В чем разница между фланцами класса 300 и класса 600? Номинальные значения давления, технические характеристики и области применения

Фланцы являются важнейшими компонентами трубопроводных систем, обеспечивая надежное соединение труб, клапанов и другого оборудования. Понимание различий между фланцами классов 300 и 600 имеет важное значение для инженеров и специалистов по закупкам. 

В этой статье сравниваются эти два класса фланцев на основе номинальных давлений, спецификаций и применений. Такая информация поможет сделать правильный выбор для вашей системы или бизнеса.

Различия в показателях давления

Номинальное давление фланца определяет его способность выдерживать внутреннее давление при определенных температурах. Как класс 300, так и класс 600 регулируются номинальными значениями фланцев ASME B16.5. Они определяют их максимально допустимые номинальные значения рабочего давления.

Максимально допустимое рабочее давление

• Класс 300: 740 фунтов на кв. дюйм при 100°F
• Класс 600: 1480 фунтов на кв. дюйм при 100°F

Эти характеристики отражают способность каждого фланца выдерживать давление. при стандартных температурах. Более высокие показатели ANSI 600 делают его пригодным для требовательных применений.

Подробные размеры фланца ASME B16.5>>>

Факторы снижения температурных характеристик

Пределы давления и температуры фланца зависят от повышения температуры. Например:

• Фланец класса 300 может выдерживать пониженное давление при повышенных температурах по сравнению с комнатной температурой.
• Кривые, зависящие от материала, в номинальных характеристиках фланцев ASME B16.5 помогают инженерам оценить влияние снижения номинальных характеристик.

Влияние марки материала

Материал фланца существенно влияет на номинальные значения давления. Стандартные спецификации фланцев из углеродистой стали, но для экстремальных условий могут потребоваться сплавы высокого качества.

Температурные эффекты

Температура существенно влияет на эксплуатационные характеристики фланца, поэтому ее следует тщательно продумать.

Номинальные значения давления при повышенных температурах

В то время как фланцы класса 300 подходят для систем с умеренной температурой, фланцы класса 600 рассчитаны на более жесткие условия. Это связано с их превосходными допусками давления и температуры.

Максимальные пределы температуры

Состав материала определяет верхний предел температуры фланца. Например, углеродистая сталь выдерживает температуру примерно до 800°F, прежде чем потребуются альтернативные сплавы.

Кривые снижения характеристик в зависимости от материала

При выборе фланцев классов 300 и 600 важно понимать, как номинальное давление снижается по мере повышения температуры. 

Инженеры полагаются на кривые снижения номинальных характеристик для прогнозирования производительности фланцев при различных температурах, обеспечивая безопасную эксплуатацию. Ниже приведена сравнительная таблица, иллюстрирующая, как номинальные значения давления для фланцев из углеродистой стали и нержавеющей стали 316 различаются между этими двумя классами в различных температурных диапазонах.

Температура (°F)	Класс 300 (углеродистая сталь)	Класс 600 (углеродистая сталь)	Класс 300 (SS316)	Класс 600 (SS316)
-20 до 100	740 фунтов на кв. дюйм	1480 фунтов на кв. дюйм изб.	720 фунтов на кв. дюйм	1440 фунтов на кв. дюйм
200	680 фунтов на кв. дюйм	1360 фунтов на кв. дюйм изб.	620 фунтов на кв. дюйм	1240 фунтов на кв. дюйм
400	580 фунтов на кв. дюйм	1160 фунтов на кв. дюйм	540 фунтов на кв. дюйм	1080 фунтов на кв. дюйм
600	425 фунтов на кв. дюйм	850 фунтов на кв. дюйм	410 фунтов на кв. дюйм	820 фунтов на кв. дюйм
800	Не рекомендуется	Не рекомендуется	260 фунтов на кв. дюйм	520 фунтов на кв. дюйм

Физические характеристики

Физическая конструкция фланца влияет на его применение и совместимость.

Различия в размерах

Ключевые факторы при сравнении размеров фланцев классов 300 и 600:

• Толщина фланца: Толщина фланца увеличивается с классом рейтинга для работы с более высоким давлением. На основе стандартов ANSI/ASME, вот приблизительные минимальные толщины для фланцев из углеродистой стали: Класс 300: ~1,38 дюйма и Класс 600: ~2,12 дюйма
• Диаметр окружности расположения болтов и количество отверстий под болты: Фланцы с более высоким номиналом требуют больше болтов и большего диаметра окружности болтов для эффективного распределения напряжения. Ниже приведены примеры спецификаций для фланцев NPS 6:

Сорт	Диаметр окружности болтов (дюймы)	Количество отверстий для болтов
Класс 300	26.00	12
Класс 600	36	20

• Размеры лицом к лицу: Размеры лицевой стороны также немного различаются между классами для соответствия требованиям производительности. Например:

Класс 300 (NPS 6): 1/16 дюйма 

Класс 600 (NPS 6): 1/4 дюйма

Требования к материалам

• Минимальные классы материалов: Фланцы классов 300 и 600 обычно изготавливаются из следующих материалов, выбранных с учетом их способности выдерживать определенные условия эксплуатации:

1. Углеродистая сталь (например, ASTM A105)

• Допустимое давление: до ~1480 фунтов на кв. дюйм для класса 600 при температуре окружающей среды.
• Температурная устойчивость: подходит для температур от -20°F до ~800°F.
• Причина использования: Экономически эффективно и широко доступно; подходит для применений при низких и умеренных температурах и давлении.

2. Нержавеющая сталь 316 (например, ASTM A182 F316)

• Допустимое давление: до ~1440 фунтов на кв. дюйм для класса 300 и ~2750 фунтов на кв. дюйм для класса 600 при температуре окружающей среды.
• Температурная устойчивость: хорошо работает в диапазоне температур от -150°F до ~1500°F.
• Причина использования: Превосходная стойкость к коррозии и образованию накипи при высоких температурах, что делает его идеальным для химических и высокотемпературных сред.

3. Легированная сталь (например, ASTM A182 F22)

• Устойчивость к давлению: сопоставима с нержавеющей сталью при аналогичных показателях.
• Устойчивость к температурам: выдерживает экстремальные температуры до ~1200°F.
• Причина использования: Высокая прочность и долговечность для сложных условий, в том числе с высокой цикличностью температур.

• Металлургические соображения

1. Контроль химического состава: Обеспечивает однородность сплава для обеспечения однородных механических свойств, таких как предел прочности на разрыв, предел текучести и ударная вязкость. Например, фланцы из углеродистой стали сохраняют низкое содержание углерода (<0,35%) для баланса свариваемости и прочности, в то время как нержавеющая сталь включает хром (~16-18%) для коррозионной стойкости.
2. Структурная целостность: Сосредоточьтесь на размере зерна и распределении фаз, достигаемом посредством точной термообработки, чтобы предотвратить отказ при циклических нагрузках. Фланцы часто подвергаются нормализации или закалке и отпуску для улучшения структуры зерна, что повышает их устойчивость к напряжению и тепловому расширению.

• Технические условия на термическую обработку

Термическая обработка фланцев включает нормализацию, отжиг или закалку и отпуск. Процесс зависит от материала. Фланцы ASTM A105 нормализуются при температуре ~1650°F для повышения прочности. 

Фланцы из легированной стали закалены для снятия напряжения. Строгий контроль температуры предотвращает деформацию или другие дефекты. Нержавеющая сталь может потребовать отжига на твердый раствор при температуре ~1900°F для восстановления коррозионной стойкости.

• Протоколы испытаний материалов

Механические испытания гарантируют, что фланцы могут выдерживать ожидаемые нагрузки. Испытания включают прочность на растяжение, предел текучести и ударные испытания. 

Например, фланец класса 600 ASTM A182 F316 должен иметь предел прочности на растяжение не менее 515 МПа и предел текучести 205 МПа. Неразрушающий контроль (NDT), такой как радиографический или ультразвуковой метод, обнаруживает внутренние дефекты. 

Испытание на твердость подтверждает успешную термическую обработку. Производители должны предоставить сертификаты испытаний материалов (MTC) и соответствовать стандартам ASME B16.5 или API 6A.

Последствия затрат

Фланцы с более высоким номинальным давлением, например, класса 600, обычно имеют повышенную стоимость из-за потребности в материалах и сложности производства.

Фланцы класса 600 стоят дороже из-за более качественных материалов, увеличенного объема материала и сложности производства. Премиальные материалы, такие как ASTM A182 F316, могут стоить на 20–30% дороже, поскольку они обеспечивают прочность и коррозионную стойкость, необходимые для применения под высоким давлением. Для фланцев класса 600 требуются более толстые стенки, большие внешние диаметры и больше отверстий для болтов, что приводит к увеличению расхода материала на 50% по сравнению с классом 300. 

Кроме того, более строгая доступность материалов, более длительные сроки поставки и точные допуски обработки увеличивают производственные затраты. Обширная термообработка и строгий контроль качества еще больше увеличивают их высокую цену.

Материальные затраты

• Наличие сырья: Более редкие высококачественные материалы увеличивают затраты.
• Требования к объему: Более крупные производственные партии могут снизить себестоимость единицы продукции, но для специализированных классов они менее распространены.

Рекомендации по установке

1. ГТребования к запросу

Прокладки существенно различаются между фланцами классов 300 и 600 из-за требований к давлению и температуре:

• Класс 300: Обычно используются мягкие прокладки, такие как резина или неметаллические материалы, подходящие для более низких давлений и температур.
• Класс 600: Требуются высокоэффективные прокладки, такие как сжатый графит со вставкой из нержавеющей стали или расширенный ПТФЭ, рассчитанные на более высокие давления и температуры.

Инструкции по установке: Всегда используйте новую прокладку, убедитесь, что она правильно отцентрирована между фланцами, а также что она чистая и не имеет повреждений, чтобы предотвратить утечки и обеспечить надлежащую герметизацию.

2. Характеристики болтовых соединений

Требования к болтовым соединениям значительно различаются для фланцев классов 300 и 600, что позволяет выдерживать более высокие значения давления:

• Количество болтов: Для фланцев класса 600 часто требуется больше болтов для равномерного распределения более высоких напряжений.
• Диаметр болта: Для фланцев класса 600 обычно указываются болты большего диаметра, чтобы выдерживать повышенные нагрузки.
• Класс болта: Для болтов класса 600 используются более прочные, термообработанные марки, такие как ASTM A193 марки B7, по сравнению с болтами более низкого класса, используемыми для класса 300.

3. Требования к крутящему моменту

Требования к крутящему моменту увеличиваются с более высокими классами фланцев из-за более толстых фланцев и более прочных прокладок. Правильное приложение крутящего момента обеспечивает герметичное уплотнение:

• Процесс приложения крутящего момента: Затягивайте болты в звездообразной или крестообразной схеме, постепенно увеличивая крутящий момент, чтобы обеспечить равномерное давление.
• Конкретные значения крутящего момента: Для фланцев класса 600 часто требуется крутящий момент на 25–50% больше, чем для фланцев класса 300, в зависимости от размера болта и типа прокладки.
• После установки: Повторно проверьте и подтяните болты после того, как система достигнет рабочей температуры, чтобы устранить ослабление или сжатие прокладки.

Руководство по подаче заявления

Выбор между классом 300 и классом 600 зависит от условий эксплуатации.

Приложения класса 300

• Системы среднего давления
• Стандартные технологические трубопроводы
• Общепромышленное использование
• Общие условия обслуживания

Приложения класса 600

• Системы высокого давления
• Критические технологические услуги
• Тяжелые условия эксплуатации
• Особые требования к обслуживанию

Почему стоит выбрать LONGAN для ваших фланцевых соединений?

ЛОНГАН — это надежное имя в производстве фланцев, предлагающее непревзойденное мастерство и передовые технологии для удовлетворения разнообразных требований к трубопроводам.

Преимущества нашего производства

• Гибкое производство адаптирует процессы для повышения эффективности и быстрой доставки.
• Система управления 6S поддерживает ведущие в отрасли стандарты качества и условий труда.
• Оптимизированные предпроизводственные совещания обеспечить безупречное исполнение, повысить качество, производительность и удовлетворенность клиентов.

Для всех ваших потребностей в фланцах класса 150, класса 300 или ANSI 600, LONGAN гарантирует надежные, высококачественные решения. Будь то стандартные компоненты или индивидуальные требования, мы обеспечиваем стабильные соединения, адаптированные к вашей трубопроводной системе.

Позвольте LONGAN стать вашим партнером в создании безопасной и эффективной трубопроводной инфраструктуры!

Ссылка

1. Экспериментальное испытание на герметичность 16-дюймового фланца класса 300 RFWN с внешним изгибающим моментом и без него; Джордж Бибел, Т. Фат и В. Палмер; 2001 (https://www.researchgate.net/publication/291440904)
2. Конечно-элементный анализ контактного напряжения фланцевых соединений класса 600; Мин-Ён Ли, Ду-Хён Чон и Бён-Так Ким; 2017 (https://www.researchgate.net/publication/312078397)