The article analyzes the features of the operation of flange connections operated at low temperatures, and lists the requirements of the regulatory literature for their designs and material execution.
flange connections, pipeline
Важным фактором, влияющим на выбор материала и конструктивных особенностей технологического трубопровода, являются климатические условия его эксплуатации.
В соответствии с нормативной литературой [1] к территориям с низкими температурами в России можно отнести следующие климатические районы: «Очень холодный», «Холодный», «Арктический приполюсной», «Арктический восточный», «Арктический западный» и «Умеренно-холодный». В этих местностях возможна температура окружающего воздуха ниже −45 °С. В районах с холодным климатом (города Норильск, Якутск, Салехард и др.) расположено большое количество нефтегазовых, химических, горно-металлургических предприятий. Это обусловливает актуальность проблемы надежности функционирования трубопроводов в условиях низких температур окружающего воздуха.
В зависимости от климатических районов и условий эксплуатации машины, аппараты и другие технические изделия имеют буквенно-числовые обозначения согласно [2]. Буквы обозначают климатический район, а цифры, которые следуют за буквами, место размещения данных технических изделий (таблица 1). Например, для районов с низкими температурами используют следующие буквенные обозначения: ХЛ – «Холодный»; «УХЛ» – «Холодный» и «Умеренный».
Фланцевые соединения, рассчитанные на эксплуатацию в диапазоне температуры воздуха от −70 до +40 °С обозначаются ХЛ1, ХЛ2, УХЛ1 или УХЛ2.
В первую очередь температура воздуха влияет на выбор материала изготовления элементов фланцевого соединения – фланцев, уплотнения и комплекта крепежных изделий. В нормативной литературе [3] однозначно регламентируется применение типов фланцев и материалов для изготовления фланцевых соединений.
Таблица 1
Обозначения мест размещения машин, приборов и других технических изделий
|
Особенности эксплуатации |
Обозначение |
|
Эксплуатация на открытом воздухе |
1 |
|
Эксплуатация под навесом или в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха |
2 |
|
Эксплуатация в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха существенно ниже колебаний на открытом воздухе |
3 |
|
Эксплуатация в закрытых помещениях с естественной вентиляцией с искусственно регулируемыми климатическими условиями, где колебания температуры и влажности воздуха существенно ниже колебаний на открытом воздухе |
4 |
|
Эксплуатация в помещениях с повышенной влажностью |
5 |
Так, при температуре ниже −40 °С запрещено использовать плоские фланцы (рисунок 1) и фланцы свободные на приварном кольце, т.е. для фланцевых соединений возможно использовать фланцы стальные плоские свободные на отбортовке (тип 03), фланцы стальные плоские свободные на хомуте под приварку (тип 04), фланцы стальные приварные встык или воротниковые (тип 11).
Фланцы, рассчитанные на эксплуатацию при температуре ниже -45°С, в соответствии с [3], можно изготавливать из следующих материалов:
- низколегированные стали марок 10Г2С1, 09Г2С, 10Г2;
- коррозионностойкие стали марок 08Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 10Х18Н9, 06ХН28МДТ, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т, 15Х18Н12С4ТЮ, 07Х20Н25М3Д2ТЛ.
В качестве крепежного элемента при температуре воздуха ниже −40 °С должны применяться шпильки.
Материалы для изготовления крепежных изделий также регламентированы [3]. При температуре ниже −45 °С должен использоваться крепеж из сталей следующих марок: 09Г2С, 10Г2, 20ХНЗА, 18Х2Н4МА, 14Х17Н2, 07Х16Н4Б, 08Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 10Х18Н9, 10Х14Н14Г, 08Х22Н6Т, 07Х21Г7АН5, 12ХН35ВТ.
Рисунок 1 – Типы фланцев по [3]
Можно отметить, что при производстве фланцев и крепежа для климатического исполнения УХЛ1 широко применяется низколегированная сталь марки 09Г2С. В соответствии с [4], в зависимости от требований к испытаниям на ударный изгиб, прокат из стали 09Г2С подразделяется на 15 категорий. Для эксплуатации на открытом воздухе в районах с холодным климатом рекомендуется использовать фланцы и крепежные изделия, произведенные из стали 09Г2С или 10Г2 категории не ниже 12. Номер категории указывается цифрой через дефис после указания марки стали – сталь 09Г2С двенадцатой категории обозначается как 09Г2С-12. Требования к испытаниям для разных категорий сталей приведены в таблице 2.
Таблица 2
Нормируемые характеристики сталей
|
Нормируемая характеристика |
Категория |
||||||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
Ударная вязкость KCU при +20 °С |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
Ударная вязкость после механического старения |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
Ударная вязкость KCU при -20 °С -40 °С -50 °С -60 °С -70 °С |
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
Ударная вязкость KCV при 0 °С -20 °С |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
В качестве уплотнительных материалов можно использовать прокладки из паронита марки ПОН-Б, фторопласта, спирально-навитые прокладки, прокладки АРМКО, изготовленные из легированных марок стали (08Х13, 08Х18Н10 и т.д.), а также другие материалы, рекомендованные производителями для эксплуатации при температуре воздуха ниже −45 °С.
Перечисленные особенности эксплуатации и требования нормативной литературы позволяют обоснованно выбрать конструкцию и материал исполнения фланцевых соединений, эксплуатируемых при низких температурах.
1. GOST 16350-80. Klimat SSSR. Rayonirovanie i statisticheskie parametry klimaticheskih faktorov dlya tehnicheskih celey.
2. GOST 15150-69 Mashiny, pribory i drugie tehnicheskie izdeliya. Ispolneniya dlya razlichnyh klimaticheskih rayonov. Kategorii, usloviya ekspluatacii, hraneniya i transportirovaniya v chasti vozdeystviya klimaticheskih faktorov vneshney sredy.
3. GOST 33259-2015. Flancy armatury, soedinitel'nyh chastey i truboprovodov na nominal'noe davlenie do PN 250. Konstrukciya, razmery i obschie tehnicheskie trebovaniya.
4. GOST 19281-89. Prokat iz stali povyshennoy prochnosti. Obschie tehnicheskie usloviya.
