Справочник по фланцам из углеродистой стали и их размерам

Определение правильного размера фланца является одной из наиболее важных задач при проектировании, обслуживании и закупках трубопроводной системы. Несоответствие размеров фланцев может привести к утечкам, сбоям в работе системы и дорогостоящим простоям. Фланцы из углеродистой стали являются одними из наиболее широко используемых в промышленных трубопроводах из-за их прочности, доступности и универсальности, но они выпускаются в широком диапазоне размеров, классов давления и типов поверхностей, которые необходимо правильно идентифицировать перед любой установкой или заменой. В этом руководстве вы узнаете все, что вам нужно знать о том, как определить размер фланца из углеродистой стали, включая основные размеры для измерения и стандарты, которые их регулируют.

Что определяет размер фланца из углеродистой стали?

«Размер» фланца — это не одно измерение — это комбинация нескольких размерных параметров, которые вместе определяют, совместимы ли два фланца и подходят ли они для определенной эксплуатации. Фланцы из углеродистой стали, изготовленные в соответствии со стандартами ASME B16.5 и ASME B16.47, являются наиболее распространенными в промышленных трубопроводах, и их размеры точно указаны в этих документах.

Основные идентификаторы размеров любого фланца из углеродистой стали включают номинальный размер трубы (NPS), класс давления, диаметр окружности болтов, количество и диаметр отверстий под болты, внешний диаметр фланца, толщину фланца и диаметр отверстия. Понимание каждого из этих параметров и того, как они взаимодействуют, необходимо для точной идентификации фланцев в полевых условиях или во время инженерного проектирования.

Номинальный размер трубы: отправная точка для идентификации фланца

Номинальный размер трубы (NPS) — это первый и наиболее фундаментальный размер, используемый для описания фланца из углеродистой стали. Важно понимать, что NPS — это стандартизированное обозначение, которое не соответствует напрямую каким-либо физическим измерениям на самом фланце. Для труб размером 14 дюймов и более NPS равен внешнему диаметру трубы в дюймах, но для размеров менее 14 дюймов NPS является только номинальным справочным значением.

Чтобы определить NPS фланец из углеродистой стали когда документация отсутствует, наиболее надежным методом является измерение внешнего диаметра фланца, а затем сопоставление этого измерения со стандартной таблицей размеров фланца. Каждая комбинация NPS и класса давления дает определенный внешний диаметр, поэтому сопоставление измеренного значения с таблицей подтвердит номинальный размер. Например, внешний диаметр фланца NPS 4 класса 150 составляет 9,00 дюйма, а диаметр фланца NPS 4 класса 300 – 10,75 дюйма, что демонстрирует, что класс давления существенно влияет на физический размер фланца даже при том же номинальном размере трубы.

Как точно измерить размеры шпоночного фланца

Если фланцы уже установлены или удалены из документации, физическое измерение является единственным надежным способом определить размер фланца. Для точности используйте калиброванный штангенциркуль или внешний микрометр. Следующие измерения следует проводить систематически:

Внешний диаметр (НД)

Измерьте всю поверхность фланца от одного внешнего края до противоположного внешнего края, проходя через центр. Это внешний диаметр фланца. Запишите это значение в дюймах или миллиметрах и сравните его с таблицей эталонных стандартов. Этого единственного измерения в сочетании с количеством отверстий для болтов, описанным ниже, часто бывает достаточно, чтобы сузить NPS и класс до одного или двух вариантов.

Диаметр окружности болта (BCD)

Диаметр окружности болта — это диаметр воображаемой окружности, проходящей через центр каждого отверстия под болт. Чтобы измерить его, измерьте расстояние от центра одного отверстия для болта до центра противоположного отверстия для болта. Если отверстия не расположены прямо напротив друг друга (что происходит при нечетном количестве отверстий под болты), измерьте расстояние от центра одного отверстия до средней точки между двумя соседними отверстиями на фланце и примените геометрическую коррекцию. BCD является высоконадежным идентификатором в сочетании с количеством и диаметром отверстий для болтов.

Количество и диаметр отверстий для болтов

Подсчитайте общее количество отверстий под болты вокруг поверхности фланца. Каждая комбинация NPS и класса давления имеет определенное количество отверстий для болтов. Затем измерьте диаметр одного болтового отверстия с помощью внутреннего штангенциркуля. Эти две ценности вместе значительно сужают идентификацию. Например, фланец NPS 6 класса 150 имеет восемь отверстий для болтов диаметром 0,88 дюйма, а фланец NPS 6 класса 300 имеет двенадцать отверстий для болтов диаметром 0,88 дюйма — одинаковый диаметр отверстий, но разное количество, что четко различает эти два элемента.

Диаметр отверстия

Отверстие – это внутреннее отверстие, через которое соединяется труба. Измерьте внутренний диаметр отверстия на торце фланца. Этот размер помогает подтвердить совместимость спецификации труб. Например, приварной фланец из углеродистой стали будет иметь отверстие, соответствующее внутреннему диаметру соединительной трубы, который варьируется в зависимости от спецификации (толщина стенки). Это особенно важно для фланцев с приварной шейкой, где отверстие должно точно соответствовать трубе, чтобы обеспечить ровный и герметичный сварной шов.

Справочная таблица размеров фланцев из углеродистой стали

В следующей таблице представлены основные размеры обычных фланцев из углеродистой стали в соответствии с ASME B16.5, класс 150, который является наиболее часто встречающимся классом давления в общепромышленных трубопроводах:

Класс давления: почему изменяется физический размер фланца

Фланцы из углеродистой стали в соответствии с ASME B16.5 производятся в семи классах давления: 150, 300, 600, 900, 1500 и 2500. Класс давления не указан на видном месте на каждом фланце, поэтому знание того, как он влияет на размеры, имеет решающее значение для идентификации, когда маркировка изношена или отсутствует.

По мере увеличения класса давления фланец становится физически больше и тяжелее при том же номинальном диаметре. Внешний диаметр увеличивается, толщина фланца увеличивается, а количество отверстий под болты также может увеличиться для распределения более высоких требуемых зажимных усилий. Например, фланец NPS 4 класса 150 весит примерно 7,5 фунтов, а фланец NPS 4 класса 2500 из того же материала из углеродистой стали весит более 50 фунтов. Если вы работаете с неопознанным фланцем и он кажется необычно толстым или тяжелым для своего размера отверстия, следует заподозрить более высокий класс давления и подтвердить его путем тщательного измерения по таблицам размеров для конкретного класса.

Типы торцов фланцев и их влияние на размер

Помимо размерных параметров, решающим фактором совместимости является тип поверхности фланца из углеродистой стали. Наиболее распространенные типы лица:

• Поднятое лицо (RF): Самый распространенный тип, имеющий выпуклую круглую область вокруг отверстия, где находится прокладка. Выступающая поверхность имеет определенную высоту (1/16 дюйма для классов 150 и 300; 1/4 дюйма для класса 600 и выше), которую необходимо учитывать при расчете монтажных размеров трубопровода.
• Плоская поверхность (FF): Вся поверхность фланца находится заподлицо, без выступов. Используется при сопряжении с фланцами из чугуна или ковкого чугуна для предотвращения растрескивания из-за неравномерной нагрузки. Отверстия под болты и наружные размеры остаются такими же, как и у RF для того же размера NPS и класса.
• Кольцевое соединение (RTJ): Имеет обработанную канавку на лицевой стороне, в которую можно установить металлическую кольцевую прокладку. Используется в условиях высокого давления и высоких температур. Для обеспечения уплотнения размеры канавок должны точно соответствовать размеру кольцевой прокладки.
• Язык и паз (T&G): Сопряженные фланцы имеют одну грань с выступающим кольцом (шип), а другую - с соответствующим углублением (пазом). Они всегда должны быть соединены вместе и не могут сопрягаться с плоскими или выступающими фланцами.

При выборе фланца для замены или сопряжения всегда визуально проверяйте тип поверхности перед заказом замены. Установка фланца с выступающей поверхностью на плоскую поверхность или систему RTJ без адаптации приведет к нарушению герметичности независимо от того, насколько точны другие размеры.

Чтение маркировки фланцев и термоштампов

Большинство фланцев из углеродистой стали, изготовленных по стандартам ASME, имеют штампованную или рельефную маркировку на внешнем крае или поверхности ступицы фланца. Научиться читать эти маркировки — самый быстрый способ определить размер фланца без физического измерения. Типичная последовательность маркировки соответствует следующему формату:

• Материал класса: Для фланцев из углеродистой стали общие обозначения включают A105 (для эксплуатации при высоких температурах) и A350 LF2 (для эксплуатации при низких температурах). Он появляется первым в строке маркировки.
• Класс давления: Маркируется как «CL150», «300#» или аналогичным обозначением в зависимости от соглашения производителя.
• НПС: Номинальный размер трубы, обычно указывается в виде простого числа, например «4» или «6».
• Стандарт: Ссылка на руководящий стандарт, например «B16.5» или «ASME B16.47 Series A».
• Номер плавки: Код отслеживания, связывающий фланец с отчетом об испытаниях материала (MTR), что важно для сосудов под давлением и критически важных приложений.

Если маркировка частично скрыта краской, коррозией или механическим повреждением, очистите поверхность фланца проволочной щеткой или растворителем, прежде чем пытаться прочитать штампы. В случаях, когда маркировка совершенно неразборчива, подходящей процедурой является полноразмерное измерение в сочетании с проверкой материала посредством испытания на твердость или PMI (положительная идентификация материала).

Распространенные ошибки при определении размеров фланцев из углеродистой стали

Даже опытные инженеры по трубопроводам и обслуживающий персонал допускают ошибки при определении размеров фланцев в условиях нехватки времени. Наиболее частые ошибки включают предположение, что диаметр отверстия равен NPS, что неверно для труб диаметром менее 14 дюймов. Другая распространенная ошибка — сопоставление фланцев только по наружному диаметру без проверки класса давления — два фланца могут иметь одинаковый внешний диаметр, но принадлежать к разным классам давления с разным диаметром окружности болтов, что делает их несовместимыми. Измерение диаметра отверстия для болта, а не размера болта, также является источником путаницы: отверстия для болтов всегда немного больше диаметра болта, чтобы обеспечить выравнивание, поэтому отверстие для болта размером 0,88 дюйма подходит для болта 3/4 дюйма, а не болта 7/8 дюйма. Подтверждение фактической спецификации болта по стандарту, а не только диаметра отверстия, гарантирует использование правильных крепежных деталей во время повторной сборки.