Фланец стальной воротниковый (приварной встык) на условный проход Ду 40 является одним из наиболее распространенных типов соединительных элементов в трубопроводных системах среднего и высокого давления, работающих в широком диапазоне температур. Его конструкция, состоящая из кольца с конусной шейкой (воротником), предназначена для приварки встык к трубопроводу, что обеспечивает высокую прочность соединения, устойчивость к механическим нагрузкам, вибрациям и температурным деформациям. Данный тип фланца регламентирован национальными (ГОСТ, ОСТ) и международными (EN, ASME/ANSI) стандартами, что определяет его геометрические параметры, материалы изготовления и область применения.
Ключевым элементом конструкции является коническая шейка (воротник), которая обеспечивает плавный переход от толщины стенки фланца к толщине стенки трубы. Эта особенность обуславливает ряд преимуществ:
Размеры и технические требования к фланцам Ду 40 определяются стандартами, привязанными к системе условных давлений.
Данные стандарты распространены в странах СНГ и регламентируют фланцы для условного давления от Ру0.1 до Ру160. Для Ду 40 основные параметры приведены в таблице:
| Условное давление, Ру (кгс/см²) | Наружный диаметр, D (мм) | Диаметр болтовой окружности, Dб (мм) | Диаметр болтов/шпилек, d (мм) | Количество болтов, n (шт) | Толщина фланца, h (мм) | Высота воротника, H (мм) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 16 | 150 | 110 | M16 | 4 | 18 | 55 |
| 25 | 150 | 110 | M16 | 4 | 22 | 60 |
| 40 | 150 | 110 | M16 | 4 | 26 | 65 |
| 64 | 150 | 110 | M16 | 4 | 30 | 70 |
| 100 | 165 | 125 | M20 | 4 | 36 | 80 |
| 160 | 175 | 135 | M20 | 4 | 42 | 85 |
Международный стандарт, используемый в энергетике, нефтегазодобыче и на объектах с иностранным оборудованием. Классы давления обозначаются как Class. Для размера NPS 1.5″ (что соответствует Ду 40 мм) параметры отличаются.
| Класс давления (Class) | Наружный диаметр, OD (мм) | Диаметр болтовой окружности, BC (мм) | Диаметр болтов, Bd (мм) | Количество болтов, n (шт) | Толщина, tf (мм) |
|---|---|---|---|---|---|
| 150 | 120.7 | 82.6 | M16 | 4 | 19.1 |
| 300 | 127.0 | 88.9 | M16 | 4 | 25.4 |
| 600 | 139.7 | 95.2 | M20 | 4 | 38.1 |
| 900 | 152.4 | 101.6 | M20 | 4 | 44.5 |
| 1500 | 177.8 | 114.3 | M27 | 4 | 57.2 |
| 2500 | 203.2 | 127.0 | M33 | 4 | 73.2 |
Выбор материала фланца определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, агрессивность), а также требованиями стандартов. Основные группы материалов:
Качество соединения фланца воротникового типа напрямую зависит от соблюдения технологии сварки. Соединение выполняется двумя сварными швами: стыковым швом по кромке воротника и угловым швом в месте примыкания фланца к трубе с тыльной стороны. Рекомендуется следующий порядок работ:
Фланцы Ду 40 воротникового типа находят применение в следующих системах:
Плоский приварной фланец насаживается на трубу и приваривается двумя угловыми швами (с внутренней и внешней стороны). Он дешевле и проще в изготовлении, но создает высокую концентрацию напряжений в зоне сварки и менее устойчив к изгибающим моментам и вибрациям. Воротниковый фланец, привариваемый встык, обеспечивает более равномерное распределение нагрузки и применяется для более высоких давлений и температур.
Выбор прокладки зависит от давления, температуры и среды. Для пара и воды при Ру до 25 часто используют паронитовые прокладки (ПОН). Для более высоких параметров и углеводородных сред – спирально-навитые прокладки (СНП) с заполнителем из фторопласта или графита и внешним ограничительным кольцом. В системах с высокой чистотой среды или агрессивными средами применяют плоские прокладки из PTFE или металлические овального/восьмигранного сечения.
Прямое соединение, как правило, невозможно из-за различий в геометрических параметрах: диаметрах болтовых окружностей, количестве и размерах крепежных отверстий. Для стыковки таких фланцев необходимо использовать переходные элементы – адаптеры (переходные фланцы) или глухие фланцы-переходники, что должно быть согласовано с проектными требованиями и расчетом на прочность.
Маркировка должна содержать: тип фланца (например, Фланец 1-40-16 ст.20 ГОСТ 33259-2015), где: «1» – исполнение по ГОСТ 33259 (с соединительным выступом), «40» – условный проход Ду, «16» – условное давление Ру, «ст.20» – марка стали. На самом изделии обычно клеймятся: размер (Ду), давление (Ру), марка стали, товарный знак производителя.
Наиболее распространенные дефекты: трещины (в теле фланца, особенно в зоне перехода воротника в кольцо), раковины, риски на поверхности уплотнения, отклонения геометрических размеров (непараллельность уплотнительных поверхностей, смещение отверстий). Методы выявления: ВИК, ультразвуковая дефектоскопия для выявления внутренних дефектов, контроль геометрии шаблонами и калибрами.
Для соединения используются болты, шпильки с гайками. Класс прочности крепежа должен соответствовать давлению и температуре среды. Для ответственных соединений (например, в энергетике) применяют шпильки из жаропрочных сталей (например, 25Х1МФ) с гайками. Обязательно использование упругих шайб (гровер) или стопорения гаек иным способом для предотвращения самоотвинчивания от вибрации.
Фланец стальной воротниковый Ду 40 представляет собой высокотехнологичный, стандартизированный элемент трубопроводной арматуры, от корректного выбора, изготовления и монтажа которого зависит надежность и безопасность всей системы. Правильный подбор по стандарту, классу давления и марке стали в соответствии с проектными условиями, соблюдение технологии сварки и использование качественного сопутствующего крепежа и уплотнений являются обязательными условиями для создания герметичного и долговечного фланцевого соединения в энергетике и промышленности.