Фланцы стальные плоские приварные Ду 100: конструкция, стандарты и применение
Фланец стальной плоский приварной Ду 100 (условный проход 100 мм) представляет собой стандартизированный соединительный элемент трубопроводной арматуры, резервуаров, аппаратов и сосудов, работающих под давлением. Его основное назначение – обеспечение герметичного и прочного разъемного соединения участков трубопровода, а также присоединение к нему оборудования (насосов, задвижек, фильтров, измерительных приборов). Ключевая особенность плоского приварного фланца заключается в способе монтажа: он свободно надевается на трубу и приваривается двумя угловыми швами по окружности в зоне стыка с ответным фланцем, что отличает его от фланца приварного встык (воротникового).
Конструктивные особенности и геометрические параметры
Плоский приварной фланец (ПП) представляет собой кольцевую пластину с центральным отверстием под проход трубы и равномерно расположенными по окружности отверстиями под крепежные элементы (шпильки или болты). Для фланца Ду 100 основные геометрические параметры строго регламентированы государственными стандартами. Конструктивно он рассчитан на соединение с ответным фланцем аналогичного номинального давления с использованием уплотнительной прокладки (паранит, паронит, фторопласт, металлическая) и комплекта крепежа.
Нормативная база и стандарты
В Российской Федерации и странах СНГ основным стандартом, определяющим параметры плоских приварных фланцев, является ГОСТ 33259-2015 (а также ранее действовавший ГОСТ 12820-80). Данный стандарт устанавливает типы, конструктивные размеры, технические требования и ряд других параметров для фланцев, применяемых на трубопроводах и соединительных частях машин и аппаратов. Для энергетической и нефтехимической отраслей также актуальны стандарты серии ОСТ (отраслевые стандарты), например, ОСТ 34.10.619-2003, которые могут предъявлять дополнительные требования к материалам и контролю качества.
Международными аналогами являются стандарты DIN EN 1092-1 (тип 01), ASME/ANSI B16.5 Class 150 и другие, однако их геометрические параметры и допуски часто не взаимозаменяемы с отечественными.
Основные параметры и размеры для фланца Ду 100
Геометрические размеры фланца плоского приварного Ду 100 варьируются в зависимости от условного давления (Py), на которое он рассчитан. Условное давление – это наибольшее избыточное давление при температуре 20°C, при котором обеспечивается длительная и безопасная работа соединения. Ниже приведены таблицы с ключевыми размерами согласно ГОСТ 33259-2015.
Таблица 1. Основные размеры и масса фланцев плоских приварных Ду 100
| Условное давление, Py (кгс/см²) | Наружный диаметр фланца, D (мм) | Диаметр окружности болтов, Dб (мм) | Диаметр болтовой окружности, D1 (мм) | Количество и диаметр отверстий под болты/шпильки | Толщина фланца, h (мм) | Диаметр условного прохода, Dу (мм) | Приблизительная масса, кг |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 205 | 170 | 148 | 4 x М16 | 12 | 100 | 2.0 |
| 2.5 | 205 | 170 | 148 | 4 x М16 | 14 | 100 | 2.3 |
| 6 | 205 | 170 | 148 | 4 x М16 | 16 | 100 | 2.6 |
| 10 | 215 | 180 | 158 | 8 x М16 | 18 | 100 | 3.4 |
| 16 | 230 | 195 | 172 | 8 x М16 | 20 | 100 | 4.3 |
| 25 | 240 | 200 | 182 | 8 x М16 | 22 | 100 | 5.1 |
Таблица 2. Исполнения уплотнительных поверхностей по ГОСТ 33259-2015
| Исполнение | Описание | Тип прокладки | Применение |
|---|---|---|---|
| 1 | Гладкая уплотнительная поверхность | Мягкая (паронит, резина, фторопласт) | Низкие и средние давления, неагрессивные среды. |
| 2 | Выступ-впадина (шип-паз) | Металлическая или мягкая фигурная | Повышенные давления, опасные среды (токсичные, горючие). |
| 3 | Шип-паз с овальным сечением | Металлическая овальная | Высокие давления и температуры (энергетика). | 4 | Под линзовую прокладку | Линзовая металлическая | Высокие давления, соединения в аппаратах. |
| 9 | Под прокладку овального сечения | Металлическая овальная | Критически высокие параметры среды. |
Материалы изготовления
Выбор марки стали для изготовления фланца Ду 100 определяется рабочими параметрами среды (давление, температура) и ее агрессивностью. Стандарт ГОСТ 33259-2015 рекомендует следующие группы материалов:
- Группа 1 (Ст20, 25Л): Углеродистые качественные конструкционные стали. Применяются для рабочих сред с температурой от -40°C до +300°C (для Ст20) и неагрессивных сред (вода, пар, инертные газы).
- Группа 2 (09Г2С, 17Г1С, 10Г2): Низколегированные стали. Используются для работы при температурах до -70°C (09Г2С) и повышенных нагрузках. Широко применяются в магистральных трубопроводах.
- Группа 3 (12Х18Н9Т, 10Х17Н13М2Т, 06ХН28МДТ): Коррозионно-стойкие (нержавеющие) и кислотостойкие стали. Применяются для агрессивных сред: кислот, щелочей, хлорсодержащих сред, а также в пищевой и фармацевтической промышленности.
- Теплоэнергетика: Вспомогательные трубопроводы насыщенного пара низкого и среднего давления, линии питательной, химочищенной и конденсатной воды, дренажные системы. Применяются фланцы из сталей 20, 09Г2С на давления Py 16-25.
- Водоснабжение и водоотведение: Магистральные и сетевые трубопроводы холодной и горячей воды. Основные материалы – Ст20, 09Г2С с исполнением уплотнительной поверхности 1.
- Нефтегазовая промышленность: Технологические трубопроводы с неагрессивными продуктами, обвязка резервуаров, системы пожаротушения.
- Промышленное строительство: Обвязка теплообменников, насосных агрегатов, вентиляционных систем.
- Подготовка: Проверка геометрии фланца и торца трубы. Зачистка кромок под сварку от окалины, ржавчины, масла.
- Насадка фланца: Фланец надевается на трубу таким образом, чтобы торец трубы выступал на 3-5 мм от плоскости фланца (для компенсации усадки при сварке).
- Центровка и прихватка: Фланец центрируется относительно трубы, проверяется перпендикулярность оси трубы к плоскости фланца (допуск строго регламентирован). Выполняется прихватка в 2-3 точках.
- Сварка: Выполняется два угловых сварных шва: первый – со стороны трубы (главный шов, проваривается на всю толщину стенки трубы), второй – с тыльной стороны фланца (прикрепляющий шов). Требования к сварщикам и процедуре сварки определяются нормами РД (руководящих документов) и СТО (стандартов организации).
- Контроль: Визуальный и измерительный контроль (ВИК), контроль проникающими веществами (ПВК/капиллярный) для выявления поверхностных дефектов. Для ответственных соединений – ультразвуковой контроль (УЗК) или радиографический контроль (РК) сварных швов.
- Сборка соединения: Установка прокладки, совмещение с ответным фланцем, установка болтов/шпилек. Затяжка крепежа должна производиться крест-накрест (по диагонали) динамометрическим ключом с усилием, указанным в проектной документации, для обеспечения равномерного давления на прокладку.
- Более низкая стоимость по сравнению с фланцами приварными встык из-за меньшей массы металла и простоты изготовления.
- Простота монтажа и контроля сварных швов (швы доступны для осмотра).
- Универсальность и широкая номенклатура по давлениям и материалам.
- Меньшая надежность при знакопеременных нагрузках, вибрациях и температурных расширениях. Концентрация напряжений в зоне углового шва.
- Невозможность применения для труб с толщиной стенки менее 3-4 мм из-за риска коробления при сварке.
- Требуется большая точность при монтаже для обеспечения параллельности уплотнительных поверхностей.
- Как правило, не применяются для трубопроводов высокого давления (свыше 20 МПа) и высоких температур (свыше 450°C) в энергетике.
- 1 – Исполнение уплотнительной поверхности (гладкая).
- 100 – Условный проход (Ду), 100 мм.
- 16 – Условное давление (Py), 16 кгс/см² (1,6 МПа).
- ст. 09Г2С – Марка стали (низколегированная конструкционная).
- ГОСТ 33259-2015 – Нормативный документ.
Метод изготовления – штамповка, ковка или резка из листа с последующей механической обработкой. Кованые фланцы обладают лучшими механическими свойствами за счет улучшенной структуры металла.
Область применения в энергетике и смежных отраслях
Фланцы стальные плоские приварные Ду 100 находят широкое применение в системах, где не требуются частые разборки соединения и нет экстремальных динамических нагрузок.
Важное ограничение: В энергетике на трубопроводах свежего пара и горячего перегрева с высокими параметрами (температура >425°C, давление >4.0 МПа) преимущественно используются фланцы приварные встык (воротниковые), как более надежные при температурных деформациях и циклических нагрузках.
Монтаж и контроль качества сварных соединений
Правильный монтаж фланцевого соединения Ду 100 критически важен для его герметичности и долговечности. Последовательность операций:
Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами фланцев
Преимущества плоских приварных фланцев:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается плоский приварной фланец от воротникового (приварного встык)?
Плоский фланец приваривается двумя угловыми швами по торцу трубы и тыльной стороне фланца. Воротниковый фланец имеет коническую горловину (воротник) и приваривается одним стыковым швом в зоне сопряжения горловины с трубой, что обеспечивает лучшую распределение механических напряжений и применяется для более тяжелых условий эксплуатации.
Как расшифровать маркировку «Фланец 1-100-16 ст. 09Г2С ГОСТ 33259-2015»?
Как правильно подобрать крепеж (болты/шпильки) для фланцевого соединения Ду 100 на Py 16?
Для фланца Ду 100 Py 16 требуется 8 шпилек (или болтов) с резьбой М16. Класс прочности крепежа должен соответствовать давлению и материалу фланцев. Обычно для сталей 20, 09Г2С применяют шпильки из стали 35 или 40Х с классом прочности 5.8 или выше. Длина шпильки рассчитывается как суммарная толщина двух фланцев, двух гаек, прокладки и запас на резьбу (обычно 3-5 ниток).
Можно ли использовать фланец, изготовленный по ГОСТ 12820-80, в соединении с фланцем по ГОСТ 33259-2015?
Да, можно. ГОСТ 33259-2015 является актуализированной версией ГОСТ 12820-80 и сохраняет преемственность основных геометрических размеров для стандартных рядов давлений. Однако всегда необходимо проводить сверку конкретных размеров (диаметр окружности болтов, количество отверстий, исполнение поверхности) перед монтажом.
Какие методы неразрушающего контроля обязательны для сварных соединений фланцев на ответственных трубопроводах?
Для ответственных трубопроводов (например, категории I-IV по ПБ 03-75-94) после ВИК обязателен контроль сварных швов одним из объемных методов: ультразвуковой контроль (УЗК) или радиографический контроль (РК). Выбор метода зависит от толщины стенки, материала и доступности шва.
Почему для плоских фланцев не рекомендуется применять трубопроводы с высокой температурой?
При значительном нагреве труба удлиняется, создавая изгибающий момент в зоне угловых сварных швов плоского фланца. Это может привести к возникновению усталостных трещин и потере герметичности. Воротниковый фланец за счет конической горловины обладает большей податливостью и лучше компенсирует температурные деформации.
Заключение
Фланец стальной плоский приварной Ду 100 остается востребованным, экономичным и надежным решением для множества технологических трубопроводов в энергетике, ЖКХ и промышленности при условии соблюдения границ его применения, регламентированных стандартами. Корректный подбор по давлению, материалу и исполнению, качественное изготовление и строгое соблюдение технологии монтажа и контроля являются залогом долговечной и безопасной эксплуатации фланцевого соединения. При проектировании новых систем или модернизации существующих необходимо проводить тщательный анализ рабочих условий для выбора оптимального типа фланца.