Фланцы воротниковые

Добавлено 30.10.2025

Фланцы воротниковые: конструкция, стандарты, применение и монтаж

Фланец воротниковый (приварной встык, английское обозначение – Weld Neck Flange) представляет собой один из наиболее ответственных и широко применяемых типов фланцевых соединений в промышленных трубопроводах, энергетике, нефтегазовом комплексе и химической отрасли. Его ключевая отличительная особенность – наличие конической втулки (воротника, «шейки»), которая обеспечивает плавный переход от толщины стенки фланца к толщине стенки трубы, что значительно снижает концентрацию механических напряжений в зоне сварного шва. Данный тип фланца предназначен для соединения с трубой посредством одного стыкового сварного шва.

Конструктивные особенности и геометрия

Конструкция воротникового фланца состоит из двух основных элементов: собственно фланцевой пластины (диска) с отверстиями под шпильки/болты и конической шейки (воротника), которая приваривается к трубе. Геометрические параметры строго регламентированы стандартами. К ним относятся:

Условный проход (DN, Ду) – номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода.
Условное давление (PN, Ру) – номинальное давление, при котором фланец может работать при температуре 20°C.
Наружный диаметр фланца (D).
Диаметр окружности расположения болтовых отверстий (D1).
Количество и диаметр отверстий под крепеж (n x d).
Толщина фланца (h).
Высота воротника (H) и угол его конусности.
Тип уплотнительной поверхности (исполнение) – критически важный параметр для обеспечения герметичности.

Исполнения уплотнительных поверхностей (типы поверхностей)

В зависимости от условий эксплуатации и типа прокладки, воротниковые фланцы изготавливаются с различными видами уплотнительных поверхностей.

Исполнение 1 (А): Плоская (FF). Поверхность гладкая, плоская. Применяется с мягкими прокладками (паронит, резина) в низконапорных системах (PN до 16-25 атм).
Исполнение 2 (B): Выступ-впадина (M/F). Состоит из выступа на одном фланце и соответствующей впадины на другом. Обеспечивает точную центровку и предотвращает выдавливание прокладки. Широко используется в энергетике и химической промышленности.
Исполнение 3 (C/D): Шип-паз (T/G). Аналогично выступу-впадине, но с более глубоким пазом. Обеспечивает лучшую фиксацию прокладки, часто применяется для токсичных, горючих или дорогостоящих сред.
Исполнение 4 (E/F): Под линзовую прокладку. Имеет коническую поверхность для установки линзовой прокладки. Характерно для высоких давлений (свыше 100 атм) в энергетике (тепловые сети, ТЭЦ).
Исполнение 5 (G): Под прокладку овального или восьмигранного сечения (Ring Joint, RJ). Имеет фрезерованную канавку для металлической прокладки овального или восьмигранного сечения. Применяется в системах сверхвысокого давления (нефтегазодобыча, магистральные трубопроводы).

Материалы изготовления

Выбор материала определяется рабочей средой (агрессивность, температура), давлением и требованиями стандартов. Основные группы материалов:

Углеродистые стали (Ст20, 09Г2С): Для неагрессивных сред (вода, пар, воздух, нефть) при температурах от -40 до +450°C.
Легированные стали (13ХФА, 15Х5М): Для сред с повышенной температурой (до +600°C) в энергетике.
Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали (12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, AISI 304/316): Для агрессивных сред (кислоты, щелочи, морская вода).
Низколегированные стали для низких температур (09Г2С-8): Для работы в условиях Крайнего Севера (до -70°C).

Преимущества и недостатки воротниковых фланцев

Преимущества:

Высокая прочность и надежность соединения за счет плавного перехода (воротника), снижающего концентрацию напряжений.
Минимальные потери на турбулентность потока среды благодаря плавному внутреннему контуру.
Удобство монтажа и демонтажа (фланцы можно свободно вращать вокруг трубы для совмещения отверстий).
Возможность многократного использования после разборки линии.
Широкий диапазон применения – от вакуума до сверхвысоких давлений (PN от 1 до 250 и выше).

Недостатки:

Высокая стоимость по сравнению с плоскими или свободными фланцами из-за большего расхода металла.
Более высокая трудоемкость монтажа, требующая квалифицированной стыковой сварки и контроля швов (рентген, УЗК).
Большие габаритные размеры и масса.

Области применения

Воротниковые фланцы являются основным типом соединений для ответственных трубопроводов:

Энергетика: Магистрали пара высокого и сверхвысокого давления, питательная вода, линии конденсата на ТЭЦ и АЭС.
Нефтегазовая промышленность: Магистральные и промысловые трубопроводы, установки подготовки нефти и газа, технологические линии НПЗ.
Химическая и нефтехимическая промышленность: Трубопроводы с агрессивными, токсичными и взрывоопасными средами.
Судостроение: Системы главных и вспомогательных энергетических установок.

Стандарты и нормативная документация

Производство и применение фланцев регламентируется национальными и международными стандартами. Выбор стандарта является первым шагом при проектировании.

Страна/Регион	Основные стандарты	Ключевые особенности
Россия, СНГ	ГОСТ 33259-2015 (на замену ГОСТ 12821-80), ГОСТ 12820-80, ГОСТ 28759.4-90 (для сосудов и аппаратов), серия ГОСТ 9399, ОСТ 34.10.699-97 (энергомаш)	Метрические размеры, условное давление в МПа (кгс/см²). Исполнения уплотнительных поверхностей от 1 до 9. Широко применяются в традиционных отраслях.
Европа (EN)	EN 1092-1 (Type 11), DIN 2635, DIN 2627, DIN 2628, DIN 2629	Дюймовые или метрические ряды. PN-ряды (PN6…PN400). Тип 11 соответствует воротниковому фланцу.
США, API, ASME	ASME B16.5 (Class 150…2500), ASME B16.47 Series A & B, API 6A	Дюймовая система, номинальное давление в классах (Class). ASME B16.5 – наиболее распространенный мировой стандарт для нефтегаза.
Япония	JIS B2220	Собственные размерные ряды, но часто производятся под стандарты ASME или EN для экспорта.

Технология монтажа и сварки

Качество монтажа воротникового фланца напрямую определяет герметичность и долговечность соединения. Процесс включает следующие этапы:

Подготовка: Проверка маркировки фланца и трубы (материал, давление), визуальный контроль на отсутствие дефектов. Зачистка торца трубы и внутренней поверхности воротника от загрязнений, окалины, ржавчины.
Прихватка (центровка): Фланец надевается на трубу воротником к торцу. С помощью угольника проверяется перпендикулярность плоскости фланца оси трубы (допуск регламентируется). Выполняется 2-3 прихваточных шва.
Сварка: Выполняется стыковой шов по всему периметру соединения воротника с трубой. Для ответственных объектов применяется ручная дуговая сварка (РДС) штучными электродами, аргонодуговая сварка (TIG) для корня шва или автоматическая сварка под флюсом. Обязателен подогрев для легированных сталей и медное охлаждение.
Контроль качества сварного шва: Визуальный и измерительный контроль (ВИК), неразрушающий контроль – ультразвуковой (УЗК) или радиографический (РК).
Комплектация крепежом и прокладкой: Установка прокладки, соответствующей типу поверхности фланца. Подбор болтов, шпилек, гаек из совместимого материала (часто с защитным покрытием).
Затяжка: Затяжка болтов/шпилек производится динамометрическим ключом по определенной схеме (крест-накрест) с поэтапным увеличением момента до значения, указанного в проектной документации.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем воротниковый фланец принципиально отличается от плоского приварного?

Плоский приварной фланец (ГОСТ 12820) приваривается двумя угловыми швами – с внутренней и внешней стороны. Это создает высокую концентрацию напряжений и делает соединение чувствительным к знакопеременным нагрузкам и вибрации. Воротниковый фланец, привариваемый одним стыковым швом с плавным переходом, лишен этого недостатка, что делает его предпочтительным для высоких давлений, температур и динамических нагрузок.

Как правильно расшифровать маркировку фланца, например, Фланец 1-150-25 ст. 09Г2С ГОСТ 33259-2015?

1 – Исполнение уплотнительной поверхности (выступ-впадина).
150 – Условный проход (Ду), 150 мм.
25 – Условное давление (Ру), 25 кгс/см² (2,5 МПа).
ст. 09Г2С – Марка стали (низколегированная конструкционная).
ГОСТ 33259-2015 – Стандарт на фланцы стальные приварные встык.

Можно ли использовать фланец с более высоким PN, чем рабочее давление в системе?

Да, это допустимо и часто практикуется для создания запаса прочности. Однако необходимо учитывать совместимость геометрии (диаметр окружности болтов, количество отверстий) с фланцами соседней арматуры или оборудования. Использование фланца с более низким PN, чем рабочее давление, категорически запрещено.

Как подобрать материал фланца под конкретную среду и температуру?

Выбор осуществляется по нормативным документам: Отраслевым руководящим документам (ОРД), Правилам устройства и безопасной эксплуатации (ПБ, ФНП), стандартам ASME B31.3 (Process Piping) или аналогичным. Существуют таблицы допускаемых материалов для различных сред (серная кислота, аммиак, водородсодержащие среды и т.д.) и температурных диапазонов. Для углеводородных сред часто руководствуются требованиями NACE MR0175/ISO 15156 по устойчивости к сероводородному растрескиванию.

Что такое «юбочный» фланец и является ли он аналогом воротникового?

«Юбочный» фланец (Slip-On Raised Face, SORF) – это фланец, который надевается на трубу и приваривается двумя угловыми швами (с внутренней и внешней стороны). Он не имеет конического воротника. По надежности он уступает воротниковому (Weld Neck), но дешевле и проще в монтаже. Аналогом не является, это разные типы фланцев с разными областями применения.

Каков порядок затяжки болтов фланцевого соединения и почему это важно?

Затяжка производится в несколько этапов (обычно 3-4) динамометрическим ключом с увеличением момента на каждом этапе. Схема – «крест-накрест» или «звезда» для равномерного прижатия прокладки и предотвращения перекоса фланца. Неравномерная затяжка приводит к утечкам и может вызвать поломку фланца или болтов при эксплуатации.

Заключение

Фланец воротниковый представляет собой высоконадежный, универсальный и технологичный элемент соединения трубопроводной арматуры, оборудования и труб. Его правильный выбор, учитывающий стандарт, материал, тип уплотнения и давление, в сочетании с квалифицированным монтажом и контролем, является залогом долговечной и безопасной эксплуатации любых ответственных технологических линий в энергетике и промышленности. Постоянное развитие стандартов и материалов позволяет этим элементам соответствовать самым современным требованиям по надежности и эффективности.

Фланцы воротниковые