Фланцы стальные воротниковые Ду 80
Фланцы стальные воротниковые Ду 80: технические характеристики, стандарты и применение
Фланец стальной воротниковый (приварной встык) на условный проход Ду 80 является одним из наиболее востребованных типов соединительных элементов в магистральных и технологических трубопроводах среднего и высокого давления, а также в энергетическом оборудовании. Его конструктивная особенность заключается в наличии конической шейки (воротника), которая обеспечивает плавный переход от фланца к трубе, что значительно снижает концентрацию напряжений в сварном шве и повышает надежность соединения в условиях знакопеременных нагрузок, вибраций и температурных расширений. Данный тип фланца предназначен для соединения труб, арматуры, насосов, теплообменников, сосудов и аппаратов.
Конструктивные особенности и преимущества
Фланец воротниковый состоит из двух основных элементов: собственно фланца с кольцевой уплотнительной поверхностью и конической шейки для приварки. Шейка имеет скос под сварной шов, что обеспечивает высокое качество и прочность соединения. Ключевые преимущества данного типа фланцев:
- Высокая прочность и надежность: Конструкция воротника минимизирует изгибающие моменты в зоне сварки, что критически важно для систем высокого давления (Ру от 1,6 до 20,0 МПа и выше).
- Долговечность при циклических нагрузках: Плавный переход увеличивает усталостную прочность соединения, что актуально для энергоблоков, технологических установок с пульсирующими потоками.
- Удобство монтажа: Перед сваркой фланец свободно размещается на трубе, что позволяет точно совместить отверстия под шпильки с ответным фланцем, после чего выполняется сварка.
- Широкий диапазон применения: Подходит для работы в широком диапазоне температур (от -70 до +600 °C в зависимости от марки стали) и агрессивных сред.
- Углеродистые стали обыкновенного качества: Ст20, Ст3сп – для неагрессивных сред, воды, пара, инертных газов при температурах от -30 до +425 °C.
- Легированные стали: 09Г2С – для работы при низких температурах (до -70 °C) и повышенных нагрузках.
- Нержавеющие стали: 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т (аустенитные классы) – для агрессивных сред (кислоты, щелочи), пищевой промышленности, объектов с высокими требованиями к чистоте среды.
- Жаропрочные стали: 15Х5М – для энергетических установок, трубопроводов пара высоких параметров (температура до +600 °C).
- Теплоэнергетика: Трубопроводы питательной воды, пара низкого и среднего давления, конденсатопроводы, дренажные системы турбоагрегатов и котельного оборудования.
- Атомная энергетика: Вспомогательные трубопроводы неядерного класса безопасности.
- Нефтегазовая и химическая промышленность: Технологические линии, магистрали для транспортировки углеводородов, реагентов, продуктов переработки.
- Судостроение: Системы топливоподачи, охлаждения, пожаротушения на судах.
- Рабочее давление (Ру) и температуру среды.
- Химический состав и агрессивность транспортируемой среды.
- Требования стандарта (ГОСТ, ASME).
- Тип уплотнительной поверхности (RF, T/G, FF).
- Наличие сертификатов соответствия и паспортов качества от производителя, включая результаты механических испытаний и ультразвукового контроля (при необходимости).
Основные стандарты и технические требования
В Российской Федерации и странах СНГ основным нормативным документом, регламентирующим параметры фланцев стальных воротниковых, является ГОСТ 33259-2015 (аналог серии стандартов EN 1092-1). Данный стандарт пришел на смену устаревшему ГОСТ 12821-80, но продукция по старому стандарту также находится в эксплуатации. Для энергетической отрасли часто применяются стандарты Американского института национальных стандартов (ANSI), в частности ASME/ANSI B16.5. Фланец Ду 80 соответствует номинальному диаметру NPS 3″.
Геометрические параметры и размеры (по ГОСТ 33259-2015, ряд давлений PN16 и PN40)
Условный проход Ду 80 соответствует наружному диаметру трубы, на которую устанавливается фланец, например, 89 мм или 88,9 мм. Основные размеры для двух классов давления представлены в таблице.
| Параметр | Обозначение | PN16 (Ру 1,6 МПа) | PN40 (Ру 4,0 МПа) |
|---|---|---|---|
| Наружный диаметр фланца | D | 200 мм | 200 мм |
| Диаметр окружности болтов | K | 160 мм | 160 мм |
| Количество и диаметр отверстий под шпильки | n × d | 8 × 18 мм | 8 × 18 мм |
| Толщина фланца | C | 20 мм | 24 мм |
| Высота воротника | H | 60 мм | 65 мм |
| Наружный диаметр воротника | D1 | 133 мм | 138 мм |
| Тип уплотнительной поверхности | — | Выступ-впадина (RF), шип-паз (T/G) | Выступ-впадина (RF), шип-паз (T/G) |
Материалы изготовления и выбор марки стали
Выбор материала фланца определяется параметрами рабочей среды: давлением, температурой, коррозионной активностью. Основные марки сталей регламентированы стандартами.
Технология монтажа и сварки
Монтаж фланца воротникового Ду 80 требует строгого соблюдения технологии сварки. Соединение является стыковым и выполняется двумя сварными швами: один – со стороны фланца к воротнику, второй – со стороны воротника к трубе. Рекомендуется использовать ручную дуговую сварку (РДС), аргонодуговую сварку (TIG) или их комбинацию. Критически важным является контроль качества швов методами неразрушающего контроля (визуальный и измерительный контроль, ультразвуковая дефектоскопия или радиография). Перед монтажом необходимо проверить соосность отверстий под крепеж, чистоту уплотнительных поверхностей, которые не должны иметь забоин, раковин и рисок.
Области применения в энергетике и промышленности
Фланцы Ду 80 широко используются в следующих системах:
Критерии выбора и контроль качества
При выборе фланца стального воротникового Ду 80 необходимо учитывать:
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), что создает высокую концентрацию напряжений и менее надежно при изгибающих нагрузках. Воротниковый фланец приваривается встык одним стыковым швом, обеспечивая прочность, близкую к прочности цельной трубы. Он предназначен для более высоких давлений и ответственных объектов.
Как перевести Ду 80 в дюймы и какие есть аналоги по стандарту ASME?
Условный проход Ду 80 соответствует номинальному диаметру NPS 3 дюйма (3″). Таким образом, фланец по ASME/ANSI B16.5 Class 150/300 с NPS 3″ является аналогом, но требует проверки геометрических размеров и допусков, так как они не полностью взаимозаменяемы с ГОСТ без перерасчета.
Как правильно подобрать прокладку и крепеж для фланца Ду 80 PN40?
Для фланца с уплотнительной поверхностью «Выступ-впадина» (RF) применяется мягкая металлическая прокладка (паронит, спирально-навитая) с наружным диаметром 149 мм и внутренним ~ 89 мм. Крепеж – шпильки М16×1,5 с гайками в количестве 8 шт. Класс прочности крепежа должен соответствовать давлению и температуре (например, 8.8, 10.9).
Каковы допустимые отклонения по размерам и шероховатости уплотнительной поверхности?
По ГОСТ 33259-2015 отклонение по диаметру окружности отверстий под болты (K) не должно превышать ±0,8 мм. Шероховатость поверхности выступа (Ra) для RF-типа должна быть не более 3,2 мкм. На поверхности не допускаются радиальные рисоки и следы обработки.
Можно ли использовать фланец из стали 09Г2С для паропровода с температурой +500 °C?
Нет, нельзя. Сталь 09Г2С является низколегированной и предназначена в первую очередь для работы при низких температурах. Для паропроводов с температурой +500 °C необходимо применять термостойкие стали, такие как 15Х5М или аналоги, которые сохраняют прочностные характеристики в условиях ползучести.
Какой метод неразрушающего контроля сварных швов фланцев является обязательным?
Для ответственных трубопроводов классов опасности I и II согласно ПБ 03-585-03 обязательным является 100-процентный контроль радиографическим (рентгеновским) или ультразвуковым методом. Для менее ответственных соединений допускается выборочный контроль.