Фланцы Ду 50

Фланцы Ду 50: конструкция, стандарты, применение и монтаж в трубопроводных системах

Фланец Ду 50 представляет собой стандартизированный соединительный элемент трубопроводной арматуры, предназначенный для герметичного соединения участков труб, присоединения оборудования (насосов, теплообменников, фильтров), а также для монтажа заглушек, переходов и контрольно-измерительных приборов. Условный проход (Ду, DN) 50 мм соответствует номинальному диаметру приблизительно 2 дюйма и является одним из наиболее распространенных типоразмеров в промышленных и коммунальных сетях. Основная функция фланца — создание разъемного соединения, обеспечивающего возможность сборки, разборки, ревизии и ремонта участка трубопровода без его разрушения.

Ключевые технические параметры и обозначения

Полное обозначение фланца включает в себя ряд параметров, определяющих его геометрию, исполнение и рабочие характеристики.

• Условный проход (Ду, DN): 50 мм. Номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода.
• Условное давление (Ру, PN): Ряд давлений, на которые рассчитан фланец. Для Ду 50 типичными являются значения: PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160. Данный параметр определяет конструктивные особенности (толщину, диаметр) и применяемый материал.
• Исполнение уплотнительной поверхности: Важнейшая характеристика, определяющая тип прокладки и герметичность. Основные исполнения для стальных фланцев по ГОСТ 33259-2015 (ранее ГОСТ 12815-80):
  • Исполнение 1: С соединительным выступом (шип-паз).
  • Исполнение 2: С выступом.
  • Исполнение 3: С впадиной.
  • Исполнение 4: С шипом.
  • Исполнение 5: Под линзовую прокладку.
  • Исполнение 6: Под прокладку овального сечения.
  • Исполнение 7, 8, 9: С шипом-валом, пазом, фаской под фторопластовую прокладку.
  • Исполнение 21, 22, 23, 24, 41, 42, 43, 44: Гладкие уплотнительные поверхности под прокладки из различных материалов (плоские, воротниковые).
• Материал изготовления: Выбирается исходя из параметров рабочей среды (давление, температура, агрессивность). Основные группы: углеродистые стали (Ст20, Ст3сп5), легированные стали (09Г2С, 15Х5М), нержавеющие стали (12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т).

Типы фланцев Ду 50 и их конструктивные особенности

1. Фланцы стальные плоские приварные (ГОСТ 33259-2015, тип 01)

Фланец с внутренним отверстием, равным или несколько превышающим наружный диаметр трубы. Монтаж осуществляется путем приварки по периметру трубы с двух сторон: по торцу и в районе ступицы. Применяются на трубопроводах низкого и среднего давления (как правило, до PN25). Отличаются простотой изготовления и монтажа.

2. Фланцы стальные приварные встык (воротниковые) (ГОСТ 33259-2015, тип 11)

Имеют коническую ступицу (воротник), которая приваривается встык к торцу трубы. Радиус перехода от воротника к диску фланца обеспечивает высокую прочность и жесткость соединения. Данный тип рекомендуется для работы в условиях высоких давлений, переменных нагрузок и повышенных температур, так как обеспечивает лучший распределение механических напряжений по сравнению с плоским фланцем.

3. Фланцы свободные на приварном кольце (ГОСТ 33259-2015, тип 03, 04)

Состоят из двух элементов: собственно фланца (свободного) и приварного кольца. Кольцо приваривается к трубе, а свободный фланец остается незакрепленным, что позволяет легко совмещать отверстия под крепеж при монтаже, особенно в стесненных условиях или при частых ревизиях. Широко применяются для соединения с арматурой из цветных металлов, в футерованных трубопроводах, а также в системах, требующих регулярной разборки.

4. Фланцы изолирующие (фланцевые соединения)

Предназначены для защиты трубопроводных систем от электрохимической коррозии, вызванной блуждающими токами, а также для обеспечения электроизоляции участков трубопровода. Конструктивно представляют собой комплект, включающий фланцы с изолирующими прокладками, втулками и шайбами, полностью исключающими электрический контакт между соединяемыми элементами. Обязательны для установки на трубопроводах, пересекающих границы защищенных и незащищенных зон катодной защиты.

Таблица 1. Основные геометрические параметры фланцев Ду 50 по ГОСТ 33259-2015 (PN16)

Тип фланца	Наружный диаметр фланца, D	Диаметр окружности болтов, Dб	Количество и диаметр отверстий под болты	Толщина фланца, h	Диаметр уплотнения, Dy
Плоский (тип 01)	165 мм	125 мм	4 x Ø18 мм	18 мм	110 мм
Приварной встык (тип 11)	165 мм	125 мм	4 x Ø18 мм	22 мм	110 мм
Свободный (тип 03) с кольцом (тип 04)	165 мм	125 мм	4 x Ø18 мм	20 мм (фланец), 14 мм (кольцо)	110 мм

Материалы изготовления и выбор в зависимости от среды

Выбор марки стали для фланца Ду 50 регламентируется стандартами и должен соответствовать материалу трубы или быть более коррозионно-стойким.

Марка стали (материал)	Область применения	Предельные рабочие параметры (ориентировочно)
Ст20, Ст3сп5	Водопровод, пар низкого давления, неагрессивные жидкости и газы (воздух, азот) при температуре от -40 до +425°C.	До PN160 при соответствующих температурах.
09Г2С	Трубопроводы, работающие при низких температурах (до -70°C), а также в условиях повышенного давления. Широко используется в северном исполнении.	До PN160, t от -70 до +450°C.
12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т (нержавеющая сталь)	Агрессивные среды: кислоты, щелочи, растворы солей, пищевые продукты, среды с высокими требованиями к чистоте. Трубопроводы АЭС.	До PN160, t от -253 до +600°C.
15Х5М	Трубопроводы, работающие в средах с повышенной температурой (перегретый пар, нефтепродукты) до +600°C.	До PN160.

Комплектующие для фланцевых соединений Ду 50

Герметичность и надежность соединения обеспечивается полным комплектом деталей.

• Крепежные изделия: Шпильки, гайки, болты. Класс прочности не ниже 5.6, для ответственных соединений — 8.8. Материал крепежа должен быть совместим с материалом фланца во избежание гальванической коррозии. Для фланцев Ду 50 PN16 обычно применяется 4 шпильки М16х(длина). Длина шпильки рассчитывается: толщина двух фланцев + толщина прокладки + высота двух гаек + запас на резьбу (3-5 мм).
• Прокладки: Обеспечивают герметизацию стыка. Тип зависит от исполнения уплотнительной поверхности и рабочих параметров:
  • Плоские неметаллические: Из паронита, резины, фторопласта, PTFE. Применяются для исполнений 21-24, 41-44 при давлениях до PN25 и температурах, допустимых для материала прокладки.
  • Металлические спирально-навитые (СНП): Универсальны, применяются для исполнений 1-4. Состоят из чередующихся витков металлической ленты (08Х13, 12Х18Н10Т) и мягкого наполнителя (графит, PTFE). Рабочие параметры: до PN250 и t до 600°C.
  • Линзовые и овальные: Металлические прокладки для исполнений 5 и 6. Используются в высокотемпературных и высоконапорных системах (теплоэнергетика).

Технология монтажа фланцевого соединения Ду 50

Правильный монтаж критически важен для обеспечения герметичности и долговечности соединения.

1. Подготовка: Проверить состояние уплотнительных поверхностей фланцев — отсутствие забоин, рисок, коррозии. Очистить поверхности от загрязнений, масла, старой прокладки. Проверить геометрию (отсутствие деформации).
2. Установка прокладки: Прокладка устанавливается строго по центру, без перекосов. Для СНП важно, чтобы витки были целыми, без смещения.
3. Совмещение фланцев: Фланцы сводятся таким образом, чтобы отверстия под шпильки совпадали. Не допускается приложение усилий для совмещения отверстий — это указывает на несоосность труб.
4. Установка крепежа: Шпильки или болты должны свободно входить в отверстия. Резьбу рекомендуется смазать графитовой смазкой или аналогичной, предотвращающей заедание. Гайки накручиваются вручную.
5. Затяжка: Затяжка производится динамометрическим ключом по определенной схеме (крест-накрест) в несколько этапов. Это обеспечивает равномерное прилегание прокладки. Сила затяжки регламентируется нормативной документацией (РД, СНиП) и зависит от типа прокладки и давления. Например, для плоской паронитовой прокладки Ду 50 PN16 момент затяжки может составлять 80-100 Н·м. Затяжка «на глаз» или ударным инструментом недопустима, так как ведет к перекосу, повреждению фланцев или разрушению прокладки.

Контроль качества и дефекты фланцевых соединений

Основные методы контроля: визуальный осмотр на отсутствие перекосов, проверка динамометрическим ключом момента затяжки, гидравлические или пневматические испытания на герметичность. Распространенные дефекты: несоосность фланцев (параллельное или угловое смещение), превышение зазора между фланцами, повреждение уплотнительной поверхности, использование несоответствующего или бракованного крепежа, неравномерная затяжка.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается фланец Ду 50 PN16 от PN40?

Основное отличие — в геометрических размерах и, как следствие, в допустимом рабочем давлении. Фланец PN40 имеет большую толщину (h), больший наружный диаметр (D) и, часто, большее количество отверстий под крепеж большего диаметра. Например, для фланца Ду 50 приварного встык по ГОСТ: при PN16 толщина 22 мм, наружный диаметр 165 мм, 4 отверстия под шпильки М16; при PN40 толщина 26 мм, наружный диаметр 185 мм, 4 отверстия под шпильки М20. Материал исполнения также может быть более высокого класса.

Как правильно подобрать прокладку для фланца Ду 50?

Выбор прокладки определяется тремя факторами: исполнением уплотнительной поверхности фланца (по ГОСТ 33259), параметрами рабочей среды (давление, температура, химический состав) и требованиями нормативной документации на конкретный объект. Для исполнений 1-4 стандартно применяются спирально-навитые прокладки (СНП). Для исполнений 21-24, 41-44 — плоские неметаллические. Необходимо сверяться с таблицами совместимости материалов прокладки со средой.

Можно ли соединять фланцы из разных материалов (например, сталь 20 и 12Х18Н10Т)?

Да, такое соединение возможно, но с учетом ряда условий. Во-первых, геометрические параметры (Ду, Ру, исполнение) должны полностью совпадать. Во-вторых, необходимо учитывать разницу в коэффициентах линейного расширения, что может быть критично для температурных циклов. В-третьих, крепеж должен быть подобран с учетом риска электрохимической коррозии. Часто в таких случаях используют крепеж из нержавеющей стали или с защитными покрытиями.

Какой тип фланца предпочтительнее для трубопровода высокого давления (100 атм)?

Для давления 10 МПа (≈100 атм) однозначно рекомендуется применять фланцы приварные встык (тип 11). Они обеспечивают высокую прочность соединения за счет плавного перехода от воротника к диску и сварного шва встык, который легче контролировать. Плоские приварные фланцы (тип 01) для таких давлений, как правило, не используются.

Что такое «юбочный» фланец и где он применяется для Ду 50?

«Юбочный» фланец — это разговорное название фланца приварного встык (воротникового, типа 11) из-за характерной конической ступицы, напоминающей юбку. Применяется на всех ответственных трубопроводах: магистральных, технологических, работающих под высоким давлением, при повышенных температурах, в условиях вибрации и знакопеременных нагрузок. Для Ду 50 это стандартный выбор для энергетических и нефтехимических объектов.

Как маркируются фланцы и где искать информацию на изделии?

Маркировка наносится на наружную боковую поверхность фланца или на торец. Она должна включать: товарный знак или наименование изготовителя, условный проход (Ду 50), условное давление (PN), исполнение уплотнительной поверхности, марку материала. Например: «ВТЗ ДУ-50-PN16 ст.20 исп.2». Отсутствие маркировки или ее нечитаемость — повод для отбраковки изделия.