Фланцы стальные плоские приварные Ду 200

Фланцы стальные плоские приварные Ду 200: технические характеристики, стандарты и применение

Фланец стальной плоский приварной Ду 200 представляет собой кольцевую деталь с равномерно расположенными отверстиями для болтов или шпилек, предназначенную для соединения трубопроводной арматуры, присоединения труб к аппаратам, машинам и резервуарам, а также для монтажа разъемных участков трубопроводов. Условный проход (Ду) 200 мм соответствует наружному диаметру трубы, на которую устанавливается фланец, в диапазоне 219 мм (для труб по ГОСТ 33259-2015). Данный типоразмер является одним из наиболее востребованных в магистральных и промышленных трубопроводах среднего и высокого давления.

Конструктивные особенности и принцип монтажа

Плоский приварной фланец (тип 01 по ГОСТ 33259-2015, ранее тип 1 по ГОСТ 12820-80) характеризуется отсутствием выступающей юбки (ступицы). Его монтаж осуществляется путем насадки фланца на торец трубы и последующего приваривания двумя сварными швами: первый шов выполняется по периметру стыка внутренней поверхности фланца и наружной поверхности трубы, второй — по торцу фланца со стороны трубы. Такая конструкция обуславливает относительно простой монтаж, но меньшую прочность и жесткость соединения по сравнению с фланцами приварными встык (воротниковыми).

Нормативная документация и стандарты

Производство и технические требования к плоским приварным фланцам регламентируются следующими основными стандартами:

• ГОСТ 33259-2015 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление до PN 250. Конструкция, размеры и общие технические требования». Это актуализированный межгосударственный стандарт, пришедший на смену ГОСТ 12820-80 и ГОСТ 12821-80.
• 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» (действует для продукции, выпущенной до введения нового стандарта).
• ГОСТ 12815-80 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на Ру от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см²). Требования к конструкции, размерам, материалам и технические требования».
• ASME/ANSI B16.5 «Pipe Flanges and Flanged Fittings». Американский стандарт, широко используемый в международных проектах. Соответствующий типоразмер — 8″ Class 150, 300, 400, 600 и др.
• EN 1092-1 «Фланцы и их соединения. Круглые фланцы для труб, арматуры и присоединений. Часть 1: Стальные фланцы, номинальное давление от PN 6 до PN 400».

Основные параметры и размеры для Ду 200

Ключевыми параметрами фланца являются условный проход (Ду), условное давление (Ру/PN), исполнение уплотнительной поверхности и геометрические размеры. Для плоского приварного фланца Ду 200 в соответствии с ГОСТ 33259-2015 основные размеры в зависимости от условного давления приведены в таблице.

Таблица 1. Основные размеры плоских приварных фланцев Ду 200 по ГОСТ 33259-2015 (выдержка)

Условное давление, Ру (МПа)	PN (бар)	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)	Диаметр ступицы (внутр.), D1 (мм)
1.0	10	335	295	18	8	20	210
1.6	16	350	310	18	8	22	212
2.5	25	375	330	18	12	24	218
4.0	40	415	362	23	12	26	224
6.3	63	450	390	23	16	32	230

Исполнения уплотнительных поверхностей

В соответствии с ГОСТ 33259-2015 (и ГОСТ 12815-80) фланцы изготавливаются с различными типами уплотнительных поверхностей, что определяет тип прокладки и герметичность соединения. Для Ду 200 наиболее распространены:

• Исполнение 1 (ГОСТ 33259) / Исполнение А (старый ГОСТ): Гладкая уплотнительная поверхность. Применяется с мягкими прокладками (паронит, фторопласт, резина) при низких и средних давлениях (как правило, до PN 16).
• Исполнение 2 (ГОСТ 33259) / Исполнение Б: Поверхность с выступом (выступ-впадина). Обеспечивает точную центровку прокладки и лучшее уплотнение, применяется с мягкими и металлическими прокладками для давлений до PN 40.

Исполнение 3 (ГОСТ 33259) / Исполнение В: Поверхность с шипом (шип-паз). Аналогично исполнению 2, обеспечивает фиксацию прокладки, предотвращая ее выдавливание. Широко используется в энергетике и нефтехимии.

• Исполнение 4 (ГОСТ 33259) / Исполнение Г, Д: Под линзовую прокладку или прокладку овального сечения. Применяется для высоких давлений и температур (в энергетике, на ТЭЦ, АЭС).
• Исполнение 5 (ГОСТ 33259) / Исполнение Е: Под фторопластовую прокладку.
• Исполнение 9 (ГОСТ 33259): Шип-паз под металлическую прокладку овального или восьмигранного сечения. Критически важные соединения высокого давления.

Материалы изготовления

Выбор марки стали для изготовления фланцев Ду 200 определяется рабочими параметрами среды (давление, температура, агрессивность) и регламентируется ГОСТ 33259-2015, ГОСТ 12816-80 и отраслевыми нормами. Основные группы материалов:

• Углеродистые стали обыкновенного качества (Ст3сп, Ст3пс): Для рабочих сред с температурой от -30 до +300°C, номинальным давлением до 2.5 МПа. Применяются в системах водоснабжения, вентиляции, неагрессивных жидкостей и газов.
• Качественные углеродистые стали (сталь 20, 25): Для температур от -40 до +400°C. Наиболее распространенный материал для фланцев общего назначения в теплоэнергетике и промышленных трубопроводах.
• Легированные стали (09Г2С, 15Х5М, 12Х18Н10Т):
  • 09Г2С (низколегированная): Для низких температур (до -70°C) и повышенных нагрузок.
  • 15Х5М (хромомолибденовая): Для высоких температур (до +600°C) в средах, содержащих сероводород (нефтепереработка).
  • 12Х18Н10Т (аустенитная нержавеющая сталь): Для агрессивных сред (кислоты, щелочи), пищевой промышленности, сред с высокими требованиями к чистоте.

Область применения и ограничения

Фланцы плоские приварные Ду 200 находят широкое применение в следующих отраслях:

• Энергетика: Трубопроводы питательной воды, пара низкого и среднего давления, конденсата, технической воды на ТЭЦ и котельных.
• Нефтегазовая промышленность: Магистрали сбора и транспорта нефти, газа, воды; технологические трубопроводы на установках с давлением, как правило, не превышающим PN 40.
• Химическая и нефтехимическая промышленность: Транспорт агрессивных и неагрессивных сред при умеренных давлениях и температурах.
• Водоснабжение и водоотведение: Магистральные водоводы, насосные станции, очистные сооружения.
• Жилищно-коммунальное хозяйство: Центральные тепловые пункты (ЦТП), распределительные сети теплоснабжения.

Ограничения: Плоские приварные фланцы не рекомендуется применять в трубопроводах с частыми температурными колебаниями, знакопеременными нагрузками, в условиях вибрации, а также для высоких давлений (как правило, выше PN 40) и температур (выше +450°C). В этих случаях предпочтение отдается фланцам приварным встык (воротниковым), которые обеспечивают более высокую прочность и долговечность соединения.

Контроль качества и маркировка

Каждый фланец должен иметь маркировку, включающую:

• Товарный знак или наименование предприятия-изготовителя.
• Условный проход (Ду 200).
• Условное давление (Ру или PN).
• Марку материала.
• Исполнение уплотнительной поверхности.
• Номер партии.
• Знак соответствия (при наличии сертификации).

Контроль качества включает проверку геометрических размеров, макро- и микроструктуры металла, механических свойств (предел прочности, текучести, ударная вязкость), неразрушающий контроль сварных швов (для сварных фланцев) и контроль твердости. Для ответственных применений проводятся ультразвуковая дефектоскопия или радиографический контроль.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается плоский приварной фланец от воротникового (приварного встык)?

Плоский фланец насаживается на трубу и приваривается по окружности с двух сторон. Воротниковый фланец приваривается одним стыковым швом в зоне конической ступицы (воротника). Ключевые отличия: воротниковый фланец обеспечивает лучшую компенсацию механических и температурных напряжений, имеет более высокую прочность и усталостную стойкость, но сложнее в монтаже и дороже. Плоский фланец проще и дешевле, но его применение ограничено менее ответственными участками.

Как правильно подобрать комплект крепежа для фланцевого соединения Ду 200 PN 16?

Для фланца Ду 200 PN 16 (Ру 1.6 МПа) по ГОСТ 33259-2015 требуется 8 шпилек М18. Длина шпильки рассчитывается как суммарная толщина двух фланцев, двух гаек, шайб и запас на резьбу (обычно 3-5 мм). Для стандартного соединения с прокладкой толщиной 3 мм обычно используются шпильки М18х120 или М18х130 класса прочности 5.6, 8.8 или выше (в зависимости от среды). Обязательно применение двух гаек на каждую шпильку и, как правило, пружинных или плоских шайб.

Можно ли использовать фланец, изготовленный по ГОСТ 12820-80, в новых системах, спроектированных по ГОСТ 33259-2015?

Да, в большинстве случаев это возможно, так как ГОСТ 33259-2015 является преемником старого стандарта, и геометрические размеры для основных типоразмеров (включая Ду 200 на давления до 2.5 МПа) совместимы. Однако необходимо проверить соответствие исполнения уплотнительной поверхности (старое «Исполнение Б» соответствует новому «Исполнение 2») и марки стали по механическим характеристикам. Для ответственных объектов решение о заменяемости должно быть согласовано с проектной организацией.

Какие прокладки рекомендуется использовать для фланцев Ду 200 на пару с температурой 250°C и давлением 1.6 МПа?

Для таких параметров оптимальным выбором являются паронитовые прокладки общего назначения (ПОН) или терморасширенный графит (ТРГ) на металлической окантовке (тип Spiral Wound). Для исполнения «шип-паз» (исп. 3) или «выступ-впадина» (исп. 2) прокладка должна соответствовать геометрии канавки. Чистый ТРГ или асбестовый картон (где разрешен) также применяются. Необходимо руководствоваться инструкцией по эксплуатации конкретного оборудования.

Какой порядок затяжки болтов/шпилек для фланца Ду 200 с 12 отверстиями?

Затяжка должна производиться динамометрическим ключом по определенной схеме для обеспечения равномерного прилегания уплотнительных поверхностей. Для 12-ти отверстий рекомендуется крестообразная (звездообразная) схема:

• Условно пронумеруйте шпильки по часовой стрелке.
• Первый проход: затяжка с усилием ~30% от конечного в последовательности 12, 6, 3, 9, 1, 7, 4, 10, 2, 8, 5, 11 (или аналогичной, обеспечивающей диаметрально противоположную затяжку).
• Второй проход: 60% от конечного усилия в той же последовательности.
• Третий (финальный) проход: 100% расчетного усилия.

Конечное усилие затяжки определяется расчетом, исходя из параметров среды, материала шпилек и типа прокладки.

Каковы основные причины разгерметизации фланцевых соединений на фланцах Ду 200?

Основные причины:

• Неравномерная или недостаточная затяжка крепежа.
• Несоответствие или дефект прокладочного материала (старение, неподходящая температура).
• Механические повреждения уплотнительной поверхности фланца (забоины, царапины, коррозия).
• Несоосность соединяемых трубопроводов, создающая изгибающий момент.
• Температурные деформации, не учтенные при проектировании.
• Применение фланцев, крепежа или прокладок, не соответствующих рабочим параметрам среды.
• Нарушение технологии сварки фланца к трубе, приведшее к короблению.

Заключение

Фланец стальной плоский приварной Ду 200 остается стандартным, экономичным и широко применяемым элементом трубопроводных систем среднего давления. Его корректный подбор по параметрам (давление, температура, материал, исполнение поверхности), качественный монтаж с соблюдением технологии сварки и затяжки, а также использование соответствующего комплектующего (прокладок, крепежа) являются обязательными условиями для создания надежного, долговечного и герметичного фланцевого соединения. При проектировании новых ответственных систем или реконструкции существующих необходимо тщательно оценивать целесообразность применения плоских фланцев в пользу более прочных конструкций в случае высоких динамических или температурных нагрузок.