Фланцы стальные воротниковые Ду 40

Фланцы стальные воротниковые Ду 40: технические характеристики, стандарты и применение

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.

Конструктивные особенности и преимущества

Ключевым элементом конструкции является коническая шейка (воротник), которая обеспечивает плавный переход от толщины стенки фланца к толщине стенки трубы. Эта особенность обуславливает ряд преимуществ:

• Снижение концентрации напряжений: Плавный переход от шейки к кольцу минимизирует локальные напряжения в зоне сварного шва, что критически важно для систем, работающих под переменными нагрузками или в условиях знакопеременных температур.
• Повышенная усталостная прочность: Конструкция демонстрирует высокое сопротивление циклическим нагрузкам, что делает ее предпочтительной для энергетических установок, технологических трубопроводов химической и нефтегазовой промышленности.
• Удобство монтажа и центровки: Воротник упрощает центровку фланца относительно трубы перед сваркой, обеспечивая соосность и высокое качество сварного соединения.
• Эффективность при высоких параметрах: Фланцы воротниковые рассчитаны на применение в системах с рабочим давлением от Ру16 до Ру250 (и выше по стандарту ASME) и температурой от -70 до +600°C в зависимости от марки стали.

Основные стандарты и типоразмеры для Ду 40

Размеры и технические требования к фланцам Ду 40 определяются стандартами, привязанными к системе условных давлений.

По ГОСТ 33259-2015 (аналог EN 1092-1) и ГОСТ 12821-80

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:

Основные параметры фланцев воротниковых Ду 40 по ГОСТ

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

По стандарту ASME/ANSI B16.5

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.

Основные параметры фланцев воротниковых NPS 1.5″ (Ду 40) по ASME B16.5

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

Материалы изготовления и выбор марки стали

Выбор материала фланца определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, агрессивность), а также требованиями стандартов. Основные группы материалов:

• Углеродистые стали: Ст20, 25 (по ГОСТ), A105 (по ASME). Применяются для неагрессивных сред (вода, пар, нефть, газ) при температурах от -30 до +425°C.
• Легированные стали: 09Г2С, 15Х5М (ГОСТ), A182 F11, F22 (ASME). Используются для сред с повышенной температурой (до +600°C) в энергетике и нефтепереработке. Сталь 15Х5М устойчива к сероводородной коррозии.
• Нержавеющие стали: 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т (ГОСТ), A182 F304, F316 (ASME). Применяются в химической, пищевой промышленности, на объектах с агрессивными средами (кислоты, щелочи) или с требованиями высокой чистоты продукта.
• Низколегированные стали для низких температур: 09Г2С-8, 10Г2ФБю (ГОСТ), A350 LF2 (ASME). Предназначены для работы в условиях Крайнего Севера и в криогенных установках (температура до -70°C).

Технология монтажа и сварки

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:

1. Подготовка кромок: Торцы трубы и кромка воротника фланца должны быть зачищены до металлического блеска на ширину не менее 20 мм. Форма кромки (V-образная или U-образная разделка) выполняется согласно технологической карте на сварку.
2. Центровка и прихватка: Фланец надевается на трубу, обеспечивается строгая перпендикулярность оси трубы к плоскости фланца. Выполняется предварительная центровка по наружному диаметру воротника. Прихватка осуществляется в 2-3 точках.
3. Сварка корневого шва: В первую очередь выполняется стыковой шов между воротником и трубой. Для ответственных объектов применяется аргонодуговая сварка (TIG) для корневого прохода.
4. Заполнение разделки и облицовочный шов: Последующие слои выполняются электродуговой сваркой (MMA) или сваркой в среде защитных газов (MIG/MAG). Завершается сварка углового шва с тыльной стороны фланца.
5. Контроль качества: Обязателен визуальный и измерительный контроль (ВИК), контроль на герметичность (например, керосином). Для ответственных трубопроводов применяется неразрушающий контроль: ультразвуковой (УЗК) или радиографический (РК).

Область применения в энергетике и промышленности

Фланцы Ду 40 воротникового типа находят применение в следующих системах:

• Теплоэнергетика: Трубопроводы питательной воды, пара среднего и высокого давления, дренажные и продувочные линии котлов и турбин. Применяются фланцы из сталей 15Х5М, 13ХФА, A182 F22.
• Атомная энергетика: Вспомогательные трубопроводы неядерного класса, системы технического водоснабжения, вентиляции. Требования к материалам и контролю качества максимально строгие.
• Нефтегазовая отрасль: Промысловые коллекторы, линии подачи ингибиторов гидратообразования, технологические трубопроводы установок подготовки нефти и газа. Актуально использование сталей с повышенной коррозионной стойкостью.
• Химическая промышленность: Трубопроводы для транспортировки агрессивных реагентов, где используются фланцы из нержавеющих марок сталей AISI 316/316L.
• Общее машиностроение: Подключение насосного, компрессорного, теплообменного оборудования, где требуется разъемное, но надежное соединение.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем фланец воротниковый отличается от плоского приварного?

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.

Как правильно подобрать уплотнительную прокладку для фланца Ду 40?

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.

Можно ли соединить фланец по ГОСТ с фланцем по ASME?

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.

Как маркируется фланец стальной воротниковый Ду 40?

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.

Каковы основные дефекты фланцев и как их выявить?

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.

Какой крепеж применяется для фланцевых соединений Ду 40?

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.

Заключение

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.