Виды прокладок для фланцевых соединений

Силы, действующие на фланцевое соединение

Качество и надежность фланцевого соединения во многом зависит от уплотнительной прокладки, более того, применение прокладок необходимо. Для уверенности в правильности выбора прокладки необходимо верно выбрать материал и конструкцию прокладки, а также правильно её установить. Существуют мягкие неметаллические, полуметаллические и полностью металлические прокладки для фланцевых соединений.

Дата публикации: 7 февраля 2011

Автор: Дроздов М.В., ООО «Инженерный Союз»

Содержание

Необходимость применения фланцевых уплотнительных прокладок

В герметичных системах уплотнений фланцевых соединений, применяемых в оборудовании химической и ряда других отраслей промышленности, используются разъемные соединения, от работоспособности которых зависят предельные значения рабочих давлений и качество работы оборудования в целом. При выходе из строя узла или системы уплотнения агрегат перестает быть работоспособным, увеличивается опасность возникновения аварии, которая может привести к человеческим жертвам и к экологическим катастрофам. Нарушение герметичности ведет к нарушению технологии процесса, снижению качества получаемого продукта, к потере сырья и удорожанию выпускаемой продукции.

Качество и надежность фланцевого соединения во многом зависит от уплотнительной прокладки, более того, применение прокладок необходимо.

От чего зависит выбор прокладки

Для достижения необходимой степени герметичности фланцевого соединения следующих нужно правильно осуществить следующие этапы:

• выбор типа прокладки,
• выбор конструкции прокладки,
• установка прокладки.

Прокладка – это отдельный сжимаемый элемент соединения, который, находясь в сжатом состоянии между фланцевыми деталями трубопроводов, под действием давления от затянутых крепежных изделий, заполняет собой промежуток между соединяемыми деталями.

Основные требования к прокладкам

Материал прокладки должен:

• быть способным микроскопически плотно прилегать к уплотняемым поверхностям,
• быть устойчивым к химическому воздействию внутренней и внешней среды,
• выдерживать воздействие температуры и давления требуемых значений.

Дефекты уплотняемых поверхностей фланцев

Устанавливаясь между уплотнительными поверхностями фланцевых соединений, прокладки должны быть способны заполнить микроскопические, а иногда и макроскопические, дефекты металлических поверхностей фланцев, заглушек фланцевых, устьевых фланцев сосудов и аппаратов и т. п. Макроскопические дефекты деталей могут быть представлены искажением поверхности фланцев, нецентрированностью соединения, задирами, раковинами, трещинами на контактной поверхности. Микроскопическими дефектами являются шероховатости, оставшиеся после механической обработки фланцев; полностью шероховатостей избежать нельзя вследствие строения металлической кристаллической решетки, однако предельные уровни шероховатости определены стандартами на фланцы ГОСТ, ANSI/ASME, DIN, EN, например, ГОСТ 15180-86, ASME PCC-1.

Силы, действующие на прокладку в составе фланцевого соединения

Рис. 1. Силы, действующие на
прокладку в фланцевом
соединении

Для защиты от протечек в ходе эксплуатации на прокладке должно создаваться достаточное механическое напряжение для защиты от выдавливания.

Нагрузка, создаваемая болтами или шпильками, должна сдерживать гидростатическую силу давления внутренней среды, действующей на фланцы и стремящуюся их отделить друг от друга.

Классификация прокладок

Чтобы гарантировать пригодность применения прокладки для намеченных целей, нужно учесть много факторов. Свойства прокладки, конфигурация фланца, вспомогательные трубопроводные детали.

Уплотнительные прокладки в зависимости от материала можно разделить на три типа:

• неметаллические,
• полуметаллические,
• металлические.

Физические свойства прокладки, влияющие на предварительный выбор её типа:

• температура сдерживаемой среды,
• давление сдерживаемой среды,
• коррозионная опасность,
• прочие критические факторы.

Неметаллические плоские прокладки

Листовые материалы используются только для прокладок на трубопроводах невысоких давлений. Выбирать их нужно осторожно, обращая внимание на отсутствие химически и термически агрессивных условий. Некоторые типы таких прокладок документированы в ГОСТ 15180-86 «Прокладки плоские эластичные. Основные параметры и размеры» (Flexible Flat Gaskets).

Примеры таких прокладок:

• паронитовыепрокладки (compressed asbestos fibre sheets gaskets). В России регламентируются документом ГОСТ 15180-86 «Прокладки плоские эластичные. Основные параметры и размеры». Паронит изготавливается согласно ГОСТ 481-80 «Паронит и прокладки из него»;
• резиновые прокладки (ГОСТ 15180-86);
• картонные прокладки (ГОСТ 15180-86), картон изготавливается по ГОСТ 9347-74;
• фторопластовые прокладки (тефлон, или политетрафторэтилен, ПТФЭ, PTFEgaskets, см. ГОСТ 15180-86);
• прокладки из двуосно ориентированного армированного фторопласта (Biaxially Oriented Reinforced PTFE);
• графитовые прокладки (прокладки на основе расширяющегося графита);
• прокладки Thermiculite™ (на основе материала, разработанного фирмой Flexitallic).

Полуметаллические прокладки

Это сложные уплотнительные прокладки, состоящие частично из металлических и неметаллических материалов. Металл обеспечивает жесткость и устойчивость прокладки, а неметаллические компоненты — плотное прилегание к уплотнительной поверхности.

Полуметаллические прокладочные средства могут использоваться в широких диапазонах температур и давлений.

Примеры таких прокладок:

Рис. 2. Спирально-навитые прокладки для фланцевых
соединений (профиль)

• спирально навитые прокладки (spiral wound gaskets) (см. рис. 2) отличаются хорошими уплотнительными свойствами при использовании в условиях переменных нагрузок; спирально-навитые прокладки изготавливаются скручиванием металлической ленты по спирали с заполнением пространства между витками специальным неметаллическим уплотнителем; несколько внутренних и наружных витков накручивают без заполнителя для придания прокладке большей надежности;

Рис. 3. Прокладки уплотнительные фланцевые типа Flexpro (профиль)

• Flexpro™ прокладки (эти прокладки представляют собой зазубренный металлический остов, покрытий неметаллическим материалом, также имеют название kammprofile gasket, торговая марка Flexitallic) (см. рис. 3); с успехом применяются для уплотнения как стандартных фланцев трубопроводов, так и фланцев сосудов и аппаратов;

Рис. 4. Уплотнительные фланцевые прокладки
в металлической оболочке (профиль)

• прокладки в металлической оболочке (metal jacketed gaskets) — прокладки, состоящие из внешней металлической оболочки и металлического или неметаллической сжимаемого волоконного заполнителя. Наполнитель придает прокладке устойчивость, а металлическая оболочка защищает его от воздействия температуры, давления и коррозии. Поэтому металлическая оболочка чаще всего производится из коррозионно-стойких сплавов (см. рис. 4);

Рис. 5. Профиль фланцевой прокладки,
армированной металлом (MRG).

• прокладки, армированные металлом (metal reinforced gaskets, MRG gaskets) — жесткие металлические прокладки, ламинированные фторопластом, паронитом или другим материалом неметаллических прокладок. Металлическое кольцо придает прокладке жесткость и устойчивость, а относительно мягкая поверхность позволяет лучше герметизировать соединение (см. рис. 5).

Металлические прокладки

Металлические прокладки (в том числе стальные уплотнительные фланцевые прокладки и линзы) различных форм и размеров рекомендуется применять в условиях высоких температур и давлений, когда неметаллические и полуметаллические прокладки применять не представляется возможным.

Для плотного прилегания металлической прокладки к пазам уплотнительной поверхности фланцев необходимо приложение высокой нагрузки, сообщаемой затянутыми шпильками или болтами. Следовательно, на относительно малую поверхность контакта стальной прокладки с пазами уплотнительной поверхности фланцевого изделия оказывается высокое давление, вследствие которого уплотнение происходит особенно эффективно

Примеры металлических прокладок:

Рис. 6. Прокладка стальная
фланцевая овального
сечения (кольцо Армко)

• кольцевые стальные прокладки (кольца Армко) овального, восьмиугольного, треугольного, RX или BX сечения (типы прокладок перечислены в порядке увеличения плотности соединения);

Рис. 7. Прокладки уплотнительные
линзовые

• линзы уплотнительные; имеют сферическую контактную поверхность, регламентируются стандартами DIN 2696, ГОСТ 10493-81.

Рис. 8. Прокладка приварная
мембранная для
фланцевых соединений

• приварные металлические прокладки и приварные мембранные прокладки регламентируются немецкими промышленными стандартами, в частности, DIN 2695 описывает приварные мембранные прокладки. Данный тип прокладок изготавливается из того же материала, что и соединяемые фланцы, состоят из двух одинаковых колец толщиной около 4 мм. При монтаже каждое из колец приваривается к соответствующему фланцу, затем фланцы соединяются, а кольца привариваются друг к другу по внешнему диаметру.

Выбор типа фланцевых прокладок в зависимости от условий применения

Рис. 9. Диаграмма принятия решения
при выборе уплотнительных прокладок для фланцев.

Заключение

При выборе прокладок для фланцевого соединения необходимо руководствоваться принципами надежности и экономичности. Выбирать материал необходимо с учетом условий его применения, учитывая прочность, химическую, термическую устойчивость, а также другие специфические свойства. При выборе прокладок ответственного назначения не стоит экономить на материалах и их качестве. Если же выбирается прокладка для фланцевых соединений трубопроводов низких давлений, средних температур и неагрессивных сред, нецелесообразно останавливать выбор на сверхгерметичных и более дорогих типах прокладок.

Список литературы

1. ГОСТ 481-80. Паронит и прокладки из него. Технические условия.. – Введ. 1981-01-01. — М. : ИПК Изд-во стандартов. – 14 c.
2. ГОСТ 15180-86. Прокладки плоские эластичные. Основные параметры и размеры – Введ. 1988-01-01. — М. : Изд-во стандартов, 1986.

Получив доступ к данной странице, Вы автоматически принимаете Пользовательское соглашение.

Продукция

• Фланцы

• Фланцы воротниковые
• Фланцы плоские
• Фланцы сосудов и аппаратов
• Заглушки фланцевые

Крепеж

Болты

Гайки

Шпильки

Шайбы

Переходы

Тройники

Заготовки

Уплотнения

Прокладки стальные

Обтюраторы

Изготовим фланцы литые, заготовки из стали 09Г2С, сталь 20, Ст 08Х18Н10Т, 15Х5М

Уплотнение и герметизация фланцевых соединений непосредственно влияют на величину рабочего давления, которую сможет выдерживать трубопровод в процессе эксплуатации, а также на надежность и безопасность работы системы в целом.

Прокладки для фланцев

В данной статье рассмотрены прокладки для фланцевых соединений, их разновидности, типоразмеры и особенности применения. Мы изучим металлические, паронитовые и резиновые прокладочные материалы и приведем рекомендации по их выбору.

Функциональное назначение и необходимость применения

Прокладки фланцевые представляют собой уплотнительный материал, находящийся в процессе эксплуатации в сжатом между двумя фланцами положении, который за счет давления смежных крепежных пластин заполняет собой свободное пространство между соединяемыми торцами трубопровода.

Выбирая прокладочный материал необходимо учитывать характеристики рабочей среды трубопровода – ее давление, температуру, коррозийную и химическую агрессивность, а также конфигурацию стыкующихся фланцевых пластин.

К прокладочным изделиям выдвигаются следующие эксплуатационные требования:

• упругость;
• стойкость по отношению к рабочей среде;
• устойчивость к коррозии;
• отсутствие тепловых деформаций в заданном температурной диапазоне;
• твердость, которая должна быть меньшая, чем у материала из которого изготовлены фланцы, чтобы прокладка при зажиме не деформировала поверхности крепежной пластины (учитывается при выборе металлических изделий).

Схема уплотнения фланцевого стыка

Установленный между двумя фланцами прокладочный материал заполняет микроскопические дефекты, присутствующие на лицевых стенках крепежных пластин – раковины, микротрещины, впадины и шероховатости, которые являются причиной негерметичного соединения.

В процессе эксплуатации прокладка для фланца испытывает постоянные выдавливающие нагрузки, которые создаются внутренним давлением в трубопроводе. Для предотвращения протечек и разгерметизации стыка давление, оказываемое болтами на фланец, должно создавать механическое напряжение, достаточное для противодействия гидростатическим силам выдавливания.

Нормативная документация

Технические стандарты на фланцевые прокладки предусматривают достаточно обширную нормативную базу, выдвигающую требования к изготовлению, выбору и эксплуатации изделий. Основными нормативными актами являются:

Также существует отдельный ГОСТ №10493-81 на уплотнительные линзы, предназначенные для эксплуатации в системах с повышенным давлением 100-200 МПа.

Особенности монтажа фланцевых соединений (видео)

Разновидности прокладочных материалов

В зависимости от материала изготовления все фланцевые прокладки классифицируются на следующие виды:

• неметаллические (изготавливаются из резины, фторопласта, паронита и асбокартона);
• стальные (делятся на подгруппы по форме сечения – овальные и восьмиугольные);
• комбинированный тип (из термостабилизированного графита либо графитофторопласта).

Наиболее распространенными являются неметаллические прокладки из паронита и резины. Рассмотрим их более подробно.

Паронитовые изделия

Паронитовые уплотнения, согласно техническим требованиям, могут использоваться для герметизации фланцев конструктивного исполнения 1, 5, 8 и 9 на трубопроводах с давлением от 1 до 20 МПа. Размеры изделий варьируются в диапазоне 10-3000 мм.

Паронитовые прокладки предназначены для герметизации фланцев плоского типа. Такие уплотнения применяются для трубопроводов с различными рабочими средами – вода, воздух, пар, нефтепродукты. Уплотнения из паронита способны выдерживать температуру от -50 до +500 градусов.

Паронитовые прокладки для фланцев

Существует 7 модификаций паронита, каждая из которых используется для изготовления уплотнителей разного функционально назначения:

1. ПОН-А – материал выдерживает давление до 4.5 МПа, предназначен для парообразных, жидких и газообразных рабочих сред, нефтепродуктов тяжелого и легкого типа а также для транспортирующих аммиак трубопроводов.
2. ПОН-Б – имеет повышенное до 6.4 МПа рабочее давление и расширенную сферу применения, к вышеуказанным областям добавляются трубопроводы транспортировки азота, жидкого кислорода и спирта.
3. ПОН-В – материал применяется для герметизации систем перекачивающих нефтепродукты, воздух, жидкости (в том числе антифриз и тосол) и топливно-воздушные составы. Уплотнитель из ПОН-В имеет максимальное давление в 4 МПа.
4. ПБМ – паронит маслобезностойкого типа, предназначен для систем с давлением до 10 МПа. Максимальное давление снижается до 1.6 МПа в случае установки уплотнений на магистральные газопроводы, также в газовой среде уменьшается диапазон рабочих температур до -40 +70 градусов.
5. ПМБ-1 – модифицированный материал, отличающийся расширенной температурой эксплуатации от -5 до +250 градусов и возможность выдерживать давление в 15 МПа. Наиболее часто используется при изготовлении прокладок для систем транспортирующих масло, нефтепродукты и ВПС жидкости.
6. ПК – устойчивый в воздействию кислотных сред паронит, предназначен для химической промышленности. Максимальное давление 10 МПа, температура – 250 градусов.
7. ПА – армированный стальной сеткой паронит. Такие уплотнения, помимо гладких фланцевых соединений, могут использоваться для герметизации фланцев конфигурации “шип-паз”. Не применяется в химически агрессивных средах, рабочее давление до 10 МПа, температура – до 180 0 .

Типоразмеры паронитовых прокладок

В качестве альтернативы парониту нередко используется фторопласт – материал, обладающий широким температурным диапазоном, от -260 до +260 градусов. Фторопласт имеет устойчивость к большинству химически агрессивных сред – щелочам, кислотам и растворителям, что значительно расширяет сферу его использования.

Резиновые прокладки

Для производства фланцевых уплотнительных элементов используются несколько модификаций резины, которые можно разделить на следующие разновидности:

• морозостойкие;
• термически стабилизированные (теплостойкие);
• маслобензостойкие;
• устойчивые к кислотным и щелочным средам;
• пищевые.

Резиновые прокладки имеют преимущество перед аналогами в плане эластичности – за счет мягкости материала для достижения герметичности стыка не требуется прикладывать значительные усилия при затяжке фланцев болтами. Также достоинством является то, что резиновые уплотнения полностью непроницаемые как для жидкостей, так и для газов и паров.

Резиновая прокладка для фланца ду50 мм

Размеры уплотнителей указаны в ГОСТ №15180, согласно которому изделия выпускаются в диаметрах 10-3000 мм с толщиной стенок 3-20 мм. Резиновые прокладки больших диаметров (от 500 мм) могут производится в составной конфигурации, требующей склеивания при монтаже на фланец. Для склеивания применяются клеи марки БФ-2 и ХКС.

Ввиду ухудшения эксплуатационных свойств материала при сильном сжатии резиновые прокладки не должны деформироваться более чем на 50% от первоначального размера.

Резиновые изделия имеют ключевой недостаток в виде ограниченной температуры эксплуатации, максимум которой составляет +50 градусов. Уплотнения из термостойкой резины способны выдерживать до +140 0 . Максимальное рабочее давление – 20 МПа.

Для фланцевых соединений, используемых в условиях повышенного давления, рациональнее использовать медную прокладку (из меди марки М1 или М2) либо изделия из отожженного листового алюминия. Такие уплотнения обеспечивают максимальный уровень герметичности при давлении до 100 МПа.

Комплект фланцевого крепежа

На рынке широко представлены комплекты, состоящие из фланцев и уплотнителей, идущих вместе с крепежными элементами – гайками и болтами либо шайбами. Такие комплекты поставляются в типоразмерах 15-1000 мм. К крупногабаритным фланцам (размеры 1000-3000 мм), редко используемым даже в промышленных сферах, уплотнительные материалы и крепежи подбираются отдельно.

Стоимость комплекта сильно варьируется в зависимости от размеров фланца, для примера: цена набора диаметром 15 мм – 250 рублей, ДУ 500 мм – 23000 рублей.

Чтобы фланцевое соединение сохраняло свою герметичность, имеет смысл применение уплотнительных прокладок, которые зачастую определяют его надежность. Конечно лишь в том случае, если их выбор сделан верно.

Под прокладкой в трубопроводной промышленности подразумевают элемент или конструкция, которые призваны предотвращать или ограничивать нежелательную утечку вещества.

Из этого определения сами собой вытекают технические требования к этим изделиям:

• они должны очень плотно прилегать к деталям фланца, заполняя собой даже микроскопические дефекты поверхности;
• быть устойчивыми как к внутренней, так и внешней химической среде;
• выдерживать необходимый температурный режим, а также максимальный уровень давления для всего соединения.

Классификация

Изделия делятся на три типа в зависимости от материала, из которого их изготавливают:

• металлические
• полуметаллические
• неметаллические

К металлическим прокладкам относят следующие:

• кольца Армко (овального сечения (ОСТ 26.260.461-99; АТК 26-18-6-93)
• уплотнительные линзы (DIN 2696, ГОСТ 10493-81 )
• приварные мембранные прокладки (DIN 2695)

Применяются в условиях высоких температур и давлений Ру 6,3 МПа и более. Герметичность достигается путем высокой нагрузки со стороны крепежных элементов — болтов и шпилек.

К полуметаллическим изделиям относят следующие:

• спирально-навитые
• в металлической оболочке
• армированные

Как ясно из названия, элементы этой группы изготавливаются из двух типов веществ — металлических и неметаллических (например, стальное кольцо в паронитовой оболочке), объединив в себе все их достоинства и недостатки. Могут использоваться для широкого диапазона сред, температур и давлений.

К неметаллическим изделиям по ГОСТ 15180-86 относят следующие:

• резиновые
• паронитовые
• фторпластовые
• картонные
• графитовые

Используются исключительно в трубопроводных системах малого давления, не допускается применение в агрессивных химических средах.