Компенсация температурных расширений крепежных элементов фланцев Часть I

Считается, что от 50% до 80% всех утечек в соединениях фланцев обусловлено недостаточной нагрузкой, предварительно приложенной к болту. Усилие затяжки крепежа, как правило, выбирается на основании расчетных данных и контролируется с помощью динамометрических ключей. Именно это усилие, приложенное к гайке, и формирует давление на прокладку овального сечения.

При запуске технологического оборудования происходит нагрев всех элементов системы, включая фланец, прокладку и болт. В зависимости от коэффициента температурного расширения материала, болт увеличивается в длину, ослабляя давление на прокладку овального сечения. Это способствует увеличению текучести материала прокладки. Если запас усилия оказался недостаточным, появление утечки – это лишь вопрос времени. При высоком давлении, увеличения длины болта всего лишь на 0,1 – 0,15 мм вполне достаточно для потери герметичности соединения.

В идеале соединение фланцев должно быть рассчитано с учетом многократных температурных колебаний. Тем не менее, при больших перепадах температур создать идеально работающую систему довольно сложно. Выходом в такой ситуации является использование пружинных фланцевых шайб, которые служат своеобразным буфером,  компенсирующим температурные расширения. Конструктивно шайбы представляют собой тарельчатые пружины, выполненные из упругих материалов.

Увеличение эластичности крепежа резко сокращает потери усилия затяжки в ходе циклов нагрева-охлаждения. К примеру, при использовании пружинной шайбы снижение сжимающего усилия  при повышении температуры составит лишь 9% (если принять за 100%  аналогичный параметр в болтовом соединении, где такие шайбы не используются).

Ниже приведен список приложений, где наиболее целесообразно использовать пружинные шайбы.

  • Соединения фланцев, утечка в которых может привести к выбросу вредных веществ;
  • Трубопроводы, работающие в условиях больших температурных колебаний;
  • Фланцы, где используются болты, с соотношением длины к диаметру менее трех;
  • Трубопроводные системы, работающие в условиях вибраций или упругого взаимодействия;
  • Фланцевые соединения, в которых один или несколько компонентов склонны к пластическим деформациям;
  •  Участки трубопроводов, где часто наблюдаются утечки или возникают проблемы с обслуживанием.

Пружинные шайбы не могут устранить все причины, приводящие к утечкам. В то же время сохранение первоначально приложенной нагрузки к прокладке овального сечения позволит значительно снизить риск сбоя в работе фланцевого соединения. Исследования, проведенные на крупных нефтехимических предприятиях, показали, что использование пружинных фланцевых шайб положительно сказывается на надежности технологических систем, снижает количество аварий и сокращает необходимость в ремонтных работах.

Читать вторую часть

←