Фланцы воротниковые Ду 65

Фланцы воротниковые Ду 65: технические характеристики, стандарты и применение

Фланец воротниковый (приварной встык) Ду 65 – это тип соединительной детали трубопроводной арматуры, предназначенный для герметичного соединения участков труб, присоединения оборудования (насосов, теплообменников, сосудов), запорной и регулирующей арматуры в системах, работающих под давлением и при высоких температурах. Условный проход (Ду) 65 мм соответствует наружному диаметру трубы приблизительно 76 мм по ГОСТ 33259-2015 (трубы стальные бесшовные) или 75 мм по ГОСТ 10704-91 (трубы стальные электросварные). Ключевая особенность воротникового фланца – наличие конической переходной части (воротника, юбки), которая обеспечивает плавное распределение механических напряжений между фланцем и приваренной к нему трубой, что делает соединение исключительно прочным и надежным в тяжелых условиях эксплуатации.

Конструктивные особенности и преимущества

Конструкция фланца воротникового Ду 65 строго регламентирована и состоит из следующих элементов:

• Диск: Основная плоская часть с отверстиями под шпильки или болты. На торцевой поверхности диска выполнена уплотнительная поверхность для установки прокладки.
• Воротник (юбка): Коническая или цилиндрическая переходная часть, которая приваривается к трубе встык. Длина и угол конуса воротника рассчитаны для оптимального перехода напряжений.
• Ступица: Участок воротника, непосредственно сопрягаемый с трубой. Толщина стенки ступицы, как правило, превышает толщину стенки трубы, обеспечивая дополнительный запас прочности.
• Уплотнительная поверхность (торцевая поверхность). Тип поверхности определяет вид применяемой прокладки и герметичность соединения.

Преимущества воротниковых фланцев перед плоскими приварными:

• Высокая прочность и стойкость к изгибающим моментам, вибрациям и циклическим нагрузкам.
• Возможность применения в трубопроводных системах высокого давления (Ру от 1,0 до 20,0 МПа и выше) и широкого температурного диапазона (от -70 до +600°С).
• Снижение концентрации напряжений в зоне сварного шва благодаря плавному переходу воротника.
• Упрощение монтажа: фланец центрируется на трубе по внутреннему диаметру воротника, что облегчает совмещение отверстий под крепеж.
• Внутренний диаметр прохода фланца, как правило, соответствует внутреннему диаметру трубы, что минимизирует гидравлические потери и предотвращает засорение.

Основные стандарты и типы исполнения уплотнительных поверхностей

В Российской Федерации и странах СНГ основным стандартом, регламентирующим конструкцию, размеры и технические требования к воротниковым фланцам, является ГОСТ 33259-2015 (Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление от PN 1,6 до PN 200. Типы, параметры и общие технические требования). Данный стандарт гармонизирован с европейским стандартом EN 1092-1. Ранее широко применялся ГОСТ 12821-80, который ныне отменен, но продукция, изготовленная по нему, еще встречается в эксплуатации.

Для фланцев Ду 65 критически важным параметром является тип исполнения уплотнительной поверхности. Для данного условного прохода наиболее распространены следующие исполнения:

• Исполнение 1 (тип A): Гладкая уплотнительная поверхность. Применяется с мягкими прокладками (паронит, фторопласт) для соединений низкого и среднего давления.

Исполнение 2 (тип E): Поверхность с выступом (выступ-впадина). Обеспечивает точную фиксацию прокладки, предотвращая ее выдавливание. Широко применяется в нефтегазовой и химической промышленности.

Исполнение 3 (тип F): Поверхность с впадиной (пазом). Используется в паре с фланцем, имеющим выступ (шип-паз). Обеспечивает высокую герметичность, часто используется для токсичных и опасных сред.

Исполнение 4 (тип D): Под линзовую прокладку. Применяется в системах сверхвысокого давления.

Исполнение 5 (тип B): Под прокладку овального или восьмигранного сечения. Классическое решение для нефтегазовых магистралей высокого давления, в том числе по стандарту ASME B16.20.

Исполнение 9 (тип C): Под металлическую прокладку шип-паз. Для условий высоких давлений и температур.

Технические параметры и материалы изготовления

Фланцы воротниковые Ду 65 изготавливаются из различных марок сталей, выбор которых определяется условиями эксплуатации трубопровода: рабочей средой, давлением, температурой и агрессивностью.

Таблица 1. Основные марки сталей для фланцев Ду 65 и области их применения

Марка стали (по ГОСТ, EN)	Аналог по ASTM	Область применения	Рабочая температура, °C
Ст20, 25 (углеродистая)	A105	Водяные, паровые, воздушные, неагрессивные нефтегазовые системы общего назначения.	-40 до +425
09Г2С (низколегированная)	A350 LF2	Трубопроводы, работающие при низких температурах (до -70°С) и высоком давлении.	-70 до +450
12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т (коррозионно-стойкая аустенитная)	A182 F321 / F304	Агрессивные среды: кислоты, щелочи, морская вода, пищевая промышленность.	-196 до +600
15Х5М (жаропрочная легированная)	A182 F5, F5a	Трубопроводы перегретого пара, нефтеперерабатывающие установки (сероводородсодержащие среды).	до +600
10Г2ФБ, 13ХФА (для ковки)	—	Магистральные трубопроводы, энергетические объекты повышенной ответственности.	до +450

Номинальное (условное) давление (Ру или PN) – ключевой параметр, определяющий геометрию фланца (толщину диска, диаметр и количество отверстий под крепеж). Для Ду 65 стандартный ряд давлений включает: PN 1.6 (Ру 16), PN 2.5 (Ру 25), PN 4.0 (Ру 40), PN 6.3 (Ру 63), PN 10.0 (Ру 100), PN 16.0 (Ру 160), PN 25.0 (Ру 250). С увеличением PN растут все габаритные размеры фланца.

Таблица 2. Основные размеры фланцев воротниковых Ду 65 по ГОСТ 33259-2015 (выборочно для PN 16 и PN 40)

Параметр	Обозначение	PN 16 (Ру 16)	PN 40 (Ру 40)
Наружный диаметр фланца	D	185 мм	205 мм
Диаметр окружности болтов	Dб	145 мм	160 мм
Наружный диаметр воротника (приварного конца)	d4	76 мм	76 мм
Толщина диска	b	20 мм	26 мм
Диаметр болтов/шпилек	dб	M16	M20
Количество болтов/шпилек	n	4	8

Технология монтажа и сварки

Качество соединения с использованием фланца воротникового напрямую зависит от соблюдения технологии монтажа и сварки. Стыковой шов, соединяющий воротник фланца и трубу, является ответственным и подлежит обязательному контролю (визуальному, радиографическому, ультразвуковому).

Основные этапы монтажа:

• Подготовка: Проверка маркировки фланца (Ду, Ру, марка стали, исполнение), визуальный контроль на отсутствие дефектов. Подготовка торца трубы (механическая обработка, зачистка кромки).
• Прихватка: Фланец надевается на трубу (при этом труба должна выступать на 3-5 мм за торец воротника). Выполняется центровка и выверка взаимного расположения (отверстия под болты должны быть доступны для монтажа). Фланец прихватывается к трубе в 2-3 точках.
• Сварка: Выполняется корневой шов, а затем облицовочный. Для ответственных объектов применяется аргонодуговая сварка (TIG) для корневого шва. Требуется обеспечить плавный переход от толщины стенки трубы к толщине ступицы фланца. Важно не допускать перегрева фланца, чтобы не вызвать коробление уплотнительной поверхности.
• Контроль: После остывания шва проводится его очистка от шлака и контроль. Для систем высокого давления обязателен неразрушающий контроль (НК) сварных соединений.
• Сборка фланцевого соединения: Установка прокладки (соответствующей типу уплотнительной поверхности и рабочей среде), совмещение фланцев, установка крепежа (шпилек, болтов, гаек). Затяжка производится динамометрическим ключом крест-накрест по определенной схеме для обеспечения равномерного давления на прокладку.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Фланцы воротниковые Ду 65 являются стандартным элементом для трубопроводов среднего диаметра в следующих системах:

• Теплоэнергетика: Питательные линии, линии конденсата, дренажные и продувочные линии котлов среднего давления, вспомогательные трубопроводы турбин.
• Атомная энергетика: Вспомогательные системы, не относящиеся к первому контуру (техническое водоснабжение, вентиляция, системы пожаротушения).
• Нефтегазовая промышленность: Промысловые коллекторы, линии технологических установок, топливные трубопроводы на объектах генерации.
• Химическая промышленность: Трубопроводы для транспортировки реагентов, теплоносителей, промежуточных продуктов под давлением.
• Магистральные трубопроводы: Ответвления, импульсные линии КИП, системы запуска и очистки.

Контроль качества и маркировка

Каждый фланец должен иметь несмываемую маркировку, включающую:

• Товарный знак или наименование изготовителя.
• Условный проход (Ду 65).
• Номинальное давление (Ру или PN).
• Условное обозначение исполнения уплотнительной поверхности.
• Марку материала (стали).
• Знак Ростехнадзора (для продукции, подлежащей сертификации для опасных объектов).

Контроль качества включает проверку механических свойств (на образцах), химического состава, ультразвуковой контроль (УЗК) заготовки, измерение твердости, контроль размеров и макро- и микроструктуры металла.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем фланец воротниковый Ду 65 отличается от плоского приварного фланца того же диаметра?

Плоский приварной фланец (ГОСТ 33259-2015, тип 01) требует приварки с двух сторон: по периметру диска и к трубе, что создает концентрацию напряжений. Он применяется для давлений до PN 25. Воротниковый фланец (тип 11) приваривается одним стыковым швом, имеет конический переход (воротник), распределяющий напряжения, и предназначен для более высоких давлений (до PN 250) и ответственных применений. Его монтаж проще и надежнее.

Как правильно подобрать крепеж для фланцевого соединения Ду 65 PN 16?

Для фланцевого соединения Ду 65 PN 16 по ГОСТ 33259-2015 требуется 4 шпильки (или болта) с резьбой М16. Длина шпильки рассчитывается как суммарная толщина двух фланцев, двух гаек, плюс запас на выход резьбы (обычно 3-5 мм). Материал крепежа (например, сталь 35 или 40Х) должен соответствовать давлению и температуре среды, часто он нормируется стандартом на фланцевое соединение (например, ГОСТ 20700-75). Затяжка осуществляется динамометрическим ключом с моментом, указанным в технологической документации.

Какая прокладка рекомендуется для фланца Ду 65 с исполнением 2 (выступ-впадина) на паропроводе с температурой 450°C?

Для таких условий (высокая температура, пар) применяются прокладки спирально-навитые (СНП) по ГОСТ Р 53561-2009 (EN 1514-2). Материал наполнителя – графит или асбест (где разрешен), обкладки – сталь 08Х18Н10Т или 12Х18Н10Т. Также могут использоваться прокладки из паронита марки ПОН-Б, но для температур до 450°С это предельный режим. Оптимальный выбор – СНП с графитовым наполнителем.

Допускается ли использование фланца, изготовленного по ГОСТ 12821-80, в новых системах, спроектированных по ГОСТ 33259-2015?

Да, допускается, поскольку ГОСТ 33259-2015 является преемником старого стандарта, и геометрические размеры фланцев для основных рядов давлений совпадают. Однако необходимо проверить соответствие марки стали, типа уплотнительной поверхности и рабочего давления/температуры. Для критически важных объектов рекомендуется использовать фланцы, изготовленные по действующему стандарту.

Какой метод неразрушающего контроля сварного шва фланца Ду 65 является обязательным для трубопровода пара Ру 100 и температуре 500°С?

Для такого ответственного трубопровода категории 1 по ПБ 03-75-94 (правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды) обязательным является 100% радиографический контроль (рентген или гамма-графия) всех стыковых сварных соединений, включая соединение «фланец-труба». Дополнительно может применяться ультразвуковой контроль для выявления плоскостных дефектов.