как фланец крепится к трубе

Основные типы фланцев и способы крепления к трубе 🚧

Инструменты и оснастка для монтажа

• Измерительный инструмент и выверка: рулетка, нутромер, уровни, лазерный/шнуровый нивелир, щупы, линейки, индикаторы соосности.
• Сварочное и слесарное: резаки/отрезные станки, фаскосниматели, сварочные источники (MMA/GTAW/GMAW), подогреватели, термокарандаши, присадки, зажимы.
• Болтовой инструмент: динамометрические ключи/шпилечные натяжители, смазки для резьбы, шайбы, набор шпилек/гаек, прокладки (SPW, RTJ, паронит, графит).

Подготовка трубы и фланца перед присоединением

Кромки трубы обрабатывают до требуемой геометрии: для стыковой сварки выполняют фаску (обычно V или U по карте технологии), обеспечивают зазор корня и соосность. Торец трубы для Slip-On/Socket Weld ровняют и снимают фаску для качественного провара кольцевого шва. Поверхности уплотнения фланца очищают, проверяют неразрушающими методами при необходимости; мелкие риски устраняют, глубокие повреждения — основание для браковки.

Совмещение отверстий делают так, чтобы компенсировать термические деформации: воротниковый фланец ориентируют по болтовому кругу заранее, прихватки выполняют в шахматном порядке. Контролируют биение посадочной поверхности (обычно до 0,5–1,0 мм на диаметр болтового круга в зависимости от НТД). Ключевое правило: тип прокладки выбирают строго под тип уплотнительной поверхности (RF/FF/RTJ/TG) и параметры среды.

Как фланец крепится к трубе: технология для распространённых видов

Воротниковый приварной. Фланец надевают на трубу, совмещают скос воротника с фаской трубы, выставляют соосность. Делают прихватки 4–8 точками, проверяют биение. При необходимости — предварительный подогрев по расчету углерода эквивалентного (CE). Выполняют корневой проход (часто GTAW для нержавеющих сталей), затем заполняющие и облицовочные слои. После сварки — контроль (ВИК, РК/УЗК по НТД), термообработка снятия напряжений при необходимости. Поверхность уплотнения защищают от брызг и перегрева во время сварки.

Плоский (Slip-On). Фланец надевают на трубу до проектной отметки, контролируют вылет торца относительно плоскости фланца (зазор под двусторонний шов). Делают два кольцевых шва — внутренний и наружный, обеспечивая полный провар и отсутствие подрезов. Кромки тщательно очищают от шлака/окалины, так как остатки могут попасть на уплотнительную поверхность.

Розетковый (Socket Weld). Трубу вставляют в гнездо до упора, затем отводят на технологический зазор (обычно 1,5–2 мм) для компенсации усадки шва, после чего выполняют круговой угловой шов. Особое внимание — исключению капиллярной коррозии в гнезде: применяют качественную очистку и соответствующие материалы, иногда герметизирующие кольца по проекту.

Резьбовой. На трубе нарезают наружную коническую или цилиндрическую резьбу по стандарту, применяют герметик (лён, фум-лента, анаэроб), наворачивают фланец до упора с нужной ориентацией болтовых отверстий. Дальнейшее уплотнение обеспечивается прокладкой между фланцами. Важно не «дотягивать» резьбу рычагами сверх норм — это ведет к трещинам и усталости.

Свободный на патрубке (Lap Joint). К трубе приваривают отбортовку/штуцер (stub end) со своей уплотнительной кромкой, на трубу заранее надевают свободный фланец. После сварки патрубка свободный фланец легко ориентируют по отверстиям ответной части, что упрощает сборку в стеснённых условиях и на больших диаметрах.

Глухой (Blind). Используется для заглушения линии. Применяют как временно (испытания, консервация), так и постоянно (резервные ответвления). Монтаж сводится к установке прокладки и равномерной болтовой затяжке с учётом изгибающей нагрузки на диск.

Поверхности уплотнения и прокладки 🧪

Распространены Raised Face (RF) — выступающая поверхность с концентрическими рисками (типичная шероховатость Ra ~3,2–6,3 мкм), Flat Face (FF) — плоская, Male/Female (шип-паз), Tongue/Groove (шип/паз) и Ring-Type Joint (RTJ) — металлическое кольцевое уплотнение. Для RF/FF применяют паронитовые, графитовые, армированные, спирально-навитые (SWG) прокладки. Для RTJ — точные стальные кольца профиля R/RX/BX.

При выборе учитывают химическую совместимость, температуру, давление и допуски по сжатию. Для нержавеющих труб на углеродных фланцах предусматривают изоляционные комплектующие для предотвращения гальванической коррозии. Не допускается ставить мягкую прокладку между двумя RTJ-канавками или смешивать FF и RF без переходных решений.

Универсальная процедура болтовой сборки

1. Осмотр посадочных поверхностей и прокладки; прокладка центрируется по посадке, а не по болтам. Нити, смазка и шайбы — по спецификации; резьбу и опорные поверхности гаек смазывают тонким слоем одобренной смазки.
2. Предварительная сборка: шпильки вставляют крест-накрест, притяжка «от руки». Следят за равномерным зазором по периметру.
3. Многоступенчатая затяжка в звёздной последовательности: 30% расчётного момента, 60%, 100%, затем круговой проход по часовой стрелке для выравнивания. Для больших диаметров и RTJ — применяют натяжители.
4. Контроль момента/удлинения: повторная проверка после 10–30 минут «отдыха» соединения, при необходимости — дополнительная дотяжка.

Никогда не тяните болты по кругу сразу на полный момент — это главный источник утечек и перекосов.

Контроль качества и испытания

После сварки и сборки проводят визуально-измерительный контроль, при необходимости — капиллярный/магнитопорошковый/ультразвуковой контроль швов. Для высоких классов давления проверяют посадочные поверхности (высота выступа RF, отсутствие вмятин/ступенек). Гидростатические испытания выполняют водой с ингибитором коррозии, давление — согласно проекту (обычно 1,3–1,5 рабочего). Вакуумные/пневматические испытания требуют специальных мер безопасности и ограничений по энергии.

Протокол испытаний фиксирует: метод, температуру и давление среды, длительность, утечки/«потения», величину остаточной затяжки. Болты маркируют/опломбируют, если это предусмотрено регламентом.

Типичные ошибки и как их избежать

• Несоответствие прокладки поверхности — срезы, выдавливание, утечки; всегда сопоставляйте RF/FF/RTJ и выберите материал по среде.
• Перекос фланцев и неравномерный момент — эллипсность прокладки и «холодные» течи; применяйте звёздную схему и многоступенчатую затяжку.
• Сварка без защиты поверхности — перегрев RF/царапины; закрывайте уплотнительную зону термощитами, шлифуйте по допуску при повреждении.

Материалы, совместимость и защита

Материал фланца подбирают к материалу трубы и среде: углеродистые стали для воды/пара умеренных температур, низколегированные — для холодных условий, нержавеющие — для коррозионно-агрессивных сред, сплавы (Duplex, Ni) — для морской воды/кислых сред. При сочетании разнотипных сталей учитывают коэффициенты теплового расширения и электрохимические пары; при необходимости ставят изоляционные комплекты (диэлектрические прокладки и втулки).

Покрытия: внешняя поверхность защищается лакокрасочными системами, цинкованием или металлическими обмотками; уплотнительные поверхности не красят. Для подземных участков применяют ленты и мастики по проекту.

Нормативные документы и полезные выдержки

Широко применяются: ГОСТ 12815–12822 (исполнения и типы фланцев), ГОСТ 33259-2015 (фланцы общепромышленного назначения), ASME B16.5/B16.47 (стал. фланцы), EN 1092-1 (европейские), API 6A (арматура для скважин, RTJ), ISO 7005.

Фрагменты требований (информативно):
- ГОСТ 12815-80: Исполнения уплотнительных поверхностей (п.п. 2.1–2.5), допуски плоскостности.
- ASME PCC-1: Рекомендации по сборке фланцевых соединений, смазкам и процедурам затяжки.
- СП 36.13330: Испытания трубопроводов, коэффициенты испытательного давления.
  

Персоны

Джозеф Уитворт — британский инженер, стандартизировал резьбы и калибры, что сделало возможной взаимозаменяемость болтов/шпилек и массовое внедрение фланцевых соединений.

Уильям Фэйрберн — пионер прочности котлов и трубопроводов; его исследования прочности оболочек и заклёпочных/фланцевых соединений заложили основу инженерных расчётов для безопасной работы трубопроводных систем.

Примечания по проектированию

Расчёт фланцевых соединений выполняют по нормам (например, ГОСТ/EN/ASME) с учётом сил от давления, температурных расширений, изгибающих моментов от веса и вибрации. В критичных местах — применение расчёта болтов по преднатяжению, учёт коэффициента трения и смазки, проверка на утечку по критерию уплотнения (gasket seating stress). Для RTJ необходимо обеспечить правильный профиль и твёрдость кольца относительно материала фланца.

Практические советы

На больших диаметрах используйте направляющие штифты и клиновые домкраты для выверки плоскостей; на нержавейке — чистые инструменты, чтобы исключить загрязнение углеродистой сталью; храните прокладки в сухом, плоском положении, избегая ультрафиолета для неметаллических материалов. Для сред с циклическими режимами рассматривайте контроль остаточной затяжки через 24–48 часов эксплуатации.

FAQ по смежным вопросам