Руководство по трубным фланцам ASME B16.5: классы давления, материалы и размеры

Во время модернизации трубопроводов инженер заказал двадцать фланцев класса 150 для 6-дюймового паропровода, который планировалось использовать при давлении 200 фунтов на квадратный дюйм. Когда окружности болтов не соответствовали соседним фланцам клапана класса 300, несоответствие было связано с классом давления, а не с размером трубы. Это частая ошибка, когда Фланцы труб ASME B16.5 выбираются только по размеру. Фланец, подходящий к отверстию трубы, все равно может не соответствовать ответному клапану, типу прокладки или требуемой длине болта. ASME B16.5 является мировым эталоном фланцевых соединений, охватывающим размеры от NPS 1/2 до NPS 24 в шести классах давления и определяющим размеры, допуски, материалы и требования к испытаниям. Это руководство превращает стандарт в практические шаги по выбору для инженеров, покупателей и инспекторов по качеству.

Область применения ASME B16.5: от NPS 1/2 до 24 в шести классах давления.

ASME B16.5 применяется к фланцам труб размером от NPS 1/2 до NPS 24 и определяет шесть классов давления: класс 150, 300, 600, 900, 1500 и 2500. Каждый класс имеет свою собственную таблицу номинальных значений давления и температуры, минимальную толщину стенки и расположение болтов. Стандарт также распространяется на переходные фланцы, фланцевые фитинги и фланцевые заглушки в этом диапазоне размеров.

Стандарт был пересмотрен, чтобы привести его в соответствие с текущими методами производства и нормами для сосудов под давлением. Таблицы давления и температуры построены на основе концепции расчетного напряжения, поэтому более высокий класс не только увеличивает толщину стенок, но также меняет расположение болтов, материал болтов и требования к прокладкам.

Выбор класса давления по условиям работы

Выбор класса определяется номинальным давлением и температурой, а не только номинальным давлением в трубе.

В таблицах ASME B16.5 указано максимально допустимое рабочее давление для каждого материала при различных температурах. Фланец класса 150 из углеродистой стали A105 рассчитан на давление 285 фунтов на квадратный дюйм при 100 градусах F, но это значение падает до 230 фунтов на квадратный дюйм при 500 градусах F. Если линия выдерживает давление 250 фунтов на квадратный дюйм при 500 градусах F, минимально приемлемым выбором является фланец класса 300.

Также необходимо оценить внешние нагрузки от подключенных насосов, тепловое расширение и силу посадки прокладки. Для трубопровода, находящегося в условиях постоянной вибрации или периодических перепадов давления, повышение на один класс выше расчетного минимума является консервативной и широко практикуемой стратегией.

При выборе фланца для нового проекта укажите расчетное давление, расчетную температуру, поверхность фланца, тип прокладки и группу материала. Затем поставщик может сопоставить класс и опции. Для насосов высокого давления обычно выбирают фланец класса 1500 или 2500, чтобы уменьшить прогиб торцевого фланца при высоких нагрузках на посадочное место.

Подбор материалов: углеродистая сталь, нержавеющая сталь и дуплексная сталь.

Выбор материала зависит от номинального давления и температуры, химического состава жидкости и требований к механической прочности.

• Фланец из углеродистой стали A105 для работы с водой, маслом и паром при температуре до 800 градусов по Фаренгейту с самой низкой стоимостью за единицу.
• Фланцы из нержавеющей стали F304 и F316 для работы в агрессивных средах и при высоких температурах; В F316 добавлен молибден для защиты от хлоридов.
• Дуплексные фланцы из нержавеющей стали F55 и F60 для морской воды и морских трубопроводов, где существует реальный риск хлоридного коррозионного растрескивания.

Распространенной ошибкой при закупках является заказ «Фланца из нержавеющей стали 304» без указания марки F304 или F304L. Разница в содержании углерода влияет на свариваемость и коррозионную стойкость, а также меняет действующую таблицу номинальных значений давления и температуры.

Для марок нержавеющей стали стандарт различает кованый материал, такой как F304, и пластинчатый материал, такой как пластина 304. Кованые фланцы имеют лучшую прочность в сечении, поэтому ASME B16.5 содержит список утвержденных номеров спецификаций поковок, а не общие названия сплавов.

F316 316L 316Ti кованые фланцы из нержавеющей стали от Zhonghai Precision Эти фланцы из кованой нержавеющей стали от Jiangyin Zhonghai Precision Machinery обладают превосходной коррозионной стойкостью и идеально подходят для требовательных нефтехимических и морских применений. Имея сертификаты ISO 9001, PED и TS, они соответствуют строгим международным стандартам. Посмотреть продукт →

Типы соединений: приварная шейка, надеваемое соединение и соединение внахлестку.

Приварные фланцы с шейкой используются по умолчанию для высоких давлений и циклических нагрузок; Надвижные фланцы экономичны для систем низкого давления.

• Фланец с приварной шейкой: шейка приваривается к трубе встык, что обеспечивает превосходное распределение напряжений и подходит для тяжелых условий эксплуатации от минусовых до высоких температур.
• Накидной фланец: труба вставляется и приваривается угловыми швами с обеих сторон. Быстрая установка, меньшая стоимость материала, но меньшая усталостная прочность.
• Фланец с соединением внахлест: используется, когда требуется частый демонтаж или когда между фланцем и заглушкой требуется сочетание разнородных материалов.

Для 6-дюймовой линии при давлении 250 фунтов на квадратный дюйм и 500 градусов по Фаренгейту типичным выбором является приварной фланец класса 300, особенно там, где присутствуют изгибающие моменты из-за теплового расширения. Правильный стальной фланец для трубопроводной системы зависит от этих комбинированных условий.

Выбор облицовки является частью выбора соединения. Выступающая поверхность является наиболее распространенным вариантом до класса 600. Для работы при высоком давлении выше класса 600 становится необходимым соединение кольцевого типа, поскольку мягкая прокладка может быть вырвана под давлением.

Класс 300 Welding Neck Flange with Tapered Hub for Stress Distribution Фланец класса 300 WN имеет длинную коническую ступицу, которая передает нагрузку на трубу, уменьшая концентрацию в основании ступицы. Он рассчитан на высокое давление и переменные нагрузки, обеспечивая структурную целостность в сложных условиях. Посмотреть продукт →

Ковка и контроль: как оценить качество фланцев

Кованые фланцы имеют поток зерна, совмещенный с окружностью фланца, что обеспечивает превосходную ударную вязкость и усталостную прочность по сравнению с пластинчатыми или литыми фланцами.

В компании Jiangyin Zhonghai Precision Machinery ковка, термообработка и обработка на станках с ЧПУ выполняются собственными силами, что обеспечивает более жесткий контроль над потоком зерна и точностью размеров по сравнению с передачей отдельных этапов на аутсорсинг.

1. Ковка: заготовка осаживается в закрытой матрице или прокатывается на кольцах для создания непрерывного потока зерна.
2. Термическая обработка: применяется снятие напряжений или нормализация для достижения необходимых механических свойств.
3. Обработка на станке с ЧПУ: отверстия для болтов, торцевая поверхность и конус шейки обрабатываются с допуском B16,5.
4. Неразрушающий контроль: магнитопорошковый или ультразвуковой контроль проверяет наличие поверхностных и подповерхностных дефектов.
5. Проверка размеров: проверяются наружный диаметр, окружность болта, толщина и высота выступа.
6. Документация: выдается сертификат на материал, номер плавки и отчеты о размерах.

Наиболее частым браком, наблюдаемым во время входного контроля, является измерение высоты выступа, которое не соответствует допуску ASME B16.5. Выступ на 2-дюймовом фланце класса 150 должен иметь высоту 0,06 дюйма, а на фланце класса 1500 используется выступ высотой 0,25 дюйма. Эти детали имеют значение, поскольку для уплотнения прокладке требуется определенная нагрузка.

Класс 1500 High-Pressure Flange Certified to ASME B16.5 and B16.47 Эти фланцы класса 1500, разработанные для систем производства нефти, газа и электроэнергии под высоким давлением, производятся в соответствии со стандартами ASME. Благодаря строгим испытаниям, включая UT и MT, они обеспечивают надежную герметизацию и долговечность. Посмотреть продукт →

Часто задаваемые вопросы о трубных фланцах ASME B16.5

В чем разница между ASME B16.5 и ASME B16.47?

ASME B16.5 охватывает размеры от NPS от 1/2 до 24, а ASME B16.47 — от NPS от 26 до 60. Каждый стандарт имеет свои собственные таблицы размеров, номинальные значения давления и температуры и стили облицовки, и эти два стандарта не являются взаимозаменяемыми на границе размера.

Можно ли использовать фланец класса 150 при давлении 300 фунтов на квадратный дюйм?

Не автоматически. Фланец из углеродистой стали A105 класса 150 рассчитан на давление 285 фунтов на квадратный дюйм при 100 градусах F, но только 230 фунтов на квадратный дюйм при 500 градусах F. Перед подтверждением класса фактическая расчетная температура должна быть проверена по соответствующей таблице номинальных значений.

Какая документация требуется для фланцев ASME B16.5?

Сертификат материала по стандарту EN 10204 3.1, отчет о размерах и результаты испытаний химического состава и механических свойств. Для класса 600 и выше также ожидаются отчеты о неразрушающем контроле.

В чем разница между облицовками RF и RTJ?

Выступающая поверхность (RF) сжимает прокладку внутри окружности болта. Соединение кольцевого типа (RTJ) помещает металлическое кольцо в канавку, обеспечивая более надежное уплотнение при работе с высоким давлением или газом класса выше 600.