Различие между фланцами класса 150 и класса 300 — это граница спецификации, которая влияет на пределы давления–температуры, совместимость болтового узла, напряжение прокладки и требования к сборке соединения. В полевых условиях неправильный выбор класса редко приводит к “мгновенному разрыву”; он проявляется как хроническая утечка, поворот фланца, выдувание прокладки или ослабление болтов после термоциклирования — затем усугубляется при переходных процессах (гидроудар, отключение насоса, нагрев в заблокированном состоянии).
Это руководство разбирает технические различия в обработке давления, физических размерах и болтовых узлах, на которые ссылается ASME B16.5 (Фланцы трубопроводов и фланцевые фитинги), а затем превращает их в этапы выбора и проверки при инспекции можно применять на чертежах и на объекте.
Если вы закупаете нержавеющие фланцы, проверьте прослеживаемость материала/термообработки в сертификате MTR (например, ASTM A182 F316/F316L для кованых нержавеющих фланцев). Некоторые производители (включая Sunhy) предлагают двойную сертификацию плавок 316/316L; инженерная ценность заключается в прослеживаемости плюс преимуществах сварки и устойчивости к сенсибилизации низкоуглеродистой марки — при условии, что документация и PMI подтверждают это.
Класс 150 против Класса 300: Техническая суть
Рейтинги давления-температуры
Обозначение “Класс” (150, 300 и т.д.) является обозначением рейтинга давления–температуры (безразмерным). Распространённая ошибка — считать его прямым пределом в psi. На самом деле, допустимое рабочее давление зависит от температуры и группы материала. При повышении температуры допустимое давление снижается, потому что прочность материала и удержание напряжения прокладки ухудшаются.
Ниже приведено практическое базовое сравнение для материалов типа углеродистой стали Группы 1.1 часто используется в качестве справочного материала ASME B16.5 таблицы (всегда проверяйте по действующей проектной спецификации/редакции):
| Класс фланца | Максимальное рабочее давление при -20 до 100°F (типичное значение из таблицы) | Максимальное рабочее давление при 600°F (типичное значение из таблицы) |
|---|---|---|
| Класс 150 | ~275 psi | ~140 psi |
| Класс 300 | ~720 psi | ~440 psi |
Техническое примечание: опубликованные таблицы часто показывают небольшие различия в зависимости от редакции, правил округления или группировки материалов. Используйте расчетную температуру/давление из вашего перечня трубопроводов и подтвердите номинальное значение в приобретенных таблицах ASME B16.5. Не игнорируйте переходные условия.
Пример из практики (ошибка выбора → инцидент с утечкой): Завод указал класс 150 на линии с давлением 250 psig, потому что “фланцы класса 150 подходят до ~275 psi при нормальных условиях”. Фактическая среда была пар 400°F с частыми пусками/остановами. После нескольких тепловых циклов появилась утечка на нескольких соединениях. Основной причиной стало снижение номинала по температуре плюс ослабление болтов при циклировании. Корректирующее действие — переход на соответствующий класс на основе расчётной температуре, затем сборка по контролируемой процедуре затяжки болтов.
Используйте эту быструю последовательность выбора перед фиксацией класса на чертеже:
- Шаг 1: Подтвердить расчётное давление и расчётной температуре (не нормальное рабочее).
- Шаг 2: Подтвердите марку материала и группу (углеродистая сталь против 316/316L меняет номиналы при температуре).
- Шаг 3: Проверьте номинал класса фланца при этой температуре в ASME B16.5.
- Шаг 4: Убедитесь, что тип прокладки и материал болтов могут поддерживать напряжение посадки при температуре.
- Шаг 5: Подтвердите, что сопрягаемые компоненты (клапаны, приборы, патрубки оборудования) соответствуют одному классу и стандарту.
Сценарии применения
Выбор между этими двумя классами определяет, что соединение может выдерживать в реальных условиях эксплуатации — особенно при тепловых циклах, вибрации и скачках давления. Рассматривайте класс как часть всей границы давления, а не как отдельную маркировку компонента.
| Класс фланца | Отраслевой сегмент | Типичные условия эксплуатации (инженерная реальность) |
|---|---|---|
| Класс 150 | Лёгкая промышленность и коммунальное хозяйство | Водоснабжение и низкотемпературные коммунальные системы, охлаждённая вода для HVAC, противопожарные системы, сжатый воздух, низконапорный пар при контролируемых температурах и переходных процессах. |
| Класс 300 | Процессная и тяжёлая промышленность | Высоконапорный пар, горячее масло, гидравлические/технологические трубопроводы со скачками давления, нефтеперерабатывающие/нефтехимические системы, где необходимо управлять рисками теплового удара и выдувания прокладки. |
Выбор правильного типа фланца имеет решающее значение. Класс 150 часто эффективно подходит для стандартных условий, в то время как Класс 300 обеспечивает запас прочности при эксплуатации, включающей повышенную температуру, циклические нагрузки или более серьёзные последствия утечки.
Преимущество Sunhy 316/316L
Sunhy производит нержавеющие фланцы в вариантах 316/316L. С инженерной точки зрения, ключевым является не бренд, а документированный контроль материала: прослеживаемость MTR (номер плавки), соответствие химического состава/механических свойств и проверка PMI. Низкоуглеродистые марки “L” снижают риск сенсибилизации в сварных системах, но нержавеющая сталь всё же имеет ограничения по применению (например, хлоридные среды и температура могут вызывать коррозионное растрескивание под напряжением). Выбирайте материал на основе химического состава среды, температуры и требований к очистке, а не только по классу.
Инженерный углублённый анализ: “Жёсткие” различия
Чтобы по-настоящему понять разницу между Классом 150 и Классом 300, выйдите за рамки маркировки и изучите геометрию, определяющую жёсткость соединения: толщину фланца, диаметр окружности болтов, размер отверстий под болты и зону реакции прокладки. Многие “загадочные утечки” — это не дефекты прокладки, а проблемы с жёсткостью и сборкой.
Визуальный кейс: 4-дюймовый приварной фланец
Рассмотрим стандартный 4-дюймовый (NPS 4) фланец с приварной шейкой (WN) в качестве реального примера. Внутренний диаметр трубы определяется толщиной стенки трубы (schedule), но внешняя геометрия фланца существенно меняется в зависимости от класса давления. Это влияет на зазор для инструмента, размер шпилек, диапазон момента затяжки и способность сохранять плоскостность уплотнительной поверхности.
На техническом чертеже выше выделены два размера, которые обычно меняются с классом давления:
- Толщина фланца: Фланцы более высокого класса имеют больший момент сопротивления сечения, чтобы противостоять повороту под действием нагрузки от болтов и внутреннего давления.
- Окружность расположения болтов (BCD): Схемы расположения болтов более высоких классов обычно смещают болты наружу и увеличивают размер отверстий для размещения более крупных шпилек и более высоких монтажных нагрузок.
Пример из практики (ограничение при монтаже → переделка): На ретрофитном модуле (skid) соединение класса 300 было правильно выбрано по давлению/температуре, но конструктор упустил зазор для поворота инструмента вокруг окружности болтов. На месте монтажа инструмент для затяжки не мог получить доступ к нескольким шпилькам из-за близлежащих опор. Соединение было собрано неравномерно, затем произошла утечка во время горячего ввода в эксплуатацию. Исправление было механическим: пересмотреть опоры для обеспечения доступа и собрать заново с контролируемыми проходами.
Данные: 4″ Class 150 vs 300 Технические характеристики
Ниже приведён практический анализ размеров для 4-дюймового фланца WN с использованием общепринятых таблиц размеров ASME B16.5. Всегда проверяйте размеры в зависимости от типа фланца (WN vs SO) и конкретной таблицы, используемой для изготовления/контроля.
| Размер (4″ NPS, WN) | Класс 150 | Класс 300 | Практическая разница (что это влияет) |
|---|---|---|---|
| Толщина фланца (типичная таблица “T”) | ~0,88″ (22,4 мм) | ~1,25″ (31,8 мм) | Повышенная жёсткость помогает сохранять стабильность сжатия прокладки при циклических нагрузках. |
| Количество болтов | 8 отверстий | 8 отверстий | То же количество для NPS 4 — не предполагайте совместимость. |
| Диаметр отверстия под болт | ~0,75″ | ~0,88″ | Размер отверстия определяет выбор шпильки и подгонку шайбы/гайки. |
| Диаметр окружности расположения болтов (ДОРБ) | ~7,50″ (190,5 мм) | ~7,88″ (200,0 мм) | Разный BCD означает, что фланцы не будут сопрягаться. |
Важное техническое примечание: Не обманывайтесь количеством болтов. При NPS 4 оба класса обычно используют 8 отверстий. Однако диаметр окружности расположения отверстий (BCD) и диаметр отверстия различаются, поэтому вы не можете соединить фланец класса 150 с фланцем класса 300, не нарушая стандартный шаблон расположения отверстий. Принудительная подгонка повреждает шпильки, искажает поверхности и повышает вероятность утечки через прокладку.
Пример из практики (неправильное сопряжение → хроническая утечка): Команда технического обслуживания попыталась соединить патрубок класса 300 с патрубком класса 150, “овализируя” отверстия на месте. Соединение было собрано, прошло проверку на герметичность в холодном состоянии, а затем начало протекать после горячего запуска. Основной причиной было искажение поверхности и неравномерное прилегание прокладки. Корректирующее действие: заменить на правильный класс/переходник патрубка и восстановить стандартный шаблон расположения отверстий.
Когда изменяется количество болтов (например, 6 дюймов)
При больших размерах различия классов часто меняют количество болтов а также размер болта. Это не косметическое изменение; это способ, которым соединение поддерживает равномерное напряжение прокладки при более высоких нагрузках.
Например, на фланце 6 дюймов обычно встречается:
- Класс 150: 8 отверстий.
- Класс 300: 12 отверстий.
Такая повышенная плотность болтов помогает поддерживать равномерность сжатия прокладки — особенно важно для горячих сред, где ползучесть/релаксация прокладки и поворот фланца более выражены.
Критическая деталь конструкции: Типы поверхностей фланцев
Разница между Класс 150 против Класса 300 не только толщина и сверление. Фланцевая поверхность и система уплотнения должны соответствовать требуемому напряжению посадки и риску утечки. Тип поверхности — это то, где “бумажный проект” становится “рабочей эффективностью”.”
Выступающая поверхность (RF) против Соединения кольцевого типа (RTJ)
Оба класса обычно указываются с Raised Face (RF). Ключевая деталь, которую упускают многие инженеры: типичная высота выступающей поверхности составляет 1/16″ для Класса 150 и Класса 300 (более высокие классы часто отличаются). RF — это решение по системе уплотнения, а не “силовая” характеристика.
- Класс 150 (RF): Широко используется с мягкими уплотнениями (CNA, PTFE) в коммунальных службах. Эффективность герметичности сильно зависит от качества затяжки болтов и состояния поверхности.
- Класс 300 (RF и RTJ): RF является распространённым, но более рискованные среды (горячие углеводороды, повышенная цикличность, более серьёзные последствия) могут побудить инженеров указывать RTJ для обеспечения герметичности металл-металл — когда сопрягаемое оборудование и контроль сборки это поддерживают.
Инженерное понимание: RTJ обычно выбирают, когда требуется более высокое напряжение посадки и лучшая устойчивость к выдуванию, чем могут надёжно обеспечить системы RF с мягкими прокладками. Успех RTJ зависит от состояния канавки, совместимости материала кольца и контролируемой затяжки болтов — а не только от выбора класса 300.
Прокладка и болтовое соединение: скрытые переменные
Выбор правильного класса — это только половина работы. Большинство случаев утечек, которые я расследовал, связаны с выбором прокладки, состоянием/смазкой болтов и методом затяжки. Отраслевые руководства, такие как ASME PCC-1 существуют не просто так: неконтролируемая затяжка создаёт неравномерное напряжение на прокладке и раннюю релаксацию.
| Компонент | Система класса 150 (типичная) | Класс 300 (типовая система) |
|---|---|---|
| Типовая прокладка | CNA или PTFE для чистых сред; SWG может использоваться, если поверхности/крепёж это допускают | Спирально-навитая прокладка (SWG) с центрирующим кольцом; внутреннее кольцо при необходимости по условиям отверстия/поверхности |
| Материал болтов | ASTM A193 B7 (обычно для систем из углеродистой стали) | ASTM A193 B7 или более жаропрочные марки при необходимости; проверьте класс гаек и температурные ограничения |
| Контроль сборки | Умеренный: всё ещё требуется затяжка по схеме "звезда" | Высокий: калиброванный контроль момента затяжки, несколько проходов, постоянство смазки и политика повторной затяжки при необходимости |
Почему важен выбор прокладки
В системе класса 300, давление и тепловые перемещения сильнее воздействуют на прокладку. Частый вид отказа — “выдувание” или выдавливание прокладки, когда система прокладки не может поддерживать напряжение посадки. Спирально-навитые прокладки помогают, так как навивка работает как пружина, но только если соединение собрано правильно, а тип прокладки (с наружными/внутренними кольцами, где требуется) соответствует отверстию фланца и условиям эксплуатации.
Пример из практики (неправильная прокладка + затяжка → выдувание): На горячей масляной линии класса 300 использовалась мягкая прокладка, предназначенная для низконапряженных коммунальных систем. Соединение герметизировалось в холодном состоянии, затем начинало течь после нагрева и вибрации. Основная причина — ползучесть/релаксация плюс недостаточное сохранение напряжения посадки. Решение: указать систему прокладки, подходящую для условий эксплуатации, и пересобрать с использованием контролируемых проходов затяжки с проверкой состояния шпилек и смазки.
Минимальный практический чек-лист затяжки (работает для обоих классов, становится обязательной дисциплиной для класса 300):
- Очистить и осмотреть поверхности фланцев; отклонить глубокие вмятины/задиры в зоне уплотнения.
- Проверить тип, размер и ориентацию прокладки; убедиться, что центрирующее кольцо установлено правильно.
- Убедиться, что шпильки/гайки соответствуют требуемому классу прочности, резьба не повреждена, и смазка нанесена равномерно.
- Затягивайте по схеме «звезда»/«крест» поэтапными проходами (например, 30% → 60% → 100%), затем завершающим круговым проходом для проверки вращения гайки.
- Задокументируйте окончательный момент затяжки и идентификацию соединения для критических служб.
Проверка: Стандарты гидростатических испытаний
Терминология гидроиспытаний часто неправильно понимается. ASME B16.5 не требует проведения испытаний давлением отдельных фланцев как самостоятельных изделий; требования к испытаниям давлением применяются к фланцевым фитингам и к собранной системе в соответствии с действующим трубопроводным кодексом и проектной процедурой. Рассматривайте класс фланца как рейтинговую основу — не как замену плану испытаний, соответствующему коду.
Практические инженерные выводы для ввода в эксплуатацию:
- Различайте: испытания изделий/фитингов и гидроиспытание системы в соответствии с ASME B31.x или стандартом проекта.
- Никогда не “доказывайте” класс путём превышения давления сверх испытательной процедуры; переиспытание может привести к необратимому текучести фланца или перегрузке крепежа.
- Проверки на герметичность после прогрева критически важны для горячих сред, так как напряжение прокладки изменяется с температурой и релаксацией.
Пример из практики (переиспытание → необратимая деформация): Коммунальная линия, построенная с фланцами Class 150, была подвергнута гидроиспытанию под давлением, предназначенным для системы более высокого класса. Фланцы не разрушились, но несколько соединений впоследствии развили постоянное просачивание. Посмертный анализ показал поворот поверхности/растяжение болтов за пределы упругого диапазона. Стоимость заключалась не в “катастрофическом отказе” — это были повторные простои и переделки.
Когда использовать фланцы Class 150
Оптимизированы для низкого давления в коммунальных системах
Фланцы Class 150 широко используются там, где нагрузка ориентирована на коммунальные нужды, а температура/переходные процессы контролируются. Они легче, проще в обращении и обычно снижают стоимость установки — когда они действительно находятся в пределах проектного диапазона.
Лучшие области применения:
- Водоснабжение: Муниципальные водопроводы и очистные сооружения сточных вод.
- ОВКВ: Системы охлаждённой воды и низконапорные отопительные контуры.
- Пищевая промышленность: Умеренно-напорные системы, где гигиена/совместимость материалов важнее запаса по классу.
- Пожаротушение: Стандартные питающие линии спринклерных систем (в соответствии с требованиями проекта и надзорных органов).
Совет по закупкам/контролю качества: Для работ класса 150 большинство “утечек” по-прежнему возникают из-за повреждения поверхности, неправильного размера прокладки и неравномерной затяжки болтов. Добавьте простую входящую проверку: штамп класса, номер плавки MTR, состояние поверхности, соответствие шаблона отверстий и проверка посадки прокладки.
Отраслевое применение
Класс 150 часто используется на химических и фармацевтических предприятиях не из-за низкого давления, а потому что совместимость материалов из нержавеющей стали, состояние поверхности и контроль документации определяют спецификацию. В таких случаях критерии выбора смещаются с “запаса по давлению” на “материалы + чистота + прослеживаемость + повторяемость сборки”.”
Когда переходить на класс 300
Обработка высокого давления и термического удара
Переход на класс 300 необходим, когда проектные условия включают более высокое давление и/или температуру, или когда эксплуатация включает циклические нагрузки и более серьёзные последствия утечек. Этот класс повышает жёсткость и обычно требует более строгого контроля сборки.
Зачем переходить? Проверка “только по давлению” при комнатной температуре может вводить в заблуждение. Если эксплуатация включает повышенную температуру, допустимое рабочее давление может резко снизиться. Ваше решение должно основываться на расчётной температуре и материальном рейтинге при этой температуре, а не на значениях при комнатной температуре.
Критические области применения
- Магистральные паропроводы: распределение горячего пара с циклическими нагрузками и вибрацией.
- Гидравлические системы: системы гидропривода высокого давления с динамическими скачками.
- Нефтепереработка/Технологические процессы: гидрокарбонные среды с высокими последствиями утечек.
Согласно таблицам давления Class 300, Class 300 обеспечивает дополнительный запас, но только при условии, что остальные компоненты системы (клапаны, прокладки, шпильки и метод сборки) соответствуют той же классификации.
Системная согласованность: клапаны и прокладки
Соответствие “слабому звену”
Прочность трубопроводной системы определяется её самым низкорейтинговым компонентом. Даже если правильно выбран фланец класса 300, сочетание его с клапанным концом более низкого класса, несоответствующим стандартом (сверление по ASME против EN) или несовместимой системой прокладок создаёт ловушку для надёжности.
Пример из практики (несоответствие стандартов): На объекте поступил клапан, просверлённый по стандарту EN, в то время как патрубок был по ASME B16.5. На бумаге оба были “схожего размера”, но окружность болтов не совпадала. Единственным безопасным исправлением была замена концов клапана или использование правильного стандартного переходника — никогда не модифицируйте границу давления путём прорезки отверстий.
Эмпирическое правило: Фланцы, клапаны и прокладки должны иметь одинаковый класс давления и совместимый стандарт сверления в соединении. Не смешивайте классы или стандарты в одном фланцевом соединении.
Итог: правильный выбор
Выбор между Класс 150 и Класс 300 сводится к соответствию вашим расчётному давлению + расчётной температуре + группе материалов к таблицам номинальных параметров, затем проверка соответствия шага болтов, поверхности, прокладки и контроля сборки.
| Особенность | Класс 150 | Класс 300 |
|---|---|---|
| Типичный номинальный параметр для окружающей среды (диаграммы CS) | ~275 psi | ~720 psi |
| Геометрия | Меньшая толщина и меньший шаг отверстий | Более массивное сечение, больший шаг отверстий, более высокая жёсткость |
| Чувствительность соединения | Может всё равно протекать при плохом состоянии поверхностей/затяжке болтов | Более терпима к жёсткости, но требует лучшего контроля прокладки/затяжки болтов |
| Лучшее применение | Коммунальные и контролируемые службы | Более высокое давление/температура, циклические нагрузки, службы с более высокими последствиями |
Если вы покупаете фланцы для любого класса, запросите прослеживаемость MTR, подтвердите маркировку (класс, материал, плавка), проверьте шаг отверстий и контролируйте качество затяжки болтов. На практике, Хорошая дисциплина сборки предотвращает больше утечек, чем “покупка более высокого класса”.”.
Часто задаваемые вопросы
Можно ли соединить фланец класса 150 с фланцем класса 300 болтами?
Нет. Даже когда количество болтов выглядит одинаковым (например, NPS 4), диаметр окружности болтов и размер отверстий различаются, поэтому шаблоны не совпадут. Модификация отверстий или принудительная подгонка нарушают стандартное сверление и увеличивают риск утечки из-за деформации поверхности и неравномерного напряжения прокладки.
Класс 300 всегда лучше, чем Класс 150?
Нет. Класс 300 добавляет жёсткость и более высокую номинальную пропускную способность, но он дороже, тяжелее и часто требует более высокого контроля сборки (размер шпильки, диапазон момента затяжки, доступ). Если ваша конструкция действительно низкого давления/низкой температуры и контролируема, Класс 150 является правильным инженерным выбором.
Как визуально их различить?
Проверьте маркировку на ободе фланца (например, “150” или “300”), затем подтвердите шаблон сверления. Визуально фланцы Класса 300 обычно толще и имеют большую окружность болтов/отверстия для того же NPS. Для критических работ не полагайтесь на “внешний вид” — проверьте BCD и диаметр отверстия по таблице перед подгонкой.
Означает ли “Class 150”, что фланец ограничен давлением 150 psi?
Нет. “Класс” — это обозначение номинального давления–температуры. При комнатной температуре многие таблицы для углеродистой стали показывают допустимое давление для Класса 150 значительно выше 150 psi, но при более высокой температуре допустимое давление падает. Всегда проектируйте в соответствии с температурно-зависимым номиналом и кодом проекта.
Какую прокладку обычно используют для соединений с выступающей поверхностью класса 300?
Спирально-навитые прокладки часто используются для соединений Class 300 RF в условиях высоких температур и циклических нагрузок, поскольку они лучше сохраняют уплотняющее усилие при релаксации — при условии, что соединение собрано с контролируемыми проходами, а тип прокладки (кольца) соответствует условиям отверстия и поверхности фланца. Выбор прокладки должен быть совместим с химическим составом среды и температурой.
