Фланцы воротниковые Ду 80
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.
- 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).
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Контроль качества сварного шва: Обязателен визуальный и измерительный контроль (ВИК). Для ответственных объектов применяется неразрушающий контроль: ультразвуковой (УЗК) или радиографический (РК).
- 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.
- 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.
- 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.
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.
| 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 (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.
| 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:
Технология монтажа и сварки
Качество монтажа фланцевого соединения напрямую влияет на его герметичность и долговечность. Монтаж фланца воротникового Ду 80 включает следующие этапы:
Контроль качества и приемка
При поставке партии фланцев воротниковых Ду 80 проводится входной контроль, включающий:
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?
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).