Фланцы Ду 250: технические характеристики, стандарты и применение в энергетике
Фланец Ду 250 представляет собой стандартизированный соединительный элемент трубопроводной арматуры, резервуаров, аппаратов и оборудования, предназначенный для условного прохода 250 мм. Буквенное обозначение «Ду» (Диаметр условный) указывает на номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода. В энергетической, нефтехимической, коммунальной и других отраслях промышленности фланцы данного типоразмера являются критически важными компонентами, обеспечивающими герметичность, прочность и разъемность магистралей, работающих под давлением, с высокими температурами и агрессивными средами.
Основные стандарты и конструктивные исполнения
Производство и применение фланцев Ду 250 регламентируется рядом межгосударственных и отраслевых стандартов, определяющих их геометрию, материалы, допуски и условия применения.
- ГОСТ 33259-2015 (на замену ГОСТ 12820-80, 12821-80): Основной стандарт на стальные плоские и приварные встык фланцы. Определяет типы, конструкцию, размеры, ряд давлений (от Ру 0,1 до 20 МПа) и технические требования.
- ГОСТ 12815-80: Устанавливает ряд давлений (от Ру 0,1 до 20 МПа), условные проходы, типы исполнений поверхностей уплотнения и их конструктивные размеры для фланцев арматуры, соединительных частей и оборудования.
- ASME/ANSI B16.5: Международный стандарт, распространенный на объектах, построенных по американским нормам. Определяет классы давления (Class 150, 300, 600 и т.д.) для фланцев NPS 10 (что соответствует примерно Ду 250).
- EN 1092-1: Европейский стандарт, определяющий типы фланцев (например, Type 01 – приварной встык, Type 05 – плоский приварной), номинальные давления (PN 6, 10, 16, 25, 40 и т.д.) и материалы.
- Фланец плоский приварной (ГОСТ 33259-2015, тип 01): Надевается на трубу и приваривается двумя угловыми швами по окружности. Применяется в системах с умеренным давлением (как правило, до Ру 2,5 МПа) и температурой. Требует точной обрезки трубы встык.
- Фланец приварной встык (воротниковый, ГОСТ 33259-2015, тип 11): Имеет коническую горловину, которая приваривается встык к трубе одним сварным швом. Равнопрочность соединения с трубой, оптимальное распределение механических напряжений. Рекомендован для систем высокого давления, переменных нагрузок, повышенных и высоких температур. Является основным типом в энергетике для паропроводов и трубопроводов питательной воды.
- Фланец свободный на приварном кольце (ГОСТ 33259-2015, тип 21/22): Состоит из свободного фланца и приварного кольца. Упрощает монтаж и центровку отверстий под болты, позволяет вращать фланец. Широко используется при частых разборках, монтаже в труднодоступных местах, а также для соединения с аппаратами из цветных металлов или дорогостоящих сталей (кольцо изготавливается из материала аппарата, а свободный фланец – из конструкционной стали).
- Фланец резьбовой: Присоединяется к трубе с помощью резьбы без сварки. Применяется в основном для монтажа в условиях, где сварка нежелательна или невозможна (взрывоопасные среды), а также на трубопроводах низкого давления.
- Подготовка поверхностей: Уплотнительные поверхности должны быть очищены от загрязнений, масла, ржавчины и не иметь забоин, рисок.
- Центровка: Отверстия под болты должны совпадать без перекоса. Запрещается втягивание соединения болтами, так как это создает дополнительные напряжения.
- Выбор крепежа: Применяются шпильки или болты класса прочности не ниже 5.6, а для ответственных соединений – 8.8 и выше. Материал крепежа должен быть совместим с материалом фланца во избежание электрохимической коррозии.
- Прокладки: Тип и материал прокладки (паронит, спирально-навитая, металлическая линзовая, овального сечения) должны строго соответствовать исполнению уплотнения и параметрам среды.
- Метод затяжки: Для Ду 250 обязательна последовательная (крест-накрест) затяжка болтов/шпилек в несколько ступеней (минимум 3) с использованием калиброванного динамометрического инструмента. Рекомендуется применение гидравлических натяжителей шпилек для обеспечения равномерного и точного усилия предварительной затяжки, указанного в нормативной документации (РД, СНиП, инструкция завода-изготовителя).
- Визуальный и измерительный контроль (ВИК): Проверка маркировки (Ду, Ру, марка стали, клеймо производителя), геометрических размеров (по таблицам ГОСТ), состояния уплотнительных и присоединительных поверхностей, отсутствия трещин, раковин, задиров.
- Ультразвуковой контроль (УЗК): Для выявления внутренних дефектов (расслоения, неметаллические включения) в теле фланца, особенно в зоне перехода горловины.
- Контроль твердости: Проверка по Бринеллю или Роквеллу для подтверждения марки стали и правильности термообработки.
- Магнитопорошковый или капиллярный контроль (МПК/ПВК): Для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов на ответственных фланцах.
Типы фланцев Ду 250 и их применение
Выбор типа фланца зависит от параметров рабочей среды, условий монтажа и требований к обслуживанию.
Исполнения уплотнительных поверхностей (по ГОСТ 12815-80)
Тип поверхности уплотнения определяет выбор прокладки и степень герметичности соединения.
| Исполнение | Описание | Тип прокладки | Типичное применение |
|---|---|---|---|
| Исполнение 1 | Гладкая уплотнительная поверхность. | Мягкая (паронит, резина, фторопласт). | Низкое и среднее давление, неагрессивные среды, вода, воздух. |
| Исполнение 2 | Выступ-впадина (шип-паз). Выступ на одном фланце, впадина на другом. | Плоская металлическая или мягкая прокладка. | Повышенные давления, опасные среды. Обеспечивает точную центровку и предотвращает выдавливание прокладки. |
| Исполнение 3 | Соединение «шип-паз» с углублением под прокладку. | Плоская металлическая прокладка. | Аналогично исполнению 2, но с более надежным удержанием прокладки. |
| Исполнение 4 | Под линзовую прокладку. | Линзовая прокладка. | Высокие давления и температуры (паропроводы, технологические линии в энергетике и химии). |
| Исполнение 5 | Под прокладку овального сечения. | Прокладка овального сечения. | Сверхвысокие параметры среды (критическое и сверхкритическое давление в энергоблоках). |
| Исполнение 9 | Шип-паз под фторопластовую прокладку. | Прокладка из фторопласта-4. | Агрессивные химические среды. |
Материалы изготовления
Материал фланца выбирается исходя из параметров рабочей среды (давление, температура, химическая агрессивность) и должен соответствовать материалу присоединяемого трубопровода.
| Марка стали (по ГОСТ, ASTM) | Категория | Рабочая температура, °C | Основное применение для Ду 250 |
|---|---|---|---|
| Ст20, 25 (A105) | Углеродистая качественная конструкционная | От -40 до +475 | Трубопроводы воды, пара низкого давления, инертных сред. |
| 09Г2С (A516 Gr.60/70) | Низколегированная для сварных конструкций | До -70 до +475 | Магистральные трубопроводы, конструкции, работающие при отрицательных температурах. |
| 12Х18Н10Т (AISI 321, 304H) | Аустенитная коррозионно-стойкая жаропрочная | До +600 | Трубопроводы агрессивных сред (кислоты, щелочи), пищевая промышленность. |
| 15Х5М (A335 P5, A182 F5) | Легированная теплоустойчивая хромомолибденовая | До +600 | Паропроводы высоких параметров, нефтеперерабатывающие установки (устойчивость к водороду). |
| 10Х9МФБ (A335 P91, A182 F91) | Высоколегированная жаропрочная | До +650 | Трубопроводы сверхвысокого давления и температуры в современной энергетике (паропроводы на сверхкритические параметры). |
Ключевые геометрические параметры и размеры (на примере ГОСТ 33259-2015)
Для фланца Ду 250 основные размеры варьируются в зависимости от условного давления (Ру). Приведены выборочные данные для фланца приварного встык (тип 11).
| Условное давление, Ру (МПа) | Наружный диаметр фланца, D (мм) | Диаметр болтовой окружности, Dб (мм) | Диаметр болтов/шпилек | Количество болтов/шпилек, шт. | Толщина фланца, h (мм) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 | 370 | 330 | М20 | 12 | 24 |
| 2.5 | 405 | 360 | М24 | 12 | 28 |
| 6.3 | 430 | 390 | М24 | 16 | 38 |
| 10.0 | 470 | 430 | М27 | 16 | 48 |
| 16.0 | 500 | 455 | М30 | 20 | 55 |
Особенности монтажа и затяжки фланцевых соединений Ду 250
Качество монтажа напрямую влияет на герметичность и долговечность соединения. Для фланцев большого диаметра процесс требует строгого соблюдения технологии.
Контроль качества и дефектация
При приемке и перед монтажом фланцы Ду 250 подвергаются визуальному и измерительному контролю, а также неразрушающему контролю (НК) по требованиям технических условий.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается Ду 250 от DN 250 и PN 16?
Ду 250 и DN 250 – это обозначения одного и того же номинального (условного) диаметра по разным системам стандартов (ГОСТ и ISO/EN соответственно). PN 16 – это номинальное (условное) давление, выраженное в барах. Фланец с маркировкой «Ду 250 PN 16» предназначен для трубопровода номинальным диаметром 250 мм и рассчитан на номинальное давление 16 бар (1,6 МПа) при определенной температуре.
Как перевести Ру 2,5 МПа в класс давления по ANSI (Class)?
Прямого арифметического перевода не существует, так как системы стандартов основаны на разных принципах. Однако, по практическому соответствию для температур до ~200°C, Ру 2,5 МПа приблизительно соответствует Class 300. Для точного подбора аналога необходимо сравнивать таблицы допустимых рабочих давлений в зависимости от температуры по ГОСТ 33259-2015 и ASME B16.5.
Какой тип фланца предпочтительнее для паропровода высокого давления на ТЭЦ?
Для паропроводов высокого и сверхвысокого давления с температурой свыше 400°C безусловно предпочтителен фланец приварной встык (воротниковый) из теплоустойчивой стали (например, 15Х5М или 10Х9МФБ). Исполнение уплотнительной поверхности, как правило, 4 (под линзовую прокладку) или 5 (под прокладку овального сечения) по ГОСТ 12815-80. Плоский приварной фланец в таких условиях не применяется.
Почему для фланцевых соединений Ду 250 критически важна правильная затяжка?
Неравномерная или недостаточная затяжка приводит к перекосу, утечке среды и, в конечном итоге, к разгерметизации. Избыточная затяжка может вызвать пластическую деформацию фланца, шпилек или прокладки, что также ведет к потере герметичности под нагрузкой. Большой диаметр (и, соответственно, большое количество шпилек) усугубляет риск неравномерности. Только многоступенчатая затяжка с контролируемым усилием гарантирует создание равномерного давления на прокладку по всей окружности.
Можно ли использовать фланец из стали 09Г2С для соединения с аппаратом из нержавеющей стали 12Х18Н10Т?
Да, это допустимо. Наиболее рациональным решением в этом случае будет применение свободного фланца на приварном кольце. Приварное кольцо изготавливается из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и приваривается к аппарату, а свободный фланец (из более дешевой 09Г2С) остается незакрепленным. Это обеспечивает коррозионную стойкость в зоне сварки и позволяет экономить дорогостоящий материал.
Как часто необходимо проводить ревизию и подтяжку фланцевых соединений Ду 250?
Периодичность ревизии устанавливается графиком планово-предупредительного ремонта (ППР) предприятия и зависит от условий эксплуатации: параметров среды, цикличности нагрузок, вибрации. Как правило, соединения на высокотемпературных линиях проверяют после каждого останова (остывания и повторного пуска), так как происходит релаксация напряжений в крепеже. Визуальный контроль на предмет течей должен осуществляться постоянно в ходе обходов.
Заключение
Фланцы Ду 250 являются высокоответственными элементами трубопроводных систем в энергетике и промышленности. Их корректный подбор, учитывающий давление, температуру, химический состав среды, стандарт и материал, является фундаментом надежности. Строгое соблюдение технологий монтажа, в особенности процедуры контролируемой затяжки, и регулярный контроль технического состояния – обязательные условия для обеспечения герметичности, безопасности и длительного срока службы фланцевого соединения. Применение современных материалов (стали типа P91) и методов монтажа (гидронатяжение) позволяет использовать данные соединения даже в условиях сверхкритических параметров рабочей среды.