Фланцы стальные воротниковые Ду 65: конструкция, стандарты, применение и монтаж

Фланец стальной воротниковый (приварной встык) на условный проход (Ду) 65 мм является одним из наиболее распространенных типов соединительных элементов в трубопроводных системах среднего и высокого давления, работающих в широком диапазоне температур. Его основное назначение – обеспечение герметичного, разъемного и прочного соединения участков труб, арматуры (задвижек, клапанов), аппаратов и приборов. Отличительная черта данного фланца – наличие конической шейки (воротника), которая плавно переходит в цилиндрическую часть, предназначенную для приварки к трубе. Эта конструктивная особенность обеспечивает оптимальное распределение механических напряжений, что делает соединение особенно надежным при циклических нагрузках, вибрациях и перепадах температур.

Конструктивные особенности и преимущества

Фланец Ду 65 состоит из нескольких ключевых элементов:

• Диск (полотно): Основная несущая часть с отверстиями под шпильки или болты. Наружный диаметр, диаметр окружности расположения отверстий и их количество строго регламентированы стандартами.
• Воротник (шейка): Конический выступ, плавно сопрягающий диск с цилиндрическим участком под сварку. Угол конусности и высота шейки являются расчетными параметрами, обеспечивающими прочность.
• Цилиндрический торец под сварку: Часть, которая приваривается встык к торцу трубы. Внутренний диаметр этого участка соответствует наружному диаметру трубы Ду 65.
• Рабочая поверхность под уплотнение: Поверхность на диске, обработанная определенным образом (выступ-впадина, шип-паз, линзовая, под прокладку овального сечения и т.д.) для установки уплотнительной прокладки.

Преимущества воротниковых фланцев перед плоскими приварными:

• Более высокая прочность и стойкость к изгибающим моментам за счет конструктивной жесткости узла «фланец-труба».
• Снижение концентрации напряжений в зоне сварного шва благодаря плавному переходу (воротнику).
• Облегчение центрирования и монтажа трубы относительно фланца.
• Возможность применения в трубопроводных системах высокого давления (до 20-25 МПа и выше) и при экстремальных температурах.
• Основной сварной шов выполняется стыковым, что позволяет проводить его радиографический контроль для ответственных объектов.

Основные стандарты и технические характеристики

Производство и параметры фланцев стальных воротниковых Ду 65 регулируются рядом межгосударственных и национальных стандартов. Выбор стандарта определяет геометрию, давление, материалы и, следовательно, область применения.

ГОСТ 33259-2015 (на замену ГОСТ 12821-80) и ГОСТ 12821-80

Наиболее распространенные стандарты на территории РФ и стран СНГ. Фланцы изготавливаются на условное давление от Ру 0,1 МПа (1 кгс/см²) до Ру 20,0 МПа (200 кгс/см²). Для Ду 65 основные исполнения по типам уплотнительных поверхностей:

• Исполнение 1: С соединительным выступом.
• Исполнение 2: С выступом.
• Исполнение 3: С впадиной.
• Исполнение 4: С шипом.
• Исполнение 5: С пазом.
• Исполнение 6: Под линзовую прокладку.
• Исполнение 7: Под прокладку овального сечения.
• Исполнение 8,9: С шипом-пазом под фторопластовую прокладку.

Основные геометрические параметры фланца Ду 65 по ГОСТ 33259-2015 (на примере Ру 1,6 МПа):

Параметр	Значение	Примечание
Условный проход (Ду), мм	65	Соответствует наружному диаметру трубы ~76 мм (труба 76х3-4мм)
Наружный диаметр фланца (D), мм	185
Диаметр окружности болтов (Dб), мм	145
Диаметр болтовой окружности (под болты/шпильки), мм	18	Количество болтов/шпилек: 4 шт.
Толщина фланца (h), мм	20	Может варьироваться в зависимости от Ру
Высота воротника (H), мм	60	Приблизительное значение, зависит от исполнения и Ру
Масса, кг (~)	2.7	Для стали 20, Ру 1.6 МПа

Серия стандартов ASME/ANSI B16.5

Международный стандарт, широко применяемый в нефтегазовой и химической промышленности. Фланцы классифицируются по номинальному давлению (Class): 150, 300, 600, 900, 1500, 2500. Для Ду 65 (соответствует NPS 2½») наиболее распространены Class 150 и 300. Геометрические параметры и масса фланцев по ASME отличаются от ГОСТ. Например, фланец NPS 2½» Class 150 имеет 8 отверстий под болты диаметром ⅞» на окружности 120.7 мм.

Материалы изготовления

Выбор марки стали определяется рабочими параметрами среды (давление, температура, агрессивность) и нормативной документацией на объект.

• Углеродистые стали: Ст20, 25 (по ГОСТ). Применяются для неагрессивных сред (вода, пар, нефть, природный газ) при температурах от -40 до +450°C.
• Легированные стали: 09Г2С, 15Х5М, 12Х18Н10Т. Используются для работы при низких температурах (до -70°C для 09Г2С), высокотемпературных сероводородсодержащих средах (15Х5М) или в агрессивных средах (кислоты, щелочи) – коррозионно-стойкие стали типа 12Х18Н10Т.
• По стандарту ASME: Материалы регламентируются стандартами ASTM: A105 (углеродистая сталь кованая), A182 F304/F316 (нержавеющая сталь), A350 LF2 (низкотемпературная углеродистая сталь).

Область применения

Фланцы воротниковые Ду 65 находят применение в следующих отраслях и системах:

• Теплоэнергетика: Магистрали питательной воды, трубопроводы пара среднего давления, системы подпитки и дренажа.
• Нефтегазовая промышленность: Промысловые сборные коллекторы, трубопроводы технологические, обвязка насосного и компрессорного оборудования.
• Химическая и нефтехимическая промышленность: Технологические линии, где требуется надежное разъемное соединение, выдерживающее давление и агрессивные среды.
• Судостроение: Системы топливоподачи, охлаждения, гидравлики.
• Общее промышленное строительство: Магистральные и технологические трубопроводы воды, воздуха, сжатых газов.

Технология монтажа и контроль качества

Правильный монтаж – залог герметичности и долговечности фланцевого соединения.

1. Подготовка: Проверка маркировки фланцев (Ду, Ру, марка стали, стандарт). Контроль состояния уплотнительных поверхностей – отсутствие забоин, раковин, радиальных рисок.
2. Приварка: Фланец надевается на трубу, производится центровка. Выполняется стыковой сварной шов между цилиндрической частью фланца и трубой. Для ответственных объектов используется сварка под слоем флюса или в защитном газе (TIG, MIG). Обязательна зачистка шва от шлака и визуальный контроль.
3. Сборка соединения: Между фланцами устанавливается прокладка (паронит, фторопласт, металлическая спирально-навитая, овального сечения и т.д.), соответствующая исполнению поверхности и рабочей среде. Болты или шпильки смазываются графитовой или иной антифрикционной смазкой. Затяжка производится крест-накрест (диагонально) динамометрическим ключом с усилием, регламентированным технологической картой, для обеспечения равномерного давления на прокладку.

Контроль качества: Визуальный и измерительный контроль геометрии, ультразвуковая или радиографическая дефектоскопия сварного шва, испытания соединения на прочность и герметичность (гидравлические или пневматические испытания).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается фланец Ду 65 от фланца на трубу 76х4?

Ду 65 – это условный проход, номинальная характеристика, примерно соответствующая внутреннему диаметру. Труба 76х4 имеет наружный диаметр 76 мм и толщину стенки 4 мм. Фланец Ду 65 рассчитан на присоединение к трубе с наружным диаметром, близким к 76 мм (точное значение зависит от толщины стенки по ГОСТ или ASME). Поэтому при заказе фланца указывают Ду, а при монтаже подбирают трубу с соответствующим наружным диаметром.

Как правильно выбрать исполнение уплотнительной поверхности для фланца Ду 65?

Выбор зависит от давления, температуры и среды. Исполнения 1-2 (выступ-впадина) наиболее распространены для общих случаев при давлениях до 6.3 МПа. Исполнения 3-4 (шип-паз) применяют для более высоких давлений и опасных сред, где требуется надежное удержание прокладки. Исполнения 6-7 (линза, овал) – для высоких давлений (свыше 10 МПа) и высоких температур в энергетике.

Какое количество болтов и их диаметр для фланца Ду 65 Ру 1,6 МПа?

Для фланца по ГОСТ 33259-2015 Ду 65 Ру 1,6 МПа (16 кгс/см²) требуется 4 шпильки (болта) с резьбой М16. Длина шпильки рассчитывается исходя из толщины фланцев, прокладки и гаек.

Можно ли соединить фланец по ГОСТ с фланцем по ASME?

Прямое соединение, как правило, невозможно из-за различий в геометрических параметрах: наружный диаметр, диаметр болтовой окружности, количество и размер крепежных отверстий, типы уплотнительных поверхностей. Для такого соединения требуется переходная конструкция (переходная вставка или адаптер), что должно быть согласовано с проектными и надзорными органами.

Как маркируется фланец стальной воротниковый?

Маркировка включает: наименование (Фланец), условный проход (Ду 65), условное давление (Ру 1,6), номер стандарта (ГОСТ 33259-2015), марку материала (Ст20), исполнение уплотнительной поверхности (Исп.1). Пример: Фланец 65-1,6 ГОСТ 33259-2015 Ст20 Исп.1.

Каковы основные причины разгерметизации фланцевого соединения Ду 65?

• Неравномерная или недостаточная затяжка болтов (шпилек).
• Некорректный подбор или повреждение уплотнительной прокладки.
• Механические повреждения (коробление) уплотнительной поверхности фланца.
• Превышение рабочих параметров (давление, температура) относительно расчетных.
• Недопустимые напряжения в трубопроводе от теплового расширения или вибрации, передающиеся на соединение.

Заключение

Фланец стальной воротниковый Ду 65 представляет собой высоконадежный, стандартизированный элемент трубопроводной арматуры, предназначенный для работы в ответственных системах. Его правильный выбор, учитывающий стандарт, давление, температуру, материал и тип уплотнения, в сочетании с квалифицированным монтажом и контролем, является обязательным условием для создания долговечных и безопасных трубопроводных систем в энергетике, нефтегазовом комплексе и промышленности. Постоянное внимание к качеству изготовления фланцев и сопутствующего крепежа, а также соблюдение технологических регламентов сборки остаются ключевыми факторами безаварийной эксплуатации.