Фланцы воротниковые Ру16
Фланцы воротниковые Ру16: конструкция, стандарты, применение и монтаж
Фланец воротниковый Ру16 представляет собой стальное кольцо с юбкой (воротником), предназначенное для соединения трубопроводной арматуры, оборудования и участков труб, работающих под давлением до 1,6 МПа (16 кгс/см²) при температуре от -70 до +600 °C в зависимости от марки стали. Ключевая особенность конструкции – наличие конического воротника (ступицы), который приваривается встык к трубопроводу, обеспечивая высокую прочность, герметичность и стойкость к изгибающим моментам и вибрациям. Данный тип фланцев является одним из наиболее распространенных в энергетике, нефтегазовой и химической промышленности для ответственных участков магистралей.
Конструктивные особенности и преимущества
В отличие от плоских фланцев, которые насаживаются на трубу и привариваются двумя швами, воротниковый фланец имеет интегрированный конический переход (воротник) с торцевой фаской под сварной шов. Это обеспечивает несколько критически важных преимуществ:
- Превосходное распределение напряжения: Плавный переход от воротника к фланцевому кольцу минимизирует концентрацию механических напряжений, что повышает усталостную прочность соединения.
- Надежность соединения: Стыковой сварной шов, выполняемый между воротником и трубой, по своей прочности и герметичности эквивалентен основному металлу трубопровода. Он лучше выдерживает радиальные, осевые и изгибающие нагрузки.
- Экономия пространства и веса: При равных параметрах воротниковый фланец, как правило, легче и компактнее свободного фланца с приварным кольцом, что важно для стесненных условий монтажа.
- Упрощенный монтаж и контроль: Для центровки и предварительного закрепления достаточно одной прихватки, а качество единственного стыкового шва легче проконтролировать (например, методом ультразвуковой или радиографической дефектоскопии).
- Исполнение 1: С соединительным выступом (шип-паз).
- Исполнение 2: С выступом (шип).
- Исполнение 3: С впадиной (паз).
- Исполнение 4: С шипом под фторопластовую прокладку.
- Исполнение 5: Под линзовую прокладку.
- Исполнение 6: Под прокладку овального сечения.
- Исполнение 7: С шипом под прокладку из мягкого материала.
- Исполнение 8: С впадиной под прокладку из мягкого материала.
- Исполнение 9: Гладкая уплотнительная поверхность (под плоскую прокладку).
- Подготовка: Проверка маркировки фланца (Ру, Ду, марка стали, исполнение), визуальный контроль на отсутствие дефектов. Зачистка торца трубы и внутренней поверхности воротника от загрязнений, окалины, ржавчины.
- Центровка и прихватка: Фланец надевается воротником на торец трубы, обеспечивается соосность. Выполняется предварительное закрепление (прихватка) в 2-3 точках при помощи электродов того же типа, что и для основного шва.
- Сварка: Выполняется стыковой шов по всей окружности соединения «воротник-труба». Для ответственных объектов применяется аргонодуговая сварка (TIG) для корневого шва с последующей ручной дуговой сваркой (MMA) или сваркой под флюсом. Требуется строгое соблюдение технологических карт (WPS).
- Контроль качества сварного шва: Обязателен визуально-измерительный контроль (ВИК), далее – неразрушающий контроль (УЗК, РК или ПВК) в объеме, предусмотренном проектной документацией.
- Комплектация и стяжка: Устанавливается прокладка, соответствующая исполнению фланца. Болты (шпильки) и гайки смазываются графитовой смазкой. Стяжка выполняется крест-накрест динамометрическим ключом с усилием, указанным в нормативной документации, для обеспечения равномерного обжатия прокладки.
- Трубопроводы питательной воды.
- Трубопроводы пара среднего давления.
- Системы технического водоснабжения и охлаждения.
- Топливные магистрали (мазут, газ).
- Воздуховоды и газоводы систем пылеприготовления и золоудаления.
- Соединения с запорной и регулирующей арматурой (задвижки, клапаны), с насосами и теплообменным оборудованием.
- 200 – Условный проход (Ду), 200 мм.
- 16 – Условное давление (Ру), 1,6 МПа.
- ст. 09Г2С – Марка стали (низколегированная конструкционная).
- ГОСТ 33259-2015 – Стандарт, по которому изготовлено изделие.
Нормативная база и стандарты
Основным стандартом, регламентирующим конструкцию, размеры и технические требования к воротниковым фланцам на Ру16 в России и странах СНГ, является ГОСТ 33259-2015 (ранее применялся ГОСТ 12821-80). Этот стандарт гармонизирован с европейскими нормами EN 1092-1, что облегчает использование продукции на международных проектах. Стандарт устанавливает ряд исполнений по уплотнительным поверхностям, наиболее важными из которых для энергетики являются:
Выбор исполнения определяется условиями рабочей среды, давлением, температурой и требуемой степенью герметичности.
Материалы изготовления
Материал фланца выбирается исходя из параметров рабочей среды (давление, температура, агрессивность) и должен соответствовать материалу трубопровода для обеспечения свариваемости и равнопрочности. Основные марки сталей регламентированы ГОСТ 33259-2015 и приведены в таблице.
| Марка стали по ГОСТ 33259 | Аналог по EN | Основные характеристики и область применения | Диапазон рабочих температур, °C |
|---|---|---|---|
| Ст20, 20пс | P250GH, P265GH | Углеродистая сталь общего назначения для неагрессивных сред (вода, пар, воздух, азот). | -40 до +400 |
| 09Г2С | P355GH, P355NH | Низколегированная сталь, повышенная прочность и стойкость к низким температурам. | -70 до +450 |
| 15Х5М | 12CrMo9-10, 13CrMo4-5 | Жаропрочная легированная сталь для сред с высокой температурой (перегретый пар, нефтепродукты). | -40 до +600 |
| 12Х18Н10Т | X6CrNiTi18-10 | Коррозионно-стойкая аустенитная сталь для агрессивных сред (кислоты, щелочи). | -196 до +600 |
| 10Х17Н13М2Т | X6CrNiMoTi17-12-2 | Коррозионно-стойкая сталь с добавкой молибдена для сред с повышенной агрессивностью. | -196 до +600 |
Геометрические параметры и размеры (на примере ряда Ду)
Размеры фланцев воротниковых Ру16 строго стандартизированы. Ниже приведена таблица с ключевыми параметрами для наиболее распространенных условных проходов (Ду).
| Условный проход, Ду (мм) | Наружный диаметр фланца, D (мм) | Диаметр окружности болтов, D1 (мм) | Количество и диаметр болтов | Толщина фланца, h (мм) | Высота воротника, H (мм) |
|---|---|---|---|---|---|
| 50 | 165 | 125 | 4 x М16 | 18 | 60 |
| 100 | 215 | 170 | 8 x М16 | 20 | 70 |
| 200 | 325 | 280 | 8 x М20 | 24 | 85 |
| 300 | 430 | 390 | 12 x М24 | 28 | 100 |
| 500 | 640 | 600 | 20 x М27 | 36 | 125 |
Примечание: Полные таблицы размеров, включая диаметры уплотнения, внутренние диаметры и допуски, необходимо брать из актуальной редакции ГОСТ 33259-2015.
Технология монтажа и сварки
Качество фланцевого соединения на 80% зависит от правильности монтажа и сварки. Процесс включает следующие этапы:
Области применения в энергетике
Фланцы воротниковые Ру16 являются основным типом соединений для трубопроводов среднего давления в следующих системах ТЭС и АЭС:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем фланец воротниковый Ру16 отличается от плоского приварного Ру16?
Плоский фланец насаживается на трубу и приваривается двумя угловыми швами (с внутренней и внешней стороны), что создает концентрацию напряжений и менее устойчиво к изгибу. Воротниковый фланец приваривается одним стыковым швом, что создает более прочное и надежное соединение, эквивалентное трубе. Он рекомендуется для ответственных участков, работающих в условиях вибрации, переменных нагрузок и высоких температур.
Как правильно расшифровать маркировку фланца, например, «Фланец 200-16 ст. 09Г2С ГОСТ 33259-2015»?
Какая прокладка рекомендуется для фланцев Ру16 на паропроводе с температурой 450°C?
Для таких условий применяются прокладки овального или восьмигранного сечения (Исполнение 6 по ГОСТ 33259) из легированных сталей (например, 08Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т). Они обеспечивают металл-металлический контакт и сохраняют герметичность при высоких температурах и циклических нагрузках. Прокладки из мягких материалов (паронит, тефлон) в данном случае не применяются.
Каков порядок затяжки болтов фланцевого соединения Ру16?
Затяжка должна быть равномерной. Используется схема «крест-накрест» (для 8 болтов: 1-5, 2-6, 3-7, 4-8). Затяжка выполняется в несколько проходов (минимум два) динамометрическим ключом до достижения расчетного момента, указанного в проекте или стандарте. Это предотвращает перекос фланца и обеспечивает равномерное обжатие прокладки.
Можно ли использовать фланец из стали 20 на трубопроводе из стали 09Г2С?
Сварка разнородных сталей возможна, но требует специального технологического подхода: применения сварочных материалов (электродов, проволоки), обеспечивающих переходный шов, и последующего контроля. Это усложняет процесс и повышает риск дефектов. Рекомендуется, чтобы материал фланца и трубы был одинаковым или близким по химическому составу и механическим свойствам для обеспечения равнопрочности и надежности сварного соединения.
Заключение
Фланцы воротниковые Ру16 представляют собой оптимальное решение для создания разъемных соединений на трубопроводах среднего давления в энергетике и смежных отраслях. Их конструкция, регламентированная современными стандартами, обеспечивает высокую надежность, долговечность и безопасность эксплуатации. Ключом к успешному применению является правильный выбор материала и исполнения уплотнительной поверхности в соответствии с параметрами рабочей среды, а также строгое соблюдение технологий монтажа и сварки, включая контроль качества на всех этапах. Использование качественных фланцев, соответствующих ГОСТ 33259-2015, является залогом безаварийной работы трубопроводных систем.