Фланцы стальные плоские приварные Ду 150: конструкция, стандарты, применение и монтаж

Фланец стальной плоский приварной на условный проход (Ду) 150 мм является одним из наиболее востребованных типов соединительных деталей трубопроводных систем в энергетике, нефтегазовой отрасли, химической промышленности и коммунальном хозяйстве. Его основное назначение – обеспечение герметичного и прочного разъемного соединения участков труб, арматуры (задвижек, клапанов), аппаратов и резервуаров, позволяющего при необходимости производить демонтаж для ревизии, ремонта или модификации системы.

Конструктивные особенности и принцип действия

Плоский приварной фланец (сокращенно часто обозначаемый как ПП) представляет собой кольцевой диск с равномерно расположенными по окружности отверстиями под шпильки или болты и центральным отверстием, диаметр которого соответствует наружному диаметру присоединяемой трубы Ду 150. Ключевая конструктивная особенность данного типа фланца – способ монтажа. Фланец надевается на торец трубы и приваривается двумя угловыми швами: первый – по периметру стыка торца фланца и торца трубы, второй – по внутренней окружности со стороны соединения. Это отличает его от фланца приварного встык (воротникового), который приваривается встык одним торцевым швом.

Для обеспечения герметичности соединения на сопрягаемые поверхности фланцев устанавливается уплотнительная прокладка (паронитовая, фторопластовая, металлическая и т.д.), которая сжимается при затяжке крепежных элементов (шпилек, гаек, болтов). На поверхности фланца для размещения прокладки выполняются уплотнительные поверхности различного типа.

Основные технические параметры и стандарты

Основными регулирующими документами для фланцев стальных плоских приварных в РФ и странах СНГ являются ГОСТ 33259-2015 (на замену устаревшему ГОСТ 12820-80) и межгосударственный стандарт ГОСТ 33259-2015, гармонизированный с европейскими нормами. Для специфических условий эксплуатации также применяются стандарты ОСТ, ТУ и отраслевые нормативы.

Для фланца Ду 150 критически важными параметрами являются:

• Условный проход (Ду, DN): 150 мм. Соответствует номинальному внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода.
• Условное давление (Ру, PN): Диапазон рабочих давлений, на которые рассчитан фланец. Для плоских приварных фланцев по ГОСТ 33259-2015 стандартный ряд включает: PN 6, PN 10, PN 16, PN 25, PN 40, PN 63, PN 100, PN 160. Наиболее распространены для данного диаметра PN 10 и PN 16.
• Диаметр окружности расположения болтовых отверстий (D): Ключевой монтажный размер, определяющий совместимость с ответным фланцем.
• Тип уплотнительной поверхности: Определяет вид прокладки и степень герметичности.
• Материал изготовления: Определяет стойкость к коррозии, температуре и механическим нагрузкам.

Типы уплотнительных поверхностей (исполнений)

В соответствии с ГОСТ 33259-2015 для фланцев предусмотрено девять исполнений уплотнительных поверхностей. Для плоских приварных фланцев Ду 150 наиболее распространены:

• Исполнение 1 (тип А): Гладкая уплотнительная поверхность. Применяется с мягкими прокладками (паронит, резина, фторопласт) при низких и средних давлениях (обычно до PN 16).
• Исполнение 2 (тип В): Поверхность с выступом (высота 1-2 мм). Ответный фланец имеет впадину. Прокладка размещается в кольцевой канавке, что предотвращает ее вытеснение. Применяется при повышенных давлениях.
• Исполнение 3 (тип D): Поверхность с впадиной. Под выступ ответного фланца.
• Исполнение 4 (тип E): Шип. Образует пару с исполнением 5.
• Исполнение 5 (тип F): Паз. Образует пару с исполнением 4. Паронитовая прокладка прямоугольного сечения размещается в пазу.
• Исполнение 9 (тип G): Шип-кольцо под фторопластовую прокладку.

Выбор исполнения регламентируется технологическими условиями и требованиями к герметичности соединения.

Материалы изготовления

Материал фланца выбирается исходя из параметров рабочей среды (давление, температура, агрессивность) и должен соответствовать материалу трубопровода. Основные марки сталей:

• Ст20, Ст3сп/пс: Углеродистые стали общего назначения. Применяются для воды, пара, инертных газов и нефтепродуктов при температурах от -40 до +425°С.
• 09Г2С: Низколегированная конструкционная сталь. Обладает повышенной прочностью и стойкостью к низким температурам (до -70°С). Применяется в магистральных трубопроводах.
• 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х18Н10Т: Коррозионно-стойкие (нержавеющие) аустенитные стали. Используются для агрессивных сред: кислот, щелочей, высокочистых продуктов в химической, пищевой, фармацевтической промышленности.
• 15Х5М, 12ХМ: Жаростойкие легированные стали. Применяются в энергетике для трубопроводов пара высоких параметров (температура до +600°С).

Основные размеры и масса (выдержка из ГОСТ 33259-2015 для примера)

Таблица 1. Основные размеры и масса фланцев стальных плоских приварных Ду 150 (PN 16, Исполнение 1).

Ду, мм	PN	D, мм	D1, мм	D2, мм	b, мм	d, мм	n, шт.	Масса, кг (Ст20)
150	16	280	240	202	24	23	8	~6.8

Примечание: D – диаметр окружности болтовых отверстий; D1 – наружный диаметр фланца; D2 – диаметр уплотнительной поверхности; b – толщина фланца; d – диаметр болтового отверстия; n – количество болтовых отверстий.

Таблица 2. Зависимость количества и диаметра шпилек/болтов от условного давления (Ду 150).

Ду, мм	PN 6	PN 10	PN 16	PN 25	PN 40
150	8xM18	8xM20	8xM20	12xM20	12xM22

Область применения и ограничения

Фланцы стальные плоские приварные Ду 150 широко применяются в системах:

• Тепло- и водоснабжения (магистральные и внутриквартальные сети).
• Паропроводов низкого и среднего давления.
• Технологических трубопроводов промышленных предприятий.
• Систем сжатого воздуха и инертных газов.
• Нефте- и газосборных сетей на низкое давление.

Ограничения: Вследствие конструкции соединения (два угловых шва) плоские фланцы не рекомендуется применять в системах с частыми температурными деформациями, знакопеременными нагрузками, высоким внутренним давлением (как правило, выше PN 40) и в сейсмоопасных районах. В таких условиях предпочтение отдается фланцам приварным встык, имеющим лучшие показатели усталостной прочности.

Технология монтажа и контроль качества

Монтаж фланцевого соединения Ду 150 включает несколько критически важных этапов:

1. Подготовка: Проверка маркировки фланцев, состояния уплотнительных поверхностей (отсутствие забоин, раковин, рисок). Очистка поверхностей от загрязнений и окалины.
2. Подгонка и центровка: Фланец надевается на трубу, обеспечивается перпендикулярность оси трубы и плоскости фланца. Зазор между торцом трубы и внутренней плоскостью фланца должен соответствовать нормативам (обычно 3-6 мм).
3. Приварка: Выполняется два сварных шва: первый – со стороны соединения (внутренний), второй – с тыльной стороны (наружный). Сварка ведется по технологии, соответствующей марке стали. Обязательно исключение перегрева и коробления фланца.
4. Сборка соединения: Устанавливается уплотнительная прокладка. Болты или шпильки затягиваются крест-накрест (по диагонали) динамометрическим ключом с усилием, указанным в технологической карте, для обеспечения равномерного сжатия прокладки.

Контроль качества включает визуальный и измерительный контроль геометрии, проверку сварных швов (визуально, капиллярной или магнитопорошковой дефектоскопией), испытание собранного узла на прочность и герметичность (гидравлическим или пневматическим давлением).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем ключевое отличие плоского приварного фланца от приварного встык (воротникового)?

Плоский фланец надевается на трубу и приваривается двумя угловыми швами. Фланец приварной встык (ГОСТ 33259-2015, тип 11) имеет коническую горловину (воротник), которая приваривается одним стыковым швом, что обеспечивает лучшую усталостную прочность, снижает концентрацию напряжений и рекомендуется для трубопроводов высокого давления, с циклическими нагрузками и при температурах ниже -30°С и выше +300°С.

Как правильно расшифровать маркировку фланца 150-16 ст.20 ГОСТ 33259-2015?

Ду 150 мм; Условное давление Ру (PN) 16 кгс/см² (≈1.6 МПа); Материал – сталь марки 20; Изготовлен в соответствии с ГОСТ 33259-2015. Исполнение уплотнительной поверхности в данной записи не указано и должно быть оговорено отдельно в чертеже или спецификации.

Какая прокладка рекомендуется для фланцевого соединения Ду 150 PN 16 на паропроводе?

Для насыщенного пара с температурой до +225°С и давлением до 1.6 МПа традиционно применяется прокладка из паронита марки ПОН (общего назначения) толщиной 2-3 мм. Для перегретого пара требуются металлические (оцинкованная сталь, нержавеющая сталь) или графитовые прокладки.

Можно ли соединить плоский фланец с фланцем приварным встык?

Да, при условии полного соответствия основных присоединительных размеров: условного прохода (Ду), условного давления (PN), диаметра окружности расположения болтовых отверстий (D), типа и размера исполнения уплотнительной поверхности, а также количества и диаметра отверстий под крепеж. Такие соединения допустимы и регламентированы стандартами.

Какой крепеж следует использовать для фланцев Ду 150 PN 16?

Для PN 16, как правило, требуется 8 шпилек (или болтов) с резьбой М20. Класс прочности крепежа должен быть не ниже 5.6 для неагрессивных сред и 8.8 для ответственных соединений. Материал крепежа должен быть совместим с материалом фланцев (например, для фланцев из нержавеющей стали применяется крепеж из аустенитных сталей А2 или А4). Обязательна смазка резьбы и подгаечных поверхностей.

Каковы основные причины нарушения герметичности фланцевого соединения Ду 150?

• Неравномерная или недостаточная затяжка болтов (шпилек).
• Несоосность соединяемых фланцев (перекос).
• Неправильный подбор или повреждение уплотнительной прокладки.
• Дефекты (коробление, царапины) на уплотнительных поверхностях фланцев.
• Несоответствие материала фланца или прокладки параметрам рабочей среды (температура, агрессивность).

Заключение

Фланец стальной плоский приварной Ду 150 представляет собой стандартизированное, надежное и экономичное решение для создания разъемных соединений в трубопроводных системах среднего и низкого давления. Его корректный подбор по параметрам (PN, материал, исполнение), качественное изготовление в соответствии с ГОСТ и строгое соблюдение технологии монтажа являются залогом долговечной и безопасной эксплуатации всего трубопровода. Понимание нюансов конструкции, областей применения и ограничений данного типа фланцев позволяет инженерно-техническому персоналу принимать обоснованные решения при проектировании и ремонте ответственных систем в энергетике и промышленности.