Фланцы стальные плоские под приварку

Фланцы стальные плоские под приварку: конструкция, стандартизация и применение

Фланец стальной плоский приварной (ФП) представляет собой кольцевую деталь с равномерно расположенными отверстиями для болтов (шпилек), предназначенную для соединения трубопроводной арматуры, присоединения труб к аппаратам, сосудам и машинам, а также для монтажа разъемных соединений труб между собой. Ключевая особенность плоского фланца заключается в способе его монтажа: он надевается на трубу и приваривается двумя угловыми швами — по торцу трубы и по периметру в месте стыка с внутренним отверстием фланца. Данный тип отличается от фланца стального приварного встык (воротникового) отсутствием конической шейки, что определяет его механические характеристики, область применения и экономическую целесообразность.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструктивно плоский приварной фланец представляет собой плоское кольцо (реже квадратную пластину с круглым отверстием), материал которого соответствует материалу соединяемых элементов. Основными геометрическими параметрами являются:

Условный проход (Dy) — внутренний диаметр фланца, соответствующий внутреннему диаметру трубы.
Условное давление (Py) — максимальное избыточное давление при температуре 20°C, при котором обеспечивается длительная и безопасная работа соединения.
Наружный диаметр фланца (D) — определяет габариты детали.
Диаметр окружности расположения отверстий (D1) — базовый размер для центровки ответных фланцев.
Количество и диаметр отверстий под крепеж — определяются типом и давлением.
Толщина фланца (b) — ключевой параметр, влияющий на прочность.
Исполнение уплотнительной поверхности — для плоских фланцев это, как правило, исполнение 1 (гладкая поверхность с соединительным выступом) или 2 (с выступом и впадиной), реже 3 (с шипом и пазом).

Принцип действия основан на создании герметичного разъемного соединения. Фланец, приваренный к торцу трубы, стягивается с ответным фланцем болтами или шпильками через прокладку. Усилие затяжки создает давление на прокладочный материал, который, деформируясь, заполняет микронеровности уплотнительных поверхностей, обеспечивая герметизацию.

Область применения и ограничения

Плоские приварные фланцы широко применяются в системах низкого и среднего давления, работающих в неагрессивных и малоагрессивных средах. Типичные сферы использования:

Технологические трубопроводы промышленных предприятий (водоснабжение, воздух, пар низкого давления).
Системы теплоснабжения (тепловые сети, котельные).
Вентиляционные и газоотводящие системы.
Общепромышленная трубопроводная арматура.
Соединение резервуаров, емкостей и аппаратов.

Ограничения: Основное ограничение связано с механической прочностью. Из-за отсутствия конического перехода (шейки) концентрация напряжений в зоне сварного шва выше. Поэтому плоские фланцы не рекомендуются для применения в системах высокого давления (как правило, выше Ру 25 кгс/см² или 2.5 МПа для больших диаметров), в циклически нагруженных трубопроводах (вибрация, пульсация), в системах с высокой температурой (выше 300-400°C в зависимости от стали), а также для работы с опасными средами (ядовитые, легковоспламеняющиеся, взрывоопасные вещества), где предпочтение отдается воротниковым фланцам.

Стандарты и технические условия

Производство и применение плоских приварных фланцев в РФ и странах СНГ регламентируется рядом межгосударственных стандартов (ГОСТ). Основные из них:

ГОСТ 12820-80 «Фланцы стальные плоские приварные. Конструкция и размеры». Это основной стандарт, определяющий параметры фланцев для условного давления от 0.1 до 2.5 МПа (от 1 до 25 кгс/см²).
ГОСТ 12815-80 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на Ру от 0.1 до 20.0 МПа (от 1 до 200 кгс/см²). Типы, исполнения уплотнительных поверхностей и общие технические требования». Устанавливает типы, исполнения поверхностей, допуски, маркировку.
ГОСТ 12821-80 «Фланцы стальные приварные встык. Конструкция и размеры» (для сравнения и выбора типа).
ОСТ 26-2043-83, ОСТ 34-10-469-93 — отраслевые стандарты для энергетики и нефтехимии, часто предусматривающие более высокие параметры.
Серия ГОСТ 33259-2015 (EN 1092-1) — европейские стандарты, применяемые в международных проектах (типы 01, 02).

Материалы изготовления

Выбор материала фланца определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, химическая агрессивность) и должен соответствовать материалу трубы. Основные марки сталей:

Марка стали	Обозначение по ГОСТ	Область применения	Предельные рабочие температуры, °C
Ст3сп, Ст3пс	20	Вода, пар, воздух, инертные газы при невысоких давлениях и температурах.	От -40 до +300
09Г2С	09Г2С	Для низколегированной стали, работа в условиях низких температур (до -70°C).	От -70 до +450
12Х18Н10Т	12Х18Н10Т	Коррозионно-стойкая сталь для агрессивных сред (кислоты, щелочи).	От -196 до +600
15Х5М	15Х5М	Жаропрочная сталь для сред с высокой температурой (перегретый пар).	До +600
10Г2	10Г2	Для труб из низколегированных сталей в системах высокого давления.	От -40 до +475

Методы контроля и испытаний

Качество фланцев контролируется на всех этапах производства. Основные методы контроля:

Визуальный и измерительный контроль: Проверка геометрических размеров (штангенциркуль, микрометр, шаблоны), качества механической обработки, отсутствия трещин, раковин, забоин.
Ультразвуковая дефектоскопия (УЗК): Выявление внутренних дефектов в теле фланца (расслоения, неметаллические включения).
Контроль твердости: Измерение по Бринеллю или Роквеллу для подтверждения соответствия марке материала.
Магнитно-порошковая или капиллярная дефектоскопия (МПД/ПВК): Обнаружение поверхностных и подповерхностных дефектов.
Испытание на герметичность (пневматическое/гидравлическое): Проводится в составе фланцевого соединения на испытательном стенде под давлением, превышающим рабочее в 1.25-1.5 раза.
Контроль материала (химический анализ, механические испытания): Проводится по сертификатам на металл или выборочно для ответственных партий.

Монтаж и сварка плоских приварных фланцев

Правильный монтаж критически важен для надежности соединения. Последовательность операций:

Подготовка: Проверка геометрии фланца и трубы, зачистка кромок от загрязнений, окалины, ржавчины.
Центровка и прихватка: Фланец надевается на трубу с соблюдением соосности. Зазор между торцом трубы и внутренней плоскостью фланца должен соответствовать нормативам (обычно 3-6 мм). Производится прихватка в 2-4 точках.
Сварка: Выполняется два сварных шва:
- Первый шов — по периметру стыка фланца с наружной поверхностью трубы (угловой шов).
- Второй шов — между торцом трубы и внутренним отверстием фланца (также угловой).
Технология сварки (РДС, АРД, ЭШС) и марки сварочных материалов выбираются в соответствии с материалом фланца и трубы по технологической карте (ТК) или проекту производства работ (ППР).
Контроль сварных швов: Визуальный контроль, измерение катета шва, неразрушающий контроль (чаще УЗК или ПВК) для ответственных соединений.
Сборка фланцевого соединения: Установка прокладки (паронитовой, фторопластовой, спирально-навитой), совмещение ответных фланцев, установка крепежа. Затяжка болтов/шпилек производится крест-накрест динамометрическим ключом с усилием, указанным в проектной документации, для обеспечения равномерного обжатия прокладки.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем основное отличие плоского фланца от воротникового?

Плоский фланец надевается на трубу и приваривается двумя угловыми швами. Воротниковый (приварной встык) имеет коническую шейку, которая приваривается встык одним сварным швом к торцу трубы. Это делает воротниковый фланец более прочным, стойким к изгибающим моментам и вибрациям, что позволяет применять его при более высоких давлениях и температурах.

Как правильно выбрать исполнение уплотнительной поверхности?

Исполнение 1 (с соединительным выступом) — наиболее распространенное для общепромышленных применений с неагрессивными средами. Исполнение 2 (с выступом и впадиной) и 3 (с шипом и пазом) обеспечивают лучшую центровку и применяются для сред повышенного давления и опасных сред. Выбор строго регламентируется проектной документацией.

Можно ли использовать плоские фланцы для труб высокого давления (Ру100)?

Нет, это категорически не рекомендуется и противоречит нормам. Для высоких давлений (начиная с Ру 40-64 и выше) стандартом предусмотрено применение исключительно фланцев приварных встык (ГОСТ 12821-80) или других типов, рассчитанных на такие нагрузки.

Как маркируются фланцы?

Маркировка включает: условный проход (Ду), условное давление (Ру), тип фланца (например, «Фланец 1-50-6 ст.20 ГОСТ 12820-80», где 1 — исполнение поверхности, Ду50, Ру0.6 МПа, сталь 20). На самом изделии может наноситься клеймо с маркой стали, номером партии, знаком ОТК.

Каковы основные причины разгерметизации фланцевых соединений с плоскими фланцами?

Неравномерная затяжка крепежа.
Неправильный подбор или дефект прокладки.
Несоосность соединяемых трубопроводов (перекос).
Дефекты сварных швов (непровар, подрезы, поры).
Превышение рабочих параметров (давление, температура).
Ползучесть материала или ослабление затяжки при высокотемпературной эксплуатации.

Заключение

Фланцы стальные плоские под приварку остаются востребованным и экономически эффективным решением для создания разъемных соединений в широком спектре инженерных систем низкого и среднего давления. Их корректное применение, основанное на строгом соблюдении требований стандартов к материалам, производству, монтажу и контролю, является залогом долговечной и безопасной эксплуатации трубопроводных коммуникаций. Выбор в пользу данного типа фланцев должен быть технически обоснован расчетами на прочность и соответствием условиям технологического процесса.

Фланцы стальные плоские под приварку