Фланец воротниковый приварной (англ. Weld Neck Flange) – это тип фланцевого соединения, предназначенный для монтажа в ответственных трубопроводных системах, работающих под высоким давлением, при экстремальных температурах или в условиях знакопеременных нагрузок. Его отличительная конструктивная особенность – наличие конической горловины (воротника), которая обеспечивает плавный переход от фланца к трубе, значительно повышая прочность и усталостную стойкость соединения. Данный тип фланца является предпочтительным в энергетике, нефтехимической промышленности, на магистральных трубопроводах и других объектах, где надежность является критическим параметром.
Фланец воротниковый состоит из двух основных частей: собственно фланцевой пластины (тарелки) с отверстиями под шпильки/болты и конической горловины (воротника). Ключевые геометрические параметры строго регламентированы стандартами:
Выбор материала определяется рабочими параметрами среды (давление, температура, агрессивность) и нормативной документацией. Наиболее распространенные материалы:
Преимущества:
Недостатки:
Воротниковые фланцы являются основным типом соединений для критически важных участков:
Производство и применение регламентируется национальными и международными стандартами:
Качество монтажа определяет надежность всего соединения. Процесс включает:
| Тип фланца | Преимущества | Недостатки | Типовое применение |
|---|---|---|---|
| Воротниковый приварной (WN) | Максимальная прочность, стойкость к усталости и вибрации, перераспределение напряжений | Высокая стоимость, большой вес, сложный монтаж | Высокие/критические давления и температуры, вибрационные нагрузки (энергетика, магистрали) |
| Плоский приварной (PL) | Низкая стоимость, простота изготовления и монтажа | Низкая стойкость к изгибу и вибрации, концентрация напряжений | Низкое давление, неответственные трубопроводы, водо- и воздухоснабжение |
| Приварной внахлест (Lap Joint) | Легкость монтажа/демонтажа, выравнивания отверстий, низкая стоимость фланца | Прочность ниже, чем у WN, требует накладного кольца (stub end) | Системы, требующие частой разборки, коррозионные среды (фланец из другого материала) |
| Резьбовой (Threaded) | Простой монтаж без сварки | Низкая прочность при высоком давлении, риск свища по резьбе | Низкое давление, малые диаметры, невозможность сварки (взрывоопасные зоны) |
Воротниковый фланец приваривается встык к трубе с помощью стыкового сварного шва, имеет коническую горловину для усиления. Плоский фланец насаживается на трубу и приваривается двумя угловыми швами (с внутренней и внешней стороны), не имеет усиливающего перехода. Это делает WN-фланец значительно более прочным и надежным для высоконагруженных систем.
Длина встык должна соответствовать толщине стенки трубы, к которой производится присоединение. Для труб со стенкой, не превышающей стандартную толщину по ASME B36.10, используется стандартная серия (Series A). Для труб с усиленной стенкой или при специфических требованиях к внутреннему выступу используется серия B (удлиненная горловина). Подбор осуществляется по таблицам стандартов (например, ASME B16.5) или по техническим требованиям заказчика.
Прямое назначение – соединение труб одинакового номинального диаметра и толщины стенки. Для перехода на другой диаметр используются переходные элементы – концентрические или эксцентрические переходники, к которым уже привариваются соответствующие фланцы. Приварка фланца WN к трубе заведомо меньшего диаметра недопустима.
Объем контроля регламентируется проектной документацией и стандартами (СП, ASME B31.1, ASME B31.3). Для ответственных трубопроводов энергоблоков, как правило, обязательными являются: 100% визуальный и измерительный контроль (ВИК), 100% контроль проникающими веществами (ПВК) поверхности корня шва и лица шва. Для швов, работающих под высоким давлением пара/воды, часто назначается 100% ультразвуковой (УЗК) или радиографический контроль (РК).
Маркировка наносится на наружную поверхность тарелки фланца и включает: товарный знак производителя, номинальный размер (DN), номинальное давление (PN или Class), обозначение материала (марку стали), номер плавки (для трассируемости), индекс стандарта (например, ГОСТ 33259-2015). Маркировка должна быть четкой и несмываемой.
Оба параметра критичны и взаимосвязаны. Стандарт определяет геометрические размеры, допуски, ряд давлений. Материал определяет механические и коррозионные свойства. Выбор осуществляется на основе проектных спецификаций (P&ID), которые указывают и стандарт фланцевого соединения, и класс давления, и материал исполнения, исходя из параметров технологической среды.
Фланец воротниковый приварной представляет собой высоконадежный тип соединения, инженерный расчет которого направлен на обеспечение максимальной целостности трубопровода в тяжелых эксплуатационных условиях. Его применение в энергетике является не просто рекомендацией, а часто обязательным требованием нормативных документов. Правильный выбор в соответствии со стандартом, материалом и классом давления, а также качественное выполнение сварочных работ и последующий контроль – это комплекс мер, гарантирующий долговечную и безопасную работу всего трубопроводного контура. Понимание конструкции, преимуществ и ограничений WN-фланцев позволяет инженерно-техническому персоналу принимать обоснованные решения при проектировании, монтаже и ремонте ответственных систем.