Фланцы плоские Ду 20

Фланцы плоские Ду 20: конструкция, стандарты, применение и монтаж

Фланец плоский Ду 20 представляет собой соединительную деталь трубопроводной арматуры, резервуаров, аппаратов и оборудования, предназначенную для герметичного соединения труб, присоединения к ним арматуры, а также для монтажа ответвлений. Условный проход (Ду) 20 мм соответствует внутреннему диаметру присоединяемой трубы. Плоский фланец характеризуется отсутствием конического выступа (ступицы) и представляет собой плоское кольцо с равномерно расположенными отверстиями для болтов или шпилек. Данный тип фланцев широко применяется в системах низкого и среднего давления благодаря своей простоте, надежности и экономичности.

Конструктивные особенности и геометрические параметры

Плоский фланец Ду 20 изготавливается в виде цельного кольца из металла. Его основные конструктивные элементы включают: внутренний диаметр, соответствующий наружному диаметру трубы; наружный диаметр самого фланца; толщину; диаметр окружности центров отверстий под крепеж; количество и диаметр отверстий под болты/шпильки; уплотнительную поверхность. В отличие от фланцев с шейкой, плоский фланец приваривается к трубе двумя сварными швами: по периметру торца и по внутреннему диаметру, что требует более тщательного контроля качества сварки.

Основные геометрические параметры для фланцев плоских Ду 20 регламентируются стандартами. Ниже приведены типовые данные согласно ГОСТ 12820-80 (для давления от 0.1 до 2.5 МПа).

Нормативная документация и стандарты

Производство и применение плоских фланцев Ду 20 регулируется рядом межгосударственных и отраслевых стандартов. Выбор стандарта определяет условия эксплуатации, материал и технологию изготовления.

• ГОСТ 12820-80: Фланцы стальные плоские приварные. Основной стандарт для данного типа изделий на территории СНГ. Определяет конструкцию, размеры, технические требования для условных давлений от 0.1 до 2.5 МПа.
• ГОСТ 12815-80: Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов. Технические требования. Устанавливает типы уплотнительных поверхностей (исполнения), допуски, марки стали, правила приемки и методы контроля.
• ГОСТ 33259-2015 (EN 1092-1): Фланцы и их соединения. Круглые фланцы для труб, арматуры и фитингов. Европейский стандарт, гармонизированный с российским, часто используется для импортного оборудования (серия PN). Для Ду 20 распространены фланцы PN6, PN10, PN16.
• ASME/ANSI B16.5: Американский стандарт на фланцы. Применяется в нефтегазовой и химической промышленности на объектах, спроектированных по американским нормам. Для Ду 20 (NPS 3/4) характерны классы давления 150
  

  , 300# и др.

Материалы изготовления

Материал фланца выбирается исходя из параметров рабочей среды (давление, температура, агрессивность) и должен соответствовать материалу соединяемых труб. Для плоских фланцев Ду 20 применяются следующие марки сталей:

• Углеродистые стали: Ст20, Ст3сп5 – для неагрессивных сред (вода, пар, инертные газы) при температурах от -40 до +425°C.
• Легированные стали: 09Г2С – для работы при низких температурах (до -70°C) и повышенных нагрузках.
• Нержавеющие стали: 12Х18Н10Т (AISI 321), 10Х17Н13М2Т (AISI 316Ti) – для агрессивных сред (кислоты, щелочи, пищевые продукты), высоких температур и сред с высокими требованиями к чистоте.

Материал крепежа (болты, шпильки, гайки) должен быть совместим с материалом фланца по коэффициенту линейного расширения и коррозионной стойкости, чтобы избежать электрохимической коррозии и заклинивания резьбы.

Область применения в энергетике и смежных отраслях

Плоские фланцы Ду 20 находят широкое применение в системах с умеренными параметрами благодаря своей стоимости и простоте монтажа.

• Теплоэнергетика: Вспомогательные трубопроводы низкого давления (дренажные, продувочные линии, линии подпитки), системы отопления зданий и сооружений ТЭЦ, обвязка теплообменного оборудования.
• Водоснабжение и водоотведение: Соединение трубопроводов холодной и горячей воды, присоединение контрольно-измерительных приборов (манометров, расходомеров), запорной арматуры.
• Промышленные трубопроводы: Технологические линии в химической, пищевой, фармацевтической промышленности для транспортировки неагрессивных или слабоагрессивных сред при давлениях до 2.5 МПа.
• Системы вентиляции и кондиционирования: Присоединение оборудования в системах с повышенным давлением воздуха или хладагента.

Важное ограничение: плоские фланцы не рекомендуется применять в системах с частыми температурными перепадами, знакопеременными нагрузками и в сейсмоопасных районах из-за меньшей, по сравнению с фланцами с шейкой, стойкости к изгибающим моментам.

Технология монтажа и требования к сварке

Качество соединения с использованием плоского фланца напрямую зависит от соблюдения технологии монтажа.

1. Подготовка: Проверка геометрии фланца и трубы, очистка торца трубы и привалочной поверхности фланца от загрязнений, окалины, ржавчины. Проверка комплектности прокладки и крепежа.
2. Прихватка и центровка: Фланец надевается на трубу. Необходимо обеспечить строгую перпендикулярность оси трубы к плоскости фланца. Допустимое отклонение – не более 0.5 мм на 100 мм диаметра. Фланец прихватывается в 2-3 точках.
3. Сварка:
   • Выполняется два сварных шва: первый – стыковой шов с внутренней стороны между трубой и фланцем; второй – угловой шов по периметру с внешней стороны.
   • Для ответственных соединений применяется ручная дуговая сварка (РДС), аргонодуговая сварка (TIG) или полуавтоматическая сварка (MIG/MAG).
   • Требуется предотвращение коробления фланца от перегрева. Рекомендуется шахматный порядок наложения швов и сварка на малых токах.
4. Сборка фланцевого соединения:
   • Между фланцами устанавливается прокладка (паронит, фторопласт, металлическая овального или восьмигранного сечения).
   • Болты/шпильки смазываются графитовой смазкой для предотвращения заедания.
   • Затяжка производится крест-накрест (диаметрально противоположными парами) динамометрическим ключом с усилием, указанным в проектной документации. Это обеспечивает равномерное прилегание прокладки.

Контроль качества и дефекты

Приемка и контроль фланцевых соединений включают:

• Визуальный и измерительный контроль: Проверка маркировки, отсутствия трещин, раковин, задиров. Контроль геометрических размеров штангенциркулем и шаблонами.
• Контроль сварных швов: Неразрушающий контроль – визуально-измерительный (ВИК), ультразвуковой (УЗК), капиллярный (ПВК) для выявления непроваров, пор, трещин.
• Испытания на герметичность: Проводятся после монтажа трубопровода гидравлическим или пневматическим методом давлением, превышающим рабочее в 1.25-1.5 раза.

Типичные дефекты: перекос фланцев, непараллельность уплотнительных поверхностей, повреждение прокладки, неравномерная затяжка болтов, приводящая к утечке.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем плоский фланец отличается от фланца с шейкой (воротникового)?

Плоский фланец приваривается к трубе по торцу, создавая два сварных шва. Фланец с шейкой имеет коническую втулку (шейку), которая приваривается встык одним швом к трубе. Шейка обеспечивает плавный переход напряжений, что делает соединение более прочным и стойким к изгибающим и вибрационным нагрузкам. Фланцы с шейкой применяются при более высоких давлениях и температурах, а плоские – для менее ответственных участков.

Какое максимальное давление выдерживает плоский фланец Ду 20?

Максимальное допустимое рабочее давление зависит от материала, температуры и стандарта. Для стального фланца из Ст20 по ГОСТ 12820-80 при температуре до 300°C:

• Для исполнения 1 (давление 2.5 МПа) – до 2.5 МПа (25 бар).
• При повышении температуры допустимое давление снижается. Необходимо руководствоваться таблицами допускаемых давлений в стандартах или нормах проектирования.

Как правильно подобрать прокладку для фланцевого соединения Ду 20?

Выбор прокладки определяется параметрами среды и типом уплотнительной поверхности фланца (исполнение по ГОСТ 12815-80). Для плоских фланцев Ду 20 наиболее распространены:

• Исполнение 1 (с соединительным выступом): Используются мягкие прокладки (паронит ПОН, резина, фторопласт) или металлические плоские прокладки.
• Исполнение 2 (с выступом-впадиной): Чаще применяются металлические прокладки овального или восьмигранного сечения.

Внутренний диаметр прокладки должен быть не менее внутреннего диаметра трубы, чтобы не создавать гидравлического сопротивления.

Можно ли использовать плоский фланец Ду 20 для соединения с арматурой, имеющей фланец с шейкой?

Да, такое соединение допустимо при условии соответствия геометрических параметров (диаметр болтовой окружности, количество и диаметр отверстий, условное давление) и типа уплотнительной поверхности. Разные типы фланцев (плоский и с шейкой) могут стыковаться между собой, если они изготовлены по одному стандарту или взаимозаменяемым стандартам (например, ГОСТ и EN).

Как маркируется плоский фланец Ду 20?

Маркировка должна содержать:

• Тип фланца (например, «Фланец 1-20-2,5 ГОСТ 12820-80»).
• Условный проход (Ду 20).
• Условное давление (Ру, например, 2.5 МПа).
• Материал (например, Ст20).
• Тип уплотнительной поверхности (исполнение, например, «Исп.1»).
• Знак или клеймо производителя.

Маркировка наносится на наружную цилиндрическую поверхность или торец фланца.

Каковы основные причины утечек в плоских фланцевых соединениях и как их устранить?

Причины:

• Неравномерная затяжка болтов: Устраняется последовательной повторной затяжкой крест-накрест с динамометрическим ключом.
• Дефект или неправильный подбор прокладки: Требуется замена прокладки.
• Перекос фланцев: Необходимо проверить соосность и перпендикулярность, возможно, потребуется переварка.
• Коррозия или повреждение уплотнительной поверхности: Поверхность требует механической обработки или замены фланца.
• Несоответствие параметров болтового крепежа: Использование болтов недостаточной прочности или длины.

Перед устранением утечки необходимо сбросить давление в трубопроводе.