Фланцы стальные плоские Ду 40: технические характеристики, стандарты и применение

Фланец стальной плоский Ду 40 представляет собой соединительную деталь трубопроводной арматуры, резервуаров или аппаратов, предназначенную для их герметичного присоединения друг к другу, к оборудованию или для монтажа заглушек. Ключевая особенность плоского фланца – отсутствие конического выступа (ступицы), его присоединительная поверхность является плоской. Фланец насаживается на трубу и приваривается двумя сварными швами: по периметру в месте торцевого стыка и по внутреннему диаметру в зоне сопряжения с трубой. Условный проход (Ду) 40 мм соответствует наружному диаметру трубы 45 мм (для стальных водогазопроводных труб по ГОСТ 3262-75) или 48 мм (для труб по ГОСТ 10704-91). Данный типоразмер широко распространен в системах тепло- и водоснабжения, технологических трубопроводах низкого и среднего давления, вентиляции и других инженерных сетях.

Основные стандарты и конструктивные параметры

В Российской Федерации и странах СНГ основным стандартом, регламентирующим изготовление плоских фланцев, является ГОСТ 12820-80 «Фланцы стальные плоские приварные на Ру от 0,1 до 2,5 МПа». Этот стандарт определяет геометрию, размеры, технические требования и ряд условных давлений (Ру). Для Ду 40 актуальны все ряды давлений, указанные в стандарте.

Конструкция плоского фланца Ду 40 включает следующие основные элементы:

• Внутренний диаметр (D_в): Диаметр отверстия, равный наружному диаметру трубы, на которую фланец насаживается. Для Ду 40 составляет 45 мм.
• Наружный диаметр (D): Габаритный размер фланца. Зависит от условного давления (Ру).
• Диаметр окружности расположения болтов (D_б): Диаметр, на котором расположены центры отверстий под крепеж.
• Диаметр болтовой окружности (D₆): Диаметр отверстий под болты/шпильки.
• Количество и диаметр отверстий под крепеж (n-d): Определяется рядом давления и исполнением уплотнительной поверхности.
• Толщина фланца (b): Также зависит от Ру.
• Исполнение уплотнительной поверхности: Для плоских фланцев по ГОСТ 12820-80 характерны исполнения 1 и 2 (с соединительным выступом и с выступом/впадиной), но наиболее распространено исполнение 1 – с плоской поверхностью.

Таблица размеров и параметров фланцев плоских Ду 40 по ГОСТ 12820-80

В таблице приведены ключевые размеры для различных условных давлений.

Условное давление, Ру (МПа)	Наружный диаметр фланца, D (мм)	Диаметр болтовой окружности, Dб (мм)	Количество и диаметр отверстий, n-d (мм)	Толщина фланца, b (мм)	Масса (кг, приблизительно)
0.1 (1 кгс/см²)	130	100	4-18	12	1.10
0.25 (2.5 кгс/см²)	130	100	4-18	14	1.30
0.6 (6 кгс/см²)	130	100	4-18	16	1.50
1.0 (10 кгс/см²)	130	100	4-18	18	1.70
1.6 (16 кгс/см²)	130	100	4-18	20	1.90
2.5 (25 кгс/см²)	150	110	4-18	22	2.60

Материалы изготовления и марки стали

Материал фланцев выбирается в соответствии с рабочими параметрами среды (давление, температура, агрессивность) и материалом присоединяемого трубопровода. Основные марки сталей регламентированы ГОСТ 12820-80 и сопутствующими стандартами.

• Ст3сп/пс5: Углеродистая сталь обыкновенного качества. Применяется для фланцев, работающих с неагрессивными средами (вода, пар, воздух, инертные газы) при температуре от -30 до +300°С.
• 20: Качественная углеродистая конструкционная сталь. Более надежная, с лучшими сварочными характеристиками. Диапазон рабочих температур от -40 до +400°С.
• 09Г2С: Низколегированная сталь для работы при отрицательных температурах (до -70°С) и повышенных давлениях. Широко используется в северном исполнении.
• 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т: Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали аустенитного класса. Применяются в агрессивных средах (кислоты, щелочи, растворы), в пищевой и химической промышленности, а также для сред с высокими требованиями к чистоте.

Область применения и монтаж

Фланцы стальные плоские Ду 40 находят применение в системах, где не требуются условия повышенной герметичности и стойкости к изгибающим моментам, характерные для фланцев со ступицей (воротниковых).

• Системы теплоснабжения (тепловые сети, котельные): Для присоединения арматуры, приборов учета, компенсаторов на трубопроводах с температурой до 150-300°С.
• Водоснабжение и канализация: Монтаж задвижек, клапанов, подключение насосного оборудования.
• Технологические трубопроводы промышленных предприятий: Транспортировка пара, воздуха, неагрессивных жидкостей и газов.
• Вентиляционные системы высокого давления.
• Подключение контрольно-измерительных приборов (КИП).

Процесс монтажа включает следующие этапы: насадку фланца на торец трубы с обеспечением перпендикулярности; прихватку в нескольких точках; выполнение двух сварных швов (стыкового и углового); очистку сварных швов от шлака и окалины; центровку ответных фланцев; установку уплотнения (паронитовая, фторопластовая, графитовая прокладка); установку крепежных элементов (болты, шпильки, гайки) и равномерную затяжку крест-накрест динамометрическим ключом для обеспечения равномерного давления на прокладку.

Сравнение плоских и воротниковых фланцев для Ду 40

Критически важным для проектировщика является выбор между плоским (ГОСТ 12820-80) и воротниковым (приварным встык, ГОСТ 12821-80) фланцем.

Критерий	Фланец плоский (ГОСТ 12820-80)	Фланец воротниковый (ГОСТ 12821-80)
Конструкция и монтаж	Насаживается на трубу, требует двух сварных швов. Более прост в изготовлении.	Приваривается встык одним стыковым швом, что обеспечивает лучшую герметичность и прочность соединения.
Рабочие параметры	Рекомендован для Ру до 2.5 МПа. Менее стойкий к вибрациям и изгибающим нагрузкам.	Применяется для всего диапазона давлений (до 20.0 МПа и выше). Выдерживает значительные механические нагрузки и температурные деформации.
Экономика	Дешевле в производстве, но монтаж может быть дороже из-за большего объема сварки.	Дороже из-за большего расхода металла, но монтаж быстрее и надежнее.
Область применения	Ненапряженные трубопроводы, системы низкого и среднего давления, неагрессивные среды.	Магистральные трубопроводы высокого давления, агрессивные и токсичные среды, криогенные температуры, зоны с высокой сейсмической активностью.

Контроль качества и требования к изделиям

Каждый фланец должен соответствовать строгим критериям:

• Маркировка: Должна включать товарный знак производителя, условный проход (Ду), условное давление (Ру), марку стали, номер партии.
• Геометрия: Контроль всех диаметров, толщины, соосности отверстий, параллельности уплотнительных поверхностей.
• Качество поверхности: Отсутствие раковин, трещин, заусенцев. Допускаются следы обработки, не влияющие на герметичность.
• Материал (сертификат соответствия): Подтверждение марки стали и ее механических свойств.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается Ду 40 от DN 40?

Ду (условный проход) – это обозначение, принятое в российской нормативной документации (ГОСТ). DN (Diameter Nominal) – обозначение по международным стандартам (ISO, EN). Для практических целей Ду 40 и DN 40 являются абсолютно идентичными параметрами и обозначают один и тот же типоразмер.

Какой крепеж используется для фланцев Ду 40 на Ру 1.6 МПа?

Для фланцевого соединения Ду 40 Ру 1.6 по ГОСТ 12820-80 требуется 4 болта (или шпильки) М16. Длина болта рассчитывается как сумма толщин двух фланцев, двух гаек, толщины прокладки и запаса на резьбу (обычно 3-5 мм). Для шпилек используется резьба М16х2. Затяжка осуществляется динамометрическим ключом с моментом, указанным в нормативной документации.

Можно ли использовать плоский фланец Ду 40 для трубопровода с горячей водой 150°С?

Да, можно. При выборе необходимо учитывать рабочее давление в системе. Например, для системы с давлением 1.0 МПа и температурой 150°С подойдет фланец из стали 20, рассчитанный на Ру 1.6 МПа. Важно также выбирать соответствующий материал прокладки (например, паронит ПОН).

Что означает исполнение 1 и 2 для плоских фланцев?

Исполнение определяет конструкцию уплотнительной поверхности. Для плоских фланцев по ГОСТ 12820-80:

• Исполнение 1: Фланец с соединительным выступом. Наиболее распространенный тип.
• Исполнение 2: Фланец с выступом или впадиной (для монтажа с линзовой прокладкой или прокладкой овального сечения). Применяется реже, для специфических условий.

В 99% случаев для стандартных трубопроводов применяется исполнение 1.

Как правильно выбрать марку стали для фланца?

Выбор зависит от параметров рабочей среды, указанных в проектной документации (технологическом регламенте). Основное правило: материал фланца не должен быть хуже (по механическим и коррозионным свойствам) материала трубы, к которой он присоединяется. Для неагрессивных сред до +425°С – сталь 20 или Ст3. Для низких температур – 09Г2С. Для агрессивных сред – нержавеющие стали.

Почему для одного Ду 40 существуют разные наружные диаметры фланца (130 и 150 мм)?

Наружный диаметр фланца напрямую зависит от условного давления (Ру), на которое он рассчитан. Чем выше давление, тем больше должна быть площадь контакта прокладки и количество/диаметр крепежных элементов для обеспечения герметичности. Поэтому для Ру 2.5 МПа фланец Ду 40 имеет больший диаметр (150 мм) и толщину (22 мм), чем для Ру 1.6 МПа (130 мм и 20 мм).

Каковы главные недостатки плоских фланцев по сравнению с воротниковыми?

Главные недостатки: меньшая прочность соединения из-за наличия углового сварного шва, который является концентратором напряжений; большая материалоемкость при равных Ру (из-за большей толщины); невозможность применения для высоких давлений (свыше 2.5 МПа по ГОСТ); повышенная трудоемкость контроля качества сварки двух швов.