Фланцы воротниковые Ду 40
Фланцы воротниковые Ду 40: конструкция, стандарты, применение и монтаж
Фланец воротниковый (приварной встык) Ду 40 – это тип соединительной детали трубопроводной арматуры, предназначенный для надежного и герметичного соединения участков труб, запорной, регулирующей аппаратуры, аппаратов и резервуаров в системах, работающих под широким диапазоном давлений и температур. Условный проход (Ду, DN) 40 мм соответствует внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода и является одним из наиболее востребованных типоразмеров в энергетике, нефтегазовой, химической промышленности и коммунальном хозяйстве. Ключевая особенность воротникового фланца – наличие конической переходной части (воротника, юбки), которая приваривается встык к торцу трубы, что обеспечивает высокую прочность соединения, стойкость к вибрациям и изгибающим нагрузкам.
Конструктивные особенности и преимущества
Конструкция фланца воротникового Ду 40 строго регламентирована. Основными элементами являются:
- Диск: Основная несущая часть с отверстиями под шпильки или болты. Толщина диска и диаметр окружности расположения отверстий (PCD) определяются давлением.
- Высокая прочность и надежность соединения, особенно при переменных нагрузках, вибрациях и тепловых расширениях.
- Возможность применения в системах высокого (до 20 МПа и более) и сверхвысокого давления.
- Лучшее распределение механических напряжений в зоне соединения с трубой.
- Удобство монтажа и центровки при сборке.
- Длительный срок службы в ответственных технологических линиях.
- Углеродистые и низколегированные стали (Ст20, 09Г2С, A105, P235GH): Применяются для неагрессивных сред (вода, пар, воздух, нефть, природный газ) при температурах от -40 до +425°С. Сталь 09Г2С используется для низких температур (до -70°С).
- Легированные теплоустойчивые стали (15Х5М, 12Х1МФ, 13CrMo4-5): Для сред с высокой температурой (до +600°С) – паропроводы, линии перегрева в энергетике.
- Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали (12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, AISI 304/321/316): Для агрессивных сред (кислоты, щелочи, растворы), пищевой и фармацевтической промышленности, объектов с высокими требованиями к чистоте среды.
- Дуплексные и супердуплексные стали (AISI 31803, 32750): Для высокоагрессивных сред, в том числе содержащих хлориды, в нефтегазодобыче и морской среде.
- Тепловая энергетика: Вспомогательные трубопроводы питательной воды, дренажные линии, линии продувки, маслосистемы турбин, трубопроводы низкого и среднего давления пара.
- Атомная энергетика: Системы технического водоснабжения, вентиляции, не относящиеся к первому контуру безопасности, но требующие высокой надежности.
- Нефтегазовая отрасль: Обвязка насосных агрегатов, замерных установок, линии импульсные и контрольные (КИПиА), трубопроводы технологические малого диаметра на установках подготовки и переработки.
- Химическая промышленность: Соединения реакторов, теплообменников, насосов для транспортировки химических реагентов под давлением.
- Коммунальное хозяйство: Сети теплоснабжения (в качестве присоединительных патрубков к задвижкам, регуляторам давления, тепловым пунктам), водопровод высокого давления.
- Подготовка: Проверка маркировки фланца (Ду, Ру, материал, стандарт). Контроль состояния уплотнительных поверхностей – отсутствие забоин, рисок, коррозии. Подготовка торца трубы (очистка, снятие фаски).
- Приварка: Фланец надевается на трубу воротником к торцу. Выполняется точная центровка (соосность отверстий под болты). Прихватка в 2-3 точках. Сварка выполняется квалифицированным сварщиком по технологической карте (ТК). Первый шов – стыковой (корневой), второй – нахлесточный по наружной поверхности воротника. Для ответственных объектов применяется аргонодуговая сварка (TIG) корневого шва. Обязателен визуальный и неразрушающий контроль (НК) швов (чаще всего капиллярный или ультразвуковой).
- Сборка соединения: Установка прокладки (тип и материал прокладки должны соответствовать РТД). Прокладка должна быть чистой и лежать ровно, без перекосов. Установка болтов/шпилек. Затяжка производится динамометрическим ключом крест-накрест (по диагонали) в несколько приемов до достижения усилия, указанного в документации. Запрещено использование ударных инструментов.
- Испытания: Собранный узел подвергается гидравлическим или пневматическим испытаниям на герметичность пробным давлением, превышающим рабочее (как правило, в 1.25-1.5 раза).
- 1 – Исполнение уплотнительной поверхности (с соединительным выступом).
- 40 – Условный проход (Ду) 40 мм.
- 16 – Условное давление (Ру) 16 кгс/см² (1.6 МПа).
- ст. 20 – Материал – сталь марки 20.
- ГОСТ 33259-2015 – Стандарт изготовления.
- Перекос фланцев: Приводит к неравномерной затяжке и течи. Избежать: тщательная центровка перед сваркой, затяжка крест-накрест.
Воротник (юбка): Коническая или цилиндрическая переходная часть, которая приваривается к трубе. Воротник обеспечивает плавный переход напряжений от фланца к трубе, снижая концентрацию напряжений в зоне сварного шва.
Стыковой сварной шов: Выполняется двумя сварными швами – одним по торцу воротника (встык к трубе), а вторым по периметру соединения воротника с наружной поверхностью трубы. Это создает прочное, равнопрочное соединение.
Рабочая поверхность: Поверхность на диске для установки уплотнения. Для Ду 40 наиболее распространены типы исполнений: исполнение 1 (с соединительным выступом), исполнение 2 (с выступом), исполнение 3 (с впадиной), исполнение 4 (с шипом), исполнение 5 (с пазом) и другие по ГОСТ 33259-2015 (ранее ГОСТ 12815-80).
Уплотнительная поверхность: Должна иметь определенную шероховатость для обеспечения герметичности с прокладкой (спирально-навитая, плоская, линзовая, овального сечения).
Преимущества воротниковых фланцев Ду 40 перед плоскими приварными:
Основные стандарты и технические характеристики
Производство и параметры фланцев воротниковых Ду 40 регулируются рядом национальных и международных стандартов. Выбор стандарта определяет геометрию, размеры и допустимые давления.
Таблица 1. Основные стандарты на фланцы воротниковые Ду 40
| Стандарт | Обозначение | Класс давления (Py) | Материал изготовления | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| ГОСТ 33259-2015 | Фланец 40— ГОСТ 33259 | 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250 | Стали 20, 09Г2С, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 15Х5М и др. | Трубопроводы и оборудование на территории РФ и ТС. |
| ГОСТ 33259-2015 (аналог DIN) | Фланец DN 40 PN 16/25/40 | PN 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250 | Стали 20, 09Г2С, 12Х18Н10Т и др. | Для замены импортного оборудования. |
| ASME B16.5 / ASME B16.47 | Weld Neck Flange 1.5″ Class 150, 300, 600, 900, 1500, 2500 | Class 150, 300, 600, 900, 1500, 2500 | A105, A350 LF2, F304, F316, F321 и др. | Объекты, построенные по американским нормам (нефтегаз, энергетика). |
| EN 1092-1 | Flange PN 40 DN 40 Type 11 | PN 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 320, 400 | P235GH, P265GH, 16Mo3, 13CrMo4-5, X6CrNiTi18-10 и др. | Европейские проекты, объекты энергетики и химии. |
Таблица 2. Основные размеры фланца воротникового Ду 40 PN 16 (ГОСТ 33259-2015, исполнение 1)
| Параметр | Обозначение | Значение, мм | Примечание |
|---|---|---|---|
| Условный проход | DN | 40 | Соответствует наружному диаметру трубы 48 мм (57 мм при бесшовном ряде). |
| Наружный диаметр фланца | D | 150 | |
| Диаметр окружности болтов | D1 | 110 | |
| Наружный диаметр воротника | D2 | 66 | Под приварку к трубе. |
| Количество отверстий | n | 4 | |
| Диаметр отверстий под болты | d | 18 | Под болт М16. |
| Толщина диска | h | 18 | |
| Высота воротника | H | ~55 (зависит от ряда) | Длина воротника зависит от давления и толщины стенки трубы. |
Материалы изготовления и выбор марки стали
Выбор материала фланца Ду 40 определяется параметрами рабочей среды: давлением, температурой, агрессивностью, а также требованиями по коррозионной стойкости и ударной вязкости.
Области применения в энергетике и промышленности
Фланцы воротниковые Ду 40 находят применение в следующих критически важных системах:
Технология монтажа и контроль качества
Правильный монтаж – залог герметичности и долговечности фланцевого соединения Ду 40.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается фланец воротниковый Ду 40 от плоского приварного того же давления?
Воротниковый фланец приваривается встык, имеет конический переход (воротник), что делает соединение прочнее и устойчивее к изгибу. Плоский фланец насаживается на трубу и приваривается двумя угловыми швами снаружи и изнутри, что создает большую концентрацию напряжений. Воротниковые применяются для более высоких давлений, температур и в условиях вибрации.
Как правильно расшифровать маркировку «Фланец 1-40-16 ст. 20 ГОСТ 33259-2015»?
Как подобрать прокладку для фланцевого соединения Ду 40 PN 40?
Для PN 40 (4 МПа) и высоких температур, как правило, применяются спирально-навитые прокладки (СНП) с наполнителем из графита или PTFE и армированием из нержавеющей стали. Размер определяется по стандарту на фланцы: наружный диаметр прокладки равен среднему диаметру уплотнения на фланце, внутренний – чуть больше внутреннего диаметра трубы. Для менее ответственных соединений PN 16 могут использоваться плоские неметаллические прокладки из паронита или терморасширенного графита.
Можно ли использовать фланец из стали 20 для трубопровода с температурой +500°С?
Нет, категорически запрещено. Сталь 20 имеет ограничение по применению при температурах выше +425°С из-за явления ползучести (крипа) и снижения прочностных характеристик. Для температуры +500°С необходимо применять легированные теплоустойчивые стали, например, 15Х5М или 12Х1МФ, которые сохраняют прочность при высоких температурах.
Как перевести российское условное давление Ру 16 в PN по EN или Class по ASME?
Ру 16 кгс/см² приблизительно соответствует PN 16 по EN (1.6 МПа) и Class 150 по ASME для большинства диапазонов температур. Однако прямое соответствие условно. При подборе аналога необходимо сверяться с таблицами допустимых давлений при конкретной рабочей температуре по соответствующим стандартам, так как зависимости давления от температуры в разных стандартах отличаются.
Каковы основные дефекты при монтаже и как их избежать?
Затяжка не динамометрическим ключом: Недотяг или перетяг. Перетяг может привести к ползучести болтов и потере герметичности. Использовать только калиброванный инструмент.
Повреждение уплотнительной поверхности: Сколы, царапины от инструмента. Требуется бережное обращение и контроль перед сборкой.
Несоответствие сварных материалов: Использование электродов, не соответствующих марке стали фланца и трубы. Строго соблюдать ТК на сварку.
Заключение
Фланец воротниковый Ду 40 представляет собой высоконадежный, стандартизированный элемент для создания разъемных соединений в ответственных трубопроводных системах энергетики и промышленности. Его правильный выбор по стандарту, материалу и давлению, а также строгое соблюдение технологий монтажа и контроля являются обязательным условием обеспечения безопасности, герметичности и долговечности всего технологического контура. Профессиональный подход к работе с данными изделиями минимизирует риски аварийных ситуаций и простоев оборудования.