Фланцы плоские Ду100

Фланцы плоские Ду100: конструкция, стандарты, применение и монтаж

Фланец плоский Ду100 представляет собой кольцевую или дисковую деталь с равномерно расположенными отверстиями для болтов или шпилек, предназначенную для герметичного соединения участков трубопроводов, присоединения к ним арматуры, оборудования и приборов. Ключевая характеристика «Ду100» указывает на условный проход, соответствующий номинальному диаметру трубопровода примерно 100 мм. Плоский фланец отличается от приварного встык (воротникового) отсутствием конической шейки под приварку встык. Он насаживается на трубу и приваривается двумя угловыми швами: по периметру трубы и (часто) по внутреннему диаметру фланца.

Конструктивные особенности и геометрия

Основными конструктивными элементами плоского фланца Ду100 являются:

• Внутренний диаметр (D_вн.): Обычно соответствует наружному диаметру трубы Ду100, на которую фланец насаживается. Для трубы 108х4 мм (по ГОСТ 10704-91) внутренний диаметр фланца будет около 108-110 мм.
• Наружный диаметр (D): Габаритный размер фланца, определяемый рядом диаметров отверстий под крепеж и давлением среды. Для Ду100 PN10 наружный диаметр составляет около 215 мм, для PN16 – около 230 мм.
• Диаметр окружности расположения отверстий (D₁): Центры крепежных отверстий лежат на этой окружности. Критически важный размер для совмещения с ответным фланцем.
• Диаметр болтовой окружности (D₂ или D₆): Условная окружность, проходящая через центры крепежных отверстий.
• Количество и диаметр отверстий под крепеж (n х d): Для Ду100 стандартно 8 отверстий. Диаметр болта/шпильки зависит от условного давления: для PN10/PN16 обычно М16, для PN25/PN40 – М20.
• Толщина (b или h): Основная прочностная характеристика, строго нормируемая стандартами и увеличивающаяся с ростом давления.
• Рабочая поверхность (уплотнительная): У плоских фланцев чаще всего выполняется типа «шип-паз» (выступ-впадина), «соединение выступ-выступ» или под прокладку овального сечения. Для низких давлений и неопасных сред может быть гладкой.

Нормативная документация и типы

Производство и применение плоских фланцев Ду100 в РФ регламентируется несколькими основными стандартами:

• ГОСТ 12820-80 «Фланцы стальные плоские приварные. Конструкция и размеры». Наиболее распространенный стандарт для эксплуатации при давлениях от 0.1 (1) до 2.5 (25) МПа (кгс/см²). Фланцы по этому ГОСТу насаживаются на трубу.
• ГОСТ 12821-80 «Фланцы стальные приварные встык. Конструкция и размеры». Хотя стандарт описывает воротниковые фланцы, важно различать их с плоскими. Воротниковые привариваются встык одним швом, что предпочтительнее для высоких нагрузок и вибраций.
• ГОСТ 12822-80 «Фланцы стальные свободные на приварном кольце. Конструкция и размеры». Свободный фланец состоит из кольца и самого фланца, что удобно для монтажа в труднодоступных местах.
• Серия стандартов ГОСТ 33259-2015 (EN 1092-1): Современный межгосударственный стандарт, гармонизированный с европейскими нормами. Определяет фланцы типов 01 (плоские приварные), 02 (свободные с приварным кольцом) и др. для давлений PN6, PN10, PN16, PN25, PN40.

Основные параметры и размеры (сводная таблица)

Сводные геометрические и присоединительные размеры плоских фланцев Ду100 по различным стандартам и условным давлениям.

Таблица 1. Основные размеры плоских фланцев Ду100

Стандарт / Тип	Условное давление, PN (Ру)	Наружный диаметр фланца, D (мм)	Диаметр болтовой окружности, D1 (мм)	Кол-во и диаметр отверстий, n х d (мм)	Толщина фланца, b (мм)	Масса (кг, ~)
ГОСТ 12820-80 (Плоский)	0.1 МПа (1 кгс/см²)	205	170	4 x М16	12	2.3
	1.6 МПа (16 кгс/см²)	230	190	8 x М16	18	4.5
ГОСТ 33259-2015 Тип 01 (PN)	PN10	215	180	8 x М16	16	3.2
	PN16	230	190	8 x М16	18	4.5
ГОСТ 33259-2015 Тип 02 (Свободный)	PN16	230 (фланец) / 160 (кольцо)	190	8 x М16	20 (фланец) / 14 (кольцо)	3.8 (комплект)

Материалы изготовления и применение

Выбор материала фланца определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, агрессивность), технологией монтажа и экономическими соображениями.

• Углеродистые стали обыкновенного качества (Ст3сп, Ст3пс): Для общепромышленных трубопроводов с неагрессивными средами (вода, пар, воздух) при температуре от -30 до +425°C.
• Легированные стали (09Г2С, 15Х5М): 09Г2С – для низких температур (до -70°C) и повышенных нагрузок. 15Х5М – для сред с повышенной температурой (до 600°C), например, в нефтепереработке.
• Нержавеющие стали (12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, AISI 304/316): Для агрессивных сред (кислоты, щелочи, морская вода), пищевой и фармацевтической промышленности. Обеспечивают высокую коррозионную стойкость.

Области применения: Плоские фланцы Ду100 широко используются в системах теплоснабжения (тепловые сети, ИТП, котельные), водоснабжения и канализации, вентиляции, в технологических трубопроводах промышленных предприятий, а также в энергетике для вспомогательных трубных систем (техническая вода, маслосистемы, воздух). Их применение для магистральных паропроводов высокого давления и температуры, как правило, ограничено в пользу воротниковых фланцев.

Монтаж и требования к сварке

Качество фланцевого соединения на 80% определяется правильностью монтажа. Последовательность операций:

1. Подготовка: Проверка геометрии фланцев и крепежа, очистка уплотнительных поверхностей от загрязнений и забоин. Труба должна иметь ровный торец.
2. Насадка фланца на трубу: Фланец надевается на трубу таким образом, чтобы сторона с фаской (под сварку) была обращена к торцу трубы. Важно совместить ось фланца и трубы.
3. Прихватка и центровка: Фланец прихватывается в 2-3 точках, обеспечивая перпендикулярность его плоскости оси трубы (допуск регламентируется). Проверяется совмещение отверстий с другими фланцами на линии.
4. Сварка: Выполняется два угловых сварных шва:
   • Первый шов – со стороны торца трубы, соединяющий торец трубы с внутренней поверхностью фланца.
   • Второй шов – по периметру стыка фланца и наружной поверхности трубы.

   Требуется строгое соблюдение режимов сварки для предотвращения коробления фланца.

5. Комплектация крепежом и прокладкой: Устанавливается прокладка (паронит, фторопласт, металлическая), соответствующая типу уплотнительной поверхности и рабочей среде. Болты/шпильки смазываются и затягиваются крест-накрест динамометрическим ключом с усилием, указанным в нормативной документации.

Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами фланцев

Преимущества плоских фланцев:

• Более низкая стоимость по сравнению с воротниковыми из-за меньшего расхода металла и простоты изготовления.
• Простота монтажа на трубу (не требуется торцевание под сложную геометрию шейки).
• Удобство при частых разборках соединения (в паре со свободным фланцем).

Недостатки:

• Меньшая прочность и стойкость к изгибающим моментам и вибрациям из-за двойного углового шва, который создает концентрацию напряжений.
• Невозможность применения для труб с толщиной стенки менее 3-4 мм из-за риска прожога при сварке.
• Большая строительная длина соединения (фланец выступает дальше по оси трубы, чем воротниковый).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем ключевое отличие плоского фланца (ГОСТ 12820-80) от приварного встык (ГОСТ 12821-80) для Ду100?

Плоский фланец насаживается на трубу и приваривается двумя угловыми швами. Фланец приварной встык имеет коническую шейку, которая стыкуется с торцом трубы и приваривается одним стыковым швом, что обеспечивает лучшую прочность, особенно при циклических нагрузках, и меньшую строительную длину.

Как правильно подобрать крепеж для фланцевого соединения Ду100 PN16?

Для Ду100 PN16 по ГОСТ 12820-80 или ГОСТ 33259-2015 (PN16) требуется 8 шпилек М16х(длина). Длина шпильки рассчитывается: толщина двух фланцев (2х18=36мм) + толщина прокладки (1.5-3мм) + высота двух гаек (2х16=32мм) + запас на резьбу (5-10мм). Итого ориентировочно 75-80 мм. Класс прочности крепежа – не ниже 5.6 для неагрессивных сред и 8.8 для ответственных соединений.

Какие типы уплотнительных поверхностей (исполнений) бывают у плоских фланцев Ду100 и как выбрать?

По ГОСТ 12815-80 (исполнения) для Ду100 актуальны:

• Исполнение 1: С соединительным выступом (шип).
• Исполнение 2: С выступом-впадиной (шип-паз).
• Исполнение 3: С шипом под фторопластовую прокладку.
• Исполнение 4: Под линзовую прокладку.
• Исполнение 9: Под прокладку овального сечения.

Выбор зависит от давления и среды. Для воды/пара PN16 часто используют исполнение 1 или 2. Для более высоких давлений и опасных сред – исполнение 9.

Можно ли использовать плоский фланец Ду100 для трубопровода с температурой 450°C?

Да, но с критически важными оговорками. Необходимо применять фланец из термостойкой стали (например, 15Х5М), соответствующий крепеж (шпильки из стали 25Х1МФ или аналоги) и прокладку (металлическую овального или восьмигранного сечения). Также необходимо выполнить расчет на ползучесть материала. Чаще для таких параметров все же рекомендуются фланцы приварные встык.

Как контролировать качество сварного соединения плоского фланца с трубой?

Обязателен визуальный и измерительный контроль (ВИК): отсутствие трещин, непроваров, прожогов, равномерность шва. Для ответственных соединений применяется неразрушающий контроль: ультразвуковой (УЗК) или радиографический (РК) для выявления внутренних дефектов. Угловые швы должны иметь катет, не менее толщины стенки трубы.

Заключение

Фланец плоский Ду100 остается одним из наиболее востребованных элементов трубопроводной арматуры в энергетике и смежных отраслях благодаря своей надежности, стандартизированности и экономической эффективности для широкого диапазона рабочих условий. Корректный подбор фланца по стандарту, материалу, давлению и типу уплотнения, а также строгое соблюдение технологий монтажа и сварки являются обязательными условиями для создания герметичного, долговечного и безопасного фланцевого соединения. При проектировании новых или модернизации существующих систем необходимо тщательно оценивать целесообразность применения плоских фланцев, учитывая их ограничения по сравнению с приварными встык, особенно в зонах высоких динамических нагрузок.