Рекомендации по выбору накидных фланцев и фланцев с приварной горловиной

Выбор между накидным фланцем и фланцем с приварным воротником определяется классом давления, средой, прочностью соединения и бюджетом. Здесь оба типа сопоставлены по этим факторам с показателями сварного шва, уплотнительной поверхности и стоимости. В мягких условиях рабочим элементом остаются фланцевые прокладки, а при высоком давлении и агрессивных средах соединение делают сварным.

Выбор по классу давления

Класс давления задаёт исходные условия соединения. До класса 600 внутренние нагрузки в трубе невелики, и накидной фланец с угловым швом обеспечивает достаточную прочность. От класса 900 и выше практическим стандартом становится фланец с приварным воротником.

• Классы 150–600 — накидные фланцы на линиях охлаждающей воды, сжатого воздуха и общих жидкостей при 150, 300 и 600 LB.
• Классы 900–2500 — фланцы с приварным воротником на паре, термомасле и газе высокого давления при 900, 1500 и 2500 LB.
• Коэффициент прочности сварного шва — 0.7–0.8 у углового шва накидного фланца против 0.9–1.0 у стыкового шва воротникового фланца.
• Коэффициент концентрации напряжений (ККН) — 1.5–2.0 у накидных и 1.0–1.2 у воротниковых фланцев, длинная шейка которых распределяет нагрузку.

В системах низкого давления шероховатость уплотнительной поверхности накидных фланцев составляет Ra 3.2 мкм, утечка — менее 0.01%, усталостная долговечность — свыше 100 000 циклов. В системах высокого давления сварная шейка держит утечку ниже 0.001% и долговечность свыше 500 000 циклов в диапазоне температур и давлений ASME B16.5.

Таблица 1. Сопоставительные показатели накидных и воротниковых фланцев в типовых промышленных условиях. Итоговые значения зависят от материала фланца, типа прокладки и порядка затяжки.

Выбор по среде и условиям эксплуатации

Среда определяет, насколько герметичным должно быть соединение. Некоррозионные жидкости и газы при умеренной температуре уверенно обслуживают накидные фланцы с выступающей поверхностью (RF), а простой угловой шов упрощает ремонтные работы. Коррозионные среды, горючие и взрывоопасные газы требуют трубные фланцы с приварным воротником, кольцевым соединением (RTJ) и коррозионностойкими материалами.

• Общие жидкости и газы — вода, воздух, нефть и спирты: накидные фланцы, скорость коррозии ниже 0.1 мм/год, срок службы свыше 10 лет.
• Коррозионные среды — кислоты и щёлочи: воротниковые фланцы из нержавеющей стали 316L или легированных сталей, скорость коррозии ниже 0.01 мм/год, срок службы свыше 20 лет.
• Горючие и взрывоопасные газы — водород и природный газ: фланцы с приварным воротником и уплотнением RTJ, твёрдость поверхности HB 200–250 для износостойкости.

Та же логика действует для отделки уплотнительной поверхности: твёрдость HB 150–200 и шероховатость Ra 3.2 мкм достаточны для типовых сред, тогда как в агрессивных средах лучше работают Ra 1.6 мкм и HB 200–250 — они устойчивее к задиру и износу при повторных затяжках.

Стоимость, монтаж и срок службы

Бюджет важнее всего в некритичных системах, однако закупочная цена — лишь часть общей картины.

• Стоимость изготовления — накидные фланцы на 30–50% дешевле воротниковых: меньше металла и проще механическая обработка.
• Стоимость монтажа в системах низкого давления — на 20–30% ниже у накидных фланцев благодаря простой сборке.
• Стоимость обслуживания в системах высокого давления — на 40–60% ниже у фланцев с приварным воротником, которые сохраняют герметичность при тепловых циклах.
• Срок службы — в критичных условиях воротниковые фланцы служат в 2–3 раза дольше, поэтому их цена выше на 50–100% окупается за срок эксплуатации объекта.

Для мелкого оборудования и некритичных трубопроводов, например линий охлаждения или воздуха, накидные фланцы дают наименьшую стоимость соединения. Для нефтехимических установок, газопроводов высокого давления и долгоживущих объектов общие затраты ниже у фланцев с приварным воротником, несмотря на более высокую закупочную цену.

Частые вопросы

Какой фланец применять выше класса 900?

Фланец с приварным воротником. В диапазоне классов 900–2500 стыковая приварка даёт коэффициент прочности шва 0.9–1.0 и ККН 1.0–1.2, тогда как накидной фланец ограничен угловым швом с показателем 0.7–0.8.

Можно ли использовать накидные фланцы в коррозионных средах?

Только при слабой агрессивности среды. Для кислот, щелочей, горючих и взрывоопасных газов применяют воротниковые фланцы из стали 316L или легированных сталей с уплотнением RTJ: коррозия остаётся ниже 0.01 мм/год против 0.1 мм/год у накидных фланцев в типовых средах.

Какую отделку уплотнительной поверхности выбирают?

Для накидных фланцев типичны Ra 3.2 мкм и твёрдость HB 150–200, для воротниковых — Ra 1.6 мкм и HB 200–250, что лучше противостоит износу в агрессивных средах.

Стоит ли переплачивать за фланец с приварным воротником?

При высоких требованиях по давлению, температуре и безопасности — да: закупочная цена на 50–100% выше, чем у накидного фланца, но срок службы в 2–3 раза больше, а расходы на обслуживание ниже на 40–60%.