Резьбовой фланец — это трубные фланцы с конической внутренней резьбой. Их компоненты включают в себя фланцевую пластину с отверстиями для болтов и уплотнительной поверхностью, резьбовое отверстие для трубы и ступицу, обеспечивающую усиление в месте соединения фланца с трубой.
В этой статье рассматриваются свойства, размеры, методы соединения, области применения резьбовых фланцев, а также проводится сравнение с накладными фланцами.
Основной особенностью резьбовой фланец является коническая внутренняя резьба. Эта коническая конструкция обеспечивает механическое зацепление, надежно фиксирующее соединение без сварки плавлением.
Диапазон размеров резьбовой фланец обычно составляет от ½ дюйма до 4 дюймов NPS, хотя для некоторых классов давления доступны фланцы до 24 дюймов NPS.
Классы давления варьируются от Class 150 до Class 2500, что соответствует широкому диапазону рабочих давлений. Однако в большинстве случаев в промышленности резьбовые фланцы ограничиваются классом 300 и ниже из-за опасений по поводу деформации резьбы при повышенных температурах и давлениях. Варианты обработки поверхности фланцев включают выступающую поверхность (RF), плоскую поверхность (FF) и кольцевое соединение (RTJ), при этом выступающая поверхность является наиболее распространенным вариантом для общего применения.
Резьбовой фланец изготавливаются из кованых материалов, при этом распространенными спецификациями являются ASTM A105 для углеродистой стали и ASTM A182 F304/F316 для нержавеющей стали. Процесс ковки обеспечивает превосходную зернистую структуру и механические свойства по сравнению с литыми аналогами.
Критическим свойством, требующим внимания, является коэффициент снижения напряжения, применяемый к резьбовым соединениям в соответствии с кодом ASME B31.3 для трубопроводов. Резьбовые соединения получают коэффициент снижения прочности 0,60, что означает, что они рассчитаны только на 60% от допустимого напряжения сварных соединений встык.
Размеры резьбовой фланец строго регулируются стандартом ASME B16.5, который включает в себя наружный диаметр фланца, толщину стенки, диаметр окружности расположения болтов, количество болтовых отверстий и диаметр болтовых отверстий для всех классов давления от 150 до 2500.
В таблицах ниже представлены полные данные о размерах резьбовой фланец для различных классов давления.
Размеры Резьбовой Фланец Класса 150
| НПС | Наружный диаметр фланца (дюймы) | Толщина фланца (дюймы) | Диаметр расположения отверстий (дюймы) | Количество болтов | Диаметр отверстия под болт (дюймы) |
| 1/2 | 3.50 | 0.44 | 2.38 | 4 | 0.62 |
| 3/4 | 3.88 | 0.50 | 2.75 | 4 | 0.62 |
| 1 | 4.25 | 0.56 | 3.12 | 4 | 0.62 |
| 1-1/4 | 4.62 | 0.62 | 3.50 | 4 | 0.62 |
| 1-1/2 | 5.00 | 0.69 | 3.88 | 4 | 0.62 |
| 2 | 6.00 | 0.75 | 4.75 | 4 | 0.75 |
| 2-1/2 | 7.00 | 0.88 | 5.50 | 4 | 0.75 |
| 3 | 7.50 | 0.94 | 6.00 | 4 | 0.75 |
| 4 | 9.00 | 0.94 | 7.50 | 8 | 0.75 |
| 6 | 11.00 | 1.00 | 9.50 | 8 | 0.88 |
| 8 | 13.50 | 1.12 | 11.75 | 8 | 0.88 |
| 10 | 16.00 | 1.19 | 14.25 | 12 | 1.00 |
| 12 | 19.00 | 1.25 | 17.00 | 12 | 1.00 |
Размеры резьбовой фланец класса 300
| НПС | Наружный диаметр фланца (дюймы) | Толщина фланца (дюймы) | Диаметр расположения отверстий (дюймы) | Количество болтов | Диаметр отверстия под болт (дюймы) |
| 1/2 | 3.75 | 0.56 | 2.62 | 4 | 0.62 |
| 3/4 | 4.62 | 0.62 | 3.25 | 4 | 0.75 |
| 1 | 4.88 | 0.69 | 3.50 | 4 | 0.75 |
| 1-1/4 | 5.25 | 0.75 | 3.88 | 4 | 0.75 |
| 1-1/2 | 6.12 | 0.81 | 4.50 | 4 | 0.88 |
| 2 | 6.50 | 0.88 | 5.00 | 8 | 0.75 |
| 2-1/2 | 7.50 | 1.00 | 5.88 | 8 | 0.88 |
| 3 | 8.25 | 1.12 | 6.62 | 8 | 0.88 |
| 4 | 10.00 | 1.25 | 7.88 | 8 | 0.88 |
| 6 | 12.50 | 1.44 | 10.62 | 12 | 0.88 |
| 8 | 15.00 | 1.62 | 13.00 | 12 | 1.00 |
| 10 | 17.50 | 1.88 | 15.25 | 16 | 1.12 |
| 12 | 20.50 | 2.00 | 17.75 | 16 | 1.25 |
Размеры резьбовой фланец класса 400
| НПС | Наружный диаметр фланца (дюймы) | Толщина фланца (дюймы) | Диаметр расположения отверстий (дюймы) | Количество болтов | Диаметр отверстия под болт (дюймы) |
| 1/2 | 3.75 | 0.56 | 2.62 | 4 | 0.62 |
| 3/4 | 4.62 | 0.62 | 3.25 | 4 | 0.75 |
| 1 | 4.88 | 0.69 | 3.50 | 4 | 0.75 |
| 1-1/4 | 5.25 | 0.75 | 3.88 | 4 | 0.75 |
| 1-1/2 | 6.12 | 0.81 | 4.50 | 4 | 0.88 |
| 2 | 6.50 | 0.88 | 5.00 | 8 | 0.75 |
| 2-1/2 | 7.50 | 1.00 | 5.88 | 8 | 0.88 |
| 3 | 8.25 | 1.12 | 6.62 | 8 | 0.88 |
| 4 | 10.00 | 1.25 | 7.88 | 8 | 1.00 |
| 6 | 12.50 | 1.44 | 10.62 | 12 | 1.00 |
| 8 | 15.00 | 1.62 | 13.00 | 12 | 1.12 |
| 10 | 17.50 | 1.88 | 15.25 | 16 | 1.25 |
| 12 | 20.50 | 2.00 | 17.75 | 16 | 1.38 |
Размеры резьбовой фланец класса 600
| НПС | Наружный диаметр фланца (дюймы) | Толщина фланца (дюймы) | Диаметр расположения отверстий (дюймы) | Количество болтов | Диаметр отверстия под болт (дюймы) |
| 1/2 | 3.75 | 0.56 | 2.62 | 4 | 0.62 |
| 3/4 | 4.62 | 0.62 | 3.25 | 4 | 0.75 |
| 1 | 4.88 | 0.69 | 3.50 | 4 | 0.75 |
| 1-1/4 | 5.25 | 0.75 | 3.88 | 4 | 0.75 |
| 1-1/2 | 6.12 | 0.81 | 4.50 | 4 | 0.88 |
| 2 | 6.50 | 0.88 | 5.00 | 8 | 0.75 |
| 2-1/2 | 7.50 | 1.00 | 5.88 | 8 | 0.88 |
| 3 | 8.25 | 1.12 | 6.62 | 8 | 0.88 |
| 4 | 10.75 | 1.25 | 8.50 | 8 | 1.00 |
| 6 | 14.00 | 1.56 | 11.50 | 12 | 1.12 |
| 8 | 16.50 | 1.75 | 13.75 | 12 | 1.25 |
| 10 | 20.00 | 2.00 | 17.00 | 16 | 1.38 |
| 12 | 22.00 | 2.19 | 19.25 | 20 | 1.38 |
Минимальная Длина Свинчивания Резьбы Для Соединений NPT
| НПС | Минимальная длина свинчивания (мм) | Количество потоков |
| 1/2 | 13.5 | 8 |
| 1 | 16.2 | 8 |
| 2 | 19.1 | 8 |
| 4 | 25.4 | 8 |
Under-engagement risks joint failure under pressure, while over-engagement can crack the flange body . The use of thread gauges during assembly is recommended to verify proper fit.
Недостаточное сцепление резьбы чревато разгерметизацией соединения под давлением, тогда как чрезмерное затягивание может привести к растрескиванию корпуса фланца. Для проверки правильности посадки в процессе монтажа рекомендуется использовать резьбовые калибры.
Основным методом соединения является механическое резьбовое сочленение. Оно подразумевает взаимодействие внутренней резьбы фланца (стандарта NPT) с внешней резьбой трубы.
Данный тип соединения требует использования резьбового герметика — как правило, это фторопластовая (PTFE) лента или высококачественная резьбовая паста («dope»). Герметик заполняет микроскопические зазоры между вершинами и впадинами резьбы, обеспечивая герметичность соединения под давлением, а также выполняет функцию смазки, предотвращая заедание (схватывание) резьбы в процессе затяжки.
Герметизирующая сварка представляет собой вспомогательный метод соединения, применяемый в тех случаях, когда требуется дополнительная защита от протечек. При таком подходе труба ввинчивается во фланец в обычном порядке, однако по периметру стыка — в месте сопряжения трубы с шейкой фланца — накладывается небольшой угловой сварной шов.
Хотя этот метод и лишает фланцевое соединение его основного преимущества — отсутствия необходимости в сварке, — он создает надежный, герметичный барьер для систем, транспортирующих опасные среды или пар под высоким давлением, где механическое резьбовое соединение само по себе может оказаться недостаточно надежным.
Болтовые фланцевые соединения (стыковые соединения) — это метод, посредством которого фланец сопрягается с остальной частью трубопроводной системы. После того как фланец надежно закреплен на трубе, он соединяется с ответным фланцем с помощью комплекта болтов и уплотнительной прокладки.
При работе с трубопроводами из нержавеющей стали и никелевых сплавов критически важным этапом является правильный выбор уплотнительной прокладки: это необходимо для предотвращения гальванической коррозии и обеспечения герметичности соединения в условиях переменных тепловых нагрузок.
Одним из наиболее распространенных направлений применения резьбовой фланец являются взрывоопасные или пожароопасные производственные среды. На таких объектах, как газоперерабатывающие заводы или нефтехимические предприятия, выполнение «огневых работ» (сварки, резки металла) требует проведения масштабных остановов производства и получения специальных разрешений на безопасность. Резьбовой фланец позволяют безопасно выполнять модификацию или ремонт трубопроводов без риска возникновения открытого пламени или электрической дуги, тем самым обеспечивая непрерывность производственного процесса.
Они также широко используются в трубопроводных системах малого диаметра. Для труб с номинальным диаметром 4 дюйма и менее нарезка резьбы зачастую оказывается более экономически выгодным и быстрым решением, чем сварка. Подобные системы часто встречаются в инженерных коммуникациях, сетях распределения сжатого воздуха и системах водоснабжения низкого давления — там, где высокая механическая прочность, обеспечиваемая сварным швом, не является строго обязательной.
В системах, работающих с высокоагрессивными средами, часто применяются резьбовые фланцы, изготовленные из специализированных сплавов, таких как Inconel или Monel. Эти сплавы часто трудно сваривать из-за их специфической металлургической чувствительности, например, склонности к горячему растрескиванию. Резьбовое соединение обеспечивает надежный способ соединения, позволяющий избежать сложностей высоколегированной сварки, сохраняя при этом химическую стойкость основного металла.
Наконец, фланец с резьбой незаменимы для временных трубопроводов или модульных конструкций. Модульные системы, требующие частой сборки и разборки, выигрывают от обратимого характера резьбовых соединений. В отличие от сварных соединений, которые необходимо обрезать и заново обрабатывать, фланец с резьбой можно отвинчивать, осматривать и использовать повторно, что значительно снижает долгосрочные затраты на техническое обслуживание и количество отходов материалов.
Главное различие заключается в том, как фланец «фиксируется» на трубе.
Насадные фланцы (Slip-On): Эти фланцы спроектированы таким образом, что их внутренний диаметр немного превышает наружный диаметр трубы. Фланец буквально «надевается» на трубу и позиционируется так, чтобы торец трубы был слегка смещен внутрь относительно зеркала фланца.
Резьбовые фланцы (Threaded): Эти фланцы имеют внутреннюю резьбу (обычно стандарта NPT), которая соответствует наружной резьбе на трубе. Соединение осуществляется путем ввинчивания трубы во фланец — по принципу соединения гайки и болта.
Именно здесь эти два типа фланцев наиболее существенно различаются с точки зрения трудозатрат и требований к сертификации.
Насадные фланцы (двойной сварной шов): Для обеспечения надежного и герметичного соединения насадной фланец (SO) требует наложения двух угловых сварных швов: одного снаружи (в области ступицы) и одного изнутри (у торца трубы).
Резьбовые фланцы (без сварки): Главное преимущество резьбового фланца заключается в том, что его можно установить без применения сварки. Это критически важно в средах с высокой пожаро- и взрывоопасностью (например, на действующих нефтеперерабатывающих заводах), где проведение «огневых работ» или использование открытого пламени запрещено из-за риска взрыва. Тем не менее, иногда накладывается небольшой «герметизирующий шов» (seal weld), чтобы предотвратить самопроизвольное отвинчивание резьбы под воздействием вибрации.
Хотя оба типа фланцев широко применяются в системах классов давления 150 и 300, их механические пределы различаются.
Усталостная прочность: Насадные фланцы, как правило, обладают меньшим ресурсом усталостной прочности по сравнению с фланцами под приварку встык (Weld Neck), однако они более устойчивы к вибрации, чем резьбовые фланцы. Конструкция насадного фланца с двойным сварным швом обеспечивает более жесткое и монолитное соединение.
Риск протечек: Резьбовые соединения по своей природе более склонны к «просачиванию» (weeping) или возникновению микротечей, особенно в системах, подверженных резким перепадам температур (быстрому нагреву и охлаждению). По мере расширения и сжатия металла резьбовое соединение может ослабевать. Сварные швы насадных фланцев после остывания обеспечивают полную герметичность.
Выбор типа фланца часто определяется характеристиками самой трубы.
Ограничения для резьбовых соединений: Резьбовые фланцы нельзя использовать на тонкостенных трубах (например, стандартов Schedule 5S или 10S). Как правило, резьбовые фланцы применяются только для труб стандарта Schedule 40 и труб с более толстыми стенками. Универсальность насадных фланцев (Slip-On): фланцы типа SO могут применяться практически с любыми типоразмерами труб, поскольку угловой сварной шов накладывается на внешнюю поверхность, не нарушая целостности стенки трубы.
Подводя итог: выбирайте насадной фланец, если вам необходимо создать надежное герметичное соединение, способное выдерживать механические нагрузки и вибрацию. Выбирайте резьбовой фланец для вспомогательных трубопроводов низкого давления, систем, требующих частого технического обслуживания, или для «безискровых» зон, где проведение сварочных работ исключено.
Мы будем рады рассмотреть ваши запросы в рамках вашего следующего проекта.
0086 193 3990 0211
No.289, Рынок нержавеющей стали, район Синьву, Уси, Китай
