Обзор прокладочных материалов для фланцевых соединений

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. В данной статье мастер сантехник рассказывает о прокладках для фланцевых соединений. 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).

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:

• ГОСТ №15180 на плоские эластичные изделия;
• ГОСТ №28759.6-90 для прокладок из неметаллических материалов;
• ГОСТ №28579.8-90 для стальных изделий.

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

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.

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

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• ПК — устойчивый в воздействию кислотных сред паронит, предназначен для химической промышленности. Максимальное давление 10 МПа, температура — 250 градусов.
• 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 1800.

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.

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 +1400. 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.

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.

Видео

В сюжете - Фланцевый крепеж и прокладки для фланцевых соединений

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Технические особенности фланцевых соединений