Фланцы для систем газоснабжения

Фланцы для систем газоснабжения: конструкция, стандарты, монтаж и контроль

Фланцевое соединение является ключевым элементом в системах магистрального, распределительного и промышленного газоснабжения, обеспечивая разъемное герметичное соединение трубопроводов, арматуры, сосудов и аппаратов. Его надежность напрямую влияет на безопасность, ремонтопригодность и долговечность всей газотранспортной системы. В статье детально рассмотрены типы, стандарты, материалы, требования к изготовлению и монтажу фланцев, применяемых в газовой отрасли.

Классификация и типы фланцев для газовых систем

Выбор типа фланца определяется рабочими параметрами среды (давление, температура), материалом трубопровода, требованиями к монтажу и эксплуатации. В газоснабжении применяются следующие основные типы.

По способу присоединения к трубе

Фланцы приварные встык (воротниковые, ГОСТ 33259-2015, ASME B16.5 Series B). Наиболее распространенный тип для ответственных соединений на давления от 1,6 МПа и выше. Фланец приваривается стыковым швом в зоне воротника, что обеспечивает высокую механическую прочность и сопротивление усталостным нагрузкам. Конструкция позволяет компенсировать напряжения, возникающие при монтаже и эксплуатации.
Фланцы приварные плоские (ГОСТ 33259-2015, ASME B16.5 Series A). Привариваются двумя угловыми швами – с внутренней и наружной стороны. Применяются на трубопроводах низкого и среднего давления (как правило, до 2,5 МПа). Требуют точной подрезки трубы и контроля качества сварки обоих швов.
Фланцы свободные на приварном кольце. Состоят из двух элементов: фланца свободного (плоского) и приварного кольца. К трубе приваривается только кольцо, что упрощает монтаж и юстировку (особенно при частых разборках или в труднодоступных местах). Фланец изготавливается из более дорогого материала (например, нержавеющей стали), а кольцо – из углеродистой, что дает экономию. Широко используются в газораспределительных сетях.
Фланцы резьбовые (Threaded). Присоединяются к трубе с помощью резьбы без сварки. Применяются на малых диаметрах (до DN50-80) в системах с неагрессивными средами и низким давлением, а также в случаях, где сварка нежелательна (например, в взрывоопасных зонах). Требуют герметизации резьбы.

По конструкции уплотнительной поверхности

Тип поверхности определяет выбор прокладки и степень герметичности соединения.

Выступ-впадина (Male-Female, M-F). На одном фланце выполнен выступ, на другом – соответствующая впадина. Прокладка размещается во впадине, что защищает ее от повреждений и обеспечивает точную центровку. Применяется для высоких давлений, опасных сред (включая газ).
Шип-паз (Tongue-Groove, T-G). Более глубокая и узкая конструкция по сравнению с «выступ-впадина». Обеспечивает максимальную герметизацию, часто используется для концентрических или спирально-навитых прокладок.
Под прокладку овального сечения (RTJ – Ring Type Joint). На поверхности фланца проточены канавки трапецеидального или овального сечения, в которые устанавливается металлическая прокладка-кольцо (обычно овального или восьмигранного сечения). При затяжке болтов кольцо пластически деформируется, заполняя канавку, создавая металл-металл уплотнение. Стандарт для систем высокого и сверхвысокого давления (свыше 10 МПа) в магистральных газопроводах, КС, ДКС.
Плоская уплотнительная поверхность (Flat Face, FF). Используется с мягкими прокладками (паронит, фторопласт) при низких давлениях. В газоснабжении применяется ограниченно, преимущественно для присоединения чугунной арматуры к стальным трубопроводам, чтобы избежать изгибающих моментов.
Под прокладку линзового сечения. Распространено в энергетике высоких параметров, в газовой отрасли встречается реже, в специфичных аппаратных соединениях.

Нормативная база и стандарты

Применение фланцев в системах газоснабжения строго регламентировано. Основные стандарты на территории РФ и Таможенного союза:

ГОСТ 33259-2015 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление до PN 250. Конструкция, размеры и общие технические требования». Заменил серию старых ГОСТ (12820-80, 12821-80 и др.). Устанавливает типы, параметры, геометрию, технические требования для фланцев из углеродистых, легированных и нержавеющих сталей.
ГОСТ Р 54432-2011 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов, изготавливаемые из металлопорошковых материалов. Общие технические условия».
СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб». Определяет требования к фланцевым соединениям на переходах между материалами, на вводах в здания и т.д.
Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 032/2013 «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением». Является основополагающим документом, устанавливающим обязательные требования к проектированию, изготовлению, монтажу и экспертизе.

Международные стандарты (применяются на импортном оборудовании и для экспортных проектов):

ASME B16.5 «Pipe Flanges and Flanged Fittings». Мировой стандарт для фланцев классов давления от 150 до 2500.
EN 1092-1 «Flanges and their joints — Circular flanges for pipes, valves, fittings and accessories, PN designated — Part 1: Steel flanges». Европейский стандарт.
ISO 7005-1 «Metallic flanges». Объединяет требования ASME и DIN.

Материалы изготовления

Выбор материала фланца определяется параметрами рабочей среды, температурным режимом и требованиями стандартов. Основные материалы:

Марка материала (сталь)	Стандарт	Область применения в газоснабжении	Примечания
Ст20, 20К	ГОСТ 33259	Трубопроводы природного газа низкого и среднего давления (до PN40), температура от -30 до +425°C.	Наиболее распространенная углеродистая сталь для стандартных условий.
09Г2С	ГОСТ 33259	Наружные газопроводы, работающие при низких температурах (до -70°C после термообработки).	Низколегированная сталь для северного исполнения.
12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т	ГОСТ 33259	Системы с агрессивными компонентами, технологические линии на КС, ДКС, где возможна конденсация влаги с примесями.	Аустенитная коррозионностойкая сталь.
13ХФА		Магистральные газопроводы высокого давления.	Сталь с улучшенными прочностными и низкотемпературными свойствами.
A105	ASME B16.5	Фланцы общего назначения по стандартам ASME.	Углеродистая сталь для ковки.
A182 F304/F316	ASME B16.5	Коррозионностойкие фланцы для агрессивных сред.	Аналог 08Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т.

Все фланцы для опасных сред, включая газ, должны изготавливаться с обязательным контролем химического состава и механических свойств. Изготовление методом литья для ответственных соединений не допускается, применяется ковка (штамповка) или механическая обработка из проката.

Комплект фланцевого соединения и монтаж

Герметичность соединения обеспечивается не только фланцами, но и всеми комплектующими.

Прокладки. Для газовых систем применяются:
- Металлические прокладки овального или восьмигранного сечения (для соединений RTJ) из мягких сталей (например, Ст10), легированных сталей или меди.
- Спирально-навитые прокладки (СНП) с заполнителем из графита или PTFE и внешними и внутренними ограничительными кольцами. Универсальны для давлений до PN100-160, обеспечивают высокую степень герметичности.
- Фторопластовые (PTFE) и графитовые прокладки для плоских поверхностей и средних давлений.
- Использование паронитовых прокладок в системах газоснабжения часто ограничено из-за их старения и возможной утечки газа.
Крепежные изделия. Болты, шпильки, гайки и шайбы. Ключевые требования:
- Класс прочности не ниже 8.8 для ответственных соединений, часто применяется 10.9.
- Материал должен быть совместим с материалом фланца во избежание гальванической коррозии.
- Длина шпильки/болта должна быть такой, чтобы после затяжки гайка имела не менее 1,5-2 витков резьбы, но не выступала за торец более чем на 3 мм.
Процедура затяжки. Критически важный этап. Запрещена произвольная затяжка «на глаз» или ударным инструментом. Применяется:
- Калиброванный динамометрический ключ с заданием момента затяжки, рассчитанного по стандарту (например, ГОСТ Р 52857.1-2007).
- Гидравлические натяжители шпилек для крупных фланцев (DN300 и выше, высокое давление).
- Струбцины с гидроприводом.
Затяжка ведется по определенной схеме (крест-накрест) в несколько проходов для равномерного обжатия прокладки.

Контроль качества и дефектация

Каждый фланец, поступающий на монтаж, должен иметь паспорт (сертификат) с указанием марки материала, результатов механических испытаний, УЗК или рентгеноконтроля сварных швов (для приварных фланцев), термообработки. Визуальному контролю подлежат:

Отсутствие трещин, раковин, задиров на уплотнительной поверхности.
Чистота обработки уплотнительной поверхности (требуемый шероховатость Ra).
Соответствие геометрических параметров (диаметры, толщина, число и шаг отверстий) стандарту.
Наличие маркировки: условный проход (DN), номинальное давление (PN), марка материала, клеймо производителя, номер плавки.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличаются фланцы по ГОСТ 33259-2015 от старых ГОСТ 12820-80 и 12821-80?

ГОСТ 33259-2015 является комбинированным стандартом, объединившим требования к плоским и приварным встык фланцам. Он гармонизирован с европейскими стандартами серии EN. Основные отличия: введены новые ряды номинальных давлений (PN), уточнены допуски, расширен перечень материалов, унифицированы требования к маркировке. Геометрически фланцы PN20 (бывш. Ру 2.0) по новому ГОСТу в большинстве случаев взаимозаменяемы со старыми, но для ответственных применений требуется проверка по чертежам.

Как правильно выбрать тип уплотнительной поверхности для газопровода высокого давления (10 МПа)?

Для давления 10 МПа (PN100) и выше в магистральных газопроводах стандартным и наиболее надежным решением является соединение с уплотнительной поверхностью типа «кольцевая канавка» (RTJ) под металлическую прокладку овального или восьмигранного сечения. Такое соединение обеспечивает контакт «металл-металл», устойчиво к высоким механическим нагрузкам и температурным деформациям, имеет доказанную надежность.

Можно ли использовать плоские приварные фланцы на газопроводах высокого давления?

Нет, это недопустимо. Плоские приварные фланцы имеют конструктивные ограничения по сопротивлению изгибающему моменту и вибрации. Для давлений, характерных для категорий «высокое» и «сверхвысокое» (как правило, от PN40 и выше), нормативные документы (СП, ТР ТС 032) предписывают применение фланцев приварных встык (воротниковых), которые обеспечивают равнопрочность с трубой и лучшую работу в условиях циклических нагрузок.

Каков порядок затяжки болтов фланцевого соединения?

Затяжка должна выполняться в следующей последовательности:

Установить прокладку и наживить все гайки вручную.
Первый проход: затянуть все болты с моментом, составляющим 20-30% от конечного, в порядке «крест-накрест» (например, для 8-болтового фланца: 12-6-3-9-…).
Второй проход: затяжка с моментом 50-70% от конечного в той же последовательности.
Финальный проход: затяжка 100% расчетного момента в круговом порядке по часовой стрелке для окончательного выравнивания.

Для соединений RTJ часто применяется процедура «затяжка по окружности» после предварительной затяжки крест-накрест.

Требуется ли повторная подтяжка фланцевых соединений после пуска газа?

Да, эта процедура является обязательной и регламентирована. После опрессовки и пуска системы в эксплуатацию, в процессе первого технологического цикла (нагрева-охлаждения) или в течение первых 24-48 часов работы происходит «посадка» прокладки и релаксация напряжений в крепеже. Необходимо выполнить контрольную подтяжку всех фланцевых соединений (после остановки и сброса давления!) в соответствии с инструкцией по эксплуатации. В дальнейшем подтяжка проводится по графику планово-предупредительного ремонта.

Как маркируются фланцы и что должно быть указано в сертификате?

На теле фланца (обычно на наружной цилиндрической поверхности) должны быть нанесены клейма:

Условный проход (DN).
Номинальное давление (PN).
Условное обозначение материала (например, Ст20).
Клеймо или наименование изготовителя.
Номер плавки или партии.

В сертификате (паспорте) помимо этих данных указываются: результаты химического анализа, механические свойства (предел текучести, прочности, ударная вязкость), вид и результаты контроля УЗК, тип термообработки, соответствие стандарту.

Заключение

Фланцевые соединения в системах газоснабжения представляют собой сложный инженерный узел, надежность которого определяется точным соблюдением нормативных требоваов на всех этапах: от выбора материала и типа фланца по стандарту, через контроль качества изготовления, до правильного монтажа с применением расчетного момента затяжки и квалифицированной подтяжки в эксплуатации. Пренебрежение любым из этих этапов может привести к образованию утечки газа, создающей угрозу взрыва, пожара и отравления. Современные стандарты, такие как ГОСТ 33259-2015 и ТР ТС 032/2013, устанавливают четкие рамки для обеспечения безопасности. Применение качественных комплектующих (фланцев, прокладок, крепежа) и строгое соблюдение технологических регламентов монтажа и обслуживания являются обязательным условием безаварийной работы газотранспортных систем.

Фланцы для систем газоснабжения