Фланцы стальные воротниковые Ду 50
Фланцы стальные воротниковые Ду 50: конструкция, стандарты, применение и монтаж
Фланец стальной воротниковый на условный проход Ду 50 представляет собой кольцевую деталь с юбкой (воротником) для приварки встык, предназначенную для соединения трубопроводной арматуры, оборудования, резервуаров и участков труб между собой. Условный проход (Ду, DN) 50 мм соответствует номинальному диаметру приблизительно 2 дюйма. Данный типоразмер является одним из наиболее востребованных в технологических трубопроводах среднего давления в энергетике, нефтегазовой, химической и коммунальной отраслях.
Конструктивные особенности и преимущества
Ключевым отличием воротникового (приварного встык) фланца от плоского является наличие конической юбки (воротника), которая приваривается к торцу трубы одним сварным швом (стыковым). Эта конструкция обеспечивает ряд технических преимуществ:
- Повышенная прочность и жесткость соединения: Конусный переход (воротник) эффективно распределяет механические напряжения, что делает соединение более надежным при изгибающих моментах, вибрациях и циклических нагрузках, характерных для энергетических объектов.
- Снижение концентрации напряжений в зоне сварки: Плавный переход от толщины фланца к толщине стенки трубы минимизирует риски возникновения трещин.
- Точность монтажа: Воротник обеспечивает естественную центровку фланца относительно трубы, упрощая сборку.
- Экономия металла и веса: При равных параметрах давления воротниковые фланцы, как правило, имеют меньшую массу и толщину тарелки по сравнению с плоскими приварными фланцами, что при серийном применении дает существенную экономию.
- Удобство монтажа: Для крепления требуется только один стыковой сварной шов (в отличие от двух при монтаже плоского фланца: углового шва + дополнительной центровки).
- Условный проход (Ду, DN): 50 мм.
- Наружный диаметр трубы: Как правило, 57 мм (для труб по ГОСТ 8732-78 или ГОСТ 10704-91), но может соответствовать и другим стандартам (например, 60.3 мм для труб по DIN/EN). Важно согласовывать диаметр трубы и посадочный диаметр воротника фланца.
- Условное давление (Ру, PN): Наиболее распространенные ряды: PN 10 (Ру 1,0 МПа), PN 16 (Ру 1,6 МПа), PN 25 (Ру 2,5 МПа), PN 40 (Ру 4,0 МПа), PN 63 (Ру 6,3 МПа), PN 100 (Ру 10,0 МПа). Выбор зависит от параметров рабочей среды.
- Исполнение уплотнительной поверхности: Для фланцев ГОСТ 33259-2015 предусмотрено девять исполнений. Наиболее распространенные для энергетики:
- Исполнение 1: Гладкая уплотнительная поверхность. Применяется с мягкими прокладками (паронит, резина, фторопласт).
- Исполнение 2: Поверхность с выступом (выступ-впадина). Обеспечивает лучшую фиксацию прокладки, применяется при повышенных давлениях.
- Исполнение 3: Поверхность с шипом (шип-паз). Используется для прокладок из металла и его комбинаций (оребренные, линзовые, овальные), характерных для высоких давлений и температур.
- Исполнение 4: Под линзовую прокладку.
- Исполнение 5: Под прокладку овального сечения.
- Материал изготовления: Выбирается в зависимости от рабочей среды, температуры и давления. Основные марки сталей:
- Ст20, Ст3сп: Для общепромышленных применений, температура от -40 до +425°C.
- 09Г2С: Низколегированная сталь для работы при температурах до -70°C (холодостойкая).
- 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т: Коррозионно-стойкие аустенитные стали для агрессивных сред.
- 15Х5М: Жаропрочная сталь для сред с температурой до +600°C (паропроводы, линии перегрева).
- Тепловые и атомные электростанции: Вспомогательные трубопроводы питательной воды, конденсата, маслосистем, систем охлаждения, дренажные и воздушные линии с рабочими параметрами до Ру 10,0 МПа и температурой до 450-600°C (в зависимости от марки стали).
- Котельные: Подключение арматуры, приборов учета, обвязка насосных групп, трубопроводы сырой и подготовленной воды, паропроводы низкого давления.
- Нефтегазовая промышленность: Технологические линии малого диаметра на установках подготовки, трубопроводы контроля и измерения, импульсные линии КИПиА.
- Химическая промышленность: Трубопроводы для транспортировки химических реагентов, сырья и промежуточных продуктов.
- Магистральные трубопроводы: В качестве заглушек, обвязки узлов подключения, байпасных линий.
- Фланцы стальные воротниковые: 2 шт. (ответные).
- Крепежные изделия: Шпильки (предпочтительнее болтов) или болты с гайками и шайбами в количестве, соответствующем числу отверстий. Класс прочности крепежа должен соответствовать расчетным нагрузкам (не ниже 5.6, чаще 8.8).
- Уплотнительная прокладка: Материал и тип прокладки выбираются в зависимости от параметров среды (температура, давление, агрессивность) и исполнения уплотнительной поверхности фланца.
- Паронит: Для воды, пара, нефтепродуктов до +450°C.
- Фторопласт (PTFE): Для агрессивных химических сред.
- Металлические оребренные прокладки: Для высоких параметров пара и температуры.
- Линзовые прокладки: Для высокого давления.
- Подготовка: Проверка маркировки фланцев (Ду, Ру, материал, исполнение), визуальный контроль на отсутствие дефектов. Подготовка торца трубы (снятие фаски, зачистка).
- Приварка фланца: Фланец надевается воротником на трубу и центрируется. Выполняется стыковой сварной шов с полным проплавлением. Для ответственных объектов применяется аргонодуговая подварка корня шва. Важно избегать перегрева фланца, чтобы не вызвать коробление уплотнительной поверхности.
- Сборка соединения: Между уплотнительными поверхностями устанавливается прокладка. Шпильки или болты затягиваются крест-накрест (по диагонали) в несколько приемов динамометрическим ключом для обеспечения равномерного давления на прокладку. Затяжка должна соответствовать усилию, указанному в проектной или ремонтной документации (РД).
- Контроль: Визуальный и измерительный контроль качества сварного шва (возможно, УЗК или радиография). Проверка параллельности фланцев и правильности затяжки.
Основные стандарты и технические параметры
В Российской Федерации и странах СНГ основным стандартом, регламентирующим параметры стальных фланцев, является ГОСТ 33259-2015 (а также его предшественник ГОСТ 12821-80). Данный стандарт распространяется на фланцы арматуры, соединительных частей и оборудования на условное давление от Ру 0,1 до Ру 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см²). Для Ду 50 существует несколько исполнений по давлению.
Ключевые параметры фланца стального воротникового Ду 50:
Геометрические размеры и масса (выдержка по ГОСТ 33259-2015, PN 16)
Таблица 1. Основные размеры фланца стального воротникового Ду 50 PN 16 (Ру 1,6 МПа)
| Условный проход, Ду | Наружный диаметр, D | Диаметр болтовой окружности, Dб | Количество и диаметр отверстий под болты/шпильки | Диаметр болтов/шпилек | Толщина, h | Высота воротника, H | Масса (прибл.), кг |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 50 | 165 | 125 | 4 | М16 | 18 | 56 | 1,9 |
Таблица 2. Зависимость размеров от условного давления (Ду 50)
| Условное давление, PN (Ру) | Наружный диаметр фланца, D | Толщина, h | Кол-во отверстий / Диаметр шпилек | Масса (прибл.), кг |
|---|---|---|---|---|
| PN 6 (0,6 МПа) | 140 | 16 | 4 / М16 | 1,4 |
| PN 16 (1,6 МПа) | 165 | 18 | 4 / М16 | 1,9 |
| PN 40 (4,0 МПа) | 165 | 22 | 4 / М16 | 2,5 |
| PN 100 (10,0 МПа) | 195 | 32 | 8 / М20 | 5,5 |
Область применения в энергетике и смежных отраслях
Фланцы Ду 50 широко применяются на следующих объектах:
Комплектация фланцевого соединения Ду 50
Для сборки узла необходимы:
Технология монтажа и контроль качества
Монтаж фланцевого соединения с воротниковыми фланцами включает следующие ключевые этапы:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем воротниковый фланец отличается от плоского приварного?
Воротниковый фланец приваривается одним стыковым швом, имеет коническую юбку для распределения нагрузок и применяется для более высоких давлений и ответственных узлов. Плоский фланец приваривается двумя угловыми швами (с внутренней и внешней стороны) и используется для менее ответственных трубопроводов низкого и среднего давления.
Как правильно расшифровать маркировку «Фланец 50-16 ст. 09Г2С ГОСТ 33259-2015»?
Это означает: фланец с условным проходом Ду 50 мм, на условное давление Ру 1,6 МПа (PN 16), изготовленный из стали марки 09Г2С, соответствующий стандарту ГОСТ 33259-2015. Исполнение уплотнительной поверхности, как правило, указывается отдельно (например, «Исп.2»).
Какое количество болтов и их диаметр для фланца Ду 50 PN 16?
Согласно ГОСТ 33259-2015, для фланца Ду 50 PN 16 предусмотрено 4 отверстия под шпильки или болты с резьбой М16.
Можно ли использовать фланец из стали 20 для трубопровода с температурой 500°C?
Нет, категорически не рекомендуется. Сталь 20 допускается к применению при температурах до +425°C. Для температуры 500°C необходимо применять теплостойкие стали, например, 15Х5М или аналоги, в зависимости от давления и среды.
Что важнее при выборе: условное давление (Ру) или рабочее давление в системе?
Условное давление фланца (Ру) должно быть не менее рабочего давления в трубопроводе при рабочей температуре. Однако при высоких температурах несущая способность материала падает. Поэтому окончательный выбор осуществляется по расчетным таблицам допустимых давлений в зависимости от температуры, приведенным в стандартах (например, ГОСТ 33259-2015) или по указаниям проектной документации.
Какой тип прокладки рекомендуется для соединения фланцев Ду 50 на паре с давлением 2,4 МПа и температурой 300°C?
Для таких параметров оптимальным выбором будет металлическая оребренная прокладка (тип Spirotallic) или паронитовая прокладка ПОН-Б. Фланцы при этом должны иметь исполнение уплотнительной поверхности под соответствующий тип прокладки (шип-паз или выступ-впадина).
Заключение
Фланец стальной воротниковый Ду 50 является стандартизированным, надежным и эффективным элементом трубопроводных систем среднего давления. Его правильный выбор, учитывающий параметры среды (давление, температура, химический состав), стандарт исполнения и материал, является критически важным для обеспечения герметичности, долговечности и безопасности эксплуатации энергетического и промышленного оборудования. Строгое соблюдение технологий монтажа и контроля качества сварных соединений и затяжки крепежа завершает создание надежного фланцевого узла.