Фланцы воротниковые, регламентируемые межгосударственным стандартом ГОСТ 33259-2015, представляют собой ключевые элементы трубопроводных систем высокого давления и температуры. Данный стандарт гармонизирован с европейскими нормами EN 1092-1 и устанавливает технические условия на стальные приварные фланцы с соединением под углом (воротником), предназначенные для применения в нефтегазовой, химической, энергетической и смежных отраслях промышленности. Стандарт распространяется на фланцы номинальным диаметром от DN 10 до DN 3000 и номинальным давлением от PN 6 до PN 400.
Отличительной чертой воротникового фланца (англ. Welding Neck Flange) является наличие конической втулки (воротника) с углом наклона, плавно переходящей в цилиндрическую часть для приварки к трубе. Эта конструкция обеспечивает оптимальное перераспределение механических напряжений, высокую усталостную прочность и устойчивость к переменным нагрузкам, включая вибрацию и тепловое расширение. Фланец состоит из двух основных частей: ступицы (воротника) и собственно фланцевого диска.
Согласно ГОСТ 33259-2015, фланцы изготавливаются в нескольких исполнениях, определяющих геометрию уплотнительной поверхности:
Геометрические параметры фланцев – наружный диаметр, диаметр окружности расположения болтов, толщина диска, диаметр ступицы и другие – строго нормированы стандартом в зависимости от DN и PN. Ключевым параметром является номинальное давление (PN), определяющее расчетное давление при температуре 20°C, при котором фланец может эксплуатироваться.
Материалы для изготовления фланцев по ГОСТ 33259-2015 выбираются в соответствии с требованиями стандарта и условиями эксплуатации. Основные группы материалов:
Выбор марки стали зависит от рабочей среды (агрессивность, температура), давления и требований к коррозионной стойкости. Для энергетики, в частности для трубопроводов пара высоких параметров, часто применяются стали перлитного класса (15Х1М1Ф, 10Х9МФБ).
| ГОСТ 33259-2015 (PN) | ANSI/ASME (Class) | Примерное расчетное давление, бар (при 20°C) |
|---|---|---|
| PN 6 | Class 150 | 6 |
| PN 10 | Class 150 | 10 |
| PN 16 | Class 150 | 16 |
| PN 25 | Class 150 | 25 |
| PN 40 | Class 300 | 40 |
| PN 63 | Class 400 | 63 |
| PN 100 | Class 600 | 100 |
| PN 160 | Class 900 | 160 |
| PN 250 | Class 1500 | 250 |
| PN 400 | Class 2500 | 400 |
Монтаж воротникового фланца осуществляется путем приварки его ступицы к торцу трубы встык. Сварной шов является ответственным и должен выполняться по соответствующей технологической документации (ТД, ПТД) квалифицированным персоналом. Тип сварного шва – стыковой, с полным проплавлением. После сварки обязателен визуальный и измерительный контроль, а для критичных объектов – неразрушающий контроль (ультразвуковой, радиографический).
Контроль качества готовых фланцев включает проверку:
Воротниковые фланцы ГОСТ 33259-2015 нашли широкое применение в системах, работающих в тяжелых условиях:
Преимущества:
Недостатки:
ГОСТ 33259-2015 является гармонизированным с EN 1092-1, что упрощает международные поставки. Он имеет более широкий диапазон DN (до 3000) и PN (до 400), включает современные исполнения уплотнительных поверхностей (например, RTJ), содержит требования к материалам по европейским нормам. Геометрические размеры, особенно диаметры болтовых окружностей, в большинстве случаев не совпадают с ГОСТ 12821-80, что делает фланцы по этим стандартам невзаимозаменяемыми.
Выбор зависит от параметров среды и типа прокладки. Для воды, пара невысоких параметров, инертных сред часто используют A1 с мягкими прокладками. Для давлений от 100 атм и агрессивных сред применяют соединения под металлические прокладки: овальные/восьмигранные (F, E, G) или, особенно в энергетике, кольцевые RTJ (J). Исполнения шип-паз (B1/C, D/C) эффективны для предотвращения выдувания мягкой прокладки.
Пример маркировки: Фланец 200-100 ГОСТ 33259-2015. 15Х5М. J. Это означает: воротниковый фланец DN 200, PN 100, изготовленный из стали 15Х5М, с уплотнительной поверхностью исполнения J (RTJ). Полная маркировка на изделии включает также товарный знак производителя.
Нет, нельзя напрямую. Номинальное давление PN указывается для температуры 20°C. С ростом температуры допустимое рабочее давление для того же фланца снижается из-за падения прочностных характеристик материала. Для определения допустимого давления при конкретной температуре необходимо пользоваться таблицами «давление-температура» (P-T ratings), которые приводятся в стандартах или технической документации изготовителя.
Затяжка должна быть равномерной, чтобы избежать перекоса фланца и обеспечить герметичность. Используется динамометрический ключ. Применяется схема крест-накрест (звездообразная). Затяжка выполняется в несколько этапов (например, 30%, 60%, 100% от расчетного момента). Момент затяжки рассчитывается исходя из типа прокладки, размера и класса прочности болтов/шпилек.
Плоский приварной фланец (по ГОСТ 12820) не имеет конической втулки и приваривается двумя угловыми швами – к трубе и к внутренней поверхности отверстия. Это создает высокую концентрацию напряжений и делает соединение менее стойким к изгибающим моментам и вибрациям. Воротниковый фланец, привариваемый встык одним швом, обеспечивает более прочную и надежную конструкцию для ответственных трубопроводов.
Фланцы воротниковые по ГОСТ 33259-2015 представляют собой современный, стандартизированный и надежный тип соединения для ответственных трубопроводных систем. Их конструкция, разнообразие исполнений и строгие требования к материалам и изготовлению делают их предпочтительным выбором в энергетике, нефтегазохимии и других отраслях, где на первый план выходят безопасность, долговечность и герметичность при работе в условиях высоких давлений и температур. Правильный выбор типоразмера, исполнения и материала, а также соблюдение технологий монтажа и контроля являются обязательными условиями для обеспечения безаварийной эксплуатации фланцевых соединений на протяжении всего срока службы.