставку торцевой части трубы, а по ее контуру — несколько равноудаленных отверстий под установку болтов либо шпилек, которые впоследствии фиксируются гайками.

Фланцевые соединения являются быстроразъемной альтернативой сварной и муфтовой стыковки. При монтаже торец трубы приваривается к пропускному отверстию фланца, после чего пластины стягиваются между собой. Герметичность соединения достигается за счет использования уплотнительных прокладок из резины либо фторопласта. Также могут использоваться обтюраторы — стальные , устанавливаемые между двух фланцев. Обтюраторы позволяют перекрыть конкретный участок трубопровода при необходимости его ремонта.

Также фланцевые соединения используются для соединения трубопроводов с устройствами и технологическими емкостями, чаще всего — теплообменниками. В таком случае на концы труб наваривается фланец, к которому подводится заборный патрубок оборудования.

В зависимости от функционального назначения выделяют следующие типы фланцевых соединений:

• для стыковки труб и установки , выдерживающее давление от 0.1 до 20 МПа — регулируется положениями ГОСТ №12815;
• для подключения к трубопроводам сосудов и оборудования — регулируется ГОСТ №28759.

Расчет фланцевых соединений любого типа ведется согласно инструкции «Рекомендации по расчет, проектированию и монтажу фланцев стальных строительных конструкций», выпущенной ВНИПИ «Промстальконструкция» в 1989 году.

Разновидности фланцев

Каждый из вышеуказанных нормативных документов содержит классификацию фланцев, по которой соединительные элементы разделяются на разные виды. Рассмотрим классификацию изделий для стыковки стальных труб по ГОСТ №12815:

1. Из серого чугуна, литые (ГОСТ №12817-90) — применяются для установки литой трубопроводной арматуры, соединения труб промышленного оборудования и технических емкостей из чугуна. Предназначенные для давления 0.1-16 МПа, рабочая температура от -16 до +300 градусов.
2. Из ковкого чугуна, литые (ГОСТ №12818-80) — используются для стыковки труб, монтажа арматуры и подключения приборов и емкостей из ковкого чугуна. Выдерживают давление 1.6-4 МПа, рабочая температура от -30 до 400 0 .
3. Из стали, литые (ГОСТ №12819-80) — соединительные элементы трубопроводов и арматуры из любых материалов. Эксплуатируются при давлении 1.6-20 МПа, температурный режим от -250 до +600 градусов.
4. Из стали, приварные плоского типа (ГОСТ №12820-80) — норматив распространяется на фланцы плоского типа, выдерживающие давление 0.1-2.5 МПа и температуру от -70 до +300 0 . Вставка фланцевая (обтюратор) также производятся по данному стандарту.
5. Из стали, для стыковой сварки (ГОСТ №12821-80) — выдерживают давление 0.1-20 МПа, температурный режим от -250 до +600 0 .
6. Из стали, оборудованные приварным кольцом — давление от 0.1-3 МПа, рабочая температура от -30 до +300 0 .

Соединительные элементы сварного типа при монтаже надеваются на торец трубы и фиксируются двумя сварными швами. Конструкции для стыковой сварки закрепляются одним швом, расположенным между срезом трубы и воротником фланца.

Изделия с приварным кольцом состоят из двух частей — пластины и кольца, имеющих идентичный диаметр. При этом к трубе приваривается только кольцо, тогда как фланец остается свободным и может прокручиваться вокруг своей оси. Такая конструкция используется в труднодоступных местах либо на участках, где необходим регулярных ремонт или обслуживание трубопровода.

Фланцы для стыковки труб с сосудами и оборудованием, соответствующие требованиям ГОСТ №28659, классифицируются на следующие разновидности:

1. (ГОСТ №28759-2) — применяются для сосудов и оборудования диаметром 400-4000 мм. Предназначены для давление 0.3-1.7 МПа и температуры -70 +300 градусов. Широко используются в нефтегазовой и химической промышленности.
2. Стальные для сварки встык (ГОСТ №28759-3) — диаметр от 40 до 4000 мм, давление 0.7-6.5 МПа, температура от -70 до +540 0 .
3. Стальные восьмиугольного сечения — диаметр 400-1600 мм, давление 6.4-16 МПа, температура от -70 до +550 градусов.

Также существует такое понятие как изолирующее фланцевое соединение ИФС , для обустройства которого могут применяться любые типы фланцевых конструкций. Изолирующее фланцевое соединение применяется с целью защиты трубопроводов от , которая является главной причиной ускоренного износа подземных систем.

Изолирующее фланцевое соединение состоит из 2-ух стягивающихся шпильками фланцев, между которыми расположена из диэлектрического (не проводящего ток) материала. Чаще всего применяется термостабилизированный графит либо поронит.

Такая конструкция предотвращает распространение тока по трубопроводу, ограничивая его на конкретном участке магистрали. Изолирующее фланцевое соединение способно значительно увеличить срок службы подземных трубопроводов, оно используется в течении 15-20 лет, после чего диэлектрическая прокладка подлежит замене.

При необходимости замены прокладки используются специальные разгонщики, представляющие собой клиновидные домкраты, посредством которых разводятся соседние фланцы. Существуют механические (ручные) разгонщики и гидравлические разгонщики, которые способны развивать усилие до 15 тонн.

Технология монтажа фланцевого соединения (видео)

Помимо классификации по материалу изготовления и способу монтажа, фланцы разделяются в зависимости от конструктивного исполнения. ГОСТ №12820 на стальные фланцы определяет 9 вариантов исполнения соединительных элементов:

• исполнение №1 — конструкция оборудована соединительным выступом (фаской) под углом 45 градусов;
• исполнение №2 — с выступом под углом 90 0 ;
• исполнение №3 — с выступом на 45 0 и выборкой (впадиной) на внутренней торцевой части;
• исполнение №4 — с внутренней выборкой и выступом на 90 0 ;
• исполнение №5 — с внутренним пазом по всей окружности фланца;
• исполнение №6 — нарезана внутренняя фаска под установку ;
• исполнение №7 — фаска предназначена под установки прокладки овальной формы;
• исполнение №8 и №9 — аналогичны конфигурации №4 и №5 за исключения наличия фаски под линзовую прокладку.

В отдельную группу относятся компрессионные фланцы, предназначенные для соединения стальных и пластиковых труб. Компрессионные конструкции состоят из двух частей — фланцевой пластины и выходящей из нее под ПЭ трубу. Компрессионные фланцы предназначены для систем с давлением до 10 МПа. Также существуют компрессионные , посредством которых выполняется переход из пластиковой трубы на металлическую арматуру.

Вибровставка, она же вставка фланцевая, используется для снижения уровня шума и вибрации, возникающих в процессе эксплуатации трубопровода. Вибровставки выполняются из термически устойчивой резины, имеющей кордовое основание, за счет которого прокладка получает дополнительную жесткость и устойчивость к деформациям.

Вибровставки производятся в диапазоне диаметров 25-800 мм. Они могут устанавливаться на трубопроводы водоснабжения, подачи воздуха, парообразных веществ и других химически нейтральных жидкостей. Вибровставки диаметром 25-200 мм выдерживают давление до 16 МПа, 250-600 мм — до 10 МПа . Рабочая температура резиновой вибровставки до +110 градусов. Такие не повреждаются при линейном удлинении труб, они способны сжиматься и растягиваться на 12-20 мм, в зависимости от размера вибровставки.

Конструктивные особенности фланцевого крепежа

Помимо самой соединительной пластины, состоит из 3-ех элементов:

• болта либо шпильки;
• гайки;
• шайбы.

Согласно положениям ГОСТ №12816, использовать болты можно на трубопроводах с давлением рабочей среды до 25 МПа, если давление в системе превышает данную величину, должна применяться монтажная шпилька (стальной стержень с резьбой но обеих концах), которая обеспечивает большую прочность стыка. В трубопроводах высокого давления (от 100 МПа) используется шпилька из 35-ой стали, при давлении до 100 МПа — шпилька из стали 20Х.

Шайбы для фланцевых соединений представляют собой стальную пластину, подкладываемую под гайку либо шапку болта с целью увеличения ее опорной площади. Для крепежа фланцев допускается применять болты, шпильки и шайбы классов прочности 8.8, 6.6 и 5.6.

На фланцы, установленные на трубопроводах перекачивающих агрессивные жидкости, в обязательном порядке монтируется защитный кожух (КЗХ). Кожух представляет собой чехол из гидфровобного текстиля, листовой стали либо полимерных материалов, который предотвращает расплескивание рабочей среды при потере соединением герметичности.

Защитный кожух выпускается в диаметре 15-1200 мм, наиболее распространенные кожухи из фторопласта могут эксплуатироваться при температуре от -200 до +230 градусов.