Фланцы стальные под приварку

Фланцы стальные под приварку: конструкция, стандарты, применение и монтаж

Фланец стальной под приварку – это основной соединительный элемент трубопроводных систем, арматуры, сосудов и аппаратов, предназначенный для создания разъемных, но герметичных соединений. Его ключевая особенность – неразъемное соединение с трубой или оборудованием посредством сварки, что обеспечивает высокую прочность и надежность стыка. Данный тип фланцев является наиболее распространенным в энергетике, нефтегазовой, химической промышленности и коммунальном хозяйстве благодаря оптимальному соотношению надежности, стоимости и технологичности монтажа.

Классификация и основные типы фланцев под приварку

Фланцы стальные под приварку подразделяются на несколько типов, различающихся конструкцией и методом крепления к трубе. Выбор конкретного типа зависит от рабочих параметров системы, условий монтажа и экономической целесообразности.

Фланец стальной плоский приварной (ГОСТ 12820-80, DIN 2573, EN 1092-1 Type 01)

Конструктивно представляет собой плоское кольцо (реже квадрат или прямоугольник) с равномерно расположенными отверстиями под шпильки или болты. Монтаж осуществляется путем насадки фланца на трубу и приварки двумя угловыми швами: с лицевой стороны – по периметру стыка, и с внутренней – в месте сопряжения фланца с трубой. Основное преимущество – низкая стоимость и простота изготовления. Недостаток: повышенная концентрация напряжений в зоне сварки и меньшая прочность соединения при изгибающих нагрузках и переменных режимах работы по сравнению с другими типами. Рекомендуется для применения на трубопроводах низкого и среднего давления (условное давление Ру до 2.5 МПа в зависимости от диаметра и стали).

Фланец стальной приварной встык (воротниковый) (ГОСТ 12821-80, DIN 2628-2638, EN 1092-1 Type 11, ASME B16.5 Weld Neck)

Отличается наличием конической горловины (воротника) с торцевой фаской под сварку. Фланец приваривается к трубе одним стыковым швом в торец горловины, что обеспечивает плавный переход напряжений от фланца к трубе. Это наиболее прочный и надежный тип фланцевого соединения, рассчитанный на работу в условиях высоких давлений, температур, вибрационных и знакопеременных нагрузок. Конструкция минимизирует турбулизацию потока среды. Недостатки: более высокая металлоемкость, стоимость и сложность монтажа (требуется качественная стыковая сварка). Применяется на критически важных участках магистральных трубопроводов, энергетических установках (паровые и водяные трассы), технологических линиях с агрессивными средами.

Фланец стальной для изолирующих фланцевых соединений (ИФС) (ГОСТ 25660-83)

Специализированный тип фланца, предназначенный для устройства электрохимической защиты трубопроводов от коррозии, вызванной блуждающими токами. Конструктивно представляет собой пару фланцев (обычно приварных встык), между которыми устанавливаются изолирующие прокладки, втулки и шайбы, полностью разрывающие электрическую цепь между соединяемыми участками труб. Все крепежные элементы также изолированы. Такие фланцы монтируются на границах участков трубопроводов, в местах врезки в магистраль, на вводах в объекты.

Ключевые параметры и стандартизация

Проектирование и выбор фланцев осуществляются в строгом соответствии с техническими стандартами, которые регламентируют геометрию, материалы, давление и температурные режимы.

Условный проход (Ду, DN)

Номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода. Ряд значений стандартизирован: 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200 мм и более.

Условное давление (Ру, PN)

Номинальное избыточное давление при температуре 20°C, при котором обеспечивается длительная и безопасная работа соединения. Стандартные ряды: PN 6, PN 10, PN 16, PN 25, PN 40, PN 63, PN 100, PN 160, PN 250. В стандарте ASME принят класс давления (Class): 150, 300, 600, 900, 1500, 2500.

Исполнение уплотнительной поверхности

Тип поверхности, контактирующей с прокладкой, определяет герметичность соединения. ГОСТ 12815-80 устанавливает девять исполнений.

Материалы изготовления

Выбор марки стали определяется рабочими параметрами среды (давление, температура, коррозионная активность) и нормативной документацией.

• Углеродистые стали обыкновенного качества: Ст3сп, Ст20 – для неагрессивных сред, воды, пара, воздуха при температурах от -40 до +425°C.
• Легированные стали: 09Г2С (для низких температур до -70°C), 15Х5М (жаропрочная, для сред до +600°C), 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т (коррозионно-стойкие, кислотоупорные).
• В соответствии с ASME/ASTM: A105 (углеродистая), A350 LF2 (низкотемпературная), A182 F304/F316 (нержавеющая).

Технология монтажа и контроль качества сварных соединений

Качество монтажа фланцев под приварку напрямую влияет на герметичность и долговечность всего трубопровода. Процесс включает несколько этапов.

1. Подготовка

• Визуальный контроль фланца и трубы: отсутствие механических повреждений, трещин, раковин.
• Зачистка кромок под сварку от окалины, ржавчины, масла, влаги на ширину не менее 20 мм.
• Проверка геометрии: перпендикулярность торца горловины (для приварного встык) оси трубы, соосность отверстий.

2. Центровка и прихватка

Фланец надевается на трубу (плоский) или стыкуется с ней (воротниковый). Обязательно контролируется параллельность уплотнительных поверхностей устанавливаемых пар фланцев. Для плоских фланцев критически важно обеспечить зазор между внутренним отверстием фланца и наружной поверхностью трубы (обычно 1.5-3 мм), чтобы избежать затекания металла шва внутрь и нарушения проходного сечения. Элементы фиксируются прихватками (3-4 шва равномерно по окружности).

3. Сварка

Выполняется квалифицированным сварщиком по утвержденной технологии (WPS). Для плоских фланцев – два угловых шва. Для воротниковых – один стыковой шов с полным проваром по всей толщине стенки. Тип шва и разделка кромок регламентированы стандартами (например, ГОСТ 16037-80). При сварке необходимо предотвращать коробление фланца от тепловложения. Сварка ведется с перерывами, «вразброс».

4. Контроль

• Визуально-измерительный контроль (ВИК): проверка геометрии шва, отсутствие подрезов, наплывов, прожогов, трещин.
• Неразрушающий контроль (НК): для ответственных соединений обязателен радиографический (РК) или ультразвуковой (УЗК) контроль качества сварного шва на отсутствие внутренних дефектов.
• Проверка параллельности: после сварки проверяется, чтобы уплотнительные поверхности парных фланцев оставались параллельными.

Особенности применения в энергетике

В энергетическом секторе (ТЭЦ, АЭС, ГРЭС, тепловые сети) к фланцевым соединениям предъявляются повышенные требования из-за циклических температурных нагрузок, высоких давлений и требований к безопасности.

• Паровые трассы: Исключительно фланцы приварные встык из сталей 15Х5М, 12Х18Н10Т или их аналогов. Применяются прокладки овального или восьмигранного сечения из мягких сталей для обеспечения герметичности при тепловых расширениях.
• Трубопроводы питательной и котловой воды: Фланцы из сталей 20, 09Г2С, 12Х18Н10Т. Требуется тщательный контроль сварных швов и периодическая подтяжка соединений в процессе эксплуатации.
• Тепловые сети (теплотрассы): Для подающих и обратных трубопроводов, как правило, используются плоские приварные фланцы из Ст3сп или 09Г2С (для подземной бесканальной прокладки) на давление PN16 или PN25. Обязательна качественная теплоизоляция фланцевого узла для снижения теплопотерь.
• Системы химводоподготовки: Для агрессивных сред (кислоты, щелочи) применяются фланцы из нержавеющих сталей с исполнением уплотнительной поверхности под фторопластовые прокладки.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается плоский приварной фланец от приварного встык?

Плоский фланец насаживается на трубу и приваривается двумя угловыми швами, что создает концентрацию напряжений и менее устойчиво к изгибу. Фланец приварной встык имеет коническую горловину и приваривается одним стыковым швом, обеспечивая плавный переход напряжений и значительно более высокую усталостную прочность, особенно при циклических нагрузках.

Как правильно выбрать материал фланца для конкретных условий?

Выбор осуществляется по рабочим параметрам среды (давление, температура, химический состав) на основе нормативных документов: ГОСТ 12816-80 (для Ру до 20 МПа), ГОСТ 28759.4-90 (для сосудов и аппаратов), ASME B16.5. Для неагрессивных сред до +425°C подходит сталь 20 или Ст3. Для температур ниже -40°C – сталь 09Г2С. Для сред с температурой +500…+600°C – легированная сталь 15Х5М. Для агрессивных сред – нержавеющие стали 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т.

Какие прокладки рекомендуется использовать с разными исполнениями уплотнительных поверхностей?

Для исполнения 1 (гладкое) – паронит, фторопласт, резина. Для исполнения 2 (выступ-впадина) – металлические плоские или овальные/восьмигранные прокладки из мягкой стали, меди, алюминия. Для исполнений 3 и 4 (шип-паз) – металлические прокладки в форме шипа или паза. Для исполнения 5 – линзовые прокладки. Для исполнения 6 – прокладки овального сечения.

Как избежать перекоса фланцев при монтаже?

Необходимо использовать точную центровку и прихватку в 3-4 точках перед основным сварным швом. Сварку следует выполнять поэтапно, противоположными участками, чтобы минимизировать термические деформации. После сварки обязателен контроль параллельности уплотнительных поверхностей щупом или другим измерительным инструментом.

Требуется ли термообработка сварного соединения фланца с трубой?

Требование определяется материалом и толщиной стенки. Для углеродистых сталей при толщине стенки до 20 мм, как правило, термообработка не требуется. Для легированных сталей (например, 15Х5М) и при больших толщинах обязателен высокий отпуск для снятия остаточных сварочных напряжений. Необходимость и режим термообработки прописываются в технологической карте на монтаж.

Можно ли использовать фланцы по ГОСТ в системах, спроектированных по ASME?

Прямая взаимозаменяемость, как правило, отсутствует из-за различий в геометрических размерах (наружный диаметр, диаметр болтовой окружности, количество отверстий), классах давления и материалах. Применение возможно только после официального пересчета на прочность и подтверждения соответствия требованиям проекта, что требует согласования с органами надзора и проектной организацией.

Заключение

Фланцы стальные под приварку остаются незаменимым и критически важным элементом любых промышленных трубопроводных систем. Правильный выбор типа, материала, исполнения и соблюдение технологии монтажа, включая качественную сварку и контроль, являются залогом долговечной, безопасной и безаварийной эксплуатации энергетических объектов. Профессиональный подход к проектированию и монтажу фланцевых соединений позволяет минимизировать риски утечек, сократить эксплуатационные расходы и обеспечить надежность всего технологического цикла.