Фланец высокага ціску: класы ціску і матэрыялы 

Што такое фланец высокага ціску і чаму клас ціску важнейшы за марку сталі

Фланец высокага ціску - гэта не проста злучальная частка, а найважнейшы элемент бяспекі сістэмы трубаправода, якая працуе пры ціску ад 10 Мпа і вышэй. У сваёй інжынернай практыцы мы назіралі выпадкі, калі выбар матэрыялу па прынцыпе «даражэй» без уліку класа ціску прыводзіў да разгерметызацыі агрэгата ўжо праз тры месяцы працы пры цыклічных нагрузках. Асноўная памылка пакупнікоў - арыентацыя на марку сталі (напрыклад, 09G2S або AISI 316) і ігнараванне рэальнага намінальнага ціску (PN/Class), які вызначае геаметрыю і вагу вырабы. Для сістэм з працоўным ціскам вышэй за 16 бар стандартныя фланцы не падыходзяць; гэта патрабуе рашэнняў, якія адпавядаюць стандартам ASME B16.5 клас 300-2500 або ДАСТ 33259-2015 для ціску да 20 Мпа.

Правільны выбар фланца высокага ціску пачынаецца з аналізу не хімічнага складу, а тэмпературна-напорных характарыстык асяроддзя. Калі ваша сістэма працуе пры тэмпературах вышэй за 400°C, мяжа цякучасці сталі падае, і фланец PN16 можа дэфармавацца нават пры намінальным ціску. Мы рэкамендуем неадкладна адсеяць пастаўшчыкоў, якія не могуць прадаставіць сертыфікаты праверкі на герметычнасць пры экстрэмальных тэмпературах. Ніжэй мы больш падрабязна разгледзім, як класы ціску звязаны з матэрыяламі і якія схаваныя рызыкі існуюць пры імпарце гэтых кампанентаў з Азіі.

Класы ціску: ад PN да класа ASME і пераўтваральныя фіксатары

Разуменне класаў ціску з'яўляецца асновай для бяспечнай працы. У міжнароднай практыцы існуюць дзве асноўныя сістэмы абазначэння: еўрапейская (PN - Pressure Nominal) і амерыканская (Class - lbs). Памылка ў іх параўнанні абыходзіцца кампаніям у мільёны рублёў страт штогод. Многія менеджэры па закупках памылкова лічаць, што PN16 прыкладна роўны класу 150, а PN40 прыблізна роўны класу 300. Гэта небяспечнае спрашчэнне. Фактычная адпаведнасць залежыць ад тэмпературы навакольнага асяроддзя. Пры пакаёвай тэмпературы (20°C) фланец класа 150 фактычна вытрымлівае каля 20 бар, што блізка да PN20. Аднак пры награванні да 400°C дапушчальны ціск для класа 150 падае да 8-9 бар, у той час як PN16 захоўвае свой рэйтынг да больш высокіх тэмператур з-за іншага метаду разліку каэфіцыентаў бяспекі.

Для прымянення высокага ціску, дзе працоўны ціск перавышае 100 бар (10 МПа), мы выкарыстоўваем ASME класаў 600, 900, 1500 і 2500. Фланец класа 2500 можа вытрымліваць велізарныя нагрузкі, але яго вага ў 3-4 разы перавышае вагу фланца нізкага ціску таго ж дыяметра. У адным з нашых праектаў па мадэрнізацыі НПЗ замена фланцаў класа 900 на фланцы класа 600 (з-за памылкі спецыфікацыі) прывяла да поўнага спынення лініі праз два тыдні. Ушчыльняльная паверхня проста не магла ўтрымаць пракладку пры гідраўдары. Таму правіла нумар адзін: ніколі не мяняйце клас ціску «на прыступку ніжэй» без пераразліку напружання ў балтавым злучэнні.

Расійскі стандарт ДАСТ 33259-2015 «Фланцы арматуры, злучальныя дэталі і трубаправоды на ціск да 20 МПа» гарманізаваны з міжнароднымі стандартамі, але мае свае асаблівасці ў памерах ўшчыльняльных паверхняў. Калі вы заказваеце фланец высокага ціску па ДАСТ, пераканайцеся, што контрфланец на імпартным абсталяванні мае сумяшчальную геаметрыю выступу (выступ або шпунт). Несумяшчальнасць нават на 0,5 мм зробіць немагчымым мантаж без выкарыстання перахаднікоў, якія самі па сабе становяцца слабым звяном у магістралі высокага ціску. Заўсёды запытвайце чарцёж з допускамі перад аплатай рахунку.

Выбар класа ціску таксама дыктуе патрабаванні да крапяжу. Для фланцаў класа 150 часта бывае дастаткова нітаў класа 8.8, але для класа 900 і вышэй патрабуюцца шпількі з легаванай сталі (напрыклад, ASTM A193 Gr.B7) з класам трываласці не менш за 10,9 або 12,9. Выкарыстанне звычайнага чорнага металу тут недапушчальна - пад нагрузкай балты проста расцягнуцца і злучэнне страціць герметычнасць. Мы бачылі выпадкі, калі эканомія 5% на выдатках на крапеж прыводзіла да 100% страты прадукту з-за аварыі. Правярайце спецыфікацыі крапяжу пры кожным заказе фланца высокага ціску.

Матэрыялы для экстрэмальных умоў: вугляродзістай, легаванай і нержавеючай сталі

Выбар матэрыялу для фланца высокага ціску вызначаецца агрэсіўнасцю навакольнага асяроддзя і тэмпературнымі ўмовамі, а не толькі бюджэтам праекта. Вугляродзістыя сталі, такія як ASTM A105 (аналагічныя St20 або 20GL), з'яўляюцца стандартнымі для тэмператур ад -29°C да +425°C. Гэта самы распаўсюджаны варыянт для нафта- і газаправодаў сярэдняга ціску. Аднак калі тэмпература апускаецца ніжэй -29°C, вугляродзістая сталь становіцца далікатнай. У нашай практыцы быў выпадак разбурэння фланца са сталі А105 пры тэмпературы -35°С пры зімовым пуску ўстаноўкі ў Сібіры. Для крыягенных прымянення нармалізаваная сталь або нізкалегаваныя маркі, такія як ASTM A350 LF2, якія захоўваюць трываласць пры нізкіх тэмпературах, з'яўляюцца абавязковымі.

Калі гаворка ідзе аб тэмпературах вышэй за 450 ° C або агрэсіўных асяроддзях (кіслотах, шчолачах, серавадарод), вугляродзістай сталі выключаецца. Тут у гульню ўступаюць хроммалібдэнавыя легаваныя сталі, такія як ASTM A182 F11 або F22. Гэтыя матэрыялы ўтрымліваюць хром і малібдэн, якія паляпшаюць тэрмаўстойлівасць і супраціў паўзучасці. Фланец з сталі F22 можа працаваць пры тэмпературы да 550-580 ° C пад высокім ціскам, а звычайная сталь ужо пачне «цячы». Кошт такіх фланцаў вышэй на 40-60%, але гэта адзінае тэхнічна абгрунтаванае рашэнне для кацельняў і крэкінг-працэсаў.

Нержавеючая сталь (аўстэнітная нержавеючая сталь), такая як ASTM A182 F304/L і F316/L, выкарыстоўваецца не столькі для высокага ціску, колькі для ўстойлівасці да карозіі. Важна разумець розніцу паміж F304 і F304L. "L" азначае Low Carbon. Пры зварцы кампанентаў пад высокім ціскам звычайны F304 успрымальны да міжкрысталічнай карозіі ў зоне зваркі, што можа прывесці да расколін пад ціскам. Мы заўсёды рэкамендуем выкарыстоўваць маркі "L" для зварных ціскам канструкцый, незалежна ад таго, наколькі інертным можа здацца асяроддзе. Для асяроддзяў з высокім утрыманнем хларыдаў (марская вада, некаторыя хімічныя працэсы) патрабуецца сталь F316L з даданнем малібдэна, якая супрацьстаіць кропкавай карозіі.

Асаблівая ўвага варта надаць якасці ліцця і кавання. Фланец высокага ціску павінен быць каваны, а не адліты, за выключэннем спецыяльных сплаваў, дзе коўка немагчымая. Коўка паляпшае зярністасць металу, ліквідуе ўнутраныя пустэчы і паляпшае механічныя ўласцівасці. Літыя фланцы (пазначаныя CF8M замест F316) маюць больш нізкія нагрузкі і часта выкарыстоўваюцца толькі для прымянення нізкага ціску. Праверце маркіроўку на тарцы фланца: наяўнасць «F» перад нумарам класа (напрыклад, F316) звычайна паказвае на каваны матэрыял. Калі вы бачыце маркіроўку накшталт «WCB» або «CF8» без указання спосабу вырабу, удакладніце ў пастаўшчыка тэхналогію вытворчасці, так як пры цісках вышэй за 10 Мпа ліццё без дадатковага рэнтгенаўскага кантролю часта недапушчальна.

Гэтыя строгія патрабаванні да матэрыялаў непасрэдна ўплываюць на выбар пастаўшчыка OEM. напрыклад,Wuxi Kaisheng Electric Power and Petrochemical Equipment Co., Ltd.спецыялізуецца на распрацоўцы і вытворчасці складаных агрэгатаў, дзе фланцы высокага ціску ўбудаваны ў цеплаабменнікі і рэактары. Кампанія вырабляе абсталяванне з шырокага спектру матэрыялаў - ад вугляродзістай і легіраванай сталі да тытана, марской латуні C46400 і нікелевых сплаваў N06625. Іх прадукцыя, у тым ліку цеплаабменнікі высокага ціску і пучкі труб ASME, мае сертыфікаты PED і ASME, каб гарантаваць, што яны адпавядаюць строгім патрабаванням устойлівасці да карозіі і экстрэмальнага ціску. Такі падыход, калі вытворца кантралюе якасць не толькі саміх фланцаў, але і ўсёй зборкі, зводзіць да мінімуму рызыкі несумяшчальнасці матэрыялаў у агрэсіўных асяроддзях нафтаперапрацоўчай і хімічнай прамысловасці.

Віды ўшчыльняючых паверхняў і іх уплыў на герметычнасць

Геаметрыя ўшчыльняльнай паверхні (Face Type) гуляе вырашальную ролю ў здольнасці фланцавага злучэння вытрымліваць высокі ціск. Для сістэм нізкага і сярэдняга ціску шырока выкарыстоўваецца канструкцыя RF (Raised Face). Аднак для ціску вышэй за 100 бар (клас 600 і вышэй) або для таксічных асяроддзяў канструкцыя ВЧ часта бывае недастаткова надзейнай. У гэтых выпадках інжынеры пераходзяць на канструкцыі RTJ (кальцавое злучэнне) або MFM (мужчынска-жаночы твар). Па нашым вопыце абслугоўвання кампрэсарных станцый, 90% уцечак на магістралях высокага ціску адбывалася менавіта на фланцах ВЧ з-за выціскання пракладкі пры пульсацыях ціску.

Версія RTJ з'яўляецца залатым стандартам для звышвысокага ціску (да 250 бар і вышэй). Тут герметычнасць забяспечваецца не сцісканнем мяккай пракладкі, а пластычнай дэфармацыяй металічнага кольца (авальнага або васьмікутнага перасеку), якое ўваходзіць у пазу на фланцы. Металічнае кольца (звычайна з мяккай сталі або нержавеючай сталі з пакрыццём) запаўняе любыя недахопы ў канаўцы, ствараючы маналітнае злучэнне. Перавага RTJ у тым, што само цела фланца не датыкаецца, нагрузка перадаецца толькі на кольца. Гэта дазваляе некалькі разоў разбіраць і збіраць злучэнне без страты ўшчыльнення пры замене кольцаў. Недахопам з'яўляецца высокі кошт кольцаў і патрабаванне да дакладнасці канавак.

Версіі MFM (Thorn-Groove) і TG (Tongue-Groove - Groove-Groove) займаюць прамежкавае становішча. Яны ідэальна падыходзяць для прымянення высокага ціску, калі выкарыстанне мяккіх пракладак немагчыма, але выкарыстанне металічных кольцаў RTJ занадта высокае па кошце або складанасці ўстаноўкі. У гэтых канструкцыях пракладка ўтрымліваецца механічна ўнутры пазы, што прадухіляе яе выцісканне пад уздзеяннем ўнутранага ціску. Мы рэкамендуем выкарыстоўваць MFM для фланцаў дыяметрам да DN300 і ціскам ад PN100 да PN160. Важны нюанс: пры мантажы неабходна строга кантраляваць раўналежнасць плоскасцяў, так як зрушэнне прывядзе да пашкоджання тонкіх сценак шыпа або пазы.

Выбар пракладкі непарыўна звязаны з тыпам паверхні. Для ВЧ выкарыстоўваюцца спіральныя пракладкі з цэнтравальным кольцам. Для прымянення пад высокім ціскам правільны выбар напаўняльніка і матэрыялу падкладкі мае вырашальнае значэнне. Графітавы напаўняльнік добры для высокіх тэмператур, але пакутуе ад акіслення пры вельмі высокіх тэмпературах у прысутнасці паветра. ПТФЭ (тэфлон) хімічна інэртны, але мае высокі каэфіцыент паўзучасці, што патрабуе рэгулярнай зацяжкі нітаў. У сістэмах з ціскам вышэй за 150 бар мы настойліва рэкамендуем выкарыстоўваць пракладкі з унутраным і знешнім цэнтравальным кольцам з нержавеючай сталі, каб прадухіліць разбурэнне напаўняльніка гідраўдарам.

Вытворчыя дэфекты і кантроль якасці: на што звярнуць увагу пры прыёмцы

Рынак наводнены фланцамі, якія выглядаюць ідэальна звонку, але маюць схаваныя дэфекты ў металічнай канструкцыі. Самы распаўсюджаны падман - выкарыстанне пераплаўленага лому замест чыставой сталі або парушэнне рэжыму тэрмічнай апрацоўкі. Візуальна адрозніць такі фланец немагчыма, але пад нагрузкай ён паводзіць сябе непрадказальна. Адзін з нашых кліентаў сутыкнуўся з сітуацыяй, калі пры гідраўлічных выпрабаваннях партыя фланцаў з сталі 09Г2С рассыпалася. Лабараторныя аналізы паказалі, што вытворца скупіўся на загартку і адпуск, у выніку чаго цвёрдасць металу была ніжэй за норму, а зярністая структура была грубай.

Калі прымаеце фланцы высокага ціску, запытайце сертыфікат матэрыялу тыпу 3.1 у адпаведнасці са стандартам EN 10204. Гэты дакумент пацвярджае, што канкрэтная партыя прайшла ўсе неабходныя выпрабаванні, і вынікі запісваюцца. Сертыфікат 2.2 або дэкларацыя аб адпаведнасці вытворцы недастатковыя для ціску вышэй за 10 МПа. У сертыфікаце 3.1 павінны быць указаны вынікі хімічнага аналізу (усе элементы, уключаючы шкодныя прымешкі серы і фосфару), вынікі механічных выпрабаванняў (мяжа цякучасці, мяжа цякучасці, адноснае падаўжэнне) і даныя аб ударнай вязкасці пры працоўнай тэмпературы.

Звярніце ўвагу на маркіроўку. Згодна са стандартамі ASME і ДАСТ, кожны фланец высокага ціску павінен мець выразную маркіроўку, у тым ліку: назву вытворцы, марку матэрыялу, клас ціску, памер, тэрмічны лік і тэрмічную апрацоўку. Адсутнасць любога з гэтых элементаў - чырвоны сцяг. Асабліва важным з'яўляецца Heat Number, які дазваляе прасачыць гісторыю металу ад сталеліцейнага цэха да гатовага прадукту. Калі прадавец не можа супаставіць нумар на фланцы з нумарам у сертыфікаце, адмоўцеся ад пакупкі. Рызыка атрымаць падроблены тавар занадта вялікі.

Мы таксама рэкамендуем выбарачнае ультрагукавое тэсціраванне (UT) корпуса фланца, асабліва ў зоне пераходу ступіца-кольца. Гэта месца, дзе канцэнтруецца стрэс. Часта там хаваюцца расколіны, якія ўзнікаюць пры каванні або тэрмічнай апрацоўцы. Для адказных аб'ектаў (АЭС, магістральныя газаправоды) кантроль цвёрдасці па ўсім перасеку абавязковы. Занадта высокая цвёрдасць сведчыць аб рызыцы далікатнага разбурэння; занадта нізкая цвёрдасць сведчыць аб недастатковай трываласці. Аптымальны дыяпазон цвёрдасці для вугляродзістых сталей звычайна складае 140-190 НВ, для легаваных - вышэй, у залежнасці ад маркі.

Лагістыка і сертыфікацыя імпарту: EAC, ДАСТ і мытныя рызыкі

Імпарт фланцаў высокага ціску ў краіны ЕАЭС прадугледжвае строгае выкананне тэхнічных рэгламентаў Мытнага саюза (ТР МС 032/2013 «Аб бяспецы абсталявання, якое працуе пад залішнім ціскам»). Без маркіроўкі EAC і дзеючага сертыфіката адпаведнасці мытнае афармленне немагчымае, а эксплуатацыя такога абсталявання забароненая заканадаўствам. Працэс атрымання сертыфіката можа заняць ад 2 тыдняў да 2 месяцаў у залежнасці ад схемы сертыфікацыі. Для серыйных паставак больш выгадна аформіць сертыфікат на партыю або серыйную вытворчасць, чым атрымліваць разавае заключэнне на кожную партыю.

Заказваючы фланцы з Кітая або іншых краін Азіі, пераканайцеся, што вытворца азнаёмлены з патрабаваннямі ДАСТ і ТР МС. Многія азіяцкія заводы выпускаюць прадукцыю строга па ASME або DIN, памеры якой могуць адрознівацца ад ДАСТ. Напрыклад, межцентровое адлегласць адтулін (дыяметр акружнасці балта) для фланцаў па DIN і ДАСТ аднолькавага намінальнага дыяметра і ціску можа адрознівацца на некалькі міліметраў, што зробіць немагчымым мантаж без пераробкі спалучанай дэталі. Мы рэкамендуем ўключыць у кантракт пункт аб адпаведнасці геаметрыі расійскім стандартам або прадастаўленне вытворцам падрабязных чарцяжоў з допускамі.

Упакоўка і кансервацыя гуляюць важную ролю пры працяглай марской транспарціроўцы. Фланцы высокага ціску часта маюць апрацаваныя ўшчыльняльныя паверхні, якія іржавеюць на працягу двух тыдняў у вільготным кантэйнеры. Папрасіце пастаўшчыка нанесці антыкаразійны склад і спакаваць кожны фланец асобна ў поліэтыленавую плёнку з сілікагелем, а затым у драўляную скрынку. Драўляная тара павінна прайсці фітасанітарную апрацоўку і мець адпаведную пячатку (IPPC), інакш груз могуць развярнуць на мытні. У нашай практыцы бывалі выпадкі, калі з-за таннай упакоўкі фланец ідэальнай якасці прыходзіў з праржавелым люстэркам ўшчыльняльніка, што патрабавала дарагой ператачкі або замены.

Час дастаўкі - яшчэ адзін важны фактар. Вытворчасць кованых фланцаў высокага ціску - працэс працяглы. Яна ўключае ў сябе нагрэў нарыхтоўкі, коўку, механічную апрацоўку, свідраванне, тэрмічную апрацоўку і аздабленне. Стандартны час вытворчасці серыі - 45-60 дзён. Калі пастаўшчык абяцае адгрузку праз 2 тыдні, гэта падстава насцярожыцца: хутчэй за ўсё, ён прапануе складскія рэшткі невядомага паходжання або прадукцыю, вырабленую з парушэннем тэхналогіі (напрыклад, без поўнай тэрмічнай апрацоўкі). Плануйце пакупкі загадзя з улікам вытворчага цыклу, каб не прапусціць тэрміны ўстаноўкі.

Часта задаюць пытанні

Які клас ціску мне выбраць для сістэмы з працоўным ціскам 80 бар?

Для працоўнага ціску 80 бар (8 МПа) мінімальна прымальны клас - PN100 або ASME клас 600. Выбар класа 300 (які тэарэтычна вытрымлівае каля 50 бар пры высокіх тэмпературах) будзе рызыкоўным і парушыць стандарты запасу бяспекі. Рэкамендуем браць клас 600, так як гэта дасць неабходны запас на гідраўдары і магчымыя скокі ціску ў сістэме. Заўсёды выбірайце клас, які перавышае працоўны ціск мінімум на 20-30%.

Ці можна выкарыстоўваць фланцы з нержавеючай сталі 304 у кіслых асяроддзях?

Не, стандартная нержавеючая сталь AISI 304 (08Х18Н10) не падыходзіць для асяроддзяў, якія змяшчаюць серавадарод (H2S), асабліва пад высокім ціскам. Ён успрымальны да сульфіднага каразійнага расколіны. Для такіх умоў неабходна выкарыстоўваць спецыяльныя маркі сталі, якія праходзяць выпрабаванні NACE MR0175 / ISO 15156, такія як дуплексныя сталі (2205) або аўстэнітныя сталі з нізкім утрыманнем вугляроду і спецыяльнай тэрмаапрацоўкай. Выкарыстанне звычайнай нержавеючай сталі прывядзе да раптоўнай далікатнасці.

У чым розніца паміж фланцамі па ДАСТ і DIN, ці можна іх злучаць?

Катэгарычна не рэкамендуецца злучаць фланцы ДАСТ і DIN непасрэдна, нават калі намінальны ціск і дыяметр аднолькавыя. Асноўныя адрозненні - гэта дыяметр акружнасці засаўкі (адлегласць паміж цэнтрамі адтулін) і колькасць адтулін. Напрыклад, для фланца DN100 PN16 па ДАСТ і DIN гэтыя параметры могуць адрознівацца, што не дазволіць сумясціць адтуліны пад балты. Акрамя таго, памеры ўшчыльняльнай паверхні могуць адрознівацца. Выкарыстоўвайце перахаднікі толькі ў крайніх выпадках і пасля ўзгаднення з галоўным інжынерам праекта.

Як часта неабходна замяняць пракладкі на фланцах высокага ціску?

Перыядычнасць замены пракладак не рэгламентуецца строгім тэрмінам, а залежыць ад умоў эксплуатацыі. Аднак лепшая практыка паказвае, што пракладкі на фланцах вышэй PN100 трэба замяняць кожны раз, калі злучэнне здымаецца. Спіральныя або металічныя пракладкі не павінны выкарыстоўвацца паўторна, паколькі яны ўжо будуць мець незваротную дэфармацыю і не будуць забяспечваць герметычнасць пры паўторным зацягванні. Для сістэм з вібрацыяй або цеплавым цыклам мы рэкамендуем правесці кантрольную зацяжку нітаў праз 24 гадзіны пасля запуску, а затым у адпаведнасці з графікам тэхнічнага абслугоўвання.

Заключэнне і рэкамендацыі па выбары пастаўшчыка

Выбар фланца высокага ціску - гэта баланс паміж коштам, бяспекай і даўгавечнасцю. Эканомія на класе ціску, матэрыяле або якасці апрацоўкі ўшчыльняльнай паверхні заўсёды прыводзіць да множных страт у будучыні з-за аварыйных адключэнняў і рамонтаў. Надзейны пастаўшчык павінен не проста прадаць дэталь, а прадаставіць поўны пакет тэхнічнай дакументацыі, уключаючы сертыфікаты 3.1, сертыфікаты якасці і гарантыі адпаведнасці ТР МС. Мы працуем толькі з праверанымі кавальскімі прадпрыемствамі, якія кантралююць увесь цыкл вытворчасці ад плаўлення сталі да канчатковай упакоўкі.

Калі вы плануеце набыць партыю фланцаў высокага ціску для адказнага аб'екта, не рызыкуйце якасцю. Звяжыцеся з намі сёння, каб атрымаць параду па выбары матэрыялаў і класаў ціску для вашых канкрэтных умоў эксплуатацыі. Нашы інжынеры дапамогуць вам скласці спецыфікацыю, якая выключыць памылкі сумяшчальнасці і арганізаваць пастаўку сертыфікаванай прадукцыі ў самыя кароткія тэрміны.Праглядзіце каталог фланцаў высокага ціскуабо запытаць камерцыйную прапанову з улікам вашых канкрэтных патрэб.