Фланцы стальные Ду 20: технические характеристики, стандарты и применение
Фланец стальной условным проходом (Ду) 20 является одним из наиболее распространенных типов соединительных элементов в трубопроводных системах низкого, среднего и высокого давления. Под условным проходом Ду 20 понимается номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода, приблизительно равный 20 мм. Данный типоразмер широко применяется в технологических линиях, системах тепло- и водоснабжения, нефтегазовой и химической промышленности, а также в энергетике для монтажа импульсных линий, обвязки котлов и подключения контрольно-измерительных приборов (КИП).
Основные стандарты и конструктивные исполнения
Производство стальных фланцев Ду 20 регламентируется рядом межгосударственных и отраслевых стандартов, определяющих их геометрию, материалы изготовления, рабочие параметры и условия применения.
ГОСТ 33259-2015 (на замену ГОСТ 12820-80 и 12821-80) – Фланцы стальные плоские и приварные встык для трубопроводов и соединительных частей
Это основной стандарт, определяющий конструкцию и размеры наиболее распространенных типов фланцев.
- Фланец плоский приварной (тип 01): Предназначен для приварки по внешнему контуру к трубе или оборудованию. Применяется преимущественно на трубопроводах низкого и среднего давления (как правило, до Ру 25). Для Ду 20 часто используется в комплекте с приварным кольцом из более дорогой стали.
- Фланец приварной встык (воротниковый, тип 11): Имеет коническую горловину, которая приваривается встык к трубе. Равномерно распределяет механические нагрузки и напряжения, что делает его предпочтительным для систем высокого давления, переменных нагрузок и при работе при повышенных/пониженных температурах. Применяется для всего диапазона давлений от Ру 6 до Ру 160.
- Ст20, Ст3сп/пс: Углеродистые стали общего назначения. Применяются для воды, пара, неагрессивных жидкостей и газов при температурах от -30 до +425°С (для Ст20).
- 09Г2С: Низколегированная конструкционная сталь. Обладает повышенной прочностью и стойкостью к низким температурам (до -70°С). Применяется в северном исполнении и для ответственных трубопроводов.
- 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т (AISI 321, 316): Коррозионно-стойкие аустенитные стали. Используются в химической, пищевой промышленности, энергетике при работе с агрессивными средами или для обеспечения высокой чистоты транспортируемого вещества.
- 13ХФА, 15Х5М: Жаростойкие стали, применяемые в энергетике для паропроводов высоких параметров (температура свыше 500°С).
- Исполнение 1 (гладкая): Плоская поверхность. Используется с мягкими прокладками (паронит, фторопласт, резина) при давлениях до Ру 25.
- Исполнение 2 (выступ-впадина): Состоит из концентрического выступа на одном фланце и соответствующей впадины на другом. Фиксирует прокладку, предотвращая ее выдувание. Применяется с плоскими прокладками для давлений Ру 16-100.
- Исполнение 3 (шип-паз): Аналогично выступу-впадине, но с более четкой геометрией. Обеспечивает лучшую герметизацию, особенно для агрессивных, токсичных или дорогостоящих сред. Требует точного изготовления.
- Исполнение 4 (под линзовую прокладку): Имеет коническую поверхность для установки металлической линзовой прокладки. Применяется в высокотемпературных и высоконапорных системах энергетики (пар, перегретая вода).
- Исполнение 5 (под прокладку овального сечения): Аналогично линзовой, но с овальным сечением прокладки. Обеспечивает высокую степень герметичности в критических условиях.
- Крепежные изделия: Шпильки, гайки, болты. Материал крепежа должен соответствовать или превосходить по прочности материал фланца. Для ответственных соединений используются шпильки из сталей 35, 40Х, 20Х13. Диаметр и длина шпилек стандартизированы под конкретный типоразмер и давление.
- Прокладки:
- Мягкие (неметаллические): Паронит ПОН, Асбестовый картон, Фторопласт-4, Резина. Для Ру до 25, температурных ограничений по материалу.
- Металлические обтюраторы: Линзовые, овальные, спирально-навитые (СНП). Изготавливаются из сталей 08Х13, 10Х17Н13М2Т, графитированного чугуна. Для высоких параметров среды.
ГОСТ 12822-80 – Фланцы стальные свободные на приварном кольце
Конструкция состоит из двух частей: свободного фланца и приварного кольца. Преимущество – фланец может свободно вращаться относительно кольца, что облегчает монтаж и совмещение отверстий под болты. Особенно актуально для труднодоступных мест и при частых разборках соединения. Для Ду 20 часто изготавливается из стали, в то время как кольцо может быть из стали, аналогичной материалу трубы.
Стандарты по материалам (Стали)
Выбор марки стали для фланца Ду 20 определяется рабочими параметрами среды: давлением, температурой, агрессивностью.
Геометрические параметры и таблицы размеров
Для фланца Ду 20 ключевыми геометрическими параметрами являются наружный диаметр фланца (D), диаметр окружности расположения болтов (D1), диаметр уплотнительной поверхности (D2), количество и диаметр отверстий под крепеж, а также толщина фланца (h или H для воротникового).
Таблица 1. Основные размеры фланцев по ГОСТ 33259-2015 для Ду 20 (выдержка)
| Условное давление, Ру (кгс/см²) | Тип фланца | Наружный диаметр D, мм | Диаметр болтовой окружности D1, мм | Количество отверстий х диаметр, шт. х мм | Толщина, мм | Масса, кг (прибл.) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 10 (1.0 МПа) | Плоский (01) | 105 | 75 | 4 x 14 | 12 | 0.65 |
| Воротниковый (11) | 105 | 75 | 4 x 14 | 16 (H) | 1.1 | |
| 40 (4.0 МПа) | Плоский (01) | 130 | 100 | 4 x 18 | 16 | 1.3 |
| Воротниковый (11) | 130 | 100 | 4 x 18 | 22 (H) | 2.3 | |
| 100 (10.0 МПа) | Плоский (01) | 150 | 120 | 8 x 18 | 20 | 2.4 |
| Воротниковый (11) | 150 | 120 | 8 x 18 | 32 (H) | 4.5 |
Типы уплотнительных поверхностей
Конфигурация уплотнительной поверхности определяет тип прокладки и герметичность соединения. Для фланцев Ду 20 применяются следующие исполнения:
Комплектация фланцевого соединения Ду 20
Герметичное соединение формируется не только фланцами, но и комплектующими.
Особенности монтажа и контроль качества
Монтаж фланцевого соединения Ду 20 требует соблюдения строгой технологии. Резьбовой крепеж затягивается динамометрическим ключом по определенной схеме (крест-накрест) для обеспечения равномерного прижима прокладки. Перед вводом в эксплуатацию соединение подвергается визуальному контролю, проверке на отсутствие перекосов, а при необходимости – гидравлическим или пневматическим испытаниям на герметичность. Для фланцев, работающих в циклических режимах, обязателен периодический контроль момента затяжки.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается «Ду 20» от «DN 20» и «½»?
«Ду 20» и «DN 20» – это одно и то же. Обозначение «Ду» (условный проход) используется в отечественной нормативной документации (ГОСТ), «DN» (Diameter Nominal) – в международной (ISO, EN). Цифра 20 означает номинальный диаметр в миллиметрах. Резьбовое обозначение «½ дюйма» относится к наружному диаметру трубы и приблизительно соответствует Ду 15. Для Ду 20 ближайший трубный дюймовый размер – ¾». Важно подбирать фланец именно по значению Ду/DN.
Как правильно подобрать фланец Ду 20 по давлению и температуре?
Рабочее давление и температура взаимосвязаны. В паспорте или стандарте указывается условное давление Ру (например, Ру 16), которое гарантируется при температуре среды до 200°С (для углеродистых сталей). При повышении температуры допустимое рабочее давление снижается. Для точного подбора необходимо пользоваться таблицами «давление-температура» для конкретной марки стали фланца, которые приведены в ГОСТ 33259-2015 или правилах эксплуатации (ПБ, РД). Для сред с температурой выше 400°С или ниже -40°С выбор материала и типа фланца (как правило, воротникового) является критичным.
Можно ли соединять фланцы из разных марок стали?
Да, но с учетом электрохимической коррозии и различий в коэффициентах линейного расширения. Соединение фланца из углеродистой стали (Ст20) с фланцем из нержавеющей стали (12Х18Н10Т) допустимо для неагрессивных сред, однако крепеж следует применять из стали, совместимой с более высоколегированным материалом (во избежание гальванической коррозии). Для агрессивных сред или высокотемпературных циклов такое соединение не рекомендуется.
Каковы основные дефекты фланцев и как их выявить?
Наиболее распространенные дефекты: трещины (особенно в зоне перехода горловины воротникового фланца к диску), раковины, задиры на уплотнительной поверхности, несоосность отверстий под болты, отклонения геометрии. Выявление проводится методами неразрушающего контроля (НК): визуальный и измерительный контроль (ВИК), ультразвуковая дефектоскопия (УЗД), капиллярный контроль (ПВК). Обязательной проверке подлежат фланцы для параметров Ру 100 и выше, а также работающие с опасными средами.
Как маркируется фланец стальной Ду 20?
Полная маркировка включает: наименование (Фланец), тип (01, 11), условный проход (Ду 20), условное давление (Ру 16), материал (Ст20), стандарт (ГОСТ 33259-2015). Пример: Фланец 11-20-16 Ст20 ГОСТ 33259-2015. На самом изделии обычно наносят клеймо с маркой стали, давлением (Ру), типом исполнения уплотнения и товарным знаком производителя.
Заключение
Фланец стальной Ду 20, несмотря на малый номинальный диаметр, является высокотехнологичным и ответственным элементом трубопроводной системы. Его корректный выбор, основанный на анализе рабочих условий (давление, температура, среда), требований стандартов и качества изготовления, напрямую влияет на надежность, долговечность и безопасность эксплуатации всего технологического контура. Использование фланцевых соединений данного типоразмера в энергетике и смежных отраслях требует строгого соблюдения нормативов по монтажу, контролю и техническому диагностированию.