Фланцы из углеродистой стали: типы, применение и руководство по материалам

Фланец представляет собой плоский механический компонент в форме диска с отверстиями для болтов по окружности. Его приваривают, нарезают резьбу или надевают на конец трубы, клапана, насоса или патрубка оборудования, а затем прикручивают болтами друг к другу с ответным фланцем — обычно с прокладкой, расположенной между ними — для образования герметичного, устойчивого к давлению соединения.

Фланцы выполняют четыре основные функции в любой трубопроводной системе:

• Соединение участков трубы без постоянной сварки, что позволяет разбирать для проверки или замены
• Соединение труб с клапанами, насосами и приборами в точках перехода
• Герметизация от утечек под высоким давлением и температурой за счет сжатия болтовой прокладки
• Предоставление точек доступа для обслуживания, очистки или модификации трубопроводов

Наиболее распространенными типами фланцев по геометрии являются: приварная шейка (WN), надвижной (SO), приварной в раструб (SW), глухой, внахлестку и резьбовой. Каждый тип разработан для определенных номинальных давлений, размеров труб и требований к установке, определенных такими стандартами, как АСМЭ Б16.5, АСМЭ Б16.47 и EN 1092-1.

Фланцы из углеродистой стали are specified wherever a piping system requires high mechanical strength without the premium cost of corrosion-resistant alloys. Their operating range typically covers temperatures from -29 degrees C to 425 degrees C and pressure classes from 150 to 2500 LB under ASME B16.5.

Только в нефти и газе На углеродистую сталь приходится более 70% всех фланцев, используемых в береговых трубопроводных системах. , согласно обзорам закупок индустрии. Комбинация АСТМ А105 (кованая) и ASTM A234 WPB (фитинговая марка) остается наиболее широко используемым обозначением материала углеродистой стали во всем мире.

Содержание углерода, выраженное в весовых процентах, является определяющим параметром характеристик углеродистой стали. Фланцы не изготавливаются из одного сорта; правильный уровень углерода зависит от механических требований и требуемого метода изготовления.

ASTM A105, основной материал фланцев из кованой углеродистой стали, относится к среднему углеродистому диапазону. с максимальным содержанием углерода 0,35% и минимальной прочностью на разрыв 485 МПа. Именно этот баланс между прочностью и свариваемостью является причиной того, что он доминирует при закупке фланцев классов давления от класса 150 до класса 2500.

Низкоуглеродистые марки, такие как ASTM A516 Gr.70, предпочтительнее там, где часто используется сварка и необходимо свести к минимуму послесварочную термообработку, что часто встречается при фланцевых соединениях сосудов под давлением и резервуаров для хранения. Высокоуглеродистая сталь практически отсутствует в стандартных спецификациях фланцев из-за ее хрупкости при ударной нагрузке и высокой склонности к растрескиванию в зоне термического влияния при сварке.

Фланцы из легированной стали содержат дополнительные легирующие элементы — хром, молибден, ванадий, никель — помимо базового состава железа и углерода. Эти дополнения не носят косметический характер; они открывают диапазон производительности, которого не может достичь углеродистая сталь.

Практическое правило инженерных закупок: используйте фланцы из углеродистой стали до 425 градусов С и класса 2500; Выбирайте легированную сталь только тогда, когда этого требуют температура или химический состав процесса. Замена легированной стали там, где достаточно углеродистой, увеличивает стоимость без инженерных преимуществ и усложняет процесс аттестации процедуры сварки.

Именно об этом чаще всего спорят инженеры по сравнению и отделы закупок. Фланцы из нержавеющей стали имеют более высокую цену в 3–5 раз по сравнению с аналогичными фланцами из углеродистой стали, что является существенным фактором затрат в крупных проектах. Понимание того, где эта надбавка оправдана, предотвращает как чрезмерные спецификации, так и дорогостоящие сбои.

Выбирайте фланцы из углеродистой стали когда технологическая жидкость неагрессивна (углеводороды, сухой газ, пар, нейтральная вода), окружающая среда контролируется или покрывается покрытием, а оптимизация затрат является приоритетом проекта. Выбирайте фланцы из нержавеющей стали. когда в процессе участвуют кислоты, хлориды, морская вода, пищевые или фармацевтические жидкости или когда внешняя атмосферная коррозия неизбежна, а доступ для технического обслуживания ограничен.

Распространенной инженерной ошибкой является использование нержавеющей стали для наружных трубопроводов, выходящих на море, где сама жидкость не вызывает коррозии — внешняя изоляция с пароизоляцией и фланцами из углеродистой стали обеспечивает эквивалентный срок службы за небольшую часть стоимости.

При указании фланцы из углеродистой стали , обозначение материала в заказе на поставку не является взаимозаменяемым с общим описанием. Каждая марка ASTM имеет определенный диапазон химического состава, минимальные требования к механическим свойствам и разрешенный метод термообработки.

• ASTM A105 — Кованая углеродистая сталь для работы при температуре окружающей среды до 425 градусов C. Наиболее распространенный сорт для приварных фланцев, надвижных, глухих и раструбных фланцев. Минимальная текучесть 250 МПа, минимальная прочность на растяжение 485 МПа.
• АСТМ А350 ЛФ2 — Низкотемпературная углеродистая сталь, испытанная на удар до -46 градусов Цельсия. Требуется для криогенных и арктических условий эксплуатации.
• АСТМ А694 Ф65/Ф70 — Высокопрочная углеродистая сталь для фланцев трубопроводов. Используется в магистральных трубопроводах высокого давления, где уменьшение толщины стенок имеет решающее значение.
• ASTM A181 кл.70 — Кованая углеродистая сталь общего назначения для работы при низких давлениях и умеренных температурах. В современных проектах указывается реже, чем A105.
• ЭН 1092-1 P250GH — Европейский эквивалент фланцев из углеродистой стали для сосудов под давлением, обычно используемых в конструкциях европейских технологических установок.