Фланцы стальные плоские Ду 200

Фланцы стальные плоские Ду 200: конструкция, стандарты, применение и монтаж

Фланец стальной плоский (ФП) на условный проход (Ду) 200 мм является одним из наиболее востребованных типов соединительных деталей трубопроводных систем в энергетике, нефтегазовой отрасли, коммунальном хозяйстве и промышленности. Его основное функциональное назначение – обеспечение герметичного и прочного разъемного соединения участков труб, присоединения к трубопроводу арматуры (задвижек, клапанов), оборудования (насосов, теплообменников), приборов контроля и измерения. Плоский фланец отличается от приварного встык (воротникового) тем, что при монтаже наваривается на торец трубы по двум периметрическим швам, а не одним стыковым швом в зоне горловины. Это определяет особенности его применения, расчета на прочность и монтажа.

Конструктивные особенности и геометрические параметры

Плоский фланец Ду 200 представляет собой кольцевую пластину с центральным отверстием под проход среды и равномерно расположенными по окружности отверстиями под шпильки или болты. Ключевые геометрические параметры строго регламентируются стандартами. Основным рабочим стандартом в РФ и странах СНГ является ГОСТ 33259-2015 (на основе серии ГОСТ 12820 и ГОСТ 12821), который гармонизирован с европейскими нормами EN 1092-1. Для энергетики, особенно высоких параметров, также критически важен стандарт АТК (Альбом типовых конструкций) и отраслевые нормативы.

Основные параметры для фланца плоского Ду 200 (на примере наиболее распространенного исполнения по ГОСТ 33259-2015 для условного давления Ру 16):

• Условный проход (Ду, DN): 200 мм. Это номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода.
• Наружный диаметр фланца (D): 360 мм.
• Диаметр окружности расположения болтов (D1): 320 мм.
• Наружный диаметр уплотнительной поверхности (D2): 290 мм для исполнения 1 (с соединительным выступом).
• Внутренний диаметр фланца (d): 219 мм (как правило, под трубу с наружным диаметром 219 мм по ГОСТ 10704).
• Диаметр болтовой окружности и количество болтов: 8 отверстий под болты (шпильки) диаметром 24 мм на окружности 320 мм.
• Толщина фланца (b): 24 мм (может варьироваться в зависимости от Ру и материала).
• Тип уплотнительной поверхности: Исполнение 1 (с соединительным выступом высотой 2 мм) – наиболее распространенное. Также встречаются исполнение 2 (с выступом-впадиной), 3 (с шипом-пазом), 4 (под линзовую прокладку), 5 (под прокладку овального сечения) и 9 (гладкое).

Материалы изготовления и выбор марки стали

Выбор материала фланца определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, агрессивность) и регламентируется стандартами. Для плоских фланцев Ду 200 применяются следующие основные марки сталей:

• Углеродистые стали обыкновенного качества: Ст3сп, Ст3пс – для трубопроводов воды, пара, инертных газов с температурой до +300°С и давлением до 2.5 МПа (Ру 25).

Качественные углеродистые и низколегированные стали: 20, 09Г2С – наиболее распространенный выбор для энергетики и промышленности. Сталь 20 применяется для сред с температурой от -40 до +450°С. Сталь 09Г2С (легированная марганцем и кремнием) используется для работы при температурах до -70°С (холодостойкая) и до +475°С.

• Легированные стали: 13ХФА, 15Х5М, 12Х18Н10Т. Применяются для сред с высокой температурой (свыше 500°С), агрессивных сред или в условиях сероводородного растрескивания. Фланцы из коррозионно-стойких сталей часто имеют исполнение с приварным кольцом из аналогичной стали для экономии дорогостоящего материала.

Материал фланца должен соответствовать материалу присоединяемого трубопровода или арматуры во избежание электрохимической коррозии и обеспечения равной прочности сварного соединения.

Область применения и ограничения

Плоские фланцы Ду 200 находят широкое применение в системах:

• Магистральных и сетевых трубопроводах тепловых электростанций (ТЭС) и атомных электростанций (АЭС) для сред с параметрами, допускающими их использование.
• Технологических трубопроводах промышленных предприятий (нефтепереработка, химия, металлургия).
• Системах водоснабжения и канализации высокого давления.
• Вентиляционных и газоходных системах большого диаметра.

Важное ограничение: Согласно правилам устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды (ПБ 10-573-03, СНиП 2.04.07-86

• для тепловых сетей), а также отраслевым стандартам энергетики, применение плоских приварных фланцев разрешено только для определенных диапазонов давления и температуры. Как правило, их использование не рекомендуется для трубопроводов с рабочим давлением выше 2.5 МПа (25 кгс/см²) и температурой выше 300°С для ответственных систем. Для более высоких параметров предпочтение отдается фланцам приварным встык (воротниковым), которые обеспечивают лучшую работу на изгиб и перепады температур благодаря наличию конической горловины.

Технология монтажа и контроль качества

Монтаж плоского фланца Ду 200 на трубу осуществляется двумя угловыми сварными швами: первый – по периметру стыка внутренней поверхности фланца и торца трубы, второй – с внешней стороны, по торцу фланца. Такой метод создает значительные остаточные сварочные напряжения. Последовательность операций:

1. Подготовка торца трубы: зачистка, снятие фаски.
2. Насадка фланца на трубу с совмещением осей. Важно обеспечить перпендикулярность оси трубы плоскости фланца.
3. Прихватка в нескольких точках.
4. Выполнение основного сварного шва. Сварка ведется в соответствии с технологической картой (ТК), утвержденной для конкретного объекта. Как правило, используется ручная дуговая сварка (РДС) электродами или аргонодуговая сварка (TIG) для коррозионно-стойких сталей.
5. Визуальный и измерительный контроль: проверка геометрии, отсутствие перекосов.
6. Неразрушающий контроль сварных швов: чаще всего – ультразвуковой контроль (УЗК) или капиллярный контроль (ПВК) для выявления трещин и непроваров.
7. Сборка фланцевого соединения: установка прокладки (паронит, фторопласт, металлическая овальная или восьмигранная), совмещение отверстий, установка болтов/шпилек с гайками. Затяжка производится динамометрическим ключом крест-накрест по определенной схеме для обеспечения равномерного давления на прокладку.

Сравнительная таблица: Плоский фланец vs Приварной встык фланец для Ду 200

Критерий	Фланец плоский (ФП) Ду 200	Фланец приварной встык (ФПВ) Ду 200
Конструкция	Плоское кольцо, насаживается на трубу	Имеет коническую горловину, приваривается встык к трубе
Тип сварного соединения	Два угловых шва	Один стыковой шов (как правило, под УЗК)
Распределение нагрузок	Концентрация напряжений в зоне сварки, хуже переносит изгибающие моменты и тепловые расширения	Плавный переход напряжений через горловину, лучше работает на изгиб и вибрацию
Область применения по параметрам	Умеренные давления и температуры (как правило, до Ру 25, t до 300°С для ответственных систем)	Высокие и сверхвысокие давления и температуры (Ру 100, 160 и выше, t до 600°С и более)
Материалоемкость и стоимость	Меньше металла, обычно дешевле	Больше металла, дороже
Монтаж	Проще в центровке, но требует двух швов	Требует точной подготовки торца трубы, но один шов

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Как правильно расшифровать маркировку фланца «Фланец 1-200-16 ст. 20 ГОСТ 33259-2015»?

• 1: Исполнение уплотнительной поверхности (с соединительным выступом).
• 200: Условный проход (Ду) в мм.
• 16: Условное давление (Ру) в кгс/см².
• ст. 20: Марка стали – сталь 20.
• ГОСТ 33259-2015: Действующий стандарт на фланцы.

2. Можно ли использовать фланец плоский Ду 200 Ру 16 для трубопровода с рабочим давлением 1.6 МПа (16 бар) и температурой 150°С?

Да, можно. Более того, параметры среды находятся в пределах, значительно ниже условных. Однако необходимо дополнительно проверить соответствие материала фланца (сталь 20, 09Г2С и т.д.) коррозионной активности среды и требованиям проектной документации.

3. Почему в энергетике для магистральных паропроводов высокого давления не применяют плоские фланцы?

Из-за их ограниченной стойкости к знакопеременным нагрузкам, термическим расширениям и вибрациям, характерным для энергоблоков. Концентрация напряжений в зоне двойного углового шва делает соединение потенциально менее надежным по сравнению с бесшовным переходом в зоне горловины фланца приварного встык. Правила технической эксплуатации (ПТЭ) и отраслевые стандарты прямо ограничивают их применение для таких условий.

4. Какой тип прокладки рекомендуется для фланцевого соединения Ду 200 на паре низкого давления (1.3 МПа, 250°С)?

Для данных параметров стандартным выбором является прокладка из паронита марки ПОН (общего назначения) толщиной 2-3 мм. Для более высоких параметров или при наличии циклических нагрузок применяются металлические прокладки овального или восьмигранного сечения из мягких сталей (например, ст. 08кп).

5. Что важнее контролировать при приемке партии плоских фланцев Ду 200?

Обязательному контролю подлежат: наличие сертификата качества/паспорта с указанием марки стали и результатов испытаний; соответствие геометрических размеров (особенно толщины, диаметров отверстий и их разболтовки) чертежу/стандарту; качество уплотнительной поверхности (отсутствие задиров, раковин); маркировка (Ду, Ру, материал, клеймо производителя).

Заключение

Фланец стальной плоский Ду 200 остается массовым, экономичным и технологичным решением для создания разъемных соединений в широком спектре трубопроводных систем. Его корректное применение, строгое соответствие стандартам по материалам и геометрии, а также соблюдение технологий монтажа и контроля являются залогом долговечной и безопасной эксплуатации. Инженеру-проектировщику или монтажнику критически важно понимать границы его применения, особенно в энергетике, где необоснованный выбор типа фланца может привести к снижению надежности всего трубопровода. При выборе между плоским и приварным встык фланцем решение должно основываться не на стоимостных факторах, а на анализе рабочих параметров среды, режимов эксплуатации и требований действующих нормативных документов.