Фланцы приварные Ду 20
Фланцы приварные Ду 20: конструкция, стандарты, применение и монтаж
Фланец приварной Ду 20 представляет собой соединительную деталь трубопроводной арматуры, предназначенную для герметичного соединения участков труб, присоединения оборудования (насосов, теплообменников, сосудов), приборов и запорно-регулирующей арматуры. Условный проход (Ду) 20 мм соответствует внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода. Данный типоразмер широко распространен в системах низкого, среднего и высокого давления в энергетике, нефтегазовой, химической промышленности, ЖКХ и других отраслях.
Конструктивные особенности и типы приварных фланцев
Приварные фланцы для трубопроводов Ду 20 подразделяются на несколько основных типов, различающихся по способу монтажа и конструкции:
- Фланец приварной встык (воротниковый) (по ГОСТ 33259-2015, тип 11; аналог ASME B16.5 Weld Neck). Имеет коническую шейку (воротник), которая приваривается встык к торцу трубы. Конструкция обеспечивает оптимальное перераспределение механических напряжений, что делает данный тип наиболее надежным для работы под высоким давлением, в условиях знакопеременных нагрузок, вибрации и повышенных температур.
- Фланец плоский приварной (по ГОСТ 33259-2015, тип 01; аналог ASME B16.5 Slip-On). Устанавливается на трубу и приваривается двумя угловыми швами: с внутренней стороны по окружности фланца и с внешней. Монтаж проще, но прочностные характеристики ниже, чем у воротникового. Применяется на трубопроводах низкого и среднего давления.
- Фланец с внутренней фаской под приварку (резьбовой фланец). Имеет внутреннюю резьбу для соединения с наружной резьбой трубы без сварки, но для обеспечения герметичности и прочности часто дополняется приваркой по окружности. Используется в специфичных случаях, например, для монтажа в труднодоступных местах или на несущих конструкциях.
- ГОСТ 33259-2015 (европейская система): РN 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 320, 400 бар.
- ГОСТ, ОСТ, АТК (российская система): Ру 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 320 кгс/см².
- ASME B16.5 (американская система): Классы 150, 300, 600, 900, 1500, 2500 фунтов на кв. дюйм (psi).
- Прокладка (ГОСТ 15180, ГОСТ Р 53561). Для Ду 20 применяются: спирально-навитые (тип SWG) с наполнителем из фторопласта и графита для широкого диапазона давлений и температур, плоские (тип FF) из паронита, резины, фторопласта для низких давлений, металлические овальные или восьмигранные для высоких параметров.
- Крепеж (ГОСТ Р 52644, ГОСТ 9064). Шпильки, гайки, болты. Класс прочности 5.6, 8.8, 10.9. Материал крепежа должен соответствовать материалу фланцев во избежание электрохимической коррозии. Для Ду 20 РN 16 обычно используются 4 шпильки М12.
- Уплотнительные поверхности (ГОСТ 33259). Тип поверхности влияет на выбор прокладки. Для Ду 20 распространены: тип D (шип-паз), тип E (выступ-впадина), тип F (под линзовую прокладку), тип B (шип-паз под овальную прокладку). Наиболее универсальна для средних давлений поверхность «шип-паз».
- Подготовка. Проверка маркировки фланцев, состояния уплотнительных поверхностей (отсутствие задиров, коррозии). Очистка поверхностей от загрязнений.
- Центровка. Совмещение отверстий под крепеж. Ось трубопровода и фланцев должна совпадать, перекосы недопустимы.
- Приварка. Для воротникового фланца выполняется стыковой шов по торцу шейки. Для плоского – два угловых шва. Сварка ведется по технологии, соответствующей материалу трубы и фланца, с предварительным и сопутствующим подогревом при необходимости. Важно предотвратить коробление фланца от тепловложения.
- Установка прокладки. Прокладка размещается строго по центру, без перекосов.
- Затяжка крепежа. Затяжка производится динамометрическим ключом по определенной схеме (крест-накрест) в несколько этапов до достижения расчетного усилия. Это обеспечивает равномерное обжатие прокладки.
- Теплоэнергетика: Вспомогательные трубопроводы питательной воды, дренажа, маслосистем турбин, системы отопления с давлением до 16-25 бар и температурой до 200-300°С.
- Атомная энергетика: Системы низкого давления, вспомогательные технологические линии, где применяются фланцы из коррозионно-стойких сталей с повышенными требованиями к качеству.
- Нефтегазовая отрасль: Контрольно-измерительные линии, импульсные трубки приборов, обвязка малых емкостей, системы продувки.
- Химическая промышленность: Линии дозирования реагентов, подвод к приборам КИП, соединения на аппаратах, работающих с агрессивными средами (с применением фланцев из нержавеющих сталей).
- ЖКХ: Обвязка теплообменников, насосных станций, узлов учета тепловой энергии и воды.
- Ручная наживка всех гаек.
- Предварительная затяжка динамометрическим ключом с усилием ~30% от конечного крест-накрест (например, для 4 шпилек: 1-3, затем 2-4).
- Затяжка с усилием ~70% от конечного в том же порядке.
- Окончательная затяжка до 100% расчетного момента (указывается в проектной документации) в порядке по часовой стрелке от любой шпильки.
- 20 – условный проход (Ду) 20 мм.
- 16 – номинальное давление РN 16 бар.
- с – материал исполнения: углеродистая сталь (по группе материалов ГОСТ 33259).
- ст. 09Г2С – конкретная марка стали (низколегированная конструкционная сталь).
- ГОСТ 33259-2015 – стандарт, по которому изготовлено изделие.
Технические характеристики и стандарты
Основные параметры фланцев Ду 20 регламентируются стандартами, определяющими геометрию, материалы, давление и условия применения.
Условное давление (Ру/РN)
Для фланцев Ду 20 доступен широкий диапазон давлений. Выбор конкретного исполнения зависит от параметров рабочей среды.
Геометрические параметры (по ГОСТ 33259-2015, тип 11, РN 16)
| Параметр | Обозначение | Значение, мм |
|---|---|---|
| Наружный диаметр фланца | D | 105 |
| Диаметр окружности болтов | D1 | 75 |
| Наружный диаметр ступицы/горловины | D2 | 38 |
| Внутренний диаметр фланца/проход | d | 21 (или по толщине стенки трубы) |
| Толщина фланца | b | 16 |
| Высота ступицы/горловины | H | 28 |
| Диаметр болтового отверстия | d1 | 14 |
| Количество болтов/шпилек | n | 4 |
| Резьба крепежа | — | М12 |
Материалы изготовления
Выбор материала определяется агрессивностью среды, температурным режимом и давлением.
| Материал (марка стали) | Стандарт | Область применения |
|---|---|---|
| Углеродистые стали: Ст20, 09Г2С | ГОСТ 33259 | Водяные, паровые, нефтяные системы до +425°С, неагрессивные среды. |
| Легированные стали: 13ХФА, 15Х5М | ГОСТ 33259 | Трубопроводы с повышенными температурами (до +550°С), среды с умеренной агрессивностью. |
| Коррозионно-стойкие стали: 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, AISI 304/316 | ГОСТ 33259, ASME | Агрессивные среды: кислоты, щелочи, морская вода, пищевая промышленность. |
| Специальные сплавы: титан, дуплексные стали | Технические условия | Высокоагрессивные и криогенные среды. |
Комплектация фланцевого соединения Ду 20
Герметичное соединение формируется не только фланцами, но и комплектующими:
Технология монтажа и контроль качества
Правильный монтаж критически важен для обеспечения герметичности и долговечности соединения.
Контроль включает визуальный и измерительный контроль сварных швов (возможно УЗК, рентген), проверку усилия затяжки, проведение гидравлических или пневматических испытаний на герметичность.
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается фланец Ду 20 Ру 16 от РN 16?
Фланцы Ду 20 Ру 16 (кгс/см²) и РN 16 (бар) по номинальному давлению практически эквивалентны (1 кгс/см² ≈ 0.98 бар). Ключевое отличие – в стандартизации: Ру – устаревшая, но еще применяемая российская система обозначений (ГОСТ 12815), РN – современная европейская система, принятая в актуализированном ГОСТ 33259-2015. Геометрические размеры фланцев с одинаковым условным проходом и этими давлениями могут незначительно различаться, поэтому прямая взаимозаменяемость возможна только при проверке по чертежам или каталогам.
Как правильно подобрать прокладку для фланца Ду 20 РN 40?
Для давления РN 40 на Ду 20 рекомендуется использовать спирально-навитые прокладки (СНП) с наружным диаметром, соответствующим диаметру уплотнительной поверхности фланца (например, для поверхности «шип-паз» – по диаметру паза). Материал наполнителя и наружной ленты выбирается по среде: для пара и высоких температур – графит и нержавеющая сталь; для агрессивных сред – фторопласт и нержавеющая сталь. Толщина СНП стандартна. Необходимо свериться с паспортом фланца или стандартом на прокладки.
Можно ли соединить фланец стальной 20 с фланцем из нержавеющей стали 12Х18Н10Т?
Да, механическое соединение возможно при полном совпадении геометрических параметров (диаметр, количество отверстий, тип уплотнительной поверхности). Однако, необходимо учитывать разницу в коэффициентах линейного расширения, что может потребовать особого внимания при температурных циклах. Крепеж в таком случае целесообразно применять из нержавеющей стали для избежания электрохимической коррозии. Для сред с высокими требованиями к чистоте или агрессивностью такое соединение нежелательно.
Каков порядок затяжки шпилек на фланцевом соединении Ду 20?
Затяжка выполняется в следующей последовательности:
После выхода на рабочую температуру рекомендуется выполнить подтяжку соединения.
Что означает маркировка «Фланец 20-16с ст. 09Г2С ГОСТ 33259-2015»?
Данная маркировка расшифровывается следующим образом: