Фланцы воротниковые Ду 200

Фланцы воротниковые стальные приварные встык (Dу 200): конструкция, стандарты, применение и монтаж

Фланец воротниковый стальной приварной встык (англ. Welding Neck Flange, WNF) типа 11 по ГОСТ 33259-2015 (ранее ГОСТ 12821-80) на условный проход Dу 200 является одним из наиболее ответственных и широко применяемых типов соединительных деталей трубопроводов в энергетике, нефтехимической промышленности и на объектах с высокими параметрами рабочей среды. Его основное назначение – обеспечение герметичного, прочного и разъемного соединения участков трубопровода, арматуры, аппаратов и сосудов, работающих под высоким давлением и при повышенных температурах.

Конструктивные особенности и терминология

Фланец воротниковый Dу 200 характеризуется наличием конической шейки (воротника), которая приваривается встык к торцу трубы такого же или близкого номинального диаметра. Конструкция состоит из следующих ключевых элементов:

• Диск (полотно): Основная плоская часть с отверстиями под шпильки или болты. Внешний диаметр и количество отверстий стандартизированы.
• Коническая шейка (воротник): Плавный переход от толщины стенки трубы к толщине диска фланца. Это обеспечивает оптимальное перераспределение механических напряжений, снижая концентрацию напряжений в зоне сварного шва.
• Торцевая поверхность уплотнения: Рабочая поверхность, на которую устанавливается прокладка. Для Dу 200 наиболее распространены исполнения с соединительным выступом (шип-паз, выступ-впадина) или под овальную/восьмигранную прокладку, реже – гладкая.
• Сварной торец: Торец конической шейки, подготовленный под сварку с трубой. Толщина стенки шейки и угол скоса соответствуют толщине стенки соединяемой трубы.

Именно коническая шейка является главным отличием и преимуществом данного типа фланцев, делая их предпочтительными для тяжелых условий эксплуатации.

Основные технические параметры и стандарты для Dу 200

Параметры фланцев воротниковых регламентируются межгосударственными и отраслевыми стандартами. Для условного прохода Dу 200 (номинальный диаметр 200 мм) ключевыми стандартами являются ГОСТ 33259-2015 (на фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление от PN 1 до PN 400) и серия ГОСТ 9399, ГОСТ 28919 и др. на фланцы стальные для сосудов и аппаратов. Параметры также могут регулироваться стандартами ASME B16.5 (для североамериканского рынка) или EN 1092-1 (для европейского).

Основные параметры для фланца Dу 200, PN 25 (Ру 2,5 МПа) по ГОСТ 33259-2015:

• Условный проход (Dу): 200 мм.
• Наружный диаметр трубы, на которую устанавливается фланец: Как правило, 219 мм (труба 219×6, 219×8 и т.д., в зависимости от давления).
• Диаметр окружности расположения болтов (D): 340 мм.
• Количество и диаметр отверстий под крепеж: 8 отверстий диаметром 27 мм (под болт М24).
• Тип уплотнительной поверхности: Исполнение 1 (с соединительным выступом), Исполнение 2 (с выступом), Исполнение 3 (с впадиной), Исполнение 4 (под линзовую прокладку), Исполнение 5 (под прокладку овального сечения).
• Материал: Сталь 20, 09Г2С, 12Х18Н10Т, 15Х5М и другие в зависимости от требований к температуре и коррозионной стойкости.

Таблица 1. Сводные данные по фланцам воротниковым Dу 200 для различных давлений (ГОСТ 33259-2015)

Условное давление, PN	Давление Ру, МПа (кгс/см²)	Наружный диаметр фланца, D, мм	Диаметр болтовой окружности, Dб, мм	Количество и диаметр отверстий	Толщина фланца, h, мм, не менее
PN 6 (0,6)	0,6 (6)	335	295	8 x M20	20
PN 10 (1,0)	1,0 (10)	340	300	8 x M20	22
PN 16 (1,6)	1,6 (16)	340	300	8 x M20	24
PN 25 (2,5)	2,5 (25)	340	300	8 x M24	26
PN 40 (4,0)	4,0 (40)	345	310	12 x M24	30
PN 63 (6,3)	6,3 (63)	355	325	12 x M27	36
PN 100 (10,0)	10,0 (100)	380	350	12 x M30	44

Области применения в энергетике и промышленности

Фланцы воротниковые Dу 200 применяются на критически важных участках трубопроводных систем:

• Магистральные трубопроводы пара и горячей воды на ТЭЦ и АЭС: Соединение участков паропроводов, питательных трубопроводов, линий редуцирования.
• Технологические трубопроводы энергоблоков: Подводы к турбинам, теплообменникам, сепараторам, деаэраторам.
• Нефтегазопереработка: Линии высокого давления, соединения колонн, реакторов, теплообменной аппаратуры.
• Химическая промышленность: Трубопроводы агрессивных сред, где требуется надежность соединения и совместимость материала фланца со средой.
• Сосуды и аппараты под давлением: Присоединение штуцеров, патрубков, крышек.

Выбор именно воротникового фланца для Dу 200 обусловлен его высокой стойкостью к механическим нагрузкам (изгибающему моменту, вибрации, давлению), плавным переходом напряжений и возможностью многократного монтажа/демонтажа без потери герметичности.

Материалы изготовления

Выбор марки стали для изготовления фланца Dу 200 определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, химический состав).

• Углеродистые стали обыкновенного качества (Ст3сп) и качественные (Сталь 20): Для неагрессивных сред (вода, пар, воздух, азот) при температурах от -40 до +425°С.
• Низколегированные стали (09Г2С, 17Г1С): Для работы при низких температурах (до -70°С) и повышенных нагрузках.
• Легированные теплоустойчивые стали (15Х5М, 12Х1МФ): Для сред с высокой температурой (до +600°С) – перегретый пар, продукты сгорания.
• Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали (12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х18Н10): Для агрессивных сред (кислоты, щелочи, влажные хлорсодержащие среды).

Технология монтажа и сварки

Качество соединения фланца воротникового Dу 200 с трубой напрямую зависит от соблюдения технологии сварки. Соединение относится к категории стыковых сварных швов с подваркой корня шва.

Основные этапы монтажа:

1. Подготовка: Проверка геометрии фланца и трубы, зачистка торцов от окалины и загрязнений. Контроль совпадения наружных диаметров трубы и шейки фланца.
2. Прихватка: Центрирование и прихватка фланца в 2-3 точках по окружности с обеспечением соосности.
3. Сварка: Выполняется методом ручной дуговой сварки (РДС), аргонодуговой сварки (TIG) или механизированной сварки. Для ответственных объектов применяется двусторонний шов с обязательной подваркой корня. Первый слой часто выполняется TIG-сваркой для обеспечения высокого качества корня шва.
4. Контроль: Визуальный и измерительный контроль (ВИК), ультразвуковой (УЗК) или радиографический контроль (РК) сварного шва для выявления внутренних дефектов.
5. Сборка фланцевого соединения: Установка прокладки (спирально-навитая, овальная, металлическая), центровка фланцев, установка крепежа. Затяжка болтов/шпилек производится динамометрическим ключом по определенной схеме (крест-накрест) для обеспечения равномерного давления на прокладку.

Контроль качества и приемка

Каждый фланец воротниковый Dу 200 для ответственных объектов должен сопровождаться сертификатом соответствия и паспортом. Контролю подлежат:

• Механические свойства материала (предел прочности, текучести, ударная вязкость).
• Химический состав стали (спектральный анализ).
• Геометрические размеры (полный замер по чертежу).
• Качество уплотнительных поверхностей (отсутствие задиров, раковин).
• Результаты контроля сварных соединений (для фланцев, приваренных на заводе-изготовителе).
• Маркировка (условное давление, Dу, марка стали, клеймо производителя).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем фланец воротниковый Dу 200 отличается от плоского приварного?

Плоский приварной фланец (ГОСТ 33259-2015, тип 01) приваривается двумя угловыми швами (с внутренней и внешней стороны), что создает высокую концентрацию напряжений. Воротниковый фланец приваривается одним стыковым швом, а его коническая шейка обеспечивает плавное перераспределение нагрузок. Это делает его значительно более прочным и надежным для высоких давлений, циклических нагрузок и температурных расширений.

Как правильно подобрать толщину стенки шейки фланца под конкретную трубу?

Толщина стенки конической шейки фланца в сварном торце (обозначается обычно как S1) должна быть максимально близка к толщине стенки соединяемой трубы (Sтр). Допускается разница, как правило, не более 2-3 мм. Если труба имеет большую толщину, то требуется обработка (снятие фаски) торца трубы для создания плавного перехода. Основное правило: прочность сварного соединения не должна быть ниже прочности основного металла трубы.

Какие прокладки используются для фланцевых соединений Dу 200 PN 40?

Для фланцев Dу 200 PN 40 (Ру 4,0 МПа) с уплотнительной поверхностью Исполнения 1 (шип-паз) или Исполнения 5 (под овальную прокладку) применяются:

• Спирально-навитые прокладки (СНП) с наполнителем из фторопласта или графита и наружным ограничительным кольцом из стали.
• Металлические овальные или восьмигранные прокладки из мягких сталей (08кп, 10) или легированных сталей (13ХФА) для высоких температур.
• Для менее ответственных соединений могут применяться фторопластовые или паронитовые прокладки соответствующего сечения.

Выбор прокладки регламентируется технологическим регламентом трубопровода.

Как маркируется фланец воротниковый Dу 200 из стали 09Г2С на давление PN 25?

Пример условного обозначения по ГОСТ 33259-2015: Фланец 11-200-25 09Г2С ГОСТ 33259-2015, где:

• 11 – тип (воротниковый).
• 200 – условный проход Dу, мм.
• 25 – условное давление PN.
• 09Г2С – марка стали.

Дополнительно может указываться исполнение уплотнительной поверхности, например, Исп.1.

Каков порядок затяжки болтов на фланцевом соединении Dу 200?

Затяжка должна быть равномерной. Используется схема «крест-накрест» или «звезда». Количество проходов: предварительная затяжка (около 30% от усилия), затем затяжка в несколько проходов до 100% расчетного усилия. Обязательно использование калиброванного динамометрического инструмента. Усилие затяжки рассчитывается исходя из параметров среды, типа прокладки и материала крепежа.

Можно ли использовать фланец воротниковый Dу 200 PN 40 для работы при давлении 6,0 МПа, но при повышенной температуре?

Нет, прямое использование недопустимо. Условное давление PN указывает на максимальное рабочее давление при температуре 20°C. С ростом температуры допустимое рабочее давление для того же фланца снижается. Для работы при температуре, например, +400°C и давлении 6,0 МПа необходимо выполнить расчет на прочность и, скорее всего, потребуется фланец с более высоким номинальным давлением (например, PN 63) или из более теплоустойчивой стали. Выбор осуществляется по таблицам допустимых давлений в зависимости от температуры для конкретной марки стали.