Устьевое фланцевое соединение

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

Преимущества и недостатки фланцевого соединения

Фланцевое соединение для устьевого оборудования имеет следующие преимущества:

• обеспечивает возможность ремонта узлов;
• допускает небольшие отклонения от соосности;
• позволяет выполнять монтаж в сложных условиях;
• увеличивает удобство эксплуатации благодаря вариативности исполнения фланцев.

В отличие от трубных резьбовых соединений, усилие затяжки фланцевых соединений контролируемое. Нет необходимости использовать специальные приспособления и оборудование. Для начального этапа достаточно совместить отверстия на краях фланцев и вставить в них болт или шпильку.

Среди недостатков фланцевых соединений устьевого оборудования можно выделить:

• высокая трудоемкость изготовления и монтажа;
• высокая материалоемкость и себестоимость производства;
• ослабление соединения под воздействием вибраций, пульсаций и перепадов температур;
• необходимость постоянного контроля герметичности соединения.

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

Особенности конструкции и эксплуатации

Серийное производство устьевого фланцевого соединения осуществляется по стандарту РФ ГОСТ 28919. Конструкция данного узла включает следующие технические решения:

• вариативность исполнения всех деталей и соединения в целом;
• одинаковая длина резьбовой части шпилек для соединения «фланец/фланец»;
• короткая резьба для вкручивания в корпус и длинная для затяжки 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 его ресурс ниже по сравнению с соединением без зазора по торцам.

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.

В первом варианте плоскость фланцев ровная, а канавка под металлическое уплотнительное кольцо неглубокая. После монтажа между торцами изделий остается равномерная щель, и вся нагрузка по обеспечению герметичности ложится на стальную прокладку.

Во втором случае посадочная поверхность каждого фланца сточена снаружи, а канавка для уплотнительного стального кольца глубокая. После затяжки шпилек фланцевого соединения плоскости ответных фланцев прижимаются друг к другу посередине, оставляя одинаковый зазор по краям.

Стандарт охватывает как соединения «фланец/фланец», так и «фланец/корпус».

Параметры

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

Обозначение	n Количество шпилек	d1 диаметр отверстия под шпильку	D4 больший диаметр шейки	D3 диаметр 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			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		32	273	269,9	302	349	420	230	230
280 х14	16	36	343	323,8	355	432	510	280	280
350 х14	20		400	381	413	489	560	346	350
425 х14		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		242	80	80
100 х21		32	159	149,2	180	235	292	103	100
180 х21	12		235	211,1	240	317,5	380	180	180
230 х21		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

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

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
П49	1,17	7,7	11,1	16	269,9
П50	2,1	10,5	15,9	21
П53	1,41	7,7	11,1	16	323,8
П54	2,6	10,5	15,9	21
П57	1,65	7,7	11,1	16	381
П65	2,1				469,9
П66	3,89	10,5	15,9	21
П73	2,18	8,7	12,7	18	584,2
П74	3,6	12,3	19	24

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

Применяемость	Вес	Смещение оси	H	D	S	Шаг резьбы		d
						Мелкий	Крупный
50х70	0.077	0.5	20	33,5	30	–	2,5	20
65х70; 50х105	0.093	0.6	22	36,9	32			22
80х70; 65х105	0.133		24	40,3	36		3	24
80х105; 100х70; 50х140	0.194		27	45,9	41			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

Первый тип применяется преимущественно для малых диаметров, второй – для крупногабаритных фланцевых соединений.

Варианты исполнения прокладок

Для устьевого фланцевого соединения первого типа предназначен 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
П49	1,17	7,7	11,1	16	269,9
П50	2,1	10,5	15,9	21
П53	1,41	7,7	11,1	16	323,8
П54	2,6	10,5	15,9	21
П57	1,65	7,7	11,1	16	381
П65	2,1				469,9
П66	3,89	10,5	15,9	21
П73	2,18	8,7	12,7	18	584,2
П74	3,6	12,3	19	24

Для второго типа фланцевых соединений предусмотрен 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			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			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			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				20,3	24,6	556,3	570,5

При отсутствии химически активных примесей в добываемом скважинном продукте для производства деталей фланцевого соединения применяются углеродистые стали со специальным покрытием.

Варианты исполнения шпилек

В ГОСТ на фланцевые соединения устьевого оборудования предусмотрено два варианта исполнения шпилек. Первый вариант предназначен для соединения двух фланцев с гладкими отверстиями. Второй вариант предназначен для соединений фланцев с корпусными элементами, в которые шпилька вкручивается.

Стандартом регламентированы следующие размеры шпилек:

• диаметр d и длина L берутся 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 первый и второй 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 одинакова для двух типов фланцев:

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

Применяемость	Вес	Максимальное смещение оси	H		D	S		Шаг резьбы	d
			Max отклонение	Номинальный		Max отклонение	Номинальный
50х14	0,04	0,5	-0,43	16	26,7	-0,52	24	2	16
65х14; 80х14	0,08		-0,52	20	33,5		30	2,5	20
180х14; 50х21; 80х21; 50х35	0,09	0,6		22	36,9	-0,62	32		22
180х14; 65х21; 65х35	0,13			24	40,3		36	3	24
230х14; 100х21; 180х21; 80х35	0,19			27	45,9		41		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		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		52

Регламент ГОСТ на гайки для фланцевых соединений второго типа исполнения указан в следующей таблице:

Применяемость	Вес	Смещение оси	H	D	S	Шаг резьбы		d
						Мелкий	Крупный
50х70	0.077	0.5	20	33,5	30	–	2,5	20
65х70; 50х105	0.093	0.6	22	36,9	32			22
80х70; 65х105	0.133		24	40,3	36		3	24
80х105; 100х70; 50х140	0.194		27	45,9	41			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

Область применения для каждой гайки указана в таблице заранее.

Материальное исполнение

Отдельные детали устьевого фланцевого соединения изготавливаются 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 первого типа фланцев относительное удлинение и предел текучести стали должны быть 13% и 637 Н/мм²;
• для второго типа соединения «корпус-фланец» эти характеристики выше: 16% и 722 Н/мм² соответственно;
• толщина покрытия (кадмий, цинк) шпилек составляет 9–12 микрон.

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

Условное обозначение

В условном обозначении устьевого фланцевого соединения принято 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 включает:

• 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 или 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 по ГОСТ 28919 специально адаптированы для эксплуатационных условий нефтегазодобывающих скважин.