Фланцы воротниковые Ду 80: конструкция, стандарты, применение и монтаж

Фланец воротниковый (приварной встык) Ду 80 представляет собой стальное кольцо с конусной шейкой (воротником), предназначенное для соединения трубопроводной арматуры, оборудования и участков труб. Условный проход (Ду) 80 мм соответствует наружному диаметру трубы 89 мм по ГОСТ 33259-2015 (трубы стальные бесшовные) или 88,9 мм для труб по стандартам ASME/ANSI. Данный типоразмер является одним из наиболее востребованных в промышленных трубопроводах среднего давления и температуры.

Конструктивные особенности и принцип действия

Ключевым отличием воротникового фланца от плоского является наличие конической шейки (воротника), которая приваривается к торцу трубы встык. Эта конструкция обеспечивает несколько важных преимуществ:

• Плавный переход: Конусная шейка обеспечивает плавное изменение толщины металла от фланца к трубе, что значительно снижает концентрацию механических напряжений в зоне сварного шва.
• Повышенная прочность соединения: Стыковой шов, соединяющий шейку фланца и трубу, обладает высокой прочностью и надежностью, сопоставимой с прочностью самого трубопровода.
• Жесткость: Воротник добавляет жесткости узлу соединения, что критически важно для систем, работающих под высоким давлением, при вибрациях или знакопеременных нагрузках.
• Точность центрирования: Шейка фланца легко центрируется на торце трубы, что упрощает сборку и обеспечивает соосность соединения.

Соединение осуществляется путем стягивания пары фланцев болтами или шпильками с гайками. Герметичность достигается за счет установки уплотнительной прокладки (паронитовой, фторопластовой, металлической спирально-навитой, овального или восьмигранного сечения) между уплотнительными поверхностями фланцев.

Основные стандарты и технические характеристики

Воротниковые фланцы Ду 80 изготавливаются в соответствии с различными национальными и международными стандартами, что определяет их геометрические параметры, допуски и область применения.

ГОСТ 33259-2015 (на замену ГОСТ 12821-80 и ГОСТ 12820-80)

Актуальный российский стандарт, гармонизированный с европейскими нормами EN 1092-1. Устанавливает типы и параметры фланцев из сталей, чугуна и цветных металлов.

• Тип 11: Фланец воротниковый приварной (аналог старого ГОСТ 12821-80).
• Условное давление (Ру): 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10,0; 16,0; 20,0; 25,0 МПа.
• Условный проход (Ду): 80 мм.
• Материалы исполнения: Стали 20, 09Г2С, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т и др., в зависимости от группы исполнения (1-6).

Основные геометрические параметры фланца воротникового Ду 80 по ГОСТ 33259-2015 (Тип 11, Ру 1,6 МПа)

Параметр	Обозначение	Значение, мм
Наружный диаметр фланца	D	200
Диаметр окружности болтов	D1	160
Наружный диаметр трубы/шейки	d	89
Количество отверстий	n	8
Диаметр отверстий под болт/шпильку	d1	18
Толщина фланца	b	20
Высота шейки	h	46
Диаметр болтов/шпилек	Метиз	М16

ASME/ANSI B16.5

Американский стандарт, широко применяемый в нефтегазовой, химической промышленности и энергетике по всему миру.

• Class: 150, 300, 600, 900, 1500, 2500 (аналог условного давления).
• Nominal Pipe Size (NPS): 3″ (соответствует Ду 80, фактический наружный диаметр трубы 88,9 мм).
• Тип: Weld Neck Flange (WN).
• Материалы: ASTM A105 (углеродистая сталь), ASTM A182 F304/F316 (нержавеющая сталь) и др.

Сравнительные параметры фланцев WN NPS 3″ по ASME B16.5 (размеры в мм)

Class (Давление)	Наружный диаметр (OD)	Толщина (Thk.)	Диаметр болтовой окрун. (Bolt Circle)	Кол-во болтов х диаметр
150	190.5	22.4	127.0	4 x М16
300	209.6	25.4	152.4	8 x М16
600	228.6	31.8	168.1	8 x М20

Материалы изготовления и выбор марки стали

Выбор материала фланца определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, агрессивность), а также требованиями стандартов и нормативной документации на конкретный объект.

Типичные марки сталей для фланцев Ду 80 и область их применения

Марка стали (ГОСТ, ASTM)	Группа/Категория	Основные характеристики и применение
Ст20, А105	Углеродистая сталь	Для неагрессивных сред (вода, пар, нефть, газ) при температуре от -40 до +425°C. Наиболее распространенный вариант для общепромышленных систем.
09Г2С, А350 LF2	Низколегированная сталь	Повышенная прочность и стойкость к низким температурам (до -70°C). Применяется в северном исполнении, магистральных трубопроводах.
12Х18Н10Т, А182 F321	Аустенитная нержавеющая сталь	Коррозионная стойкость, стойкость к высоким температурам. Для агрессивных сред: кислоты, щелочи, пищевая, химическая промышленность.
10Х17Н13М2Т, А182 F316	Нержавеющая сталь с молибденом	Повышенная стойкость в хлоридсодержащих и других агрессивных средах. Энергетика, нефтехимия.
13ХФА, А182 F12	Легированная хромомолибденовая сталь	Жаропрочная сталь для высоких температур (до 550-600°C). Паропроводы высокого давления, энергоблоки ТЭС и АЭС.

Область применения в энергетике и промышленности

Фланцы воротниковые Ду 80 находят широкое применение в ответственных узлах трубопроводных систем:

• Теплоэнергетика: Соединения на трубопроводах питательной воды, пара низкого и среднего давления, конденсатопроводах, системах технического водоснабжения энергоблоков.
• Нефтегазовая отрасль: Технологические трубопроводы на установках первичной переработки нефти, магистрали сжиженного газа, вспомогательные системы.
• Химическая промышленность: Трубопроводы для транспортировки химически активных веществ, где требуется надежное соединение, выдерживающее вибрацию и тепловое расширение.
• Судостроение: Системы топливоподачи, охлаждения, пожаротушения на судах.
• Общепромышленное применение: Магистрали сжатого воздуха, системы отопления, водоподготовки.

Технология монтажа и сварки

Качество монтажа фланцевого соединения напрямую влияет на его герметичность и долговечность. Монтаж фланца воротникового Ду 80 включает следующие этапы:

1. Подготовка: Проверка геометрии фланца и трубы. Торец трубы должен быть обрезан под прямым углом, зачищен от окалины, ржавчины и грязи на расстоянии не менее 20 мм от края.
2. Центрирование и прихватка: Фланец надевается на трубу (шейкой к торцу трубы). Обеспечивается перпендикулярность плоскости фланца оси трубы (допуск обычно не более 0.5 мм на 100 мм диаметра). Выполняется 2-3 прихваточных шва.
3. Сварка: Выполняется стыковой шов по всей окружности соединения шейки фланца с трубой. Основные методы:
   • Ручная дуговая сварка (MMA) электродами с покрытием.
   • Аргонодуговая сварка (TIG) – часто для корневого шва.
   • Полуавтоматическая сварка (MIG/MAG).

   Выбор электрода или присадочной проволоки должен соответствовать марке стали фланца и трубы.

4. Контроль качества сварного шва: Обязателен визуальный и измерительный контроль (ВИК). Для ответственных объектов применяется неразрушающий контроль: ультразвуковой (УЗК) или радиографический (РК).
5. Сборка фланцевого соединения: Установка прокладки. Совмещение отверстий под болты. Монтаж болтов/шпилек с гайками. Затяжка крепежа крест-накрест (по диагонали) динамометрическим ключом с усилием, указанным в проектной документации, для обеспечения равномерного давления на прокладку.

Контроль качества и приемка

При поставке партии фланцев воротниковых Ду 80 проводится входной контроль, включающий:

• Проверку паспортов качества (сертификатов) с указанием марки стали, результатов механических испытаний, химического анализа, данных УЗК.
• Визуальный осмотр на отсутствие трещин, раковин, задиров.
• Контроль геометрических размеров штангенциркулем, шаблонами, калибрами.
• Контроль твердости на рабочих поверхностях (не менее чем в трех точках).
• Для фланцев высоких классов давления – маркировку, включающую наименование изготовителя, марку материала, условное давление, условный проход, номер плавки.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем воротниковый фланец принципиально лучше плоского приварного?

Воротниковый фланец обеспечивает более высокую прочность и долговечность соединения за счет плавного перехода (конусной шейки) и стыкового сварного шва, который лучше работает на усталость и вибрацию. Плоский фланец, привариваемый двумя угловыми швами, создает значительную концентрацию напряжений и менее надежен в условиях знакопеременных нагрузок.

Как правильно подобрать уплотнительную прокладку для фланца Ду 80 Ру 16?

Для фланцевого соединения Ду 80 Ру 16 (высокое давление) стандартно применяются прокладки:
1. Спирально-навитые металлические (СНП) с наполнителем (графит, PTFE) и внешним ограничительным кольцом. Тип 08Х18Н10Т+Графит для температур до 500°C.
2. Металлические прокладки овального или восьмигранного сечения из мягких сталей (например, 08ПС) для еще более высоких параметров.
Выбор конкретного типа зависит от температуры и химического состава среды. Паранитовые прокладки (ПОН) для таких давлений не рекомендуются.

Можно ли использовать фланец по ГОСТ 33259-2015 для стыковки с фланцем по ASME B16.5?

Прямая стыковка, как правило, невозможна из-за различий в геометрических параметрах: диаметрах окружности болтов (PCD), количестве и диаметре отверстий, типах уплотнительных поверхностей (RF, FF, RTJ). Для такого соединения необходимо применять переходной патрубок (переходник), на концах которого приварены фланцы соответствующих стандартов, или использовать специальный переходной фланец-адаптер.

Какой зазор должен быть между торцом трубы и внутренней поверхностью фланца у воротникового фланца?

У правильно подобранного и надетого на трубу воротникового фланца торец трубы должен вплотную примыкать к внутреннему уступу шейки фланца (к началу конического скоса). Зазор недопустим, так как он создаст каверну внутри шва и станет концентратором напряжений. При подготовке трубы необходимо обеспечить точный перпендикулярный рез и при необходимости выполнить торцовку.

Каковы основные причины разгерметизации фланцевых соединений Ду 80?

• Неравномерная или недостаточная затяжка болтов (шпилек).
• Некорректный выбор или повреждение уплотнительной прокладки.
• Несоосность соединяемых фланцев (перекос).
• Дефекты сварного шва (непровар, поры, трещины).
• Превышение рабочих параметров (давление, температура) сверх расчетных для данного фланца.
• Коррозионный износ или «просадка» прокладки в процессе длительной эксплуатации.

Как маркируется фланец воротниковый Ду 80 Ру 25 из стали 09Г2С по актуальному ГОСТ?

Пример условного обозначения по ГОСТ 33259-2015: Фланец 11-80-25 09Г2С ГОСТ 33259-2015, где:
11 – тип (воротниковый),
80 – условный проход (Ду), мм,
25 – условное давление (Ру), кгс/см² (МПа),
09Г2С – марка материала.
В паспорте также указывается группа исполнения (для 09Г2С это обычно группа 2).