Фланцы воротниковые Ду 150: конструкция, стандарты, применение и монтаж

Фланец воротниковый (приварной встык) Ду 150 представляет собой стальное кольцо с конусной шейкой (воротником), предназначенное для соединения трубопроводной арматуры, оборудования и участков труб. Основное отличие от плоских фланцев — наличие конического переходного участка, который приваривается к трубе встык. Это обеспечивает более высокую прочность и надежность соединения, особенно в условиях высоких давлений, температур и вибрационных нагрузок. Номинальный диаметр (Ду или DN) 150 мм указывает на условный проход, соответствующий внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода.

Конструктивные особенности и геометрия

Конструкция воротникового фланца оптимизирована для перераспределения механических напряжений. Коническая шейка плавно сопрягает зону сварного шва с телом фланца, что значительно снижает концентрацию напряжений в месте соединения. Геометрия строго регламентирована стандартами. Ключевые элементы:

• Условный проход (Ду/DN): 150 мм.
• Наружный диаметр трубы: Для Ду 150 чаще всего соответствует 159 мм (труба 159х6, 159х8 и т.д.), но может варьироваться в зависимости от толщины стенки.
• Диаметр окружности болтов (Dб): Расстояние между осями противоположных болтов. Критический размер для совмещения с ответными фланцами.
• Количество и диаметр отверстий под крепеж: Определяется типом и давлением.
• Толщина фланца (h): Вместе с высотой воротника (h1) определяет механическую стойкость.
• Исполнение уплотнительной поверхности: Тип поверхности для размещения прокладки (исполнения 1-9 по ГОСТ 33259).

Основные стандарты и типоразмеры

В России и странах СНГ основным стандартом для воротниковых фланцев является ГОСТ 33259-2015 (на замену устаревшему ГОСТ 12821-80), гармонизированный с европейским EN 1092-1. В энергетике также широко применяются стандарты АН (Атомные Нормы) и отраслевые нормативы. Для Ду 150 ключевые параметры по ГОСТ 33259 для наиболее распространенных рядов давления (PN) приведены в таблице.

Основные параметры фланцев воротниковых Ду 150 по ГОСТ 33259-2015 (выдержка)

PN, (Ру)	Наружный диаметр фланца D, мм	Диаметр болтовой окружности Dб, мм	Количество и диаметр болтов (шпилек)	Диаметр болтов (шпилек), мм	Толщина фланца h, мм (мин.)
PN 10 (1,0 МПа)	280	240	8	M20	24
PN 16 (1,6 МПа)	285	240	8	M20	26
PN 25 (2,5 МПа)	300	250	12	M20	28
PN 40 (4,0 МПа)	320	280	12	M24	32
PN 63 (6,3 МПа)	345	298	12	M27	38
PN 100 (10,0 МПа)	380	332	16	M27	44

Материалы изготовления

Выбор материала определяется рабочими параметрами среды (давление, температура, агрессивность) и нормативной документацией. Фланцы изготавливаются методом ковки, штамповки или механической обработки из поковок.

• Углеродистые стали (Ст20, 25Л): Для неагрессивных сред (вода, пар, нефтепродукты) при температурах от -40 до +425°C.
• Легированные стали (09Г2С, 13ХФА, 15Х5М): Для работы при низких температурах (до -70°C) или высоких (до +600°C). Сталь 15Х5М применяется в средах с повышенной сероводородной агрессией.
• Нержавеющие стали (12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 06ХН28МДТ): Для коррозионно-активных сред, окислительных сред, в пищевой и химической промышленности. Обладают стойкостью к межкристаллитной коррозии.

Область применения в энергетике и промышленности

Фланцы Ду 150 широко используются на ответственных участках трубопроводных систем:

• Теплоэнергетика: Магистрали питательной воды, паропроводы среднего и высокого давления, трубопроводы технической воды на ТЭЦ и АЭС.
• Нефтегазовая отрасль: Технологические трубопроводы промыслов, магистрали транспортировки нефти и газа, системы подготовки и осушки.
• Химическая промышленность: Соединения аппаратов, реакторов и трубопроводов, транспортирующих агрессивные химические продукты.
• Общепромышленное применение: Магистральные сети сжатого воздуха, системы пожаротушения, вентиляции высокого давления.

Технология монтажа и сварки

Качество монтажа фланцевого соединения напрямую влияет на его герметичность и долговечность. Монтаж воротникового фланца включает несколько ключевых этапов:

1. Подготовка: Проверка маркировки, геометрии, чистоты уплотнительных поверхностей. Торец трубы должен быть подготовлен под сварку (скошен под углом).
2. Прихватка и центровка: Фланец надевается на трубу, выравнивается относительно оси. Выполняется предварительная прихватка в 2-3 точках.
3. Сварка: Выполняется два сварных шва: стыковой шов между воротником и трубой (основной) и угловой шов с внутренней стороны фланца. Требуется строгое соблюдение технологии сварки (подбор электродов, режимы, многослойная проварка) с последующим контролем (визуальный, УЗК, рентген).
4. Сборка соединения: Установка прокладки (паронитовая, спирально-навитая, металлическая овального или восьмигранного сечения). Совмещение ответных фланцев. Вставка болтов/шпилек с шайбами. Равномерная затяжка крепежа крест-накрест динамометрическим ключом до заданного момента.

Контроль качества и дефектация

Каждый фланец должен иметь маркировку, включающую: товарный знак изготовителя, марку стали, номинальное давление (PN), условный проход (DN), обозначение стандарта. При приемке визуально проверяется отсутствие:

• Раковин, трещин, закатов на поверхности.
• Задиров и рисок на уплотнительной поверхности.
• Деформации фланца (искривления плоскости).
• Некорректной геометрии отверстий под крепеж.

Для ответственных объектов проводятся дополнительные испытания: ультразвуковой контроль (УЗК) металла, измерение твердости, химический анализ материала.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем воротниковый фланец принципиально лучше плоского приварного?

Воротниковый фланец обеспечивает более высокую прочность соединения за счет плавного перехода (конуса) и сварки встык. Он рассчитан на более высокие давления и температуры, лучше работает при изгибающих нагрузках и вибрации. Плоский фланец, привариваемый двумя угловыми швами, создает большую концентрацию напряжений и используется для менее ответственных систем.

Как правильно выбрать исполнение уплотнительной поверхности для Ду 150?

Выбор исполнения зависит от типа прокладки и рабочей среды:

• Исполнение 1 (гладкая): Для мягких прокладок (резина, паронит) при низких давлениях.
• Исполнение 2-4 (выступ-впадина, шип-паз): Для металлических и спирально-навитых прокладок в системах среднего и высокого давления. Наиболее распространены в энергетике.
• Исполнение 5 (под линзовую прокладку): Для систем сверхвысокого давления.
• Исполнение 6 (под прокладку овального сечения): Для высоких параметров в нефтехимии.

Требуется согласование с проектной документацией.

Можно ли использовать фланец PN 40 на трубопроводе, рассчитанном на давление 2,5 МПа (PN 25)?

Да, с технической точки зрения это допустимо. Фланец с более высоким номинальным давлением (PN 40) имеет большие толщину и прочность, чем требуется для PN 25. Однако необходимо проверить совпадение геометрических параметров (диаметр болтовой окружности, количество и диаметр отверстий) с ответной арматурой или оборудованием. Экономически это часто нецелесообразно из-за более высокой стоимости фланца и крепежа.

Какой крепеж применяется для фланцевых соединений Ду 150?

Для соединений, работающих при температурах до 400-425°C, применяются болты (для PN до 25) или шпильки (для PN 40 и выше) из углеродистых сталей (класс прочности 5.6, 8.8). Для более высоких температур или особых условий используют термостойкий крепеж из легированных сталей (30ХМА, 25Х1МФ). Обязательно применение шестигранных гаек и, как правило, усиленных шайб.

Каковы основные причины разгерметизации фланцевого соединения Ду 150?

• Неравномерная или недостаточная затяжка болтов/шпилек.
• Некорректный подбор или повреждение прокладки.
• Несоосность соединяемых фланцев (перекос).
• Дефекты сварного шва при монтаже воротникового фланца.
• Ползучесть материала или ослабление крепежа при длительной работе в высокотемпературном режиме.
• Коррозионное повреждение уплотнительных поверхностей.

Заключение

Фланец воротниковый Ду 150 является критически важным элементом ответственных трубопроводных систем в энергетике, нефтегазовой и химической отраслях. Его правильный выбор, основанный на анализе рабочих параметров, стандартов и материалов, а также строгое соблюдение технологий монтажа и контроля качества — обязательные условия для создания надежных, долговечных и безопасных соединений. Проектировщикам и монтажникам необходимо руководствоваться актуальными нормативными документами и спецификациями производителей оборудования для обеспечения безаварийной работы всего трубопроводного комплекса.