Фланцы Ду 20 Ру 16: технические характеристики, стандарты и область применения
Фланец Ду 20 Ру 16 представляет собой стандартизированный соединительный элемент трубопроводной арматуры, предназначенный для монтажа участков труб, присоединения оборудования, приборов и другой аппаратуры. Обозначение расшифровывается следующим образом: Ду 20 – условный проход, соответствующий внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода (примерно 20 мм), Ру 16 – условное давление, на которое рассчитан фланец (16 кгс/см² или ~1,6 МПа). Данный типоразмер является одним из наиболее востребованных в энергетике, ЖКХ, нефтегазовой и химической промышленности для систем низкого и среднего давления.
Основные стандарты и конструктивные исполнения
Производство и основные параметры фланцев регламентируются государственными и межгосударственными стандартами. Для фланцев Ду 20 ключевыми являются следующие нормативные документы:
- ГОСТ 33259-2015 (ЕН 1092-1:2007): Фланцы стальные плоские приварные и их соединения. Европейский стандарт, широко применяемый в современном проектировании. Для Ду 20 Ру 16 соответствует типу 01 (плоский приварной).
- ГОСТ 12820-80: Фланцы стальные плоские приварные на Ру от 0,1 до 2,5 МПа. Традиционный советский/российский стандарт, остающийся в активном использовании.
- ГОСТ 12821-80: Фланцы стальные приварные встык на Ру от 0,1 до 20 МПа. Фланцы с шейкой для более высоких нагрузок.
- ГОСТ 12815-80: Устанавливает общие технические требования к фланцам арматуры, соединительных частей и трубопроводов на Ру от 0,1 до 20 МПа (параметры уплотнительных поверхностей, допуски).
- Плоский приварной (ГОСТ 12820-80, тип 01 по ГОСТ 33259): Фланец в виде кольца, который надевается на трубу и приваривается двумя сварными швами по окружности. Наиболее экономичный вариант для систем, где не требуется частый демонтаж.
- Приварной встык (воротниковый, ГОСТ 12821-80, тип 11 по ГОСТ 33259): Имеет коническую шейку для приварки встык к трубе. Конструкция обеспечивает более равномерное распределение механических напряжений, рекомендуется для систем с высокими циклическими нагрузками, перепадами температур и давлений.
- Свободный фланец на приварном кольце (ГОСТ 12822-80): Состоит из двух частей – фланца и приварного кольца. Позволяет легко совмещать отверстия при монтаже, удобен для стесненных условий и частых ревизий. Экономит дорогостоящий материал (фланец может быть из углеродистой стали, а кольцо – из легированной).
- Исполнение 1 (тип A): Гладкая уплотнительная поверхность. Применяется с мягкими прокладками (паронит, резина, фторопласт) в системах с низкими давлениями и неагрессивными средами.
- Исполнение 2 (тип E): С соединительным выступом. Наиболее распространенный тип для давления Ру 16. Обеспечивает высокую герметичность с различными типами прокладок.
- Исполнение 4 (тип D): С шипом. Используется в паре с фланцем, имеющим исполнение 5 (паз). Образует лабиринтное уплотнение, эффективное для агрессивных, токсичных и легколетучих сред.
- Исполнение 5 (тип C): С пазом. Парное к исполнению 4.
- Исполнение 6 (тип B): Под линзовую прокладку. Для систем высокого давления и температур в энергетике.
- Крепежные изделия: Для фланцев Ду 20 Ру 16, как правило, используются шпильки М12 (класс прочности 5.6, 8.8) с шестью гайками (по две на каждую шпильку) или болты. Длина шпильки рассчитывается исходя из толщины фланцев, прокладки и выступающих частей гаек.
- Прокладки: Обеспечивают герметизацию. Выбор материала прокладки критически важен:
- Паронит общего назначения (ПОН): Универсальный материал для воды, пара, масел, слабоагрессивных сред при температуре до +450°С.
- Фторопласт-4 (PTFE): Для агрессивных химических сред.
- Резина (МБР, КИ-3): Для воды, воздуха, низких давлений и температур.
- Металлические прокладки (оцинкованная сталь, нержавеющая сталь): Для повышенных температур и давлений, часто в паре с исполнением уплотнительной поверхности «шип-паз».
- Теплоэнергетика: Вспомогательные трубопроводы насыщенного пара низкого давления, линии подпитки, дренажные системы, технологические обвязки теплообменного оборудования.
- Водоснабжение и водоотведение: Соединения на напорных трубопроводах холодной и горячей воды, обвязка насосных агрегатов, фильтров, запорной арматуры.
- Нефтегазовая промышленность: Технологические линии низкого давления, системы смазки и охлаждения, вспомогательные трубопроводы на установках.
- Химическая промышленность: Трубопроводы для неагрессивных или слабоагрессивных сред при условии выбора соответствующего материала фланца и прокладки.
- Системы вентиляции и пневмотранспорта: Для соединения участков воздуховодов высокого давления.
- Подготовку: Проверка геометрии фланцев, состояния уплотнительных поверхностей (отсутствие забоин, рисок), очистка от загрязнений и старой прокладки.
- Установку прокладки: Прокладка должна быть установлена ровно, без перекосов, точно по центру фланца.
- Совмещение фланцев: Отверстия под шпильки должны совпадать без применения силы.
- Установку крепежа: Шпильки или болты должны быть смазаны (например, графитовой смазкой). Гайки накручиваются вручную.
- Затяжку: Затяжка производится динамометрическим ключом крест-накрест (по диагонали) в несколько приемов для обеспечения равномерного прижима прокладки. Момент затяжки регламентируется проектной документацией или стандартами (например, РД 153-34.1-003-01).
Конструктивные типы фланцев Ду 20
Для условного прохода 20 мм и давления 16 кгс/см² применяются несколько типов фланцев, выбор которых зависит от условий эксплуатации и монтажа.
Геометрические параметры и материалы изготовления
Геометрические размеры фланцев Ду 20 Ру 16 строго нормированы стандартами. Основные параметры включают наружный диаметр фланца (D), диаметр окружности расположения болтов (D₁), диаметр болтовой окружности (D₂), количество и диаметр отверстий под крепеж, а также тип уплотнительной поверхности.
Таблица 1. Основные размеры фланцев Ду 20 Ру 16 по ГОСТ 12820-80 и ГОСТ 12821-80
| Параметр | Плоский фланец (ГОСТ 12820-80) | Фланец встык (ГОСТ 12821-80) |
|---|---|---|
| Условный проход (Ду), мм | 20 | 20 |
| Давление условное (Ру), кгс/см² | 16 | 16 |
| Наружный диаметр фланца (D), мм | 105 | 105 |
| Диаметр окружности расположения болтов (D₁), мм | 75 | 75 |
| Количество отверстий под шпильки/болты | 4 | 4 |
| Диаметр отверстий под крепеж, мм | 14 | 14 |
| Диаметр болтов/шпилек | М12 | М12 |
| Толщина фланца (b), мм | 12 | 16 (высота шейки h=21) |
| Масса, кг (прибл.) | 0.48 | 0.85 |
Типы уплотнительных поверхностей (исполнения)
Для обеспечения герметичности стыка фланцы имеют различные типы уплотнительных поверхностей, обозначаемые в стандартах как «исполнение».
Исполнение 3 (тип F): С выступом под прокладку овального сечения. Применяется в системах с высокими давлениями и температурами, реже для Ру 16.
Материалы изготовления и марки стали
Выбор материала фланца определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, химическая агрессивность) и требованиями нормативной документации (ПБ, СП, ГОСТ).
Таблица 2. Наиболее распространенные марки сталей для фланцев Ду 20 Ру 16
| Марка стали | Область применения и характеристики | Стандарт (пример) |
|---|---|---|
| Ст3сп, Ст20 | Для неагрессивных сред (вода, пар, воздух, инертные газы) при температуре от -30 до +425°С. Наиболее распространенная и экономичная марка. | ГОСТ 12820-80, ГОСТ 12821-80 |
| 09Г2С | Низколегированная сталь для работы при отрицательных температурах (до -70°С) и повышенных нагрузках. | ГОСТ 12820-80, ГОСТ 12821-80 |
| 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т | Коррозионно-стойкие (нержавеющие) аустенитные стали. Применяются в агрессивных средах (кислоты, щелочи, растворы), пищевой и фармацевтической промышленности, а также при высоких температурах. | ГОСТ 12820-80, ГОСТ 12821-80 |
| 15Х5М | Жаропрочная сталь для систем с температурой среды до +600°С (теплоэнергетика, нефтепереработка). | ГОСТ 12821-80 |
Комплектация фланцевого соединения Ду 20 Ру 16
Герметичное и прочное фланцевое соединение формируется не только самими фланцами, но и комплектующими элементами.
Область применения в энергетике и смежных отраслях
Фланцы Ду 20 Ру 16 находят широкое применение в следующих системах:
Монтаж и контроль фланцевых соединений
Правильный монтаж – залог долговечности и герметичности соединения. Порядок работ включает:
Контроль качества соединения включает визуальный осмотр, проверку зазоров, а при необходимости – гидравлические или пневматические испытания на герметичность.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается фланец Ду 20 Ру 16 от фланца Ду 20 Ру 10?
Основное отличие – в толщине фланца (b) и, как следствие, в массе и прочностных характеристиках. Фланец Ру 16 рассчитан на более высокое рабочее давление (1,6 МПа против 1,0 МПа у Ру 10). У фланца Ру 16 больше толщина, а также может отличаться количество и диаметр отверстий под крепеж (хотя для Ду 20 это не всегда так). Использование фланца Ру 10 в системе, рассчитанной на Ру 16, недопустимо по условиям прочности.
Какой тип фланца предпочтительнее: плоский или приварной встык?
Плоский приварной фланец дешевле и проще в изготовлении. Его следует применять на статических, малонагруженных системах. Фланец приварной встык (воротниковый) обеспечивает более высокую прочность соединения за счет плавного перехода от шейки к диску и лучшего распределения нагрузок. Он обязателен для систем с высокими циклическими (вибрационными) нагрузками, частыми тепловыми расширениями, а также при работе при температурах ниже -30°С или выше +300°С.
Как правильно подобрать прокладку для фланца Ду 20 Ру 16?
Выбор прокладки определяется тремя факторами: параметрами среды (температура, давление, химический состав), типом уплотнительной поверхности фланца (исполнение) и требованиями нормативных документов. Для стандартных условий (вода, пар до +150°С) с исполнением 2 чаще всего применяется паронитовая прокладка ПОН. Для агрессивных сред – фторопласт или прокладки из коррозионно-стойкой стали. Важно, чтобы наружный и внутренний диаметр прокладки соответствовали размерам, указанным в ГОСТ 12815-80 для данного Ду и Ру.
Можно ли соединить фланцы, изготовленные по разным стандартам (например, ГОСТ и DIN)?
Соединение возможно только при полной геометрической и конструктивной совместимости: совпадении диаметров окружности расположения болтов (D₁), количества и диаметра отверстий, типа уплотнительной поверхности и толщины. Фланцы Ду 20 Ру 16 по ГОСТ 12820-80 и фланцы DN 20 PN 16 по DIN 2633 (тип 01) часто имеют схожие размеры, но перед монтажом необходимо сверяться с чертежами. Предпочтительным является использование фланцев, изготовленных по одному стандарту.
Какой крепеж и с каким классом прочности необходим для фланцевого соединения Ду 20 Ру 16?
Для данного давления обычно применяются шпильки М12. Класс прочности крепежа должен быть не ниже 5.6 для систем с неагрессивными средами и умеренными температурами. Для ответственных соединений, систем с перепадами температур или вибрацией рекомендуется крепеж класса прочности 8.8. В агрессивных средах (наружные установки, цеха с химически активной атмосферой) следует применять крепеж из коррозионно-стойких сталей (например, А2, А4). Затяжка должна производиться с контролируемым моментом.
Требуется ли обслуживание фланцевых соединений после монтажа?
Да, фланцевые соединения требуют периодического контроля в процессе эксплуатации. Особенно это касается систем с циклическими изменениями температуры и давления. Необходимо визуально проверять соединение на отсутствие течей, следов коррозии крепежа. В системах с высокими температурами может потребоваться подтяжка гаек после первого цикла «прогрев-остывание» (рекомендации указаны в проектной или эксплуатационной документации).
Заключение
Фланец Ду 20 Ру 16 – стандартизированный, надежный и широко применяемый элемент трубопроводных систем низкого и среднего давления. Его корректный выбор, учитывающий стандарт исполнения, тип, материал, а также правильный монтаж с использованием соответствующего крепежа и прокладок, являются фундаментом для создания герметичного, долговечного и безопасного соединения. Строгое соблюдение требований нормативной документации и технологических карт при монтаже и эксплуатации – обязательное условие для специалистов в сфере энергетики и смежных отраслей.