Что такое фланец с приварной горловиной?

Фланец с приварной горловиной — кованый фланец с длинной конической горловиной, который приваривается к трубе встык, поэтому прочность соединения близка к прочности стенки трубы. Такая конструкция делает его основным выбором для высоких давлений и температур и опасных сред, а для герметичности стыка по-прежнему нужны подходящие фланцевые прокладки.

Конструкция фланца с приварной горловиной

Фланец с приварной горловиной имеет дискообразную форму и состоит из четырех основных элементов. Горловина плавно сужается от кольца фланца к концу под сварку, где толщина стенки совпадает с толщиной трубы. Переход распределяет концентрированные напряжения в месте соединения фланца с трубой, повышает жесткость конструкции и предотвращает разрушение стыка под действием изгибающих моментов. Торец горловины обрабатывают скосом (V- или U-образным) под наружный диаметр трубы для стыковой сварки с полным проплавлением.

• Кольцо фланца — дискообразное основание с равномерно расположенными отверстиями под болты для стягивания с ответным фланцем.
• Коническая горловина — признак, отличающий фланец с приварной горловиной от накладных и нахлесточных фланцев: толщина стенки плавно уменьшается к торцу и обычно равна толщине стенки трубы.
• Уплотнительная поверхность — обрабатывается на лицевой части и выбирается в зависимости от рабочей среды, класса давления и типа прокладки.
• Скос под сварку — V- или U-образная подготовка торца горловины под наружный диаметр трубы для стыковой сварки с полным проплавлением.

Фланец с приварной горловиной: коническая горловина определяет тип изделия.

Уплотнительные поверхности фланца с приварной горловиной; выбор определяется средой, классом давления и типом прокладки.

Распространенные материалы — углеродистая сталь A105, нержавеющая сталь F304/F316 и легированная сталь F11/F22; выбор определяется коррозионной стойкостью, предельной температурой и прочностью.

Монтаж и соединение с трубой

Фланец с приварной горловиной приваривается к трубе встык с полным проплавлением, и именно шов дает преимущество перед накладным фланцем с угловыми швами. Основные этапы:

• Выравнивание — совмещают торец трубы и скос горловины по внутреннему или наружному диаметру, чтобы отверстия были без ступени: она вызывает турбулентность и накопление коррозионных отложений. Перпендикулярность уплотнительной поверхности к оси трубы проверяют угольником.
• Сварка — многопроходная стыковая сварка строго по квалифицированной технологии (протокол PQR). Толщина горловины соответствует толщине стенки трубы, поэтому в зоне шва нет резкого изменения сечения и напряжения распределены равномерно.
• Послесварочная термообработка и неразрушающий контроль — для легированной стали и толстостенных труб обычно требуется термообработка (PWHT) для снятия остаточных напряжений, а затем радиографический или ультразвуковой контроль на трещины и непровар.
• Затяжка — устанавливают указанные болты и прокладки и затягивают динамометрическим ключом по схеме «звезда» в несколько этапов, чтобы уплотнительная поверхность сжималась равномерно.

Выравнивание и сварка: стыковой шов с полным проплавлением.

Особенности соединения: качество шва сопоставимо с основным металлом, а коническая горловина добавляет гибкость, поэтому стык выдерживает усталостные нагрузки от термического расширения, пульсаций давления и внешних нагрузок трубопровода.

Где применяются фланцы с приварной горловиной

Фланцы с приварной горловиной применяют там, где трубопровод работает при высоких или низких температурах, высоком давлении или с опасными средами. На практике для четырех групп условий выбирают трубные фланцы такого типа:

• Высокие температуры и давление — нефтепереработка, каталитический крекинг, гидрокрекинг и магистральные паропроводы ТЭС: температура среды часто превышает 400 °C (752 °F), давление достигает класса 900 (15.0 MPa) или класса 2500 (42.0 MPa) и выше.
• Токсичные, горючие и взрывоопасные среды — сероводород, водород, толуол и аналогичные среды: сварной шов с полным проплавлением убирает путь утечки, и остается только уплотнительная поверхность с прокладкой. Варианты RTJ используют кольцевую металлическую прокладку, которая сохраняет герметичность при колебаниях давления.
• Сложные внешние нагрузки — патрубки насосов, компрессоров и крупных клапанов, а также морские платформы под ветровыми и волновыми нагрузками, где на стык действуют вибрация, изгибающие моменты и осевое растяжение.
• Низкие температуры и криогеника — установки СПГ и разделения воздуха при температурах до -196 °C (-321 °F): фланцы из аустенитной нержавеющей или низкотемпературной углеродистой стали, где коническая горловина снижает напряжения от сжатия и предотвращает хрупкое разрушение.

Подбор и стандарты

Фланец с приварной горловиной дороже в изготовлении и сложнее в монтаже, чем накладной или нахлесточный, но дает структурную целостность, усталостную прочность и надежность герметизации на весь срок службы линии. Подбор ведут по ASME B16.5, ASME B16.47 или GB/T 9124, согласуя класс давления, тип уплотнительной поверхности и материал со средой и температурой.

• Согласуйте класс давления и тип поверхности со средой, температурой и типом прокладки.
• Согласуйте толщину стенки горловины с калибром трубы, чтобы шов получал плавный переход.
• Заказывайте крепеж и прокладку вместе с фланцем, чтобы соединение было укомплектовано на площадке.

Часто задаваемые вопросы

Чем фланец с приварной горловиной отличается от накладного фланца?

Фланец с приварной горловиной приваривается к трубе встык через коническую горловину: шов дает полное проплавление, а соединение выдерживает изгиб и усталость. Накладной фланец надевается на трубу и приваривается угловыми швами — это дешевле, но слабее при циклических и высокотемпературных нагрузках.

Какие уплотнительные поверхности бывают у фланца с приварной горловиной?

Выполняют плоскую (FF), выступающую (RF), «папа-мама» (MFM), «язычок и паз» (TG) и кольцевую (RTJ) поверхности. RF закрывает большинство технологических трубопроводов, RTJ выбирают для более высоких классов давления с кольцевой металлической прокладкой.

Всегда ли нужна послесварочная термообработка?

Нет. Необходимость термообработки зависит от материала и толщины стенки. Тонкостенные соединения из углеродистой стали часто сваривают без нее, а для легированной стали и толстостенных труб термообработка обычно требуется для снятия остаточных напряжений перед контролем.

Можно ли применять фланец с приварной горловиной при криогенных температурах?

Да. Фланцы из аустенитной нержавеющей или низкотемпературной углеродистой стали применяют до -196 °C (-321 °F) на установках СПГ и разделения воздуха: коническая горловина ограничивает напряжения от сжатия и предотвращает хрупкое разрушение.