Flanschrohrverschraubungen: Eine vollständige Anleitung

Was sind Flanschrohrverschraubungen?

Flanschrohrverschraubungen sind mechanische Komponenten, die dazu dienen, Rohre, Ventile, Pumpen und andere Geräte in einem Rohrleitungssystem durch eine Flanschverbindung zu verbinden. Im Gegensatz zu Gewinde- oder Schweißverbindungen werden Flanschverbindungen mit einer Dichtung verschraubt, die zwischen den beiden Passflächen sitzt. Dadurch entsteht eine sichere, auslaufsichere Dichtung, die demontiert werden kann, ohne das Rohr oder angrenzende Geräte zu beschädigen. Diese Kombination aus Festigkeit und Nützlichkeit macht Flanschverbindungen zur bevorzugten Verbindungsmethode in anspruchsvollen Industrieumgebungen.

Der Begriff „Rohrverbindungsstücke mit Flansch“ umfasst eine breite Familie von Komponenten – einschließlich Flanschbögen, Flansch-T-Stücken, Flanschreduzierstücken, Flanschkupplungen und Flanschendstücken –, die alle das gemeinsame Merkmal einer integrierten oder befestigten Flanschfläche haben, die mit einem entsprechenden Flansch an einer benachbarten Komponente zusammenpasst. Jeder Kupplungstyp hat eine bestimmte Funktion innerhalb der Rohrleitung, sei es die Beeinflussung des Durchflusses, die Änderung des Rohrdurchmessers, die Abzweigung einer Leitung oder die Beendigung einer Leitung.

Gängige Arten von Flanschverbindungen und ihre Funktionen

Das Verständnis der verfügbaren Fittingtypen ist der erste Schritt zur Spezifikation der richtigen Komponente für ein bestimmtes Rohrleitungssystem. Jeder Typ erfüllt eine bestimmte geometrische oder funktionale Anforderung innerhalb des Pipeline-Layouts.

• Flanschbögen (45° und 90°) – Wird verwendet, um die Strömungsrichtung in einer Rohrleitung zu ändern. Der 90°-Flanschbogen ist am gebräuchlichsten und wird dort eingesetzt, wo Platzbeschränkungen eine starke Richtungsänderung erfordern. Die 45°-Variante bietet eine sanftere Drehung mit geringerem Druckabfall und wird in Systemen bevorzugt, bei denen die Durchflussrate eine konstruktive Rolle spielt.
• Ausgestellte T-Shirts — Lassen Sie die Rohrleitung von einem einzigen Einlass in zwei Richtungen abzweigen. Gleiche T-Stücke sorgen für die gleiche Nennweite über alle drei Öffnungen, während Reduzier-T-Stücke Abzweigungen mit kleinerem Durchmesser ermöglichen. Flansch-T-Stücke werden häufig in Verteilerköpfen und Bypass-Kreisläufen verwendet.
• Flanschreduzierer — Rohrabschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern verbinden. Konzentrische Reduzierstücke werden in vertikalen Rohrleitungen verwendet oder dort, wo die Mittellinie konstant bleiben muss; Exzentrische Reduzierstücke werden bei horizontalen Strecken bevorzugt, um Lufteinschlüsse oder Flüssigkeitsansammlungen am Übergangspunkt zu verhindern.
• Flanschkupplungen und Wannen — Stellen Sie eine gerade Verbindung zwischen zwei Rohrabschnitten her, die typischerweise dort verwendet wird, wo eine häufige Demontage zu erwarten ist – beispielsweise an Saug- und Druckstutzen von Pumpen oder Inline-Instrumenten.
• Geflanschte Endstücke — Schließen Sie eine Rohrleitung ab oder isolieren Sie einen Abschnitt während hydrostatischer Tests oder Wartungsarbeiten. Je nach Druckanforderung sind sie in flachen, flachen und elliptischen Profilen erhältlich.

Materialien, die in Flanschrohrverbindungen verwendet werden

Die Materialauswahl ist eine der wichtigsten Entscheidungen bei der Spezifikation von Flanschrohrverbindungen. Eine falsche Materialauswahl kann zu beschleunigter Korrosion, Spannungsrissen oder mechanischem Versagen führen – allesamt erhebliche Auswirkungen auf die Sicherheit und die Finanzen. Die drei Hauptmaterialgruppen sind Kohlenstoffstahl, Edelstahl und legierter Stahl, die jeweils für unterschiedliche Betriebsbedingungen geeignet sind.

Kohlenstoffstahl

Kohlenstoffstahlflänsar – oftast tillverkade enligt ASTM A234 WPB – är standardvalet för allmänt bruk för olja och gas, ånga och vatten i icke-korrosiva miljöer. De erbjuder en utmärkt kombination av mekanisk styrka, svetsbarhet och kostnadseffektivitet. Kolstål med låg temperatur (som ASTM A420 WPL6) utökar användbarheten för kryogen service ner till -46°C.

Edelstahl

Flanschanschlüsse aus Edelstahl – typischerweise ASTM A403 WP304/304L oder WP316/316L – werden dort spezifiziert, wo Korrosionsbeständigkeit eine Hauptanforderung ist. Die Sorte 316L fügt der Legierungsmatrix Molybdän hinzu und sorgt so für eine deutlich verbesserte Beständigkeit gegen chloridbedingte Lochfraßbildung, was sie zur Standardwahl für chemische Verarbeitungs-, Pharma-, Schifffahrts- und Lebensmittelanwendungen macht. Die Kennzeichnung „L“ (kohlenstoffarm) minimiert das Risiko einer Sensibilisierung beim Schweißen und bewahrt die Korrosionsbeständigkeit in den vom Schweißen betroffenen Zonen.

Legierter Stahl

Für den Hochtemperatur- und Hochdruckbetrieb – beispielsweise in Stromerzeugungskesseln und petrochemischen Reaktoren – sind Flansche aus legiertem Stahl spezifiziert. Zu den gängigen Güten gehören ASTM A234 WP11 (1,25 % Cr, 0,5 % Mo) und WP22 (2,25 % Cr, 1 % Mo), die bei erhöhten Temperaturen, bei denen Kohlenstoffstahl an Festigkeit verliert, die mechanischen Eigenschaften und die Kriechfestigkeit beibehalten. Duplex- und Super-Duplex-Edelstahlsorten (UNS S31803 / S32750) bieten eine Kombination aus hoher Festigkeit und außergewöhnlicher Korrosionsbeständigkeit für aggressive Offshore- und Unterwasserumgebungen.

Druckklassen und geltende Normen

Flanschverbindungen werden gemäß etablierten internationalen Standards hergestellt und für den Druck ausgelegt. Die Einhaltung dieser Standards gewährleistet dimensionale Austauschbarkeit, vorhersehbare mechanische Leistung und Kompatibilität mit Flanschventilen, Rohren und Geräten verschiedener Hersteller.

Die beiden vorherrschenden Standardsysteme sind ASME/ANSI (in Nordamerika und weltweit in der Öl- und Gasindustrie weit verbreitet) und EN/DIN (in europäischen Märkten vorherrschend). Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Druckklassenbezeichnungen und ihre ungefähren maximal zulässigen Drücke bei Umgebungstemperatur für Kohlenstoffstahl zusammen:

Es ist wichtig zu beachten, dass der zulässige Druck mit steigender Temperatur abnimmt. Ingenieure müssen beim Betrieb oberhalb der Umgebungsbedingungen immer die entsprechenden Druck-Temperatur-Bewertungstabellen ASME B16.9 oder B16.5 heranziehen und die Leistung entsprechend herabsetzen.

Branchenübergreifende Branchenanwendungen

Die Vielseitigkeit von Flanschverbindungen spiegelt sich in der Vielfalt der Branchen wider, die für den sicheren und zuverlässigen Betrieb von Rohrleitungen auf sie angewiesen sind.

• Öl und Gas — Von vorgelagerten Bohrlochköpfen bis hin zu Mittelstrom-Transportleitungen und nachgeschalteten Raffinerieprozesseinheiten verarbeiten Flanschkupplungen Kohlenwasserstoffe, Sauergas und gefördertes Wasser über extreme Druck- und Temperaturbereiche. In diesen Umgebungen dominieren Klassen der Klasse 600 und höher.
• Chemische Verarbeitung — Korrosive Säuren, Lösungsmittel und reaktive Zwischenprodukte erfordern Flanschverbindungen aus Edelstahl oder legiertem Stahl mit kompatiblen Dichtungsmaterialien. Die einfache Demontage von der Flanschverbindung wird besonders in Chemieanlagen geschätzt, in denen Prozessleitungen häufig überprüft und gereinigt werden müssen.
• Wasseraufbereitung — Kommunale und industrielle Wasseraufbereitungsanlagen verwenden Flansche mit großem Durchmesser aus Kohlenstoffstahl oder Sphäroguss für den Niederdruck-Wassertransport, wobei Edelstahl für Membranfiltration und Trinkwasserkontaktzonen spezifiziert wird.
• Stromerzeugung — Zuleitungen für Dampfturbinen, Kesselköpfe und Kühlwasserkreisläufe in Wärme- und Kernkraftwerken basieren auf Flanschverbindungen aus legiertem Stahl, die für den Dauerbetrieb bei hohen Temperaturen und hohem Druck ausgelegt sind, mit strengen Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit von Maßen und Materialien.

Installation, Wartung und Best Practices

Die korrekte Installation von Flanschverbindungen ist ebenso wichtig wie die korrekte Spezifikation. Selbst Armaturen von höchster Qualität werden bei falscher Montage undicht oder versagen vorzeitig. Die folgenden Best Practices gelten für alle Flanschverbindungsinstallationen:

• Inspektion der Flanschoberfläche — Überprüfen Sie vor dem Zusammenbau beide Passflanschflächen auf radiale Kratzer, Lochfraß oder Korrosion, die den Dichtungssitz beeinträchtigen könnten. Beschädigte Oberflächen sollten vor der Montage nachbearbeitet oder ersetzt werden.
• Wahl der Verpackung — Passen Sie das Packungsmaterial an das Prozessmedium, die Temperatur und den Druck an. Ab Klasse 300 sind Spiraldichtungen mit Innenring Standard. PTFE-Gehäusedichtungen werden für den Einsatz in korrosiven Chemikalien bevorzugt. Eine komprimierte Dichtung niemals wiederverwenden.
• Drehmomentfolge — Ziehen Sie die Schrauben sternförmig (über Kreuz) in mehreren Umläufen an, um eine gleichmäßige Dichtungspressung zu erreichen. Informationen zu Schraubenqualität, Durchmesser und verwendeter Dichtungsart finden Sie in den entsprechenden Drehmomenttabellen. Zu geringes Drehmoment verursacht Leckage; Durch übermäßiges Verdrehen werden weiche Dichtungen zerdrückt und es besteht die Gefahr einer Beschädigung der Flanschoberfläche.
• Anpassung — Flansche müssen vor dem Verschrauben richtig ausgerichtet sein. Das Zusammendrücken falsch ausgerichteter Flansche führt zu Biegespannungen in Rohr und Formstück, wodurch die Ermüdungslebensdauer verkürzt und das Risiko von Undichtigkeiten bei zyklischer Belastung erhöht wird.
• Periodischer Rückzug — Im Hochtemperaturbetrieb führen thermische Zyklen zu einer Entspannung der Packung. Eine erneute Überprüfung des Drehmoments nach dem ersten Wärmezyklus trägt dazu bei, die Dichtungsintegrität langfristig aufrechtzuerhalten.

Einer der Hauptvorteile von Flanschrohrverschraubungen Bei überschweißten Verbindungen handelt es sich genau um die Möglichkeit, Rohre zu zerlegen, zu prüfen, Dichtungen auszutauschen und wieder zusammenzubauen, ohne Rohre zu schneiden oder neu zu schweißen – was die Wartungsausfallzeiten in komplexen Rohrleitungssystemen erheblich reduziert.

Qualitätsstandards und Lieferantenauswahl

Präzisionstechnik und strenge Qualitätskontrolle sind bei der Herstellung kritischer Flanschverbindungen unverzichtbar. Renommierte Hersteller halten die ASME B16.9 (Fabric Forged Fittings), MSS SP-75 (High Strength Forged Butt Weld Fittings) und ASTM-Materialspezifikationen für jede Produktklasse ein. Inspektionen durch Dritte und Materialrückverfolgbarkeit – einschließlich Werksprüfberichten (MTR), zertifiziert nach EN 10204 3.1 oder 3.2 – sollten Standardleistungen für alle Aufträge sein, die für Öl und Gas, Energie oder chemische Dienstleistungen bestimmt sind.

Priorisieren Sie bei der Bewertung von Anbietern diejenigen, die umfassende Inspektionsberichte, thermische und Chargenrückverfolgbarkeit sowie NDE-Funktionen (zerstörungsfreie Prüfung) wie Röntgenprüfung (RT) und Flüssigkeitseindringprüfung (PT) auf Anfrage bieten. Lieferanten, die über eine PED-Zulassung (Druckgeräterichtlinie) verfügen, sind für Projekte, die für den europäischen Markt bestimmt sind, unerlässlich. Bei globalen Projekten bietet die ISO 9001-Zertifizierung eine grundlegende Absicherung dokumentierter Qualitätsmanagementprozesse im gesamten Fertigungsbetrieb.

Ob in korrosiven chemischen Umgebungen, Hochtemperatur-Kraftwerksdampfsystemen oder Hochdruck-Unterwasser-Öl- und Gas-Infrastruktur, korrekt spezifiziert und installiert Flanschrohrverschraubungen bieten die Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und Langzeitleistung, die moderne industrielle Rohrleitungssysteme erfordern.