Фланцы стальные плоские приварные Ду 20
Фланцы стальные плоские приварные Ду 20: конструкция, стандарты, применение и монтаж
Фланец стальной плоский приварной Ду 20 (DN 20) представляет собой кольцевую деталь с равномерно расположенными отверстиями для болтов или шпилек, предназначенную для соединения участков трубопроводов, присоединения к ним арматуры, оборудования, приборов и резервуаров. Условный проход (Ду, DN) 20 мм соответствует внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода. Плоский приварной фланец (ПП) монтируется путем насадки на трубу и приварки двумя угловыми швами по периметру трубы с внешней стороны фланца. Данный тип является одним из наиболее распространенных в системах низкого и среднего давления благодаря относительной простоте изготовления и монтажа.
Конструктивные особенности и геометрические параметры
Конструкция плоского приварного фланца регламентируется межгосударственным стандартом ГОСТ 33259-2015 (на основе EN 1092-1), а также ранее действовавшим ГОСТ 12820-80. Основные геометрические параметры включают:
- Условный проход (Ду/DN): 20 мм.
- Условное давление (Ру/PN): Ряд номинальных давлений: PN 6, PN 10, PN 16, PN 25, PN 40. Для Ду 20 наиболее распространены исполнения PN 16 и PN 40.
- Наружный диаметр фланца (D): Зависит от ряда давления. Например, для PN 16 диаметр составляет 105 мм, для PN 40 – 120 мм.
- Диаметр окружности расположения отверстий (D1): 75 мм для PN 16, 90 мм для PN 40.
- Количество и диаметр отверстий под крепеж: 4 отверстия диаметром 14 мм (для PN 16) или 18 мм (для PN 40).
- Толщина фланца (b): 16 мм (PN 16) или 20 мм (PN 40).
- Диаметр ступицы (внутренний диаметр фланца, d): 26-27 мм, зависит от толщины стенки присоединяемой трубы.
- Ст20, Ст3сп/пс: Углеродистые стали общего назначения для рабочих сред с температурой от -30 до +400°C (вода, пар, инертные газы, нефтепродукты).
- 09Г2С: Низколегированная сталь для эксплуатации при температурах до -70°C, применяется в северном исполнении.
- 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т: Коррозионно-стойкие (нержавеющие) аустенитные стали для агрессивных сред (кислоты, щелочи, пищевые продукты).
- 15Х5М: Жаропрочная сталь для сред с температурой до +600°C (в установках нефтепереработки).
- Теплоэнергетика: Обвязка измерительных приборов, импульсные линии для датчиков давления, дренажные и воздушные линии котельных установок, системы химводоподготовки (Ру до 2,5 МПа).
- Нефтегазовая промышленность: Обвязка запорно-регулирующей арматуры малых диаметров на установках подготовки, технологические линии лабораторий, системы смазки и уплотнения.
- Химическая промышленность: Трубопроводы для дозирования реагентов, пробоотборные линии, обвязка емкостного оборудования.
- Общее машиностроение: Системы гидравлики и пневматики с рабочим давлением до 16-40 кгс/см², трубопроводы систем охлаждения.
- Подготовка: Торец трубы должен быть ровно отрезан и зачищен от окалины и загрязнений. Фланец надевается на трубу.
- Прихватка: Фланец выравнивается относительно оси трубы и прихватывается в 2-3 точках.
- Сварка: Выполняется два угловых сварных шва: первый – со стороны трубы, соединяющий торец фланца с наружной поверхностью трубы; второй (при необходимости) – с обратной стороны фланца. Основные методы сварки: ручная дуговая (MMA), аргонодуговая (TIG), полуавтоматическая (MIG/MAG).
- Контроль: Визуальный и измерительный контроль качества швов, при необходимости – неразрушающий контроль (капиллярный или магнитопорошковый).
- Фланцы: 2 шт. (ответные).
- Крепеж: Болты, шпильки, гайки. Для PN 16: 4 болта М12х(длина), для PN 40: 4 болта/шпильки М16х(длина). Класс прочности не ниже 5.6, для ответственных соединений – 8.8.
- Прокладка: Обеспечивает герметизацию. Тип прокладки зависит от среды:
- Паранит ПОН (для воды, пара до 450°C).
- Фторопластовая (для агрессивных сред).
- Металлическая овального или восьмигранного сечения (для высоких давлений).
- Спирально-навитая (Spiral Wound Gasket) с графитовым или фторопластовым наполнителем – универсальное решение для широкого диапазона параметров.
- Более низкая стоимость по сравнению с фланцами воротникового типа (приварными встык) из-за меньшего расхода металла.
- Простота изготовления и монтажа.
- Широкая номенклатура и доступность на рынке.
- Удобство демонтажа участка трубопровода при необходимости.
- Ограниченная область применения по давлению и температуре (по сравнению с приварными встык). Не рекомендуется для условий знакопеременных нагрузок, частых гидроударов.
- Двойной сварной шов создает зону повышенных остаточных напряжений.
- Требует точного контроля соосности отверстий при монтаже двух ответных фланцев.
- Перекос фланцев: Приводит к неравномерной затяжке и течи. Избежать: тщательное выравнивание перед прихваткой, использование динамометрического ключа для затяжки крепежа крест-накрест.
- Непровар сварного шва: Снижает прочность. Избежать: соблюдение технологии сварки, правильный подбор режимов, квалификация сварщика.
- Попадание брызг металла в отверстия: Затрудняет установку крепежа. Избежать: использование защитных шайб-заглушек во время сварки.
- Несоосность отверстий ответных фланцев: Монтаж без поворота фланцев относительно друг друга для совмещения отверстий.
Материалы изготовления
Выбор материала фланца определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, агрессивность) и регламентируется стандартами. Основные марки сталей:
Таблица основных размеров по ГОСТ 33259-2015 (PN 16 и PN 40)
Ниже приведены ключевые размеры для фланцев Ду 20 двух наиболее востребованных классов давления.
| Параметр | Обозначение | PN 16 | PN 40 |
|---|---|---|---|
| Наружный диаметр | D | 105 мм | 120 мм |
| Диаметр окружности отверстий | D1 | 75 мм | 90 мм |
| Количество отверстий | n | 4 | 4 |
| Диаметр отверстий | d | 14 мм | 18 мм |
| Толщина фланца | b | 16 мм | 20 мм |
| Присоединительный диаметр (под трубу) | d2 | 26 мм | 27 мм |
Область применения в энергетике и промышленности
Фланцы Ду 20 применяются на вспомогательных трубопроводах низкого и среднего давления в различных отраслях:
Технология монтажа и требования к сварке
Монтаж плоского приварного фланца требует строгого соблюдения технологии для обеспечения герметичности и прочности соединения.
Важно: Между внутренним отверстием фланца и наружной поверхностью трубы должен оставаться зазор для избежания напряжения от разницы температурных расширений.
Комплектация фланцевого соединения Ду 20
Для сборки герметичного разъемного соединения необходим полный комплект деталей:
Преимущества и недостатки плоских приварных фланцев
Преимущества:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем плоский приварной фланец отличается от приварного встык (воротникового)?
Плоский фланец насаживается на трубу и приваривается по периметру снаружи, создавая два угловых шва. Фланец приварной встык (ГОСТ 33259-2015 тип 11) имеет коническую горловину (воротник), которая приваривается встык одним стыковым швом к торцу трубы. Воротниковый фланец обеспечивает лучшую компенсацию механических и температурных напряжений, применяется для более высоких давлений (PN 63, PN 100) и критических трубопроводов.
Как правильно подобрать крепеж для фланцевого соединения Ду 20 PN 16?
Для соединения фланцев Ду 20 PN 16 требуется 4 болта (или шпильки) с резьбой М12. Длина болта рассчитывается: толщина двух фланцев (2х16мм=32мм) + толщина прокладки (обычно 1.5-3мм) + высота двух гаек (примерно 20мм) + запас на резьбу (3-5мм). Итого ориентировочная длина – около 60-65 мм. Класс прочности – не ниже 5.6. Обязательно использование пружинных шайб (гроверов) или контргаек.
Какие прокладки рекомендуется использовать для соединения на температуру 150°C и давление 1.6 МПа?
Для данных параметров (PN 16, 150°C) для неагрессивных сред (вода, пар, воздух) оптимальным выбором является прокладка из паронита марки ПОН толщиной 1.5 или 2 мм. Для более высоких требований к герметичности или при наличии вибраций предпочтительнее спирально-навитая прокладка (СНП) с графитовым наполнителем.
Можно ли использовать фланец из стали 20 для работы с агрессивной средой?
Нет, углеродистая сталь 20 не обладает коррозионной стойкостью. Для агрессивных сред (кислоты, щелочи, растворы солей) необходимо применять фланцы из нержавеющих сталей марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х18Н10Т или импортных аналогов AISI 304, 316. Материал прокладки и крепежа также должен быть коррозионно-стойким.
Как маркируется фланец по ГОСТ 33259-2015?
Пример маркировки: Фланец 1-20-16 ст. 09Г2С ГОСТ 33259-2015. Расшифровка: Тип 1 (плоский приварной), Ду 20, PN 16, материал – сталь 09Г2С. В условном обозначении также может указываться исполнение уплотнительной поверхности (например, B – с выступом, D – с пазом).