Фланцы плоские Ду 500: конструкция, стандарты, применение и монтаж

Фланец плоский стальной приварной Ду 500 представляет собой кольцевую деталь с равномерно расположенными отверстиями для болтов (шпилек), предназначенную для соединения участков трубопроводов, присоединения к ним арматуры, оборудования и аппаратов. Номинальный диаметр Ду 500 указывает на условный проход, соответствующий наружному диаметру присоединяемой трубы 530 мм (для труб по ГОСТ 10704-91). Данный типоразмер относится к категории крупногабаритных фланцев и применяется на магистральных трубопроводах, в системах водоснабжения, тепловых сетях, энергетике и промышленных установках, где требуется транспортировка значительных объемов рабочей среды.

Конструктивные особенности и отличия от других типов фланцев

Плоский фланец (исполнение 1 по ГОСТ 12820-80) характеризуется отсутствием конической ступицы или кольцевого выступа (юбки). Его монтаж осуществляется путем насадки фланца на трубу с последующей приваркой двумя угловыми швами: по периметру трубы и по внутреннему диаметру фланца. Это отличает его от фланца стального приварного встык (исполнение 2), который имеет коническую ступицу и приваривается одним стыковым швом, что обеспечивает лучшее распределение механических напряжений и рекомендуется для работы в условиях высоких давлений, вибраций и знакопеременных нагрузок.

Ключевые конструктивные параметры плоского фланца Ду 500 включают:

• Наружный диаметр (D): Габаритный размер фланца, определяющий требуемое свободное пространство для монтажа.
• Диаметр окружности расположения отверстий (D1): Определяет разболтовку – расположение крепежных элементов.
• Количество и диаметр отверстий под болты/шпильки (n х d): Для Ду 500 стандартно 20 отверстий. Диаметр болтов зависит от условного давления.
• Толщина (h): Основная прочностная характеристика, строго регламентированная стандартами.
• Условный проход (Dy, Ду): 500 мм.
• Исполнение уплотнительной поверхности: Для плоских фланцев это, как правило, исполнение 1 (гладкая поверхность) или 2 (с соединительным выступом). Выбор зависит от типа применяемой прокладки.

Нормативная документация и основные стандарты

Производство и технические требования к плоским фланцам в России и странах СНГ регулируются следующими основными стандартами:

• ГОСТ 12820-80 «Фланцы стальные плоские приварные на Ру от 0,1 до 2,5 МПа». Основной стандарт, определяющий конструкцию, размеры, ряд давлений (Ру: 0,1; 0,25; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5 МПа), технические требования и допуски.
• ГОСТ 12815-80 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на Ру от 0,1 до 20,0 МПа». Устанавливает типы исполнений уплотнительных поверхностей, общие технические требования, допуски, материалы и маркировку для всех типов фланцев, включая плоские.
• ГОСТ 33259-2015 (на основе EN 1092-1) «Фланцы и их соединения. Круглые фланцы для труб, арматуры и присоединений». Современный стандарт, гармонизированный с европейскими нормами, вводящий систему номинальных давлений PN (PN6, PN10, PN16, PN25, PN40).

Соответствие стандартам гарантирует взаимозаменяемость фланцев, произведенных разными предприятиями, и безопасность соединения.

Геометрические размеры и масса по ГОСТ 12820-80 (для основных условных давлений)

В таблице приведены ключевые размеры для фланцев плоских Ду 500 по ГОСТ 12820-80 для наиболее распространенных давлений.

Условное давление, Ру (МПа)	Наружный диаметр D (мм)	Диаметр болтовой окружности D1 (мм)	Кол-во и диаметр отверстий (n x d)	Толщина фланца h (мм), не менее	Диаметр уплотнения D4 (мм)	Масса (кг), приблизительно
0.6	670	630	20 x 27	32	585	~78
1.0	670	630	20 x 27	36	585	~87
1.6	680	640	20 x 30	40	585	~98
2.5	715	670	24 x 30	48	585	~135

Материалы изготовления и выбор марки стали

Материал фланца выбирается исходя из параметров рабочей среды (давление, температура, агрессивность) и должен соответствовать материалу присоединяемого трубопровода для предотвращения электрохимической коррозии. Согласно ГОСТ 12820-80 и 12815-80, фланцы изготавливаются из следующих марок сталей:

• Ст3сп, Ст20, 09Г2С – для рабочих сред с температурой от -40 до +300 °C (для Ст3сп до +200 °C в сварных конструкциях). Применяются для воды, пара, инертных газов.
• 13ХФА, 15Х5М, 12Х18Н10Т – легированные и нержавеющие стали для работы в коррозионных средах, при высоких температурах (до +600 °C) или низких температурах (ниже -40 °C).

Маркировка материала является обязательным элементом клейма на готовом изделии.

Область применения и ограничения

Фланцы плоские Ду 500 находят применение в следующих отраслях:

• Теплоэнергетика и ЖКХ: Магистральные тепловые сети (подающая и обратная линии), сети горячего водоснабжения.
• Водоснабжение и водоотведение: Магистральные водоводы, очистные сооружения, насосные станции.
• Нефтегазовая промышленность: Технологические трубопроводы низкого давления, системы пожаротушения.
• Химическая промышленность: Трубопроводы для неагрессивных сред при умеренных давлениях.

Важное ограничение: Плоские фланцы не рекомендуется применять в системах с высоким уровнем вибрации, знакопеременных нагрузок, а также для трубопроводов, подвергающихся частым температурным деформациям. В таких условиях предпочтение отдается фланцам приварным встык (с шейкой), обладающим повышенной усталостной прочностью.

Комплектация фланцевого соединения и монтаж

Фланцевое соединение Ду 500 представляет собой сложный узел, включающий:

• Два ответных фланца (плоских).
• Крепежные элементы: шпильки (предпочтительнее) или болты с гайками класса прочности не ниже 5.6, а для ответственных объектов – 8.8. Для Ду 500 Ру 1,6 МПа потребуется 20 шпилек М30 соответствующей длины.
• Уплотнительную прокладку. Для плоских фланцев применяются:
  • Паронитовые прокладки (ПОН, ПМБ) для сред с высокой температурой.
  • Резиновые (кислотощелочестойкие, маслобензостойкие) для воды и агрессивных жидкостей.
  • Фторопластовые (ФУМ) для химически активных сред.
  • Терморасширенный графит (ТРГ) для широкого диапазона температур и сред.

Основные этапы монтажа:

1. Подготовка: Проверка геометрии фланцев, состояния уплотнительных поверхностей (отсутствие забоин, рисок), очистка от загрязнений и окалины.
2. Центровка: Совмещение отверстий под болты ответных фланцев. Перекосы недопустимы.
3. Установка прокладки: Прокладка размещается строго по центру, без перекосов.
4. Установка крепежа: Шпильки или болты вставляются в отверстия, наживляются гайки вручную.
5. Затяжка: Затяжка производится динамометрическим ключом по определенной схеме (крест-накрест или от центра) в несколько проходов до достижения расчетного усилия. Это критически важно для обеспечения равномерного давления на прокладку и герметичности соединения большого диаметра.

Контроль качества и дефекты

При приемке партии фланцев Ду 500 проводится визуальный и измерительный контроль:

• Отсутствие трещин, раковин, задиров.
• Соответствие всех геометрических параметров чертежу (диаметры, толщина, разболтовка).
• Качество уплотнительной поверхности (шероховатость Ra не более 2.5 мкм для исполнения 1).
• Наличие и правильность маркировки (тип фланца, Ду, Ру, марка стали, клеймо производителя).

Распространенные дефекты: несоосность отверстий, отклонение толщины в меньшую сторону, наличие литейных раковин в телах фланцев, полученных литьем (штампованные и изготовленные из раскатных колец фланцы обладают более высокими механическими свойствами).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается плоский фланец Ду 500 от фланца встык (с шейкой)?

Плоский фланец дешевле в производстве, проще в изготовлении, но приваривается двумя фланговыми швами, создающими концентраторы напряжений в зоне соединения с трубой. Фланец встык (ГОСТ 12821-80) имеет коническую шейку, которая компенсирует напряжения и обеспечивает лучшую работу соединения при изгибающих моментах, вибрации и перепадах температур. Для ответственных трубопроводов высокого давления рекомендуется фланец встык.

Как правильно подобрать крепеж для фланцевого соединения Ду 500 Ру 1,6 МПа?

Для данного соединения по ГОСТ 12820-80 требуется 20 шпилек М30. Длина шпильки рассчитывается как: 2 х (толщина фланца) + толщина прокладки + высота гайки + запас на резьбу (обычно 3-5 мм). Материал крепежа должен соответствовать условиям эксплуатации (например, сталь 35 для умеренных температур). Затяжку необходимо выполнять динамометрическим ключом с усилием, указанным в проектной документации.

Можно ли использовать плоский фланец Ду 500 для пара с температурой 450 °C?

Нет, это не рекомендуется. При высоких температурах (свыше 300-350 °C) для плоских фланцев, особенно из углеродистых сталей (Ст20), происходит значительное снижение механических характеристик. Кроме того, из-за разницы температурных расшижений трубы и фланца в зоне сварных швов могут возникать критические напряжения. Для таких параметров следует применять фланцы приварные встык из теплостойких сталей (например, 15Х5М).

Какой тип прокладки оптимален для соединения Ду 500 на водопроводе?

Для холодного и горячего водоснабжения (до 90-110 °C) наиболее распространены и экономически оправданы прокладки из паронита общего назначения (ПОН) или резины на основе бутил-каучука. Для питьевой воды необходимо использовать прокладки, имеющие соответствующий гигиенический сертификат.

Что означает исполнение 2 по ГОСТ 12815-80 для плоского фланца?

Исполнение 2 определяет тип уплотнительной поверхности – это «с соединительным выступом» (выступ-впадина). На плоском фланце выполняется кольцевой выступ высотой 2-3 мм, в который входит ответная впадина второго фланца. Такое исполнение обеспечивает более точную центровку и лучше удерживает мягкую прокладку (например, резиновую) от выдавливания. Выбор исполнения (1 или 2) строго регламентируется проектом в зависимости от типа применяемой прокладки и давления.

Как маркируется плоский фланец Ду 500 Ру 1,6 МПа из стали 09Г2С?

Пример условного обозначения по ГОСТ 12820-80: Фланец 1-500-1,6 09Г2С ГОСТ 12820-80, где:

• «1» – исполнение (плоский приварной);
• «500» – условный проход Ду в мм;
• «1,6» – условное давление Ру в МПа;
• «09Г2С» – марка стали.

На самом изделии клеймо должно содержать товарный знак производителя, Ду, Ру и марку стали.