новости компании о РТД Фланцы: Геометрия канавок кольцевых уплотнений, прокладки R, RX и BX, и полевой контроль

Тип соединения кольцом — это единственное фланцевое соединение в технологической установке, где прокладка не должна сжиматься. Она должна деформироваться. Металлическое кольцо запрессовывается в канавку, вырезанную в каждой поверхности фланца, до тех пор, пока кольцо и канавка не соприкоснутся металл к металлу, и образующееся уплотнение представляет собой узкую полосу контролируемой пластической деформации, созданной одновременно в двух фланцах.

Это единственное решение объясняет, почему соединения RTJ выдерживают там, где волокнистая прокладка была бы выдавлена, почему они не прощают поцарапанную канавку и почему кольцо, которое уплотняло на испытательном стенде, не следует возвращать в соединение после его разборки.

Почему существует кольцевое соединение

Соединение с повышенным выступом распределяет нагрузку от болтов по кольцевой посадочной поверхности. Прокладка имеет толщину, и эта толщина компенсирует перекос, неровности поверхности и небольшие перемещения, возникающие при нагреве линии. Компромиссом является умеренная удельная нагрузка на уплотнительной поверхности, что делает материал прокладки ограничивающим фактором для давления, температуры и химической стойкости.

Соединение RTJ концентрирует ту же нагрузку в узкой контактной полосе, поэтому напряжение на линии уплотнения намного выше, чем может выдержать любая плоская прокладка. Металлическое кольцо переносит пределы эксплуатации на сам металл, и поскольку оно уже деформировалось в канавку, соединение ведет себя почти как сварное соединение.

Эта жесткость также является слабостью: толщина прокладки не остается для компенсации ошибки, поэтому изношенная канавка, неправильный номер кольца, непараллельные фланцы или однократная затяжка болтов приводят к утечке, которую нельзя устранить повторной затяжкой. Любой выступ на фланце RTJ является установочной поверхностью, а не уплотнением.

Три стиля колец: R, RX и BX

Все три семейства уплотняются за счет контакта металл-металл, но не являются свободно взаимозаменяемыми. Кольца, изготовленные по ASME B16.20 и API 6A, идентифицируются по номеру R, RX или BX, и этот номер является единственным надежным способом подобрать кольцо к канавке.

Стиль R: базовое кольцо

Стиль R — это оригинальное кольцевое соединение, которое до сих пор является наиболее распространенным. Оно изготавливается с овальным и восьмиугольным поперечным сечением, оба взаимозаменяемы в современных восьмиугольных канавках с плоским дном: восьмиугольное кольцо контактирует с наклонными поверхностями под углом 23 градуса, овальное кольцо — с радиусными концами. Уплотнительные поверхности имеют чистоту 1,6 микрометра Ra или 63 микродюйма RMS, и именно эта чистота кольца, а не поверхности фланца, определяет герметичность. Кольца R охватывают фланцы ASME B16.5 от NPS 1/2 до NPS 24 и ASME B16.47 серии A выше этого.

Стиль RX: активируется давлением в канавке R

Кольцо RX выше и тяжелее кольца R того же размера. Его внешние фаски сначала касаются внешних поверхностей канавки, поэтому уплотнение существует до подачи давления в линию, а возрастающее давление выталкивает кольцо наружу, увеличивая напряжение посадки. Это самоактивирующее действие противостоит ударным нагрузкам, пиковым испытательным давлениям и вибрации. Кольца RX подходят к стандартным канавкам R, но дополнительная высота изменяет собранную длину, что важно для соединений, размеры которых рассчитаны на кольцо R.

Стиль BX: геометрия API 6A

Кольца BX имеют диаметр шага немного больше диаметра шага канавки, поэтому контакт начинается с внешней стороны кольца и предварительно нагружает его до подачи давления. Каждое кольцо имеет проход для давления, позволяющий выравнивать запертое давление. Кольца BX относятся к оборудованию для устьевого оборудования API 6A, подходят только к канавкам BX и не взаимозаменяемы с RX.

Геометрия канавки: где решается герметичность

Канавка определяется четырьмя характеристиками, которые важны в полевых условиях: угол наклона боковой стенки, ширина, глубина и диаметр шага. Допуски измеряются в сотых долях миллиметра, и кольцо обрабатывается в соответствии с ними, поэтому кольца заказываются по номеру, а не по размеру трубы. Плоское дно не уплотняет; оно обеспечивает опорную поверхность и пространство для небольшой деформации, происходящей при сборке.

Практический риск — повреждение. По окружности царапина на боковой стенке является путем утечки, который не закроет нагрузка болтом, поскольку кольцо не может деформироваться в канавку, которая больше не соответствует его профилю; вмятины, заусенцы и питтинг относятся к той же категории. Повторная обработка устраняет дефект, но изменяет глубину или ширину, поэтому фланец должен быть переквалифицирован в соответствии с новыми размерами канавки и отремонтирован с помощью кольца, которое подходит к ним.

Материал и твердость кольца: пара, которую нельзя поменять местами

Основное правило простое и часто нарушается: кольцо должно быть мягче фланца, к которому оно прилегает. Кольцо — это деталь, которая должна деформироваться; если оно тверже канавки, то деформируется канавка, а фланец становится расходным элементом. Опубликованные значения — это пределы, а не цели.

Проблемный случай — нержавеющая сталь по нержавеющей стали. Фланцы F304 или F316, изготовленные поASTM A182/A182Mобычно поставляются отожженными, а кольцо 316 с пределом 160 HB оставляет небольшой запас по сравнению с канавкой аналогичной твердости. Укажите кольцо так, чтобы его допустимый максимум находился явно ниже измеренной твердости канавки, и подтвердите оба значения по заводским сертификатам; одна цифра твердости в заказе на поставку не является проверкой материала.

Кольца из мягкого железа и низкоуглеродистой стали покрываются цинком максимум на 8 микрометров для защиты от атмосферы, а не для уплотнения. Каждое кольцо имеет постоянную маркировку низкого напряжения, показывающую стиль, номер кольца, материал и стандарт.

Практика затяжки болтов и сборки

Кольцо деформируется один раз. Нагрузка болтом должна быть достаточно высокой, чтобы вдавить его в канавку и все еще оставлять предварительную нагрузку после кратковременного расслабления; поскольку площадь контакта мала, эта нагрузка достигается быстро, и запас погрешности при затяжке также мал.

• Подберите болты к условиям эксплуатации. ASTM A193/A193M охватывает легированные и нержавеющие болты для работы при высоких температурах или высоком давлении; для работы при низких температурах используется A320/A320M.
• Используйте значения крутящего момента, выданные для проекта, а не общие таблицы, игнорирующие смазку, покрытие и класс фланца. Последовательность описана в примечании о крутящем моменте и последовательности затяжки болтов фланца.
• Затягивайте поэтапно, перекрестным способом, и наблюдайте за равномерным закрытием зазора; соединение, которое закрывается сначала с одной стороны, уже наклонило кольцо.
• Держите канавку и кольцо чистыми и сухими, так как антипригарные составы или смазка на уплотнительных поверхностях изменяют трение, необходимое для деформации кольца, и никогда не используйте кольцо повторно и не устанавливайте два уплотнения для закрытия зазора.

Болты — это то место, где начинается большинство утечек после запуска. Соединение, которое проходит холодное гидроиспытание и течет при нагреве, обычно потеряло предварительную нагрузку, а не объем прокладки: болт, фланец и кольцо расширяются с разной скоростью.

Осмотр перед закрытием соединения

Большинство отказов RTJ решаются до затяжки последнего болта. При сборке подтвердите номер кольца по маркировке фланца и спецификации линии; осмотрите каждую канавку на наличие кольцевых царапин, вмятин, заусенцев, питтинга и краски на боковых стенках; убедитесь, что кольцо сидит ровно; проверьте материал и твердость по сертификату; убедитесь, что шпильки входят свободно и выступают равномерно; и запишите окончательный зазор фланца в четырех точках, чтобы наклонное соединение было обнаружено до испытания давлением.

Когда RTJ — неправильный выбор

RTJ — плохой выбор по умолчанию. Он заслуживает своего места там, где давление, температура, термические циклы или среда исключают использование более мягкой прокладки; в других случаях он добавляет затраты на обработку и дисциплину обслуживания без каких-либо преимуществ в уплотнении. Переход не просто вырезка канавки в существующей поверхности: толщина фланца, геометрия канавки, высота сборки и болты меняются одновременно.

Заключение

Соединение RTJ определяется тремя факторами, фиксируемыми до сборки: канавка, кольцо и нагрузка болтом. Канавка должна иметь правильный профиль и диаметр шага без повреждений по окружности; кольцо должно иметь правильный номер, материал и твердость для этой канавки; нагрузка болтом должна один раз равномерно деформировать кольцо и удерживать его. Если все три параметра будут правильными, соединение выдержит термические циклы, которые разрушили бы плоскую прокладку.

Часто задаваемые вопросы

Может ли овальное кольцо R заменить восьмиугольное кольцо R в той же канавке?

Да. Оба имеют одинаковый номер кольца и подходят к восьмиугольным канавкам с плоским дном, но они по-разному контактируют с канавкой и не должны смешиваться в одной паре фланцев.

Можно ли использовать кольцо RX в стандартной канавке R?

Да, кольца RX подходят к стандартным канавкам R и используются для повышения устойчивости к ударам и вибрации. Кольцо выше, поэтому собранная длина увеличивается, и любой соединительный элемент, рассчитанный на кольцо R, должен быть перепроверен.

Почему соединение RTJ течет после прохождения гидроиспытания?

Обычно из-за потери предварительной нагрузки, а не из-за отказа кольца. Дифференциальное расширение болтов, фланцев и кольца при рабочей температуре или канавка, которая изначально была на пределе, проявляется только при рабочей температуре.

Является ли фланец RTJ прочнее фланца с повышенным выступом?

Корпус фланца не становится автоматически прочнее; система уплотнения меняется. Металлическое кольцо допускает более высокое давление и температуру, чем мягкая прокладка, и требует исправной канавки и достаточной нагрузки болтом.

Указание фланцев RTJ для запроса

Запрос, в котором отсутствует какой-либо из этих пунктов, вернется с вопросом, а иногда и с неправильной деталью: размер, класс и стандарт размеров (NPS 6 Class 600 по ASME B16.5); тип и марка фланца (сварная шейка, ASTM A182 F316L); номер и стиль кольца (восьмиугольное R45 или RX для модернизации); материал кольца с максимальной твердостью и требованием к сертификату; и чистота канавки с любым контрольным пунктом.

Фланцы RTJ из нержавеющей стали, дуплексной, супердуплексной и никелевой легированных марок входят в диапазон фланцев из легированной стали, включая фланцы с сварной шейкой, поставляемые с уплотнительными поверхностями RF или RTJ. Поскольку кольцевое соединение определяется по номеру кольца, технический запрос должен содержать этот номер с указанием размера, класса, стандарта и материала, чтобы фланец и кольцо были предложены как одна согласованная сборка.

Для геометрии, допусков и значений твердости, лежащих в основе этих семейств, см. технические данные по кольцевым соединениям, опубликованные Flexitallic для колец, изготовленных по ASME B16.20 и API 6A.

Эта статья содержит только общую информацию. Окончательный выбор должен основываться на применимом кодексе, спецификации проекта и подтверждении квалифицированным инженерным персоналом.