Фланцы Ду 15: конструкция, стандарты, применение и монтаж в трубопроводных системах

Фланец Ду 15 представляет собой соединительную деталь трубопроводной арматуры, резервуаров, аппаратов и машин, предназначенную для герметичного соединения труб, присоединения оборудования или монтажа заглушек. Условный проход (Ду) 15 мм соответствует внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода и является одним из наиболее распространенных типоразмеров в системах низкого и среднего давления, измерительных линиях, обвязке котлов и теплообменников, а также в технологических линиях различных отраслей промышленности.

Конструктивные особенности и геометрические параметры

Фланец Ду 15 — это, как правило, кольцевая пластина (реже квадратная или овальная) с центральным отверстием под проход среды и равномерно расположенными по окружности отверстиями под шпильки или болты. Ключевые геометрические параметры строго регламентированы стандартами и включают:

• Условный проход (Ду/DN): 15 мм.
• Наружный диаметр трубы: В зависимости от типа трубы (бесшовная, электросварная) наружный диаметр может варьироваться (например, 18 мм для стальных водогазопроводных труб по ГОСТ 3262-75, 20-22 мм для труб по ГОСТ 8734). Фланец должен соответствовать этому диаметру.
• Давление условное (Ру/PN): От 0.1 МПа (1 кгс/см²) до 25.0 МПа (250 кгс/см²). Геометрия фланца (толщина, диаметр) напрямую зависит от требуемого давления.
• Диаметр окружности расположения болтов (Дб): Размер, определяющий взаимозаменяемость фланцев.
• Количество и диаметр отверстий под крепеж: Для Ду 15, как правило, используется 4 отверстия под шпильки М10, М12 или М16 в зависимости от давления.
• Тип уплотнительной поверхности: Определяет вид прокладки и герметичность соединения.

Типы фланцев по ГОСТ, ASME/ANSI и другим стандартам

Классификация фланцев Ду 15 осуществляется по нескольким признакам: способу присоединения, типу уплотнительной поверхности, материалу и стандарту.

По способу присоединения (ГОСТ, DIN):

• Фланцы плоские приварные (ГОСТ 12820-80, DIN 2573): Надеваются на трубу и привариваются двумя угловыми швами по окружности. Наиболее распространены для давлений до 2.5 МПа (Ру 25).
• Фланцы приварные встык (воротниковые) (ГОСТ 12821-80, DIN 2628-2638): Привариваются встык одним сварным швом, что обеспечивает лучшую прочность и стойкость к изгибающим моментам. Применяются для высоких давлений (Ру от 10 до 250).
• Фланцы свободные на приварном кольце (ГОСТ 12822-80): Состоят из кольца и фланца. Кольцо приваривается к трубе, а свободный фланец позволяет легко совмещать отверстия под болты при монтаже. Экономичны для труднодоступного монтажа.
• Резьбовые фланцы (ГОСТ 12818-80, DIN 2565): Имеют внутреннюю резьбу для навинчивания на трубу без сварки. Применяются в системах, где сварка нежелательна (взрывоопасные среды, специальные сплавы).

По типу уплотнительной поверхности (ГОСТ 12815-80):

• Исполнение 1 (плоская): Для прокладок из паронита, резины, картона. Ру до 1.6 МПа.
• Исполнение 2 (выступ-впадина): Концентрический выступ и соответствующая впадина в ответном фланце. Фиксирует прокладку, предотвращая ее выдувание. Ру до 20 МПа.
• Исполнение 3 (шип-паз): Аналогично выступу-впадине, но с более четкой геометрией. Для агрессивных сред и высоких давлений.
• Исполнение 4 (под линзовую прокладку): Для очень высоких давлений и температур (энергетика).
• Исполнение 5 (под прокладку овального сечения): Аналогично линзовой, характерно для нефтехимии.
• Исполнение 9 (под фторопластовую прокладку): Для химически агрессивных сред.

Материалы изготовления

Выбор материала определяется рабочими параметрами среды (давление, температура, коррозионная активность) и нормативной документацией.

Таблица 1. Материалы для фланцев Ду 15

Материал (Марка стали)	Стандарт	Область применения	Предельные параметры (ориентировочно)
Углеродистая сталь (Ст3сп, 20)	ГОСТ 12816, ГОСТ 33259	Вода, пар, нейтральные жидкости и газы, неагрессивные нефтепродукты.	t до +425°C, Ру до 25 МПа
Легированная сталь (09Г2С, 12Х18Н10Т)	ГОСТ 12816, ГОСТ 33259	Низкие температуры (09Г2С), агрессивные среды, кислоты, растворы (12Х18Н10Т – нержавеющая сталь).	t от -70°C до +600°C, Ру до 25 МПа
Ковкий чугун (КЧ 30-6)	ГОСТ 12817	Водоснабжение, отопление, неагрессивные газы при низких давлениях.	t до +300°C, Ру до 2.5 МПа

Расчет и выбор фланцевого соединения Ду 15

Выбор фланца Ду 15 — не формальная процедура, а инженерный расчет, учитывающий:

• Рабочее давление и температуру: Определяют требуемое условное давление (Ру/PN). Для запаса прочности выбирают фланец с Ру, превышающим рабочее в 1.5-2 раза при соответствующей температуре.
• Характеристики среды: Агрессивность определяет материал (сталь 20, 09Г2С, 12Х18Н10Т и т.д.).
• Внешние нагрузки: Изгибающие моменты, вибрация требуют применения воротниковых фланцев.
• Цикличность нагрузки: Для систем с частыми гидроударами или температурными циклами необходим расчет на усталостную прочность.

Основные расчеты (по ГОСТ 34233.1-2017 или ASME BPVC Section VIII Div.1) включают проверку прочности фланца, болтов (шпилек) и прокладки на условия:
1. Прочность при затяжке (монтажное состояние).
2. Прочность в рабочих условиях.
3. Герметичность (условие нераскрытия стыка).

Комплектация фланцевого соединения: крепеж и прокладки

Фланцевое соединение Ду 15 — это комплекс элементов:

1. Фланцы: Два ответных, одинаковых по Ду, Ру, типу поверхности и материалу.
2. Крепеж: Шпильки (предпочтительнее), болты или штифты с гайками. Материал крепежа должен быть совместим с материалом фланца во избежание электрохимической коррозии. Для стальных фланцев применяют шпильки из сталей 35, 20Х13, 25Х1МФ в зависимости от параметров.
3. Прокладка: Обеспечивает герметизацию. Выбор зависит от исполнения уплотнительной поверхности, среды и температуры.

Таблица 2. Типы прокладок для фланцев Ду 15

Тип прокладки	Материал	Исполнение поверхности	Рабочие параметры
Беспрокладочные (металл-металл)	Сталь 08Х18Н10Т	Шип-паз, выступ-впадина	Высокие t и P, вакуум
Металлические	Медь, алюминий, мягкая сталь	Плоская, выступ-впадина	t до +500°C, Ру до 20 МПа
Неметаллические	Паронит, резина, PTFE, графит	Плоская	t до +300°C (кроме графита), Ру до 2.5 МПа
Комбинированные (спирально-навитые)	Сталь+графит/PTFE	Плоская, выступ-впадина	Широкий диапазон t и P, устойчивость к циклам

Монтаж и контроль фланцевых соединений Ду 15

Правильный монтаж критически важен для герметичности. Последовательность операций:

1. Подготовка: Проверка маркировки, состояния уплотнительных поверхностей (отсутствие забоин, рисок), чистоты резьбы крепежа.
2. Установка: Совмещение фланцев, установка прокладки (без перекоса). Ввод шпилек/болтов.
3. Затяжка: Осуществляется динамометрическим ключом по определенной схеме (крест-накрест) в несколько проходов для равномерного обжатия прокладки. Момент затяжки рассчитывается по формуле, учитывающей тип прокладки и давление.

Контроль качества: Включает визуальный осмотр, проверку зазоров, ультразвуковой контроль сварных швов (для приварных фланцев), гидравлические или пневматические испытания на герметичность собранного узла.

Области применения фланцев Ду 15

• Энергетика: Обвязка вспомогательного оборудования котлов, измерительные линии давления (импульсные трубки), дренажные системы.
• Нефтегазовая промышленность: Контрольно-измерительная аппаратура, линии пробоотбора, обвязка малогабаритной арматуры.
• Химическая и нефтехимическая промышленность: Соединения на линиях дозирования реагентов, обвязка лабораторных и пилотных установок.
• ЖКХ: Тепловые пункты, узлы учета тепловой энергии и воды, соединения с приборами учета.
• Судостроение: Системы топливоподачи, охлаждения, сжатого воздуха.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается Ду 15 от DN 15?

Ду (условный проход) — обозначение по ГОСТ и системе СИ. DN (Diameter Nominal) — обозначение по ISO, ASME. Для практических целей Ду 15 и DN 15 являются эквивалентными размерными параметрами. Однако полная взаимозаменяемость фланцев определяется не только Ду/DN, но и рядом других параметров: Ру/PN, стандартом на конструкцию, диаметром окружности болтов (Дб) и типом уплотнения.

Можно ли соединить фланец Ру 16 с фланцем Ру 25 на трубопроводе Ду 15?

Нет, это недопустимо. Фланцы с разным условным давлением имеют разные геометрические параметры: толщину, наружный диаметр, диаметр болтовой окружности, количество и диаметр отверстий под крепеж. Механическое соединение будет невозможно или ненадежно. Все фланцы в соединении должны иметь одинаковые Ду, Ру, тип уплотнительной поверхности и стандарт.

Как правильно подобрать прокладку для фланца Ду 15 Ру 16 с исполнением 2?

Для фланца с исполнением 2 (выступ-впадина) применяются прокладки овального или восьмиугольного сечения из мягких металлов (медь, алюминий) для высоких параметров, либо спирально-навитые прокладки. Прокладка должна точно входить в канавку (впадину) и быть уже, чем ширина выступа. Неметаллические плоские прокладки (паронит) для данного исполнения не подходят.

Каков порядок затяжки болтов на фланцевом соединении Ду 15?

Затяжка выполняется в минимум два прохода динамометрическим ключом по схеме «крест-накрест». Например, для 4-х болтов: первый проход – 30% от расчетного момента: болт №1, затем противоположный №3, затем №2, затем №4. Второй проход – 60%. Финальный проход – 100% расчетного момента в той же последовательности. Это обеспечивает равномерное прилегание фланцев и обжатие прокладки.

Требуется ли обслуживание фланцевых соединений после монтажа?

Да, требуется периодический контроль. В процессе эксплуатации, особенно при циклических изменениях температуры и давления, возможно ослабление затяжки («релаксация» прокладки, ползучесть материала). Необходимо проводить плановую проверку и подтяжку соединений (при остановке системы и сбросе давления) в соответствии с регламентом технического обслуживания. Особое внимание уделяется соединениям на вибрирующем оборудовании.

В чем основное преимущество свободного фланца на приварном кольце для размера Ду 15?

Для малых диаметров, включая Ду 15, основное преимущество свободных фланцев проявляется при монтаже в труднодоступных местах или при необходимости частой разборки соединения (для ревизии, чистки). Трудоемкая операция совмещения болтовых отверстий при сборке выполняется поворотом свободного фланца, а не всей трубы. Кроме того, кольцо изготавливается из более дорогого материала (например, нержавеющей стали), а сам фланец — из углеродистой, что дает экономию.