Фланцы Ду 500

Фланцы Ду 500: технические характеристики, стандарты и применение

Фланец Ду 500 представляет собой соединительный элемент трубопроводной арматуры, резервуаров, аппаратов и вращающегося оборудования, предназначенный для создания разъемных соединений трубопроводов и присоединения к ним технологического оборудования. Условный проход (Ду) 500 мм соответствует внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода. Фланцы данного типоразмера относятся к категории крупногабаритных и высоконагруженных деталей, применяемых на магистральных и критически важных технологических линиях.

Ключевые параметры и конструктивные особенности

Основными параметрами, определяющими конструкцию и применение фланца Ду 500, являются условный проход (Ду), условное давление (Ру) и исполнение присоединительной поверхности. Геометрические размеры и допуски строго регламентированы национальными и международными стандартами.

Условный проход (Ду, DN): 500 мм. Определяет внутренний диаметр трубопровода, для которого предназначен фланец.
Условное давление (Ру, PN): Диапазон рабочих давлений для фланцев Ду 500 широк: от PN6 (0.6 МПа) до PN100 (10.0 МПа) и выше, в зависимости от материала и стандарта. Наиболее распространенными рядами являются PN10 и PN16 для общепромышленного применения, PN25 и PN40 для энергетики и нефтехимии.
Диаметр окружности расположения болтов (D): Критически важный размер, определяющий совместимость фланцев между собой и с оборудованием. Для Ду 500 и PN16 этот размер составляет, как правило, 670-690 мм в зависимости от стандарта.
Количество и диаметр крепежных отверстий: Определяется давлением и стандартом. Например, для фланца по ГОСТ 33259-2015 (PN16) требуется 20 отверстий под болты М27.
Исполнение уплотнительной поверхности: Для Ду 500 наиболее распространены исполнение 1 (с соединительным выступом) и исполнение 2 (с выступом и впадиной под прокладку овального сечения), а также тип «шип-паз» (RTJ) для высоких давлений.

Стандарты и нормативная база

Выбор и применение фланцев Ду 500 регламентируется рядом стандартов, определяющих геометрию, материалы, технические требования и методы испытаний.

ГОСТ 33259-2015: Основной современный российский стандарт на стальные фланцы арматуры, соединительных частей и аппаратов для трубопроводов на условное давление до PN250. Является аналогом европейского EN 1092-1.
ГОСТ 12820-80, ГОСТ 12821-80: Устаревшие, но еще применяемые стандарты на фланцы стальные плоские и приварные встык соответственно.
EN 1092-1: Европейский стандарт, устанавливающий требования к стальным фланцам с обозначением давления PN и DN.
ASME B16.5 / ASME B16.47: Американские стандарты. ASME B16.5 охватывает диапазон до NPS 24″ (600 мм), но для NPS 20″ (500 мм) и высоких классов давления (Class 300, 600 и т.д.) является основным. ASME B16.47 серии A и B применяется для фланцев большего диаметра.

Типы фланцев Ду 500

В зависимости от способа монтажа и конструкции различают несколько основных типов фланцев.

Фланец плоский приварной (Плоский фланец): Надевается на трубу и приваривается двумя угловыми швами по периметру. Применяется при умеренных давлениях, чаще на трубопроводах низкого и среднего давления.
Фланец приварной встык (Воротниковый фланец): Приваривается встык одним стыковым швом в зоне конической горловины. Конструкция обеспечивает оптимальное распределение механических напряжений, что позволяет применять его на трубопроводах высокого давления, при циклических нагрузках и перепадах температур.
Фланец свободный на приварном кольце: Состоит из двух частей: кольца, привариваемого к трубе, и свободного фланца, который вращается вокруг него. Это облегчает монтаж и совмещение отверстий под болты, особенно в стесненных условиях или при частой разборке соединения.
Фланец глухой (Заглушка фланцевая): Сплошной диск без центрального отверстия, предназначенный для герметичного закрытия конца трубопровода, люка или отвода.

Материалы изготовления

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

Материал (Марка стали)	Стандарт	Область применения и особенности	Предельные рабочие температуры, °C
Углеродистая сталь (Ст20, 25Л)	ГОСТ 33259, ГОСТ 12820	Водопровод, пар низкого давления, нейтральные жидкости. Общепромышленное применение.	-40 до +400
Легированная сталь (09Г2С, 12Х18Н9Т)	ГОСТ 33259	Трубопроводы в условиях низких температур (09Г2С), агрессивные среды (12Х18Н9Т — нержавеющая сталь).	09Г2С: до -70 / 12Х18Н9Т: -196 до +600
Сталь для криогенной техники (08Х18Н10)	ГОСТ 33259, EN 1092-1	Системы сжиженных газов (азот, кислород).	До -196
Сталь жаропрочная (15Х5М, 15Х5)	ГОСТ 33259	Трубопроводы ТЭЦ и АЭС, нефтеперерабатывающие установки (ВДС, печные трубопроводы).	До +600

Расчет и проектирование соединений на фланцах Ду 500

Проектирование фланцевого соединения для такого диаметра требует проведения проверочных расчетов на прочность и герметичность. Расчет ведется согласно нормативным документам (например, ГОСТ 34233.1-2017 (Р 52857.1-2007) «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность»). Основные проверяемые условия:

Прочность фланца: Проверка на изгиб от действия осевого усилия в болтах и давления среды.
Герметичность соединения: Обеспечивается достаточным усилием обжатия прокладки, создаваемым болтовым крепежом.
Прочность болтов (шпилек): Расчет диаметра, количества и материала шпилек на растяжение от усилия затяжки и рабочего давления.
Проверка на самоторможение: Исключение раскрытия стыка под действием внутреннего давления и температурных деформаций.

Комплектация фланцевого соединения Ду 500

Для создания работоспособного соединения необходим полный комплект элементов.

Парные фланцы: Должны иметь одинаковые Ду, Ру, стандарт и исполнение уплотнительной поверхности.
Крепеж: Шпильки (предпочтительнее болтов), гайки и шайбы. Материал крепежа должен соответствовать материалу фланцев и рабочим условиям (например, шпильки из стали 35Х для повышенных температур).
Прокладка: Тип прокладки определяется исполнением поверхности и средой.
- Паронит ПОН, МБ для неагрессивных сред (вода, пар, воздух).
- Фторопласт (FKM) для агрессивных химических сред.
- Металлические овальные или восьмигранные прокладки для исполнения RTJ (тип «шип-паз») при высоких давлениях.
- Спирально-навитые прокладки (СНП) для широкого диапазона давлений и температур.

Монтаж и контроль

Монтаж фланцевых соединений Ду 500 требует строгого соблюдения технологии.

Подготовка: Проверка геометрии фланцев, состояния уплотнительных поверхностей (отсутствие задиров, раковин), чистоты отверстий под болты.
Центровка: Совмещение отверстий фланцев без приложения усилий, что свидетельствует о параллельности поверхностей и отсутствии перекоса.
Установка прокладки: Прокладка устанавливается строго по центру, без перекосов.
Затяжка крепежа: Обязательное использование калиброванного динамометрического инструмента. Затяжка проводится крест-накрест (по диагоналям) в несколько этапов (минимум в три) до достижения расчетного усилия затяжки. Это обеспечивает равномерное обжатие прокладки.
Контроль: Визуальный контроль качества сварных швов, контроль зазора между фланцами после затяжки (должен быть равномерным по окружности), при необходимости — гидравлические или пневматические испытания на герметичность.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается фланец Ду 500 PN16 от фланца DN500 PN16?

Ничем не отличается. Обозначения «Ду» (условный проход по советской/российской системе) и «DN» (номинальный диаметр по европейской и международной системе) в данном случае являются синонимами и обозначают одну и ту же размерную характеристику — 500 мм. Важно, чтобы оба фланца в паре были изготовлены по одному стандарту (например, ГОСТ 33259 или EN 1092-1), так как геометрические параметры (диаметр окружности болтов, количество отверстий) в разных стандартах могут незначительно различаться даже при одинаковых Ду/DN и PN.

Как подобрать болты (шпильки) для фланца Ду 500 PN40?

Подбор крепежа осуществляется на основе стандарта на фланцы и расчетного усилия затяжки. Для фланца по ГОСТ 33259-2015 (PN40) на Ду 500 потребуется 20 шпилек. Диаметр шпилек определяется стандартом (например, М30). Длина шпильки рассчитывается как суммарная толщина двух фланцев, двух гаек, шайбы и резерв на выход резьбы (обычно 2-3 нитки). Материал шпилек должен быть не ниже класса прочности 8.8 для общепромышленных применений, а для высокотемпературных сред применяются легированные стали (например, 35Х). Ключевое правило: материал крепежа не должен быть слабее материала фланцев.

Какая прокладка оптимальна для фланцевого соединения Ду 500 на водяном паре с температурой 250°C?

Для насыщенного водяного пара при температуре до 250°C и давлении до 2.5 МПа (что соответствует примерно PN25) оптимальным выбором является прокладка из паронита марки ПОН (общего назначения) или МБ (маслобензостойкого). Для исполнения 1 по ГОСТ (с соединительным выступом) используется плоская бескаркасная прокладка. При более высоких давлениях или для обеспечения большей надежности рекомендуется использовать спирально-навитую прокладку (СНП) с наполнителем из графита и уплотнительными кольцами из нержавеющей стали.

Можно ли соединить фланец по ГОСТ 12821-80 с фланцем по ГОСТ 33259-2015 на Ду 500 PN16?

Теоретически, если геометрические параметры (наружный диаметр, диаметр окружности болтов, количество и диаметр отверстий, исполнение поверхности) совпадают, соединение возможно. ГОСТ 33259-2015 во многом гармонизирован с EN 1092-1 и может иметь отличия от старого ГОСТ 12821-80. Перед монтажом необходимо выполнить сверку всех критических размеров по чертежам или путем непосредственного измерения. Наиболее вероятным отличием может быть разное количество отверстий под болты. Соединение фланцев разных стандартов без проверки совместимости недопустимо.

Каков порядок затяжки болтов на фланце Ду 500?

Затяжка должна производиться динамометрическим ключом в строгой последовательности для обеспечения равномерного прилегания прокладки. Рекомендуется следующий порядок:

Предварительная затяжка всех гаек вручную.
Затяжка с усилием 30% от расчетного в порядке, указанном на схеме (крест-накрест, начиная от верхнего болта).
Затяжка с усилием 60% от расчетного в той же последовательности.
Затяжка до 100% расчетного усилия в финальном проходе.
После 24 часов работы или первого прогрева (для горячих сред) рекомендуется выполнить контрольную подтяжку (рекомендация не относится к соединениям с металлическими прокладками RTJ).

Схема затяжки для 20-ти болтового фланца представляет собой два взаимно перпендикулярных креста, охватывающих все отверстия.

Каковы основные дефекты фланцев Ду 500 и методы их выявления?

Наиболее распространенные дефекты:

Механические повреждения уплотнительной поверхности: Задиры, вмятины, риски. Выявляются визуально и тактильно. Допустимая глубина обычно не более 0.1 мм.
Коррозионные повреждения: Раковины, пятна коррозии. Визуальный контроль, при необходимости — измерение глубины.
Деформация (искривление) фланца: Возникает из-за неправильного монтажа, сварки или внутренних напряжений. Проверяется щупом или поверочной линейкой на плоскостность. Зазор не должен превышать 0.2 мм на всей поверхности.
Трещины в теле фланца или в зоне сварного шва: Выявляются методами неразрушающего контроля (НК): магнитопорошковый (МПД) или ультразвуковой контроль (УЗК).
Несоосность отверстий под болты: Проверяется установкой всех болтов без усилия.