Фланцы Ду 40 Ру 16

Фланцы Ду 40 Ру 16: технические характеристики, стандарты, применение и монтаж

Фланец Ду 40 Ру 16 представляет собой стандартизированный соединительный элемент трубопроводной арматуры, предназначенный для герметичного соединения участков труб, присоединения оборудования (насосов, теплообменников, фильтров), приборов КИПиА и заглушения концов линий. Обозначение расшифровывается следующим образом: Ду 40 – условный проход, соответствующий наружному диаметру трубы приблизительно 48 мм (для стальных водогазопроводных труб) или 45 мм (для бесшовных), Ру 16 – условное давление 16 кгс/см² (1,6 МПа) при температуре рабочей среды до 200°C для сталей 20, 09Г2С. Данный типоразмер широко распространен в системах теплоснабжения, водоснабжения, технологических линиях низкого и среднего давления в энергетике, ЖКХ и промышленности.

Основные стандарты и конструктивные исполнения

Производство фланцев Ду 40 регламентируется рядом межгосударственных стандартов (ГОСТ), определяющих их геометрию, технические требования и материалы. Выбор стандарта зависит от типа соединения, давления и технологии изготовления.

• ГОСТ 33259-2015 (ранее ГОСТ 12820-80) – Фланцы стальные плоские приварные. Устанавливает параметры плоских фланцев, которые свободно надеваются на трубу и привариваются двумя сварными швами по окружности ступицы. Для Ду 40 и Ру 16 основные размеры: наружный диаметр фланца (D) – 150 мм, диаметр окружности болтов (Dб) – 110 мм, диаметр болтовой окружности (под болты/шпильки) – 18 мм, количество отверстий – 4 шт. Толщина фланца (b) – 18 мм.
• ГОСТ 33259-2015 (ранее ГОСТ 12821-80) – Фланцы стальные приварные встык (воротниковые). Отличаются наличием конической ступицы, которая приваривается встык к трубе одним сварным швом. Это обеспечивает лучшую герметичность, снижает концентрацию напряжений и рекомендуется для ответственных трубопроводов, работающих в условиях знакопеременных нагрузок, вибрации. Размеры для Ду 40 Ру 16: D=150 мм, Dб=110 мм, диаметр болтов/шпилек – 18 мм, количество – 4 шт., толщина ступицы у основания (S1) – 6 мм, высота ступицы (h) – 46 мм.
• ГОСТ 33259-2015 (ранее ГОСТ 12822-80) – Фланцы стальные свободные на приварном кольце. Конструкция состоит из двух частей: фланца и приварного кольца. Фланец свободно вращается, что облегчает монтаж и совмещение отверстий. Кольцо приваривается к трубе. Экономически выгодно при изготовлении фланцев из более дорогих материалов (нержавеющая сталь) или для частого демонтажа. Для пары Ду 40 Ру 16 размеры кольца и фланца соответствуют плоскому фланцу.

Материалы изготовления и марки сталей

Материал фланцев выбирается исходя из параметров рабочей среды (давление, температура, агрессивность) и должен соответствовать материалу трубопровода. Основные марки сталей регламентированы ГОСТ 33259-2015 и другими стандартами.

Марка стали (ГОСТ)	Область применения	Примечания
Ст20 (20)	Трубопроводы пара, горячей воды (t до 425°C), неагрессивных сред (вода, воздух, азот) при давлении до 16 кгс/см².	Наиболее распространенная углеродистая сталь для общепромышленного применения.
09Г2С	Трубопроводы, работающие при низких температурах (до -70°C) и высоком давлении. Широко используется в энергетике и северном исполнении.	Низколегированная сталь, обладает повышенной прочностью и стойкостью к хрупкому разрушению.
12Х18Н10Т (AISI 321)	Агрессивные среды (кислоты, щелочи), пищевая промышленность, среды с высокими требованиями к чистоте. Трубопроводы пара высоких параметров.	Коррозионно-стойкая, жаропрочная аустенитная сталь.
15Х5М (AISI 501)	Трубопроводы, работающие в средах с высокой температурой (до 600°C) – установки нефтепереработки, печные трубопроводы.	Жаропрочная хромомолибденовая сталь.

Комплектация фланцевого соединения Ду 40 Ру 16

Герметичное фланцевое соединение формируется не только самими фланцами, но и комплектом крепежа и уплотнительных элементов.

• Крепежные изделия: Для Ру 16, как правило, применяются шпильки (ГОСТ 9066-75) или болты (ГОСТ 7798-70) с резьбой М16. Длина шпильки рассчитывается исходя из толщины фланцев, прокладки и гаек. Материал крепежа (сталь 35, 20Х13, 09Г2С) должен соответствовать нагрузкам и коррозионной обстановке. Обязательно использование двух гаек на каждую шпильку.
• Прокладки: Обеспечивают герметизацию стыка. Выбор зависит от среды, температуры и давления.
  • Паранит ПОН (ГОСТ 15180-86): Универсальный материал для воды, пара, инертных газов при t от -40 до +450°C.
  • Паронит общего назначения (ПОН-Б, ПМБ): Для агрессивных сред.
  • Фторопласт-4 (FUB): Для высокоагрессивных сред, химической промышленности.
  • Сталь оцинкованная 08кп (ГОСТ 15180-86): Зубчатые и овальные прокладки для высоких давлений и температур.
  • Спирально-навитые прокладки (СНП): Состоят из металлической ленты (08кп, 12Х18Н10Т) и мягкого наполнителя (графит, асбест). Обеспечивают высокую степень герметизации для ответственных соединений в энергетике.

Технология монтажа и затяжки

Правильный монтаж критически важен для обеспечения герметичности и долговечности соединения.

1. Подготовка: Проверка геометрии фланцев, состояния уплотнительных поверхностей (отсутствие задиров, коррозии), очистка от загрязнений. Совмещение отверстий без перекоса.
2. Установка прокладки: Прокладка размещается строго по центру, без перекосов. Запрещается использование двух прокладок.
3. Установка крепежа: Шпильки или болты должны свободно входить в отверстия. Резьба смазывается графитовой или дисульфидмолибденовой смазкой для обеспечения равномерной затяжки и предотвращения заедания.
4. Затяжка: Производится крест-накрест (диагонально) в несколько этапов с использованием калиброванного динамометрического ключа. Это исключает перекос фланца. Момент затяжки для болтов/шпилек М16 из стали 35 для давления Ру 16 составляет примерно 200-250 Н·м, но должен уточняться по технологическим картам. После первого пробного запуска и прогрева системы часто требуется подтяжка (рекомендуется через 24-48 часов работы).

Контроль качества и дефекты

При приемке и эксплуатации фланцев Ду 40 Ру 16 необходимо обращать внимание на следующие параметры:

• Соответствие геометрических размеров чертежу (ГОСТу).
• Качество уплотнительной поверхности (отсутствие раковин, трещин, задиров). Шероховатость поверхности Ra не более 2,5 мкм для парафонитовых прокладок и 1,25 мкм для металлических.
• Отсутствие отклонений от плоскостности (неплоскостность). Проверяется лекальной линейкой на просвет.
• Маркировка: на фланце должны быть указаны условный проход (Ду), давление (Ру), марка стали, товарный знак изготовителя.
• Распространенные дефекты: трещины, особенно в зоне перехода от ступицы к диску у воротниковых фланцев; неравномерная толщина диска; смещение отверстий относительно оси; несоответствие материала.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается плоский фланец от воротникового для Ду 40 Ру 16?

Плоский фланец (ГОСТ 12820) дешевле, проще в изготовлении, но требует двух сварных швов и создает большую концентрацию напряжений в зоне сварки. Воротниковый фланец (ГОСТ 12821) приваривается одним швом встык, что обеспечивает лучшую герметичность и усталостную прочность, особенно при вибрациях и температурных деформациях. Для ответственных трубопроводов в энергетике предпочтительнее воротниковый фланец.

Можно ли использовать фланец Ру 16 для давления 25 кгс/см²?

Нет, категорически запрещено. Условное давление Ру – это номинальная характеристика, указывающая на максимальное избыточное давление при температуре 200°C. Использование фланца на давление, превышающее паспортное, может привести к разрушению соединения, разгерметизации и аварии. Для давления 25 кгс/см² необходимо применять фланцы, рассчитанные на Ру 25 (или выше) с соответствующими толщиной, материалом и крепежом.

Как подобрать прокладку для фланца Ду 40 Ру 16 на пар?

Для насыщенного пара с температурой до 200°C и давлением 16 кгс/см² наиболее распространенным выбором является прокладка из паронита ПОН толщиной 2-3 мм. Для более высоких температур пара (свыше 450°C) или при повышенных требованиях к надежности применяются спирально-навитые прокладки (СНП) с графитовым наполнителем и обкладкой из нержавеющей стали.

Как правильно рассчитать длину шпильки для соединения?

Длина резьбовой части шпильки (L) рассчитывается по формуле: L = 2*(H1 + H2 + S + δ) + a + b, где H1, H2 – толщины фланцев, S – толщина прокладки, δ – зазор между фланцами после посадки прокладки (обычно 2-3 мм), a – высота гайки, b – запас резьбы (2-3 шага). Для двух фланцев Ду 40 Ру 16 (толщина 18 мм), паронитовой прокладки 3 мм и гаек М16 (высота ~16 мм) примерная длина шпильки составит около 130-140 мм. Рекомендуется использовать стандартные длины по ГОСТ.

Требуется ли термообработка фланцев после сварки?

Требование зависит от материала и технологического регламента. Для фланцев из сталей 20, 09Г2С при сварке в условиях монтажа, как правило, термообработка (отпуск для снятия напряжений) не требуется, если сварка выполнена по утвержденной технологии. Для фланцев из легированных сталей (например, 15Х5М) и при сварке в условиях цеха термообработка часто является обязательной. Необходимо руководствоваться нормативной документацией (ПБ 03-585-03, СНиП, технический регламент).

Что означает исполнение уплотнительной поверхности фланца?

Исполнение определяет тип поверхности, контактирующей с прокладкой. Для Ду 40 Ру 16 наиболее распространены:

• Исполнение 1: Гладкая уплотнительная поверхность. Подходит для мягких прокладок (паронит, фторопласт).
• Исполнение 2: Поверхность с выступом (шипом) на одном фланце и впадиной (пазом) на другом. Обеспечивает лучшую фиксацию прокладки, применяется для средних давлений.
• Исполнение 3: Поверхность с впадиной под овальную или восьмигранную прокладку. Используется для высоких давлений с металлическими прокладками.

В паспорте или чертеже фланца должно быть указано исполнение (например, «Фланец 40-16 ГОСТ 12821-80, ст.20, исп.1»).