Фланец воротниковый (приварной встык) на условный проход (Ду) 15 мм представляет собой один из наиболее распространенных и критически важных элементов трубопроводной арматуры и соединений в энергетике, нефтегазовой и химической промышленности. Его основное назначение – создание разъемного, герметичного и прочного соединения участков труб, запорной, регулирующей арматуры, аппаратов и сосудов, работающих под давлением и при высоких температурах. Отличительной чертой воротникового фланца является наличие конической горловины (воротника), которая обеспечивает плавный переход от фланца к трубе, снижая концентрацию напряжений и повышая усталостную прочность соединения.
Фланец воротниковый Ду 15 состоит из двух основных частей: собственно фланцевого диска и приварной шейки (воротника). Диск имеет стандартизированную геометрию с отверстиями под шпильки или болты. Воротник представляет собой участок с коническим переходом, который приваривается к трубе встык (стыковым швом). Это ключевое отличие от плоских фланцев, которые насаживаются на трубу и привариваются двумя угловыми швами. Конструкция воротника обеспечивает:
Производство и поставка фланцев воротниковых Ду 15 регламентируется рядом межгосударственных и отраслевых стандартов. Выбор стандарта определяет геометрические размеры, типы уплотнительных поверхностей, материалы и рабочие параметры.
Согласно ГОСТ 12821-80 и ГОСТ 33259-2015, основные параметры для фланца Ду 15 (номинальный диаметр DN 15) в зависимости от условного давления (PN) приведены в таблице.
| Условное давление, Ру (МПа) | Наружный диаметр фланца, D (мм) | Диаметр болтовой окружности, Dб (мм) | Количество и диаметр отверстий под болты/шпильки | Диаметр уплотнения, Dу (мм) | Толщина фланца, h (мм) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 (10 кгс/см²) | 95 | 65 | 4 x M12 | 44 | 12 |
| 1.6 (16 кгс/см²) | 95 | 65 | 4 x M12 | 44 | 14 |
| 2.5 (25 кгс/см²) | 95 | 65 | 4 x M12 | 44 | 16 |
| 4.0 (40 кгс/см²) | 95 | 65 | 4 x M12 | 44 | 18 |
| 6.3 (63 кгс/см²) | 105 | 75 | 4 x M16 | 44 | 20 |
| 10.0 (100 кгс/см²) | 115 | 85 | 4 x M16 | 51 | 22 |
| 16.0 (160 кгс/см²) | 135 | 100 | 4 x M20 | 51 | 28 |
| 20.0 (200 кгс/см²) | 145 | 110 | 4 x M20 | 51 | 32 |
Для обеспечения герметичности стыка между двумя фланцами используются прокладки, форма и материал которых должны соответствовать типу уплотнительной поверхности фланца. Для Ду 15 актуальны все основные типы:
Выбор марки стали для фланца Ду 15 определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, агрессивность) и регламентируется стандартами.
| Материал (марка стали) | Обозначение по ГОСТ 33259 | Пределы рабочих температур, °C | Основные области применения |
|---|---|---|---|
| Углеродистая сталь обыкновенного качества (Ст3сп) | 1.0038 / RSt37-2 | -40 до +300 | Водопровод, пар низкого давления, нейтральные среды. |
| Качественная углеродистая сталь (20, 25) | 1.0402 / C22.8 | -40 до +400 | Трубопроводы общего назначения, пар средних параметров. |
| Легированная сталь (09Г2С) | 1.0481 / P355GH | -70 до +450 | Трубопроводы в северном исполнении, ответственные конструкции. |
| Жаропрочная легированная сталь (15Х5М, 12Х18Н9Т) | 1.7357 / 13CrMo4-5; 1.4541 / X6CrNiTi18-10 | до +600 (для 15Х5М); до +600 (для 12Х18Н9Т) | Трубопроводы высоких параметров (перегретый пар), агрессивные среды (кислоты, щелочи). |
Фланцы воротниковые Ду 15 находят применение в системах с малым условным проходом, но высокими требованиями к надежности:
Монтаж фланца воротникового Ду 15 осуществляется стыковой сваркой. Это ответственная операция, требующая квалификации сварщика и соблюдения технологии.
После сварки необходимо проверить параллельность устанавливаемых фланцевых пар и отсутствие перекоса.
Плоский фланец насаживается на трубу и приваривается двумя угловыми швами (с внутренней и внешней стороны). Воротниковый фланец приваривается встык одним стыковым швом. Это обеспечивает более высокую механическую прочность, стойкость к изгибу и вибрации, а также лучшие гидродинамические характеристики соединения.
Согласно ГОСТ, обозначение должно включать: тип фланца, условный проход, условное давление, тип уплотнительной поверхности, марку материала и стандарт. Пример: Фланец 1-15-100 ст. 20 ГОСТ 33259-2015, где: 1 – исполнение (тип поверхности «шип-паз»), 15 – Ду, 100 – Ру (10 МПа), ст.20 – марка стали.
Для данных параметров оптимальным выбором будет паронитовая прокладка общего назначения (ПОН) или усиленная (ПУ). Для типа поверхности «шип-паз» или «выступ-впадина» прокладка должна соответствовать их геометрии. При температуре выше 450°C применяются металлические (стальные) или металлографитовые прокладки.
Категорически нет. Рабочее давление фланцевого соединения определяется не только прочностью самого фланца, но и характеристиками болтов, прокладки, а также качеством сварного шва. Использование фланца с меньшим, чем требуется, номинальным давлением приведет к разгерметизации или разрушению соединения.
Крепеж должен соответствовать давлению, температуре и материалу фланцев. Для PN 16 (16 МПа) по ГОСТ 12821-80 для фланца Ду 15 требуется 4 шпильки М20. Материал крепежа (например, сталь 35Х или 25Х1МФ) должен иметь прочностные характеристики, обеспечивающие создание необходимого усилия обтяжки без саморазрушения. Гайки обычно подбираются в пару к шпилькам.
Основные дефекты: непровар корня шва, поры и шлаковые включения, подрезы, смещение кромок (несоосность), трещины (горячие и холодные). Все эти дефекты снижают прочность соединения и недопустимы в ответственных трубопроводах.
Фланец воротниковый Ду 15, несмотря на малый размер, является высокоответственным элементом трубопроводных систем в энергетике. Его правильный выбор по стандарту, материалу, типу уплотнения и давлению, а также качественный монтаж и контроль сварного соединения являются обязательными условиями для обеспечения надежности и безопасности всего технологического комплекса. Профессиональный подход к проектированию, закупке и монтажу фланцевых соединений позволяет минимизировать риски аварийных ситуаций и продлить срок безаварийной эксплуатации оборудования.