ASME PCC-1: сборка фланцевого соединения с прокладкой по шагам

ASME PCC-1 называется Guidelines for Pressure Boundary Bolted Flange Joint Assembly и описывает, как собрать болтовое фланцевое соединение сосуда, трубопровода или аппарата, чтобы оно не текло: осмотр, центровка, установка прокладки, смазка, нумерация шпилек, порядок и усилие затяжки, запись результатов. Первое издание вышло в 2000 году, действующее в 2022 году (Inspectioneering).

Руководство разделено на основной текст и шестнадцать приложений

Основной текст PCC-1 идёт по порядку сборки: очистка и осмотр контактных поверхностей, центровка фланцев, установка прокладки, смазка рабочих поверхностей, установка и нумерация шпилек, затяжка, проверка давлением, записи и разборка. Всё, что требует расчёта или выбора, вынесено в приложения от A до P; перечень приложений можно сверить по программе курса ASME MC136.

Для прокладки важны четыре приложения. C даёт рекомендуемую шероховатость поверхности фланца для разных типов прокладок, D допустимую неплоскостность и глубину дефектов, M применение и закупку закалённых шайб, O выбор напряжения в шпильках при сборке. Приложение P помогает разбирать случаи течи: в нём есть руководство по расследованию и контрольный список по конструкции и практике.

Затяжку ведут звездой в три прохода с возрастанием момента

Традиционная схема PCC-1, Legacy pattern, это звезда по пронумерованным шпилькам. По описанию Hex Technology: первый проход 20–30 % целевого момента, второй 50–70 %, третий 100 %, все тем же звёздным порядком. Затем идут круговые проходы при 100 % по часовой стрелке, пока гайки не перестанут поворачиваться.

Число круговых проходов зависит от прокладки. Для спирально-навитых и гребенчатых прокладок обычно хватает двух, для кольцевых металлических RTJ проходов больше. Мягкая прокладка из паронита или резины продолжает сжиматься после третьего прохода, поэтому на ней круговые проходы особенно важны: без них шпильки, затянутые первыми, оказываются слабее последних.

Приложение F разрешает схемы быстрее звезды

Начиная с издания 2010 года альтернативы звезде вынесены в приложение F. Модифицированная звезда поднимает нагрузку уже после первых четырёх шпилек; квадрантная схема тянет по четвертям фланца; есть схемы одновременной затяжки несколькими инструментами. Они экономят проходы на больших фланцах с 24–60 шпильками.

Ограничение касается прокладок. Круговая схема с первого прохода допустима только для твёрдых прокладок, например гребенчатых. Для мягких прокладок, по тому же описанию, в модифицированных схемах обязателен полный звёздный второй проход. Если на фланце теплообменника поменяли гребенчатую прокладку на паронитовую, схему затяжки в процедуре нужно менять вместе с ней.

Сколько проходов затяжки требует ASME PCC-1?

Традиционная схема ASME PCC-1 требует трёх звёздных проходов с моментом 20–30 %, 50–70 % и 100 % от целевого, после чего идут круговые проходы при 100 % до тех пор, пока гайки перестанут поворачиваться. Для спирально-навитых и гребенчатых прокладок обычно достаточно двух круговых проходов, для металлических кольцевых прокладок RTJ их больше. Альтернативные схемы приложения F сокращают число проходов.

Целевой момент считают от напряжения в шпильке

Приложение O выбирает напряжение в шпильках при сборке так, чтобы прокладка сжалась достаточно для плотности, но не была раздавлена, а фланец и шпилька не вышли за свои пределы. Приложения J и K переводят напряжение в момент. В простой форме момент равен коэффициенту гайки, умноженному на диаметр шпильки и усилие в ней.

Пример расчёта, условные данные: фланец DN 100 с восемью шпильками M20, площадь резьбы 245 мм², целевое напряжение в шпильке 200 МПа. Усилие в одной шпильке 245 × 200 ≈ 49 кН, при коэффициенте гайки 0,2 момент ≈ 0,2 × 0,020 × 49 000 ≈ 196 Н·м. Суммарное усилие восьми шпилек ≈ 392 кН. Если прокладка кольцом 162 × 115 мм, её площадь ≈ 10 200 мм², и напряжение сжатия ≈ 38 МПа.

Последнее число сравнивают с данными изготовителя прокладки: минимальным напряжением для плотности и максимальным, при котором материал начинает выдавливаться или разрушаться. Коэффициент гайки зависит от смазки, поэтому смазку в процедуре указывают маркой, а не словом «смазать».

Поверхность фланца проверяют под тип прокладки

Приложения C и D связывают состояние фланца с прокладкой. Мягкой прокладке из паронита, резины или расширенного фторопласта нужна одна шероховатость, спирально-навитой другая, металлической третья. Радиальная риска на зеркале фланца для мягкой прокладки опаснее, чем кольцевая, потому что даёт прямой путь среде.

Отсюда практическое правило для ремонта: прежде чем менять материал прокладки на «более плотный», замеряют неплоскостность и смотрят дефекты. Если фланец повело или зеркало в рисках, жёсткая прокладка потечёт быстрее мягкой. Для мягких прокладок на отечественных фланцах усилие удобно проверить по правилам затяжки фланцевого соединения, а оценку состояния разъёмных соединений в эксплуатации задаёт ГОСТ Р 55430-2013.

Закалённые шайбы стабилизируют коэффициент трения

Приложение M даёт рекомендации по применению шайб и требования к закупке закалённых шайб. Под гайкой без шайбы торец гайки при затяжке врезается в мягкую поверхность фланца, трение растёт, и при том же моменте шпилька получает меньше усилия. Закалённая шайба делает трение одинаковым от шпильки к шпильке.

Для прокладки это прямо меняет результат: разброс трения превращается в разброс сжатия по окружности. Если на одном фланце половина гаек стоит на шайбах, а половина без них, рассчитанный момент 196 Н·м из примера даст на прокладке зоны пережима и недожима.

Данные о прокладке для процедуры сборки

Процедуру затяжки по PCC-1 нельзя составить без данных о прокладке, поэтому при заказе прокладок для критичных фланцев их собирают вместе:

Всё, что изготовитель прокладки добавляет от себя, например замену марки паронита или толщины, записывают в КП отдельно как предложение. Иначе процедура, рассчитанная на одну прокладку, будет выполняться с другой.

Прокладки под процедуру PCC-1 заказывают партией на ППР

Наша компания производит фланцевые прокладки из паронита, резины, фторопласта и других неметаллических листовых материалов, включая паронитовые по ГОСТ 15180 и по размерам ASME B16.21. Для ремонтного фонда прокладки делают по чертежу или по образцу, эскизу или фото с размерами; минимальная сумма заказа 9 000 ₽ с НДС, а срочную единичную прокладку на аварийный фланец берут в работу так же, как комплект. Для дюймовых фланцев размеры берут по классу давления, как для прокладок ANSI 150 и 300.

Для остановочного ремонта удобнее заказывать комплект на все фланцы аппарата одной партией, с маркировкой позиции на каждой прокладке. Тогда слесарь по процедуре PCC-1 берёт прокладку с той же маркой и толщиной, на которую рассчитан момент, а не ближайшую по размеру со склада.