Фланцы стальные Ду 50

Фланцы стальные Ду 50: технические характеристики, стандарты, применение и монтаж

Фланец стальной условным проходом (Ду) 50 является одним из наиболее востребованных типов соединительных элементов в трубопроводных системах для транспортировки жидких и газообразных сред в энергетике, нефтегазовой, химической промышленности, ЖКХ и других отраслях. Ду 50 соответствует наружному диаметру трубы приблизительно 57 мм (для стальных труб по ГОСТ 10704-91). Данный размер относится к категории малых и средних диаметров и широко применяется для ответвлений, подключения приборов, запорно-регулирующей арматуры, аппаратов и оборудования.

Ключевые стандарты и конструктивные типы фланцев Ду 50

Производство и основные параметры стальных фланцев регламентируются рядом стандартов, выбор которых зависит от рабочего давления, температуры среды и материала трубопровода.

Фланцы по ГОСТ 33259-2015 (ранее серия ГОСТ 12820-80 и ГОСТ 12821-80)

Наиболее распространенная серия для общепромышленного применения. Фланцы изготавливаются плоскими (П) и приварными встык (В). Условное давление (Ру) для фланцев Ду 50: 0,1; 0,25; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0 МПа (кгс/см²).

Фланцы по ГОСТ 33259-2015 (ранее серия ГОСТ 12815-80)

Арматурные фланцы (с соединительным выступом, впадиной, шипом, пазом) для соединения с ответными фланцами арматуры, насосов, теплообменников. Имеют более широкий диапазон исполнений уплотнительных поверхностей (от A до M).

Фланцы по ASME/ANSI B16.5

Международный стандарт, широко применяемый в энергетике и нефтегазовой отрасли. Классы давления: 150, 300, 600, 900, 1500, 2500 LB. Для фланца NPS 2″ (что соответствует Ду 50) типовые типы: Weld Neck (WN), Slip On (SO), Blind (BL), Socket Weld (SW), Lap Joint (LJ).

Фланцы изолирующие (фланцевая изолирующая прокладка – ФИП)

Для электрохимической защиты трубопроводов от коррозии, вызванной блуждающими токами. Состоят из двух стальных фланцев Ду 50, между которыми установлена изолирующая прокладка из паронита или фторопласта, и комплекта изолированных шпилек, гаек и шайб. Обязательны для установки на трубопроводах на выходах из ГРС, на границах участков катодной защиты.

Материалы изготовления

Выбор марки стали определяется параметрами рабочей среды и требованиями стандартов.

• Сталь 20, Ст3сп/пс: Для общепромышленных трубопроводов с неагрессивными средами (вода, пар, воздух, азот) при температуре от -40 до +425°С.
• Сталь 09Г2С: Низколегированная сталь для работы при отрицательных температурах до -70°С. Применяется в северном исполнении.
• Сталь 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х18Н10: Коррозионно-стойкие аустенитные стали для агрессивных сред (кислоты, щелочи, растворы) в химической и нефтехимической промышленности.
• Сталь 15Х5М, 15Х5М-У: Жаростойкие стали для трубопроводов высоких температур (дымовые газы, перегретый пар) в энергетике.

Расчет и выбор фланцевого соединения Ду 50

Выбор конкретного типа и параметров фланца осуществляется на основе расчета на прочность и герметичность. Ключевые исходные данные:

• Условное давление (Ру) или расчетное давление/температура среды.
• Характеристики среды (агрессивность, токсичность, взрывоопасность).
• Требования к герметичности (класс плотности).
• Условия эксплуатации (температура окружающей среды, сейсмичность).

Расчет включает проверку прочности болтов/шпилек, фланца и проверку на герметичность. Для стандартных условий выбор осуществляется по таблицам стандартов, где указаны максимально допустимые рабочие давления в зависимости от температуры. Например, фланец Ду 50 Ру 16 из стали 20 при температуре 400°С имеет допустимое рабочее давление около 6,3 МПа.

Комплектация фланцевого соединения Ду 50

Для обеспечения герметичности и долговечности соединения необходим полный комплект элементов:

• Фланец ответный: Должен соответствовать по стандарту, исполнению уплотнения, материалу и давлению.
• Крепеж: Болты, шпильки, гайки. Класс прочности не ниже 5.6, для ответственных соединений – 8.8. Длина шпильки должна обеспечивать выход гайки на 1-2 нитки резьбы. Обязательно применение смазки для высокотемпературных соединений.
• Прокладка: Материал выбирается по температуре, давлению и химической стойкости.
  • Паронит ПОН, ПМБ: Универсальный материал для воды, пара, масел, слабоагрессивных сред (до +450°С).
  • Фторопласт (FKM, PTFE): Для агрессивных химических сред.
  • Металлические прокладки (оцинкованная сталь, нержавеющая сталь, медь, мягкая сталь): Для высоких давлений и температур (свыше 450°С). Для фланцев Ду 50 часто используются овальные или восьмигранные сечения.
  • Спирально-навитые прокладки (СНП): Комбинированные металл+наполнитель. Обеспечивают высокую герметичность для широкого диапазона параметров, рекомендуются для ответственных соединений в энергетике.

Технология монтажа фланцевого соединения Ду 50

Правильный монтаж критически важен для предотвращения утечек.

1. Подготовка: Проверка маркировки фланцев, состояния уплотнительных поверхностей (отсутствие задиров, раковин, коррозии). Очистка поверхностей от загрязнений, старой прокладки.
2. Установка прокладки: Прокладка устанавливается ровно, без перекосов, строго по центру.
3. Совмещение фланцев: Фланцы совмещаются без перекоса, болтовые отверстия должны совпадать. Запрещается использование ломов для совмещения отверстий.
4. Затяжка крепежа: Затяжка производится динамометрическим ключом по определенной схеме (крест-накрест) в несколько этапов (не менее трех). Это обеспечивает равномерное обжатие прокладки.
   • Первый этап: предварительная затяжка с усилием ~30% от конечного.
   • Второй этап: затяжка ~70% от конечного.
   • Третий этап: окончательная затяжка до 100% расчетного момента.
5. Контроль: После выхода на рабочий режим (температура, давление) рекомендуется выполнить подтяжку соединения (кроме соединений с металлическими прокладками).

Момент затяжки для фланца Ду 50 Ру 16 на шпильках М24 из стали 40Х (класс прочности 8.8) составляет примерно 500-550 Н·м (уточняется по нормативным документам).

Контроль качества и дефекты

При приемке и эксплуатации фланцев Ду 50 необходимо обращать внимание на:

• Маркировку: Должна включать: товарный знак изготовителя, условный проход (Ду 50), условное давление (Ру), марку материала, номер плавки (для ответственных применений), клеймо ОТК.
• Геометрию: Проверяется штангенциркулем и шаблонами. Отклонения по толщине, диаметрам окружностей, перпендикулярность торца к оси отверстия.
• Дефекты: Не допускаются трещины, раковины, задиры на уплотнительной поверхности, расслоение металла. Допустимы отдельные раковины на неответственных поверхностях, если их глубина не превышает 1 мм.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается фланец Ду 50 Ру 16 от фланца PN 16 DN 50?

В российской практике традиционно используется обозначение Ру (условное давление) в МПа или кгс/см². В европейской системе — PN (Nominal Pressure) в барах. Фланец Ру 16 рассчитан на давление 16 кгс/см² (1,6 МПа), а фланец PN 16 — на 16 бар (1,6 МПа). Таким образом, при одинаковых материалах и температурах Ру 16 и PN 16 являются аналогами по номинальному давлению. Однако геометрические параметры (диаметр болтовой окружности, количество болтов) могут различаться в зависимости от стандарта (ГОСТ vs EN/DIN). Прямая взаимозаменяемость возможна только при полном соответствии всех геометрических размеров и исполнения уплотнения.

Как правильно подобрать прокладку для фланца Ду 50 на паропроводе с температурой 300°С и давлением 2,5 МПа?

Для данных параметров (Ру 25, t=300°C) паронит общего назначения (ПОН) приближается к верхней границе своего температурного диапазона. Рекомендуется выбрать:
Паронит марки ПМБ (термостойкий) или металлопаронит. Оптимальным и наиболее надежным решением для энергетических применений будет спирально-навитая прокладка (СНП) с наполнителем из графита и обкладками из нержавеющей стали 08Х18Н10. Она обеспечит долговечную герметичность и устойчивость к термоциклированию.

Можно ли использовать фланец из стали 20 для трубопровода с раствором едкого натра (NaOH) концентрацией 40%?

Нет, нельзя. Сталь 20 не обладает достаточной коррозионной стойкостью в концентрированных щелочах, особенно при повышенных температурах. Это приведет к коррозионному растрескиванию и быстрому выходу соединения из строя. Для такой среды необходимо применять фланцы из углеродистой стали с защитным покрытием (например, каучуковым) или, что более надежно, из аустенитной нержавеющей стали, например, 12Х18Н10Т, которая устойчива в широком диапазоне концентраций и температур щелочей.

Почему для фланца Ду 50 Ру 10 требуется 8 болтов М20, а для Ру 16 – 8 болтов М24? Как это влияет на монтаж?

Увеличение диаметра болтов (шпилек) при переходе к более высокому давлению (с Ру 10 на Ру 16) связано с необходимостью создать большее усилие предварительной затяжки для обеспечения герметичности под действием высокого внутреннего давления и растягивающей силы. Более толстые шпильки М24 имеют большее поперечное сечение и, следовательно,更高的 допустимое усилие затяжки. Это напрямую влияет на монтаж:
Требуется динамометрический ключ с большим диапазоном моментов (до 500-600 Н·м). Необходимо строго соблюдать расчетный момент затяжки, так как недотяг приведет к утечке, а перетяг – к повреждению шпилек или смятию прокладки. Резьбовая смазка обязательна для обеспечения точности момента и предотвращения заедания.

Что такое «юбочный» фланец и когда его применяют для Ду 50?

«Юбочный» фланец – это разговорное название фланца приварного встык (Welding Neck по ASME), который имеет коническую переходную «шейку» (юбку) для приварки к трубе. Для трубопроводов Ду 50 его применение обязательно в следующих случаях:

• Для трубопроводов высокого давления (Ру 10 МПа и выше) и/или высоких температур (свыше 300°С).
• В условиях знакопеременных нагрузок, вибрации, частых термоциклов.
• Для соединения с оборудованием, имеющим ответные фланцы такого же типа (насосы, турбины, теплообменники).

Преимущество: плавный переход и распределение напряжений от фланца к трубе, высокая усталостная прочность и надежность соединения.