ANSI / ASME B 16.5 – Фланцы для труб и фланцевые фитинги с NPS ½ по NPS 24 (метрический / дюймовый стандарт)

Область применения

Данный стандарт регламентирует такие параметры, как уровень температуры/давления, вид материалов для производства, номинальные размеры, предельные допуски, правила маркировки, типы испытаний и способы размещения отверстий для конкретных типов фланцев/фланцевых фитингов.

Этот стандарт включает:

• Фланцы с обозначением класса характеристик 150, 300, 400, 600, 900 и 1500 в размерах от NPS 1/2" до NPS 24", и фланцы с обозначением класса 2500 в размерах от NPS 1/2" до NPS 12". Для обозначений используются метрическая и стандартная американская система ед. мер и весов, в которой диаметры отверстий для болтов фланцев и болтовых соединений, выражена в дюймах;
• Фланцевые фитинги с обозначением класса 150 и 300 в размерах с NPS 1/2" по NPS 24". Для обозначений используются такие же системы, что и для фланцев;
• Фланцевые фитинги с обозначением класса 400, 600, 900 и 1500 в размерах от NPS 1/2" до NPS 24" и фланцевые фитинги с обозначением класса 2500 в размерах от NPS 1/2" до NPS 12", регламентированные в разделе «Дополнение G» (используется система ед. мер и весов, на основе имперской американской системы);
• Болтовые и фланцевые соединения, прокладки.

Данный стандарт имеет ограничения для использования относительно:

• Фланцев и фланцевых фитингов, выполненных из кованых или литых материалов;
• Фланцев-заглушек и переходных фланцев, изготовленных из кованых, литых или плакированных материалов.

Типы фланцев и их характеристики по ASME / ANSI B 16.5

Slip On (SO) Flange – фланец плоский приварной (накидной, сквозной, свободный на приварном кольце).

Фланцы стальные плоские приварные регламентированы в ASME/ANSI B16.5 могут использоваться на всех классах давлений и доступны в полном диапазоне размеров.

За счёт простого производства и лёгкого процесса эксплуатации они являются наиболее востребованными.
Номинальный размер: NPS от 1/2" до 24".
Условное давление (класс): Class 150 – 1500, для 1500 lbs только 1/2" - 2 1/2".
Фланец при монтаже надевается на конец трубы и обычно устанавливается таким образом, чтобы поверхность фланца находилась на 0,375 дюйма (9,5 мм) дальше конца трубы. Это позволяет осуществлять двухстороннюю сварку фланца – один шов для прочности варится для присоединения стыковочной втулки фланца к трубе, а уплотняющий сварной шов варится внутри фланца на конце трубы. Если условия эксплуатации позволяют, то уплотняющий сварной шов не делается.
Наиболее активно данный вид плоских фланцев используется при монтаже трубопроводных систем низкого давления – классы 150, 300 (или PN 20, PN 50 соответственно).
Для монтажа в трубопроводах высокого давления этот вид фланцевых изделий малопригоден по нескольким факторам:
(1) соединение между фланцем и трубой является менее надёжным по сравнению с соединением с использованием воротниковых фланцев;
(2) метод прикрепления плоского фланца к трубопроводу провоцирует снижение стойкости к коррозийным образованиям.

Welding Neck (WN) Flange – фланец приварной встык (воротниковый, юбочный; фланец с горловиной, с юбкой).

Фланец приварной встык – это соединительная часть трубопроводов, арматуры, валов, сосудов, резервуаров, приборов и т.п. Фланец состоит из диска с отверстиями для болтов (или шпилек) и характерным максимально симметричным выступом в форме усеченного конуса ("воротник" или "шея") для приварки встык.

Ассортимент данного вида фланцев (воротниковых) отличается широким спектром типоразмеров, так как стальные фланцы на сварке встык выпускаются для любых используемых диаметров, и классов максимально возможных для трубопроводов давлений.
Этот фактор, а также важные конструктивные преимущества, по сравнению с другими типами фланцев, обусловили широкое производство и применение воротниковых фланцев.
Номинальный размер: NPS от 1/2" до 24". Условное давление (класс): Class 150 – 2500, для 2500 lbs только 1/2" - 12". За счёт приварки к трубе встык, фланцы воротниковой конструкции обеспечивают полную надёжность и герметичность трубопровода, а также устойчивость сварочного шва к большим нагрузкам и деформациям. Кроме того, данный вид соединения характеризуется стойкостью к высоким и низким температурам, способствует снижению вибрационной нагрузки на соединение
Применение воротниковых фланцев позволяет без резки трубы (зачастую трубы с достаточно толстой стенкой) разорвать соединение для демонтажа или модернизации части трубопровода, в этом смысле фланцевое соединение является "многоразовым".
Воротник передает усилия на трубу, уменьшая концентрацию напряжения в основе фланца воротникового. Постепенный переход толщины от основы воротника к толщине стенки трубы в сварном шве обеспечивает надежность воротникового фланца. Так как внутренний диаметр фланца должен соответствовать внутреннему диаметру трубы, при формировании заказа необходимо указывать диаметр отверстия фланца. Это позволяет уменьшить турбуленцию и эрозию фланцевого соединения.
Фланцы этого типа монтируют на трубопроводах с большими нагрузками, которые эксплуатируются в наиболее тяжёлых и сложных режимах, на производствах атомной индустрии, нефтегазовой и химической отрасли. Для специальных трубопроводных магистралей, особо опасных режимов рекомендуется применять фланцы по API 6A.

Socket Weld (SW) Flange – фланец приварной с впадиной под сварку (раструбный фланец).

Отличием конструкции раструбных фланцев (гнездовых - Socket Weld Flanges) от плоских фланцев является наличие гнезда – специальной выемки, расположенной в тыльной части фланца, что конструктивно создано воротником небольшого размера. Помимо этого, радиус отверстия на приварной плоскости этого фланца больше, чем внутренний радиус трубы приблизительно на величину толщины трубной стенки. Монтаж выполняется посредством установки конца трубы в гнездо, с последующим обвариванием.

Но фланцевое соединение путём приварки в углубление менее прочно и надёжно, чем соединение с использованием приварных встык фланцев, поэтому применение данного вида фланцев ограничено типоразмерами NPS 4 (или DN 100) и менее. Кроме того, они характеризуются более низкими допусками по давлению.
Номинальный размер: NPS от 1/2" до 24". Условное давление (класс): Class 150 – 1500, для 1500 lbs только 1/2" – 2 1/2". Основное достоинство раструбных фланцев – это простые и быстрые работы по подготовке монтажа, и лёгкое соединение.

Threaded (Screwed, ST) Flange – фланец с резьбой (резьбовой или нарезной)

Фланцы на резьбе по ASME/ANSI B16.5 (резьбовые) образуют с трубой резьбовое соединение. После монтажа его часто усиливают сваркой. Несмотря на то, что стандарт ASME регламентирует данные фланцы для большого числа классов давлений и большого количества популярных условных типоразмеров, используют фланцы данной конструкции редко, в основном - малых диаметров и низких классов давления. Номинальный размер: NPS от 1/2" до 3". Условное давление (класс): Class 150 – 1500, для 1500 lbs только 1/2" – 2 1/2".

Основным достоинством этих фланцев является возможность монтажа без применения сварки на тех участках трубопроводов высокого давления, где сварка запрещена по нормам безопасности и взрывоопасности. Резьбовые фланцы применяют в особых случаях с большим количеством предостережений и ограничений.
Их запрещено использовать для монтажа труб, которые эксплуатируются в режиме перепадов температур, при риске возникновения деформаций механического характера, так как опасность разгерметизации очень высокая.

Lap Joint (Lapped, LJ) Flange – фланец приварной внахлест (свободный, свободновращающийся)

Фланцы приварные внахлест по своей форме похожи на плоские фланцы Slip On, но имеют скругленную внутреннюю кромку около уплотнительной поверхности для плотного прилегания к концевому приварному кольцу. Фланцы свободные применяются на часто разбираемых участках трубопроводов, так как данные соединения легко монтируются. Фланцы данного типа надеваются на трубу, но не привариваются и не крепятся к ней каким-либо иным образом, а могут свободно вокруг нее вращаться. Давление через болтовое соединение передается на фланцевую прокладку путём нагрузки на фланец и уплотнитель приварного кольца.

Ассортимент данного вида фланцев представлен всеми классами давления и типоразмеров.
Номинальный размер: NPS от 1/2" до 24".
Условное давление (класс): Class 150 – 1500, для 1500 lbs только 1/2" – 2 1/2".
Свободные фланцы за счёт своих конструктивных особенностей отличаются серьёзными достоинствами:
(1) возможность свободного перемещения вокруг трубы позволяет легко сбалансировать отверстия для болтов, отвечающих фланцев;
(2) благодаря отсутствию прямого контакта изделия с жидкостями в трубопроводах, можно монтировать фланцы из углеродистой стали для присоединения с трубами из нержавеющей стали (что удешевляет монтаж);
(3) повторное использование и применение на участках, подвергающихся постоянной разборке (также за счёт отсутствия контакта с жидкостями, и, вследствие этого, не повреждение коррозией). Недостатком такого соединения является наличие дополнительных деталей (приварных колец, втулок).

Blind (Blank, BL) Flange – фланец глухой (слепой, фланцевая заглушка)

Фланцевые заглушки (или глухие фланцы) выпускают в ассортименте всех классов давлений и размеров. Заглушки – это цельные стальные диски с уплотнительной поверхностью, имеющие на них отверстия под болты, соответствующие таким же на фланцах. Номинальный размер: NPS от 1/2" до 24". Условное давление (класс): Class 150 – 2500, для 2500 lbs только NPS от 1/2" до 12". Глухие заглушки используют с целью технологического герметичного перекрывания участка трубопроводов, а также для срочного доступа внутрь трубопроводной системы в аварийных ситуациях.

Типы соединительной поверхности для фланцев ANSI / ASME B16.5

Raised Face Flange (RF) – уплотнительная поверхность с соединительным выступом (фланец с приподнятой поверхностью)
Flat Face Flange (FF) – совершенно гладкая уплотнительная поверхность, фланец с плоской поверхностью
Ring Type Joint (RTJ) – уплотнительная поверхность с впадиной под прокладку овального сечения
Male Flange (SM, LM) - фланец с выступом
Female Flange (SF, LF)- фланец с впадиной
Tongue Flange (ST, LT)- фланец с шипом
Groove Flange (SG, LG)- фланец с пазом.

FF

RF

RJ

SM

LM

SF

ST

LT

SJ

LG

Фланцы класса 150, 300 (PN 20, PN 50 соответственно) всех конструкций, за исключением свободных фланцев, как правило, оснащены специальным уплотнителем - соединительным выступом, имеющим высоту 1,6 мм (0,06"), входящую в общий размер толщины фланца. Для фланцев ANSI, предназначенных для трубопроводов высокого давления, дополнительно к существующей толщине фланца предназначен выступ высотой 6,4 мм (0,25").
Для трубопроводов специального назначения, которые эксплуатируются в тяжёлых режимах, фланцы оснащают различными уплотнительными поверхностями - с выступами и углублениями, имеющими шипы и пазы, пр. Свободные фланцы имеют плоскую поверхность без уплотнения.

Материалы

Материалы для изготовления фланцев и фланцевых фитингов, см. в табл. 1A данного стандарта, с учётом того, что листовую сталь можно использовать только для производства переходных фланцев без втулок и глухих фланцев (заглушек). Материалы для производства болтовых соединений см. в табл. IB, п. 5.3. Материалы, представленные в разделе II ASME и табл. технических условий предназначены для элементов бойлеров и ёмкостей высокого давления.

Перечень спецификаций материалов (сталей) для изготовления фланцев (ASTM):

ASTM A105 - Поковки из углеродистой стали для трубопроводов;
ASTM A182 - Кованые или катаные фланцы для труб из легированной стали, кованые фитинги, вентили и детали для работы при высоких температурах;
ASTM A350 - Поковки из углеродистой и низколегированной стали, требующие испытаний на ударную вязкость для деталей трубопровода;
ASTM B462 - Кованые или катаные трубные фланцы, кованые фитинги, клапаны и детали для работы в коррозионной высокотемпературной среде;
ASTM B564 - Поковки из никелевых сплавов.

Перечень спецификаций болтовых соединений (ASTM):

ASTM A193 - Крепежные материалы из легированной и нержавеющей стали для работы при высоких температурах;
ASTM A320 - Материалы болтовых соединений из легированной и нержавеющей стали для эксплуатации в условиях низких температур;
ASTM A354 - Крепеж из улучшенной легированной стали;
ASTM A540 - Материалы болтовых соединений из легированной стали для особых применений; ASTM A449 - Закаленные и отпущенные стальные болты и шпильки;
ASTM A453 - Высокотемпературные материалы для болтовых соединений с коэффициентоv расширения, сравнимым с аустенитной нержавеющей сталью; ASTM A307 - Болтовые соединения и шпильки из углеродистой стали с пределом прочности на растяжение 60 000 фунт/кв. дюйм.
Материалы для кольцевых (муфтовых) соединений должны соответствовать ASME B 16.20. Материалы для других прокладок описаны в "Дополнении С" данного стандарта.

Допуски на размеры

Допуски для различных элементов фланцев и фланцевых фитингов на размеры от центра до контактной поверхности и от центра до конца будут следующими:

Допуски для различных фланцев и фланцевых фитингов на торцы будут следующие:

Допуски для толщины фланца будут следующими:

Допуск плюс применяется для опорных поверхностей болтовых соединений либо в состоянии непосредственно после ковки, либо в отливке, либо цинкованный, либо с обратной обточкой торца.

Допуски для номинальных размеров внешнего диаметра приварных концов фланцев с юбкой будут следующими:

Допуски для номинальных размеров внутреннего диаметра приварных концов фланцев с юбкой и меньшего отверстия фланцев со сварным соединением враструб будут следующими:

Все размеры фланцев ASME B 16.5 и информацию по остальным допускам можно изучить в стандарте.