Устьевое фланцевое соединение от ФонтАрм

Устьевое фланцевое соединение

устьевое фланцевое соединение

фланцевые соединения устьевого оборудования

ГОСТ фланцевые соединения устьевого оборудования

Плюсы и минусы фланцевого соединения

В своей категории устьевое фланцевое соединение обладает следующими достоинствами:

обеспечивает ремонтопригодность узлов;
допускает небольшие смещения соосности;
позволяет выполнять монтаж в сложных условиях;
повышает удобство эксплуатации за счет вариабельности исполнения фланцев.

Усилие затяжки здесь контролируемое, в отличие от трубных резьбовых соединений. Не нужно использовать приспособления и специальное оборудование. На начальном этапе достаточно совместить отверстия на периферии фланцев, вставить в них болт или шпильку.

Недостатками фланцевых соединений устьевого оборудования являются:

высокая трудоемкость изготовления и монтажа;
высокая материалоемкость и себестоимость производства;
ослабление соединения от вибрационных, пульсационных нагрузок, при перепаде температур;
постоянный контроль герметичности соединения.

В отечественном ГОСТ фланцевые соединения устьевого оборудования регламентируются по материальному исполнению, техническим требованиям, присоединительным размерам, параметрам и вариантам исполнения.

Особенности конструкции, эксплуатации

Выпускается серийно устьевое фланцевое соединение по стандарту РФ ГОСТ 28919. В конструкцию данного сборочного узла заложены следующие технические решения;

вариативность исполнения – всех деталей и соединения в целом;
одинаковая длина резьбовой части у шпилек для соединения фланец/фланец;
короткая резьба для вкручивания в корпус, длинная для затягивания ответного фланца для соединений корпус/фланец;
в первом типе исполнения рабочая среда проникает через зазор непосредственно к уплотнительному кольцу;
во втором варианте доступ к уплотнительному элементу для рабочей среды ограничен;
второй вариант сложнее в изготовлении, так как снижаются поля допусков трех деталей;
первый тип фланцев дешевле, но ресурс его снижен по сравнению с соединением без зазора по торцам.

Схемы затяжки фланцевых соединений устьевого оборудования по месту

В зависимости от количества крепежных элементов используются следующие схемы затяжки фланцевых соединений устьевого оборудования по месту.

Типы фланцев

Согласно требованиям ГОСТ 28919 устьевое фланцевое соединение может иметь два типа исполнения:

с зазором между фланцами – аналог исполнения А по ГОСТ 33259;
без зазора между фланцами – аналог исполнения J по ГОСТ 33259.

Типы исполнения фланцевого соединения

В первом варианте плоскость фланцев ровная. Канавка под металлическое уплотнительное кольцо не глубокая. После монтажа между торцами изделий остается одинаковая щель. Вся нагрузка по обеспечению герметичности приходится на стальную прокладку.

Во втором случае посадочная поверхность каждого фланца сточена снаружи. Канавка для уплотнительного стального кольца здесь глубокая. После затяжки шпилек фланцевого соединения устьевого оборудования плоскости ответных фланцев прижимаются друг к другу посередине. По краям, под шпильками остается одинаковый зазор.

Стандарт действует, как на соединение фланца с фланцем, так и на соединение фланца с корпусом.

Параметры

Стандарт ГОСТ на фланцевые соединения устьевого оборудования регламентирует их параметры в следующей таблице:

DN	Тип 1				Тип 2
	PN			Зазор	PN
	35	21	14		140	105	70	35	21	14
50	Х	Х	Х	5	Х	Х	Х	–	–	–
65
80
100
180	–
	Х	–	–	3
230	–	Х	Х	5
	Х	–	–	4
280	–	Х	Х	5
	Х	–	–	4
350	–	Х	Х	5				Х
425		–	Х		–	–
		Х	–	4
480		–		–		Х
540			Х	5		–
		Х	–	3
680		–	–	–			–	–	Х	Х

В документации указано по одному исполнению для каждого типа устьевого фланцевого соединения:

Первое исполнение для каждого типа устьевого фланцевого соединения

Для первого варианта исполнения фланцевых соединений устьевого оборудования характерны следующие параметры:

Обозначение	n Количество шпилек	d₁диаметр отверстия под шпильку	D₄ больший диаметр шейки	D₃диаметр канавки средний под прокладку	D₂ диаметр на привалочном торце	D₁ диаметр делительной окружности	D Наружный диаметр	d диаметр отверстия проходного	DN номинальный диметр
14 МПа
50х14	8	19	84	82,5	108	127	165	52	50
65 х14		23	100	101,6	127	149	190	65	65
80 х14		23	118	123,8	145	168	210	80	80
100 х14		25	153	149,2	175	216	275	103	100
180 х14	12	28	223	211,1	241	292	355	180	180
230 х14	12	32	273	269,9	302	349	420	230	230
280 х14	16	36	343	323,8	355	432	510	280	280
350 х14	20	36	400	381	413	489	560	346	350
425 х14	20	42	496	469,9	508	603	685	425	425
540 х14	24	45	610	584,2	635	724	812	540	540
21 МПа
50х21	8	25	105	95,2	125	165	215	52	50
65 х21		28	124	107,9	135	190,5	245	65	65
80 х21		25	127	123,8	155	190,5	242	80	80
100 х21		32	159	149,2	180	235	292	103	100
180 х21	12	32	235	211,1	240	317,5	380	180	180
230 х21	12	39	299	269,9	310	394	470	230	230
280 х21	16		369	323,8	365	470	545	280	280
350 х21	20		419	381	420	533,5	610	346	350
425 х21		45	508	469,9	525	616	705	425	425
540 х21		56	623	584,2	648	749,5	858	527	540
35 МПа
50 х35	8	25	105	95,2	125	165	215	52	50
65 х35		28	124	107,9	135	190,5	245	65	65
80 х35		32	134	136,5	170	203	265	80	80
100 х35		36	162	161,9	195	241	310	103	100
180 х35	12	39	229	211,1	250	317,5	395	180	180
230 х35		45	292	269,9	320	394	482	230	230
280 х35		51	369	323,8	375	483	585	280	280

Продолжение таблицы:

Обозначение	Применяемость деталей				R радиус скругления канавки	F глубина канавки	B ширина канавки	h₁ высота тарелки основная	h высота тарелки полная
Обозначение	L₂	L₁	Резьба гайки/шпильки	Обозначение прокладки	R радиус скругления канавки	F глубина канавки	B ширина канавки	h₁ высота тарелки основная	h высота тарелки полная
14 МПа
50х14	90	120	М16	П23	0,8	8	12	26	34
65х14	100	130	М20	П26				29	37
80х14	110	140	М20	П31				32	40
100 х14	120	160	М22	П37				38	46
180 х14	140	180	М24	П45				48	56
230 х14	150	210	М27	П49				56	64
280 х14	160	230	М33	П53				64	72
350 х14	160	230	М33	П57				67	75
425 х14	200	270	М39	П65				76	85
540 х14	200	300	М42	П73	1,6	9,5	13,5	89	99
21МПа
50 х21	120	160	М22	П24	0,8	8	12	38	46
65 х21	130	170	М24	П27				42	50
80 х21	120	160	М22	П31				38	46
100 х21	140	180	М27	П37				45	53
180 х21	150	210	М27	П45				56	64
230 х21	170	230	М36	П49				64	72
280 х21	170	250		П53				70	78
350 х21	180	270		П57				80	88
425 х21	200	300	М42	П66	1,6	11	16,7	89	100
540 х21	250	370	М52	П74	1,6	13	20	108	121
35 МПа
50х35	120	160	М22	П24	0,8	8	12	38	46
65 х35	13	170	М24	П27				42	50
80 х35	140	190	М27	П35				48	56
100 х35	150	210	М33	П39				54	62
180 х35	190	280	М36	П46	1,6	9,5	13,5	83	92
230 х35	210	320	М42	П50		11	16,7	92	103
280 х35	240	360	М48	П54		11	16,7	108	119

Второе исполнение для каждого типа устьевого фланцевого соединения

В стандарте ГОСТ для фланцевых соединений устьевого оборудования второго типа используется другая таблица:

Обозначение	d₁		D₅	D₄	D₃	D₂	D₁	D	d	DN
14 МПа
680х14	48		743	836	768,3	805	952,5	1040	680	680
21 МПа
680х21	56		776	870	774,2	832	1000	1120	680	680
35 МПа
350х35	45		424	480	408	457	590,5	675	346	350
425х35	51		527	556	478,3	535	676,5	772	425	425
480х35	56		598	675	563,5	627	803,1	904	477	480
540х35	56		680	759	632	702	885,8	990	540	540
70 МПа
60х70	23		75	100	86,2	110	158,5	200	52	50
65 х70	25		92	121	102,8	140	184	230	65	65
80 х70	28		110	142	119	155	216	270	78	80
100 х70	32		146	183	150,6	185	258,5	315	103	100
180 х70	42		254	302	241,8	300	403	480	180	180
230 х70	42		327	375	299,1	360	476	550	230	230
280 х70	48		400	450	357,2	430	565	655	280	280
350 х70	52		495	553	432,6	520	763	768	346	350
425 х70	52		602	656	478,3	576	776,3	872	425	425
480 х70	59		675	752	577,9	697	925,6	1040	477	480
540 х70	67		762	848	647,9	781	1022,4	1145	540	540
105 МПа
50х105		25	83	111	86,2	115	174,5	222	52	50
65 х105		28	100	129	102,8	135	200	255	65	65
80 х105		32	123	154	119	155	230	288	78	80
100 х105		39	159	195	150,6	195	290,5	360	103	100
180 х105		42	275	325	241,8	305	428,5	505	180	180
230 х105		52	349	432	299,1	380	552,5	648	230	230
280 х105		56	427	584	357,2	455	711	813	280	280
350 х105		59	592	595	432,6	541	771,5	886	346	350
480 х105		80	731	813	577,9	722	1016	1162	477	480
140 МПа
50х140		32	127	154	86,2	130	230,2	287	52	50
65 х140		36	145	173	102,8	150	261,9	325	65	65
80 х140		39	160	192	119	170	287,3	357	78	80
100 х140		48	207	243	150,6	220	357,2	446	103	100
180 х140		56	338	386	241,8	350	554	656	180	180
230 х140		67	429	481	299,1	441	685,8	805	230	230
280 х140		73	506	567	357,2	505	749,3	883	280	280
350 х140		80	629	694	432,6	614	1016	1162	346	350

Продолжение таблицы:

Обозначение	Составные элементы				f	b	h	H	n
Обозначение	L₂	L₁	Резьба гайки/шпильки	Прокладка	f	b	h	H	n
14 МПа
680х14	230	360	М45х3	БХ167	21,5	22,9	126	185	20
21 МПа
680х21	280	450	М52х3	БХ168	21,5	25,9	161	185	24
35 МПа
350х35	220	330	М42х3	БХ160	14,3	20	113	115	16
425х35	250	380	М48х3	БХ162	8,3	17,9	130	76	16
480х35	270	450	М52х3	БХ163	18,3	25,6	166	152	20
540х35	300	490	М52х3	БХ165	19,2	27,2	181	165	24
70 МПа
60 х70	110	140	М20	БХ152	6	12,6	44	52	8
65 х70	120	160	М22	БХ153	6,8	14,1	51	57
80 х70	130	180	М24	БХ154	7,5	15,4	58	64
100 х70	150	240	М27	БХ155	8,3	17,7	70	73
180 х70	200	300	М39х3	БХ156	11,1	23,4	103	95	12
230 х70	220	340	М39х3	БХ157	12,7	26,4	124	94	16
280 х70	250	390	М45х3	БХ158	14,3	29,2	141	103	16
350 х70	270	450	М48х3	БХ159	15,9	32,5	168	114	20
425 х70	280	460	М48х3	БХ162	8,3	17,9	168	76	24
480 х70	360	580	М56х4	БХ164	18,3	32,8	223	156
540 х70	390	640	М64х4	БХ166	19,2	34,9	241	165
105 МПа
50х105	120	160	М22	БХ152	6	12,6	51	55	8
65х105	130	180	М24	БХ153	6,7	14,1	57	60
80х105	140	200	М27	БХ154	7,5	15,4	65	65
100х105	160	250	М36х3	БХ155	8,3	17,7	80	75
180х105	220	330	М39х3	БХ156	11,1	23,4	120	90	16
230х105	260	410	М48х3	БХ157	12,7	26,4	146	125	16
280х105	310	500	М52х3	БХ158	14,3	29,2	188	240	20
350х105	350	560	М56х4	БХ159	15,7	32,5	205	115
480х105	440	690	М76х4	БХ164	18,3	32,8	255,5	156
140 МПа
50х140	150	220	М27	БХ152	6	12,6	72	52	8
65 х140	160	250	М33х3	БХ153	6,8	140,1	80	60
80 х140	180	260	М36х3	Бх154	7,5	15,4	86	64
100 х140	220	330	М45х3	БХ155	8,3	17,7	107	73
180 х140	290	460	М52х3	БХ156	11,1	23,4	165	97	16
230 х140	370	580	М64х4	БХ157	12,7	26,4	205	108
280 х140	390	610	М70х4	БХ158	14,3	29,2	224	104
350 х140	470	770	М76х4	БХ159	15,9	32,5	292	134	20

Таким образом, первый тип применяется преимущественно для малых диаметров, второй для фланцевых соединений крупных размеров.

Варианты исполнения прокладок

Для устьевого фланцевого соединения I типа предназначен вариант исполнения прокладок П.

Вариант исполнения прокладок П

Обозначение	Вес	b₁	b	h	D
П23	0,38	7,7	11,1	16	82,5
П24	0,41				95,2
П26	0,46				101,6
П27	0,49				107,9
П31	0,71				123,8
П35	0,97				136,5
П37	0,65				149,2
П39	1,2				161,9
П45	0,92				211,1
П46	2,05	8,7	12,7	18	211,1
П49	1,17	7,7	11,1	16	269,9
П50	2,1	10,5	15,9	21	269,9
П53	1,41	7,7	11,1	16	323,8
П54	2,6	10,5	15,9	21	323,8
П57	1,65	7,7	11,1	16	381
П65	2,1	7,7	11,1	16	469,9
П66	3,89	10,5	15,9	21	469,9
П73	2,18	8,7	12,7	18	584,2
П74	3,6	12,3	19	24	584,2

Для II типа фланцевых соединений устьевого оборудования предусмотрен вариант исполнения прокладок БХ.

Вариант исполнения прокладок БХ

Обозначение	Вес	R	d	h	b₁	b	D₁	D
БХ152	0,19	1	1,6	10,2	8,8	10,2	83,2	84,7
БХ153	0,28	1		11,4	9,8	11,4	99,3	100,9
БХ154	0,38	1,2		12,4	10,6	12,4	115,1	116,8
БХ155	0,65	1,2		14,2	12,2	14,2	145,9	148
БХ156	1,9	1,6	3,2	18,6	16	18,6	235,3	237,9
БХ157	2,9	2		21	18	21	291,5	294,5
БХ158	4,3	2		23,1	19,9	23,1	348,8	352
БХ159	6,7	2,5		25,7	22,1	25,7	423,1	426,7
БХ160	3,2	2		23,8	10,4	13,7	399,2	402,6
БХ162	4	1,2	1,6	14,2	12,2	14,2	473,5	475,5
БХ163	6,86	3	3	30,1	13,1	17,4	551,9	556,1
БХ164	9,8	3	3	30,1	20,3	24,6	556,3	570,5

В отсутствие химически активных примесей в добываемом скважинном продукте для производства деталей фланцевого соединения применятся углеродистые стали со специальным покрытием.

Варианты исполнения шпилек

В документацию ГОСТ на фланцевые соединения устьевого оборудования заложено так же два варианта исполнения шпилек. Первое из них предназначено для соединения двух фланцев с гладкими отверстиями.

1 вариант исполнения шпилек

Второй вариант исполнения предназначен для соединений фланцев с корпусными элементами, в которые шпилька вкручивается.

2 вариант исполнения шпилек

Стандартом регламентированы следующие размеры шпилек:

диаметр d и длина Lберется из предыдущих таблиц;
размер l равен 2d;
при d = М16 – М30 значение l1 равно 1,25d, при d от М33 l1 = d;
значение параметра d1 согласно требованиям ГОСТ 19256 или 19258;
длина L для соединений фланец/фланец и корпус/фланец равна L1 и L2, соответственно по верхним таблицам.

Допускается нарезка резьбы по всей длине шпильки. При значении d меньше М30 1 и 2 вариант исполнения регламентируются стандартами ГОСТ 22042 и ГОСТ 22034, соответственно. для больших диаметров крепежа применяется ГОСТ 22032.

Гайки

Усилие затяжки на устьевом фланцевом соединении обеспечивается гайками. Конструкция гаек одинаковая для двух типов фланцев:

Конструкция гаек

Размеры и применяемость гаек для фланцевых соединений устьевого оборудования 1 типа указаны в таблице:

Применяемость	Вес	Максимальное смещение оси	H		D	S		Шаг резьбы	d
Применяемость	Вес	Максимальное смещение оси	Max отклонение	Номинальный	D	Max отклонение	Номинальный	Шаг резьбы	d
50х14	0,04	0,5	-0,43	16	26,7	-0,52	24	2	16
65х14; 80х14	0,08	0,5	-0,52	20	33,5	-0,52	30	2,5	20
180х14; 50х21; 80х21; 50х35	0,09	0,6		22	36,9	-0,62	32	2,5	22
180х14; 65х21; 65х35	0,13			24	40,3		36	3	24
230х14; 100х21; 180х21; 80х35	0,19			27	45,9		41	3	27
100х35; 280х14; 350х14	0,39			33	57,7	-0,74	50	3,5	33
230х21; 280х21; 350х21	0,44		-0,62	36	60,8		55	4	36
425х14	0,63	0,7		39	66,4		60	4	39
540х14; 452х21; 230х35	0,77			42	73,1		65	4,5	42
280х35	1,19			48	84,5		75	5	48
540х21	1,42		-0,74	52	90,4		80	5	52

Регламент ГОСТ на гайки для фланцевых соединений устьевого оборудования 2 типа исполнения указан в следующей таблице:

Применяемость	Вес	Смещение оси	H	D	S	Шаг резьбы		d
Применяемость	Вес	Смещение оси	H	D	S	Мелкий	Крупный	d
50х70	0.077	0.5	20	33,5	30	–	2,5	20
65х70; 50х105	0.093	0.6	22	36,9	32		2,5	22
80х70; 65х105	0.133		24	40,3	36		3	24
80х105; 100х70; 50х140	0.194		27	45,9	41		3	27
65х140	0.389		33	57,7	50	3	–	33
100х105; 80х140	0.43	0.7	36	60,8	55			36
180х70; 180х105; 230х70	0.637		39	66,4	60			39
350х35	0,77		42	73,1	65			42
100х140; 680х14; 280х70	1,1		45	80,8	70			45
230х105; 425х35; 425х70; 350х70	1,12		48	84,5	75			48
680х21; 180х140; 540х35; 280х105; 480х35	1,42		52	90,4	80			52
480х70; 350х105	1,63	0,87	56	94,5	85	4		56
540х70; 230х140	2,31		64	107,5	95			64
280х140	2,96		70	112	100			70
480х105; 350х140	5,41		76	117,1	110			76

Таким образом, область применения для каждой гайки расписана в таблице заранее.

Материальное исполнение

Изготавливаются отдельные детали устьевого фланцевого соединения с учетом следующих требований:

прокладки вытачиваются исключительно из цельных заготовок;
марка стали для уплотнительных колец – углеродистые стали 0 по ГОСТ 380, Ст08, 08кп, 20 по ГОСТ 1050, криогенные жаропрочные коррозионностойкие стали 10Х17Н13М3Т, 12Х18Н9Т по ГОСТ 5632;
углеродистая сталь покрывается цинком или кадмием по ГОСТ 9.301 толщиной 5 – 13 микрон;
на шпильки идут поковки или сортовая сталь с характеристиками ударной вязкости 59 Дж/см2, временным сопротивлением 785 Н/мм2;
для 1 типа фланцев относительное удлинение и предел текучести стали должны быть 13% и 637 Н/мм2;
для 2 типа соединения корпус-фланец эти характеристики выше 16% и 722 Н/мм2, соответственно;
толщина покрытия (кадмий, цинк) шпилек составляет 9 – 12 микрон.

Коррозионостойкие фланцевые соединения устьевого оборудования К1 применяются на скважинах с содержанием углекислоты менее 6%. Исполнение К3 используется на скважинах, добывающих нефть с высоким, более 5% содержанием углекислоты и сероводорода.

Условное обозначение

В условном обозначении устьевого фланцевого соединения принять указывать следующую информацию:

тип соединения сокращенно – «Флан»;
номинальный размер – 50 – 680 мм;
рабочее давление – 14 – 140 мм;
номер стандарта – ГОСТ 28919.

Шифр отдельных элементов фланцевых соединений устьевого оборудования более подробный. Условное обозначение гаек и шпилек:

наименование элемента сборки – «гайка», «шпилька»;
исполнение – 1, 2;
размер резьбы – М16 – М76;
шаг резьбы – указывается только мелкий, 3 – 4 мм;
длина – только для шпильки;
тип соединения по данному стандарту – 1 либо 2;
покрытие – по стандарту ГОСТ 1759.0;
толщина покрытия – 2 – 12 микрон.

Шифр прокладки состоит из ее названия, табличного обозначения П 23 – П 74 или БХ 152 – БХ 164, и кода материала У1, К1, У2 или К3 по таблице №8 действующего стандарта.

Таким образом, фланцевые соединения устьевого оборудования ГОСТ 28919 специально адаптированы под эксплуатационные условия нефтегазодобывающих скважин.