Фланцы стальные Ду 200: технические характеристики, стандарты и применение

Фланец стальной условным проходом (Ду) 200 мм является одним из наиболее востребованных типов соединительных элементов в магистральных и промышленных трубопроводах, системах энергетики, нефтехимии и коммунального хозяйства. Его основное назначение – обеспечение герметичного, разъемного соединения участков трубопровода, присоединение к нему арматуры (задвижек, клапанов), оборудования (насосов, теплообменников), приборов и резервуаров. Условный проход Ду 200 соответствует наружному диаметру трубы 219 мм при выполнении по ГОСТ 33259-2015 (трубы стальные бесшовные) или 225 мм по ГОСТ 10704-91 (трубы стальные электросварные).

Ключевые стандарты и типы фланцев Ду 200

Производство и основные параметры фланцев регламентируются рядом стандартов, определяющих их геометрию, условия применения и материалы изготовления.

Фланцы по ГОСТ 33259-2015 (EN 1092-1)

Современный межгосударственный стандарт, гармонизированный с европейским EN 1092-1. Для Ду 200 наиболее распространены следующие типы:

• Тип 01 (Плоский приварной): Фланец с внутренним отверстием, равным наружному диаметру трубы, надевается на трубу и приваривается двумя угловыми швами по периметру с обеих сторон. Применяется в системах низкого и среднего давления.
• Тип 02 (Приварной встык): Фланец с конической втулкой (горловиной), которая приваривается встык к торцу трубы одним стыковым швом. Распределение напряжений более оптимально, что позволяет применять его для высоких давлений и температур.

Тип 04 (Свободный на приварном кольце): Состоит из двух частей: фланца свободного (обечайки) и приварного кольца. Кольцо приваривается к трубе, а свободный фланец остается вращающимся, что облегчает монтаж (совмещение отверстий под болты). Экономичен при использовании с дорогими материалами (легированная сталь, нержавейка).

• Тип 05 (Приварной внахлестку): Аналогичен свободному фланцу, но без выступа. Используется с приварной втулкой (хомутом), часто в системах с агрессивными средами для легкости демонтажа.

Фланцы по ГОСТ 12820-80 и ГОСТ 12821-80 (устаревшие, но применяемые)

Данные стандарты долгое время были основными в СНГ. Фланцы по ГОСТ 12820-80 (плоские приварные) и ГОСТ 12821-80 (приварные встык) различаются по ряду условных давлений (Py от 0.1 до 2.5 МПа для плоских и от 0.1 до 20 МПа для встык). Для Ду 200 ключевыми параметрами являются:

• Условное давление (Ру): 0.1; 0.25; 0.6; 1.0; 1.6; 2.5 МПа – для плоских. 1.6; 2.5; 4.0; 6.3; 10.0; 16.0; 20.0 МПа – для встык.
• Исполнение уплотнительной поверхности: 1 – с соединительным выступом; 2 – с выступом; 3 – с впадиной; 4 – под линзовую прокладку; 5 – под прокладку овального сечения; 6-9 – шип-паз, др.

Основные геометрические параметры и материалы

Геометрия фланца Ду 200 определяется его типом и условным давлением. Ключевые размеры: наружный диаметр фланца (D), диаметр окружности расположения болтов (D1), диаметр болтовой окружности (Dб), количество и диаметр отверстий под крепеж, толщина фланца (h), диаметр ступицы/горловины.

Таблица 1. Сводные геометрические параметры фланцев Ду 200 по ГОСТ 33259-2015 (Тип 02, Ру 16)

Параметр	Обозначение	Значение, мм	Примечание
Условный проход	DN	200	Соответствует Ду
Наружный диаметр фланца	D	340
Диаметр окружности болтов	D1	295
Количество отверстий	n	12
Диаметр отверстий под болт	d	26	Под болт М24
Толщина фланца	h	32
Высота ступицы	H	46
Диаметр ступицы	D2	250

Материалы изготовления

Выбор материала определяется рабочей средой, давлением, температурой и требованиями стандартов.

• Углеродистые стали (Ст3сп, 20, 25): Для воды, пара, инертных газов и нефтепродуктов при температурах от -40 до +425°С.
• Легированные стали (09Г2С, 15Х5М, 10Г2): Для работы при низких температурах (до -70°С) или повышенных (до +600°С).
• Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали (12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, AISI 304, 316): Для агрессивных сред: кислот, щелочей, хлорсодержащих сред.

Расчет и выбор фланцевого соединения Ду 200

Выбор конкретного типа и параметров фланца – инженерная задача, учитывающая:

• Рабочее давление и температуру: Определяют необходимый класс давления (PN) или условное давление (Ру). Для высоких параметров (например, в энергетике) применяют фланцы приварные встык (Тип 02) из легированных сталей.
• Характеристики рабочей среды: Агрессивность, токсичность, взрывоопасность. Определяют материал фланца и тип уплотнения.
• Цикличность нагрузок и вибрации: Требуют применения фланцев с оптимальным распределением напряжений (встык) и качественного монтажа.
• Условия монтажа и обслуживания: В стесненных условиях или при частом демонтаже предпочтительны свободные фланцы (Тип 04).

Комплектация фланцевого соединения: крепеж и прокладки

Герметичность соединения обеспечивается не только фланцами, но и комплектующими.

Крепежные изделия

Для фланцев Ду 200 применяются шпильки, гайки и шайбы. Материал крепежа должен соответствовать материалу фланцев, а его класс прочности – расчетным нагрузкам.

• Пример для PN16: Шпильки М24х(длина), класс прочности 5.6, 8.8 или выше. Длина шпильки рассчитывается исходя из толщины фланцев, прокладки, гаек и запаса на резьбу.

Уплотнительные прокладки

Тип прокладки определяется исполнением уплотнительной поверхности фланца.

Тип прокладки	Материал	Исполнение поверхности	Применение
Плоская неметаллическая	Паронит, фторопласт, резина	Исп. 1, 2 (с выступом)	Вода, пар, воздух, неагрессивные среды до +450°С
Металлическая спирально-навитая (СНП)	Комбинация (лента 08Х18Н10Т + наполнитель графит)	Исп. 1, 2	Высокие давления и температуры, циклические нагрузки
Линзовая	Сталь 20, 12Х18Н10Т	Исп. 4	Высокое давление (свыше 10 МПа) в энергетике
Овального сечения	Сталь 20, 09Г2С	Исп. 5	Высокое давление, соединения с повышенной герметичностью

Монтаж и контроль фланцевых соединений Ду 200

Правильный монтаж критичен для надежности. Порядок работ:

1. Подготовка: Проверка геометрии фланцев, состояния уплотнительных поверхностей (отсутствие задиров, коррозии), чистоты резьбы крепежа.
2. Сборка: Совмещение фланцев, установка прокладки (без перекосов). Ввод шпилек/болтов, накручивание гаек вручную.
3. Затяжка: Поэтапная затяжка крепежа динамометрическим ключом по крестообразной схеме (звездой) для равномерного обжатия прокладки. Усилие затяжки регламентируется расчетом или нормативной документацией (РД).
4. Контроль: Визуальный контроль совмещения. Для ответственных соединений – контроль моментом затяжки, а в некоторых случаях – ультразвуковой контроль сварных швов.

Области применения фланцев Ду 200

• Энергетика (ТЭС, АЭС): Трубопроводы питательной воды, пара среднего и высокого давления, конденсатопроводы. Применяются фланцы встык (Тип 02) из сталей 20, 15ГС, 12Х18Н10Т на PN 40-160.
• Нефтегазовая отрасль: Магистральные и промысловые трубопроводы, технологические линии НПЗ. Фланцы встык и свободные, стали 20, 09Г2С, 15Х5М, с СНП.
• Химическая промышленность: Агрессивные среды требуют применения фланцев из нержавеющих сталей AISI 316/316L, титана.
• Коммунальное хозяйство: Тепловые сети (подающая и обратная магистраль), водоснабжение. Часто применяются плоские фланцы (Тип 01) из Ст3сп.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается Ду 200 от DN 200 и PN 16 от Ру 16?

Ду (условный проход) и DN (номинальный диаметр) – это, по сути, одно и то же, обозначение безразмерного параметра, примерно соответствующего внутреннему диаметру трубы в миллиметрах. PN (Nominal Pressure) – номинальное давление в барах при температуре 20°C, при котором фланец может работать. Ру – условное давление в МПа (1 МПа ≈ 10 бар). Таким образом, PN 16 и Ру 1.6 МПа обозначают близкие, но не абсолютно идентичные классы давления. При выборе необходимо руководствоваться одним стандартом.

Как правильно подобрать прокладку для фланца Ду 200 на паропровод с давлением 2.5 МПа и температурой 300°C?

Для данных параметров (Ру 2.5 МПа, t=300°C) плоские неметаллические прокладки (паронит) могут работать на пределе. Рекомендуется применение металлической спирально-навитой прокладки (СНП) с наполнителем из терморасширенного графита или паронита. Материал ленты – 08Х18Н10Т. Это обеспечит надежную герметизацию при циклических тепловых нагрузках.

Можно ли соединить фланец по ГОСТ 12820-80 с фланцем по ГОСТ 33259-2015?

Теоретически возможно, если совпадают ключевые геометрические параметры: наружный диаметр (D), диаметр окружности расположения болтов (D1), количество и диаметр отверстий, а также тип уплотнительной поверхности. Для Ду 200 и одного класса давления (например, Ру 1.6 и PN 16) эти параметры часто совпадают. Однако такое соединение не является стандартным и требует инженерной проверки. В ответственных системах рекомендуется использовать фланцы, изготовленные по одному стандарту.

Какой материал фланца выбрать для наружного трубопровода с морской водой?

Для трубопроводов с морской водой, обладающей высокой коррозионной активностью, следует применять фланцы из коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, таких как AISI 316/316L (аналог 03Х17Н14М2) или более стойких дуплексных сталей (AISI 2205). В качестве альтернативы для плоских фланцев может рассматриваться вариант из углеродистой стали с защитным покрытием (цинкование, полимерное покрытие), но это менее долговечное решение.

Почему для фланцевого соединения предписывают схему затяжки «звездой»?

Затяжка крепежа по схеме «звезда» (крестообразно, от одного отверстия к противоположному) обеспечивает равномерное прилегание уплотнительных поверхностей фланцев по всему периметру и равномерное обжатие прокладки. Последовательная затяжка гаек по кругу приводит к перекосу фланца, образованию зазоров и, как следствие, к негерметичности соединения уже на этапе монтажа.

Что такое «исполнение» уплотнительной поверхности и какое самое распространенное?

Исполнение – это геометрическая форма поверхности фланца, контактирующей с прокладкой. Самое распространенное для общепромышленного применения – Исполнение 1 (по ГОСТ 12815-80) или Raised Face (RF) по EN/ГОСТ 33259 – то есть поверхность с соединительным выступом. Оно универсально для большинства типов прокладок (плоских, спирально-навитых) и обеспечивает хорошую герметизацию при правильной затяжке.