Фланцы воротниковые приварные ГОСТ 33259-2015

Фланцы воротниковые приварные ГОСТ 33259-2015: технические характеристики, применение и монтаж

Фланцы воротниковые приварные (приварные встык, англ. Welding Neck Flange) представляют собой один из наиболее ответственных и широко применяемых типов соединительных элементов трубопроводной арматуры и оборудования. Их конструкция характеризуется наличием конической втулки (воротника), плавно переходящей в тарелку фланца, что обеспечивает оптимальное распределение механических напряжений. Действующий с 2017 года межгосударственный стандарт ГОСТ 33259-2015 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление до PN 250. Конструкция и размеры» является адаптированной версией европейского стандарта EN 1092-1 и устанавливает единые требования к данным изделиям для обеспечения взаимозаменяемости и безопасности.

Область применения и преимущества конструкции

Воротниковые фланцы предназначены для работы в условиях высоких давлений, температур, циклических нагрузок и в опасных средах. Основные сферы применения: магистральные и технологические трубопроводы ТЭС и АЭС, нефтегазоперерабатывающие заводы, химическая промышленность, системы подачи пара и теплоносителя.

Ключевые преимущества конструкции:

• Высокая прочность соединения: Плавный переход от воротника к трубе (за счет сварного стыкового шва) минимизирует концентрацию напряжений, повышая усталостную прочность.
• Удобство монтажа и контроля: Стыковой шов доступен для неразрушающего контроля (радиографического, ультразвукового).
• Точность центровки: Длинная коническая втулка облегчает совмещение отверстий под шпильки с ответным фланцем.
• Многоразовость: Фланец может использоваться многократно после демонтажа участка трубопровода.

Конструктивные особенности и основные параметры по ГОСТ 33259-2015

Стандарт устанавливает типы исполнения уплотнительных поверхностей фланцев, их геометрические размеры, допуски и маркировку. Фланцы изготавливаются на условное давление от PN 6 до PN 250.

Типы уплотнительных поверхностей (исполнений):

• Исполнение A1 (плоское): Гладкая поверхность. Применяется с мягкими прокладками (паронит, PTFE) для средних давлений.
• Исполнение B (с выступом – шип-паз): Состоит из выступа (шипа) на одном фланце и соответствующей канавки (паза) на другом. Обеспечивает точную центровку прокладки, предотвращает ее выдавливание. Применяется для высоких давлений и вакуума.
• Исполнение C (с соединительным выступом): Имеет выступ с фаской под металлическую прокладку овального или восьмигранного сечения. Стандартное решение для энергетики и высокотемпературных применений.
• Исполнение D (шип-паз под линзовую прокладку), E (с пазом), F (с выступом): Специализированные исполнения для конкретных типов прокладок и условий.
• Исполнение L (с шипом под прокладку овального сечения): Аналог исполнения C, но с иными геометрическими параметрами.

Основные геометрические параметры:

Для каждого номинального давления (PN) и условного прохода (DN) стандарт жестко регламентирует:

• Наружный диаметр фланца (D).
• Диаметр окружности расположения болтов/шпилек (C).
• Количество и диаметр отверстий под крепеж.
• Толщину присоединительной втулки (S) и толщину тарелки фланца.
• Высоту воротника (H).
• Диаметр ступицы у основания (X) и у сварного шва (A).

Таблица 1. Пример основных размеров фланца воротникового PN 40, DN 100 (исполнение C) по ГОСТ 33259-2015

Параметр	Обозначение	Значение, мм	Примечание
Наружный диаметр	D	215
Диаметр окружности болтов	C	180
Количество отверстий	n	8
Диаметр отверстий	L	18	Под болт M16
Толщина	B	24	Толщина тарелки фланца
Высота	H	56	Высота воротника
Диаметр у сварного шва	A	114.3	Под трубу наружным диаметром 114.3 мм (труба 108х4)

Материалы изготовления и маркировка

ГОСТ 33259-2015 ссылается на стандарты, устанавливающие перечень допустимых материалов. Выбор материала определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, коррозионная активность). Основные группы:

• Углеродистые стали: Ст20, 25Л (для температур до +425°С).
• Легированные стали: 09Г2С, 15Х5М (для повышенных температур и сред с сероводородом).
• Высоколегированные (нержавеющие) стали: 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т (для агрессивных сред).

Маркировка наносится на наружную цилиндрическую поверхность воротника и должна включать: товарный знак изготовителя, марку материала, номинальное давление (PN), номинальный диаметр (DN), обозначение исполнения уплотнительной поверхности, клеймо технического контроля.

Технология монтажа и сварки

Качество монтажа фланцевого соединения напрямую влияет на герметичность и долговечность трубопровода. Порядок работ:

1. Подготовка: Проверка геометрии фланца и трубы, зачистка кромок от загрязнений, окалины, обезжиривание.
2. Прихватка: Центровка фланца относительно трубы. Зазор между торцом воротника и торцом трубы должен соответствовать требованиям сварочной процедуры. Выполняется 2-3 прихватками.
3. Сварка: Выполняется стыковой сваркой с полным проплавлением (например, ручная дуговая сварка покрытым электродом (РД), аргонодуговая сварка (TIG) для корневого шва). Требуется квалифицированный сварщик и аттестованная технология (ПТД).
4. Контроль шва: Визуальный и измерительный контроль (ВИК), затем неразрушающий контроль (радиографический – РК или ультразвуковой – УЗК) в объеме, предусмотренном проектной документацией.
5. Сборка соединения: Установка прокладки, совмещение фланцев, установка шпилек/болтов. Затяжка производится динамометрическим ключом крест-накрест по определенной схеме для обеспечения равномерного давления на прокладку.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем фланец воротниковый ГОСТ 33259-2015 отличается от старого ГОСТ 12821-80?

ГОСТ 33259-2015 гармонизирован с европейским стандартом EN 1092-1, что обеспечивает совместимость с импортным оборудованием. Изменена система условных давлений (PN вместо Ру), ряд размеров (особенно диаметры болтовых окружений), расширен перечень исполнений уплотнительных поверхностей. Геометрия воротника также имеет отличия.

Как правильно подобрать фланец для трубопровода с параметрами P=10 МПа, T=300°C, среда – пар?

Необходимо выполнить расчет на давление и температуру, определив эквивалентное условное давление PN. Для пара при 300°C обычно выбирают фланцы из легированной стали (например, 15Х5М). Уплотнительная поверхность – исполнение C (под металлическую прокладку). Диаметр (DN) соответствует диаметру трубопровода. Окончательный выбор должен быть закреплен в проектной документации.

Можно ли приваривать фланец ГОСТ 33259-2015 к трубе, рассчитанной по ГОСТ 8732-78?

Да, это допустимо. Ключевой параметр – соответствие наружного диаметра трубы (по соответствующему стандарту на трубы) диаметру A фланца у сварного шва. Необходимо обеспечить совпадение толщин стенок для минимизации внутреннего уступа.

Каков порядок затяжки болтов фланцевого соединения?

Затяжка выполняется в несколько этапов (минимум в три) динамометрическим ключом. Первый этап – затяжка с усилием ~30% от конечного, крест-накрест по схеме «звезда». Второй этап – ~60%. Финальный – 100% расчетного момента. После пробного пуска (прогрева) часто требуется дополнительная подтяжка.

Какие виды контроля сварного шва являются обязательными?

Для ответственных трубопроводов (энергетических, технологических) обязательными являются: 100% визуальный контроль (ВИК), 100% контроль проникающими веществами (ПВК/Капиллярный) корневого шва и лица, и выборочный (часто 100%) радиографический (РК) или ультразвуковой (УЗК) контроль. Объем регламентируется проектом и нормативными документами (РД, СНиП, СП).

Заключение

Фланцы воротниковые приварные по ГОСТ 33259-2015 представляют собой современный, стандартизированный и надежный тип соединения для ответственных трубопроводных систем. Их правильный выбор, основанный на анализе рабочих параметров и свойств среды, корректный монтаж с применением аттестованных технологий сварки и контроля, а также соблюдение процедуры затяжки гарантируют герметичность, прочность и долговечность соединения на протяжении всего срока эксплуатации энергетического или промышленного объекта. Понимание деталей стандарта и технологических нюансов работы с данными изделиями является обязательным для инженерно-технического персонала, занимающегося проектированием, монтажом и обслуживанием трубопроводов.