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.
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.
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).
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.
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.
Проектирование и выбор фланцев осуществляются в строгом соответствии с техническими стандартами, которые регламентируют геометрию, материалы, давление и температурные режимы.
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.
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.
Тип поверхности, контактирующей с прокладкой, определяет герметичность соединения. ГОСТ 12815-80 устанавливает девять исполнений.
| Исполнение | Описание | Тип прокладки | Область применения |
|---|---|---|---|
| 1 | Гладкая | Плоская неметаллическая | Низкое давление, неагрессивные среды |
| 2 | Выступ-впадина (шип-паз) | Металлическая плоская или овального сечения | Повышенные давления и температуры, опасные среды |
| 3 | Шип | Прокладка под шип (для исполнения 4) | Соединение с ответным фланцем исполнения 4 |
| 4 | Паз | Прокладка в паз (для исполнения 3) | Соединение с ответным фланцем исполнения 3 |
| 5 | Под линзовую прокладку | Линзовая | Высокое давление, энергетика |
| 6 | Под прокладку овального сечения | Металлическая овального сечения | Высокие параметры среды, АЭС, химия |
| 7, 8, 9 | С шипом/пазом под фторопластовую прокладку | Фторопластовая | Агрессивные химические среды |
Выбор марки стали определяется рабочими параметрами среды (давление, температура, коррозионная активность) и нормативной документацией.
Качество монтажа фланцев под приварку напрямую влияет на герметичность и долговечность всего трубопровода. Процесс включает несколько этапов.
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).
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».
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.