Фланцы стальные плоские Ду 150: технические характеристики, стандарты и применение
Фланец стальной плоский Ду 150 представляет собой кольцевую деталь с равномерно расположенными отверстиями для болтов или шпилек, предназначенную для герметичного соединения участков трубопроводов, присоединения к ним арматуры, оборудования и приборов. Ключевая особенность плоского фланца (ПФ) — отсутствие выступающей юбки или конусного стыковочного узла. Его монтажная поверхность для приварки расположена в одной плоскости с тыльной стороной. Фланец Ду 150 рассчитан на условный проход 150 мм и является одним из наиболее востребованных типоразмеров в промышленных трубопроводных системах среднего давления.
Конструктивные особенности и отличия от других типов фланцев
Плоский фланец Ду 150 представляет собой плоское кольцо с посадочной поверхностью под уплотнение (чаще всего выступ-впадина, шип-паз или под линзовую прокладку) и отверстиями под крепеж. В отличие от фланца стального приварного встык (воротникового), который приваривается к трубе одним стыковым швом в зоне горловины, плоский фланец монтируется двумя угловыми швами: по периметру трубы и, в большинстве случаев, по внутреннему диаметру фланца. Это определяет его основные эксплуатационные ограничения: прочность соединения с трубой ниже, чем у воротникового фланца, из-за характера сварного шва.
Основное преимущество плоского фланца — более низкая стоимость изготовления и простота монтажа на прямых участках трубопровода. Он не предназначен для компенсации высоких изгибающих моментов и температурных деформаций, где предпочтительнее использование воротниковых фланцев.
Нормативная документация и стандарты
Производство и технические требования к плоским фланцам Ду 150 в России и странах СНГ регламентируются следующими основными стандартами:
- ГОСТ 12820-80 «Фланцы стальные плоские приварные на Ру от 0,1 до 2,5 МПа (от 1 до 25 кгс/см²). Конструкция и размеры». Это основной стандарт для данного типа изделий.
- ГОСТ 12815-80 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на Ру от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см²). Общие технические требования». Определяет типы исполнений уплотнительных поверхностей, допуски, марки стали, требования к испытаниям.
- ОСТ 26.426-79 (для нефтегазовой отрасли).
- Серия стандартов ГОСТ 33259-2015 (EN 1092-1) — современный стандарт, гармонизированный с европейскими нормами, но пока менее распространенный, чем ГОСТ 12820-80.
- Ст3сп, Ст20, 09Г2С — наиболее распространенные марки для общепромышленного применения при температурах от -40 до +450 °C. Ст20 — для температур до +450°C, 09Г2С — для низких температур (до -70°C) и повышенных нагрузок.
- 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т — коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали. Применяются в химической, пищевой промышленности, на объектах с высокими требованиями к чистоте среды или при работе с агрессивными средами (кислоты, щелочи).
- 15Х5М, 12ХМ — теплоустойчивые легированные стали. Используются в энергетике (паропроводы, трубопроводы перегретого пара) при рабочих температурах до 600-650 °C.
- Теплоэнергетика: Водяные тепловые сети (подающие и обратные трубопроводы), системы технического водоснабжения ТЭЦ и котельных, трубопроводы дренажа и продувки.
- Водоснабжение и водоотведение: Магистральные и распределительные сети холодной и горячей воды, напорная канализация, насосные станции.
- Промышленные трубопроводы: Технологические линии в химической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, металлургической отраслях для транспортировки неагрессивных и слабоагрессивных сред (вода, пар низкого давления, воздух, масла, рассолы).
- Системы вентиляции и кондиционирования: Присоединение мощного вентиляционного оборудования, воздуховодов высокого давления.
- Подготовка торца трубы: должен быть ровно отрезан, зачищен от окалины и грязи на ширину не менее 20 мм от края.
- Надевание фланца на трубу. Важно убедиться, что фланец надет свободно и не мешает последующей центровке.
- Центровка и предварительное соединение с ответным фланцем (арматурой) с помощью 2-3 болтов. Это обеспечивает соосность.
- Приварка: Выполняется двумя прерывистыми или сплошными угловыми швами:
- Первый шов — со стороны трубы по внутреннему диаметру фланца.
- Второй шов — по периметру соединения фланца с торцом трубы.
- После сварки и остывания шва необходимо дать соединению остыть естественным образом, запрещается ускоренное охлаждение водой. Затем выполняется окончательная сборка соединения с установкой прокладки и затяжкой крепежа по схеме «крест-накрест» динамометрическим ключом для обеспечения равномерного давления на уплотнение.
- Визуальный и измерительный контроль геометрических размеров (диаметры, толщина, разметка отверстий).
- Проверка маркировки: она должна содержать товарный знак изготовителя, условный проход (Ду), условное давление (Ру), марку стали, номер плавки (для легированных сталей).
- Контроль материала (сертификат соответствия, паспорт).
- Контроль качества уплотнительной поверхности: отсутствие раковин, задиров, трещин. Шероховатость поверхности должна соответствовать исполнению.
- Для ответственных применений — неразрушающий контроль сварных швов после монтажа (ультразвуковой, капиллярный).
- Для исполнения 1, 2, 9: паронит общего или маслобензостойкого назначения, резина, фторопласт, металлографит.
- Для исполнения 4, 5: линзовые или овальные прокладки из стали (чаще 13Х, 20Х13, 08Х18Н10Т) в зависимости от среды.
- Неравномерная затяжка крепежа (перекос фланцев).
- Несоответствие или дефект прокладочного материала.
- Неправильный подбор фланца по давлению/температуре.
- Деформация фланца из-за напряжений от трубопровода или неправильного монтажа.
- Износ или «релаксация» (ослабление) крепежа при длительной эксплуатации в циклическом режиме.
- Коррозия уплотнительной поверхности или крепежа.
Основные параметры и размеры фланца плоского Ду 150
Геометрические параметры фланца строго зависят от условного давления (Ру). Ниже приведены таблицы с ключевыми размерами согласно ГОСТ 12820-80.
Таблица 1. Основные размеры и масса фланцев плоских Ду 150 по ГОСТ 12820-80
| Условное давление, Ру (МПа) | Наружный диаметр фланца, D (мм) | Диаметр болтовой окружности, Dб (мм) | Диаметр отверстий под болты/шпильки, d (мм) | Количество отверстий, n (шт.) | Толщина фланца, h (мм) | Масса (кг, ~) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.1 (1 кгс/см²) | 285 | 240 | 18 | 8 | 18 | 5.8 |
| 0.25 (2.5) | 285 | 240 | 18 | 8 | 20 | 6.4 |
| 0.6 (6) | 285 | 240 | 18 | 8 | 22 | 7.0 |
| 1.0 (10) | 300 | 250 | 18 | 8 | 24 | 8.3 |
| 1.6 (16) | 300 | 250 | 18 | 8 | 26 | 9.0 |
| 2.5 (25) | 320 | 280 | 18 | 12 | 28 | 11.5 |
Таблица 2. Исполнения уплотнительных поверхностей по ГОСТ 12815-80 для Ду 150
| Исполнение | Описание | Применение |
|---|---|---|
| 1 | С соединительным выступом (шип). | Наиболее распространено для Ру до 2.5 МПа. Обеспечивает хорошую герметизацию с прокладками из паронита, резины, фторопласта. |
| 2 | С выступом (шипом) и впадиной (пазом). | Для повышенных требований к герметичности. Прокладка размещается во впадине, что предотвращает ее выдавливание. |
| 3 | С шипом под фторопластовую прокладку. | Для агрессивных сред, совместимых с фторопластом. |
| 4 | Под линзовую прокладку. | Для высоких давлений и температур (в энергетике, на магистральных трубопроводах). |
| 5 | Под прокладку овального сечения. | Аналогично линзовой, для особо ответственных соединений. |
| 9 | Гладкая (плоская). | Для низких давлений (Ру 0.6 МПа и ниже), вакуумных установок с прокладкой из мягкого материала. |
Материалы изготовления и марки сталей
Выбор марки стали для фланца Ду 150 определяется рабочими параметрами среды (давление, температура, агрессивность) и регламентируется ГОСТ 12816-80 (для Ру до 10 МПа) и ГОСТ 12821-80 (для Ру свыше 10 МПа).
Область применения в энергетике и промышленности
Фланцы плоские Ду 150 находят широкое применение в системах, где давление не превышает 2.5 МПа (25 кгс/см²):
Важное ограничение: в магистральных паропроводах высокого и сверхвысокого давления, а также на критически важных участках с циклическими нагрузками и вибрацией, как правило, применяются фланцы приварные встык (воротниковые).
Технология монтажа и требования к сварке
Монтаж плоского фланца Ду 150 на трубу осуществляется в следующем порядке:
Контроль качества и приемка
Каждый фланец должен соответствовать требованиям чертежа и стандартов. Основные проверки включают:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем плоский фланец принципиально отличается от воротникового (приварного встык)?
Плоский фланец приваривается к трубе двумя угловыми швами и не имеет конической горловины. Воротниковый фланец приваривается одним стыковым швом в зоне примыкания горловины к трубе, что обеспечивает лучшую прочность и устойчивость к изгибающим нагрузкам, вибрации и перепадам температур. Плоский фланец дешевле и проще в монтаже, но рассчитан на меньшие нагрузки.
Какое максимальное рабочее давление выдерживает фланец плоский Ду 150?
Согласно ГОСТ 12820-80, плоские фланцы изготавливаются на условное давление (Ру) от 0.1 до 2.5 МПа. Максимальное рабочее давление для конкретного фланца зависит от материала, температуры среды и указывается в таблицах допускаемых давлений ГОСТ 12816-80. Например, для фланца из Ст20 на температуру 300°C рабочее давление будет ниже, чем на температуру 100°C.
Как правильно подобрать прокладку для фланцевого соединения Ду 150?
Тип прокладки определяется исполнением уплотнительной поверхности фланца (см. Таблицу 2) и параметрами среды:
Наружный/внутренний диаметр прокладки должен точно соответствовать размерам канавки или выступу фланца.
Какой крепеж используется для соединения фланцев Ду 150?
Для Ру от 0.1 до 1.6 МПа, как правило, используются болты М16 или шпильки М16 соответствующей длины (определяется толщиной фланцев и прокладки, высотой гаек). Для Ру 2.5 МПа — болты/шпильки М16 в количестве 12 шт. Класс прочности крепежа должен быть не ниже 5.6 для неответственных соединений и 8.8 для ответственных. В агрессивных средах применяется крепеж из нержавеющей стали (например, А2 или А4).
Можно ли использовать плоский фланец Ду 150 для соединения с арматурой, имеющей воротниковый фланец?
Да, это стандартная практика при условии совпадения основных параметров: условного прохода (Ду), условного давления (Ру), диаметра болтовой окружности (Dб), количества и диаметра отверстий под крепеж, а также типа уплотнительной поверхности. Параметры должны соответствовать одному ряду (например, ряд 2 по ГОСТ 12815-80).
Каковы основные причины разгерметизации фланцевого соединения на плоских фланцах?
Существуют ли бесспиртовые методы контроля затяжки фланцевых соединений?
Да, помимо динамометрических ключей, для ответственных соединений применяются методы гидростатической затяжки (гидродомкраты), ультразвукового контроля натяжения шпилек (измерение изменения их длины) и использование специальных болтов/шпилек с контрольными выступами (система Squirter).