Фланцы воротниковые Ду 100
Фланцы воротниковые Ду 100: технические характеристики, стандарты и применение
Фланец воротниковый (приварной встык) Ду 100 представляет собой стальное кольцо с конусной шейкой (воротником), предназначенное для соединения трубопроводной арматуры, оборудования и участков труб. Его ключевая конструктивная особенность – наличие конического переходного участка (шейки), который приваривается к трубе встык. Данный тип фланца является одним из наиболее распространенных и надежных в энергетике, нефтехимической промышленности и на объектах с высокими параметрами рабочей среды.
Конструктивные особенности и преимущества
Конструкция воротникового фланца включает: плоский диск с отверстиями под шпильки/болты; центральное отверстие, соответствующее условному проходу (Ду); и коническую шейку, плавно переходящую в диск. Угол наклона шейки и радиус перехода строго регламентированы стандартами, что обеспечивает оптимальное распределение механических напряжений.
Основные преимущества фланцев воротниковых Ду 100:
- Высокая прочность и надежность: Плавный переход от шейки к диску минимизирует концентрацию напряжений, что делает соединение устойчивым к знакопеременным нагрузкам, вибрациям и изгибающим моментам.
- Снижение турбулентности потока: Конструкция шейки обеспечивает плавное изменение сечения, что уменьшает гидравлическое сопротивление и эрозию внутренней поверхности.
- Удобство монтажа: При монтаже фланец сначала насаживается на трубу, затем производится стыковой сварной шов между торцом шейки и трубой. Это обеспечивает простоту центровки и высокое качество сварного соединения.
- Многоразовость: Фланцевое соединение может быть разобрано и собрано повторно, что удобно для обслуживания и ремонта участка трубопровода.
- Исполнение 1: С соединительным выступом. Наиболее распространено для Ру от 1,6 до 20,0 МПа.
- Исполнение 2: С выступом под линзовую прокладку.
- Исполнение 3: С шипом под фторопластовую прокладку.
- Исполнение 4: С пазом под фторопластовую прокладку.
- Исполнение 5: Под прокладку овального сечения. Применяется для высоких давлений (от 6,3 МПа).
- Исполнение 6-9: Под металлические прокладки (шип-паз, паз-шип и др.) для систем с высокими температурами и давлениями.
- Условный проход (Ду): 100 мм
- Наружный диаметр фланца (D): 215 мм
- Диаметр окружности болтов (D1): 180 мм
- Количество и диаметр отверстий под болты: 8 отверстий диаметром 18 мм
- Диаметр болтовой окружности (D6): 148 мм (для исполнения 1)
- Толщина фланца (h): 20 мм
- Высота шейки (H): 56 мм
- Масса (приблизительная): ~3,5 кг (зависит от исполнения и допусков)
- Подготовку: Зачистка торца трубы и внутренней поверхности шейки фланца от загрязнений, окалины, масла.
- Центровку и прихватку: Фланец надевается на трубу. Обеспечивается соосность. Выполняется 2-3 прихватки.
- Сварку: Выполняется стыковой шов по всему периметру соединения шейки фланца и трубы. Для ответственных объектов применяется аргонодуговая сварка (TIG) корневого шва с последующей дуговой сваркой (MMA) облицовочных слоев.
- Контроль качества: Визуальный и измерительный контроль, неразрушающий контроль (НК) – ультразвуковой или радиографический – для выявления внутренних дефектов шва.
- Тепловая энергетика: Соединения на трубопроводах питательной воды, пара высокого и среднего давления, конденсата. Применяются фланцы из сталей 15Х5М, 12Х18Н10Т.
- Атомная энергетика: Вспомогательные трубопроводные системы. Требования к материалам, изготовлению и контролю максимально строгие (нормы НАЭК).
- Нефтегазовая промышленность: Магистральные и промысловые трубопроводы, обвязка насосных и компрессорных станций, технологические установки. Преобладают фланцы по ASME B16.5 и ГОСТ из сталей 09Г2С, 10Г2ФБЮ, A694.
- Химическая промышленность: Трубопроводы агрессивных сред. Используются фланцы из нержавеющих сталей с исполнениями уплотнительных поверхностей под специальные прокладки.
- 1: Исполнение уплотнительной поверхности (с соединительным выступом).
- 100: Условный проход (Ду) в миллиметрах.
- 16: Условное давление (Ру) в кгс/см² (≈1,6 МПа).
- с: Способ изготовления – стальной, цельноштампованный.
- ст.09Г2С: Марка стали – низколегированная конструкционная.
- Для исполнения 1: Паронитовая прокладка ПОН, ПМБ, металлографитовые спирально-навитые прокладки (СНП).
- Для исполнения 5: Прокладка овального или восьмигранного сечения из мягкой стали, легированной стали.
- Для агрессивных сред: Фторопластовые (FEP, PTFE) прокладки, прокладки из терморасширенного графита.
- Ультразвуковой контроль (УЗК) для выявления внутренних дефектов в металле фланца.
- Контроль твердости (по Бринеллю или Роквеллу) на соответствие марке стали.
- Контроль макро- и микроструктуры металла.
- Измерение всех геометрических параметров, включая шероховатость уплотнительной поверхности.
Основные стандарты и типы исполнения поверхностей
Воротниковые фланцы Ду 100 изготавливаются согласно различным стандартам, выбор которых зависит от проекта, страны и отрасли.
Таблица 1. Основные стандарты на фланцы воротниковые Ду 100
| Стандарт | Обозначение | Ключевые параметры | Область применения |
|---|---|---|---|
| ГОСТ 33259-2015 (на замену ГОСТ 12821-80) | Фланец 1-100-16с (1 – исполнение, 100 – Ду, 16 – Ру в кгс/см²) | Условное давление: 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10,0; 16,0; 20,0; 25,0 МПа (кгс/см²). Исполнения 1-9 по типу уплотнительной поверхности. | Страны СНГ, объекты ТЭК, магистральные трубопроводы. |
| EN 1092-1 (европейский) | PN16 DN100 Type 11 | Номинальное давление: PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250, PN320, PN400. Тип 11 – фланец с конической шейкой. | Европейские проекты, объекты в РФ, построенные по евростандартам. |
| ASME/ANSI B16.5 (американский) | Weld Neck Flange 4″ Class 150 | Номинальный диаметр в дюймах (4″ ≈ Ду100). Классы давления: 150, 300, 600, 900, 1500, 2500. Материальные группы (ASTM). | Объекты нефтегазовой отрасли, построенные по американским стандартам, импортное оборудование. |
Типы уплотнительных поверхностей (исполнений по ГОСТ)
Материалы изготовления и выбор марки стали
Выбор материала фланца определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, агрессивность), а также требованиями стандарта. Основные марки сталей:
Таблица 2. Распространенные марки сталей для фланцев Ду 100
| Марка стали (ГОСТ, ASTM) | Категория | Рабочая температура, °C | Основные области применения |
|---|---|---|---|
| Ст20, 20пс (ASTM A105) | Углеродистая сталь общего назначения | От -40 до +475 | Водяные, паровые, воздушные трубопроводы низкого и среднего давления. |
| 09Г2С (ASTM A350 LF2) | Низколегированная конструкционная сталь | От -70 до +475 | Трубопроводы, работающие при низких температурах (северное исполнение). |
| 12Х18Н10Т (ASTM A182 F321/F304) | Аустенитная коррозионно-стойкая сталь | До +600 | Агрессивные среды: кислоты, щелочи, пищевая промышленность. |
| 15Х5М (ASTM A182 F5, F5a) | Жаропрочная легированная сталь | До +650 | Трубопроводы перегретого пара, нефтеперерабатывающие установки (печные линии). |
| 10Г2ФБЮ (ASTM A694 F65) | Высокопрочная низколегированная сталь | От -40 до +475 | Магистральные газо- и нефтепроводы высокого давления. |
Геометрические параметры и масса
Для фланца Ду 100 по ГОСТ 33259-2015 на Ру 1,6 МПа (16 кгс/см²) основные размеры следующие:
Важно: При переходе между стандартами (например, ГОСТ и ASME) необходимо учитывать полное несоответствие геометрических параметров и давлений, даже при схожем условном проходе. Фланец 4″ Class 150 не является полным аналогом фланца Ду 100 Ру 1,6 МПа.
Технология монтажа и сварки
Монтаж воротникового фланца осуществляется стыковой сваркой. Процесс регламентируется документами РД, СНиП и включает:
Критически важно, чтобы после сварки внутренний диаметр шейки фланца и внутренний диаметр трубы совпадали, не создавая заусенцев, вызывающих турбулентность и эрозию.
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем воротниковый фланец отличается от плоского приварного?
Плоский фланец приваривается двумя угловыми швами (с внутренней и внешней стороны), что создает высокую концентрацию напряжений и менее надежно при изгибающих нагрузках. Воротниковый фланец, привариваемый встык одним швом, обеспечивает плавный переход напряжений и повышенную усталостную прочность, что критически важно для динамически нагруженных трубопроводов.
Как правильно расшифровать обозначение «Фланец 1-100-16с ст.09Г2С»?
Можно ли стыковать фланцы по ГОСТ и по ASME?
Прямое соединение фланцев разных стандартов, как правило, невозможно из-за различий в геометрии (диаметр и количество отверстий под болты, диаметры расточки, толщина), а также в системах классификации давления. Для такого соединения необходим специальный переходной фланец (адаптер) или применение глухой фланцевой заглушки с разными стандартами на сторонах.
Как выбрать уплотнение для фланцевого соединения Ду 100?
Выбор прокладки зависит от исполнения уплотнительной поверхности фланца и параметров среды:
Каков порядок затяжки болтов фланцевого соединения?
Затяжка должна производиться динамометрическим ключом по определенной схеме (крест-накрест) в несколько этапов (например, 30%, 60%, 100% от расчетного момента затяжки). Это обеспечивает равномерное прилегание прокладки и предотвращает перекос. Момент затяжки рассчитывается исходя из параметров прокладки, давления и типа болтов.
Какие виды контроля обязательны для фланцев на ответственных объектах?
Помимо входного контроля сертификатов и маркировки, проводятся:
Заключение
Фланец воротниковый Ду 100 является критически важным элементом любого трубопровода высокого давления. Его правильный выбор по стандарту, материалу, исполнению и давлению определяет надежность, долговечность и безопасность всей системы. Монтаж и обслуживание таких соединений требуют строгого соблюдения технологических регламентов и норм контроля. Понимание нюансов конструкции, стандартизации и применения позволяет специалистам энергетической и нефтегазовой отраслей принимать обоснованные технические решения и обеспечивать безаварийную работу объектов.