Основные типы фланцев и сферы их применения

Что такое фланцы?

Фланцы — это элементы для соединения труб в трубопроводах, присоединения резервуаров, насосов и прочего технологического оборудования. Используют фланцы в газопроводах, нефтепроводах, трубопроводах ЖКХ, а также в других системах хранения и транспортировки рабочих сред. Фланец представляет собой кольцо с равноудаленными отверстиями под резьбовые метизы по краю.

Требования к фланцам:

• Надежность. Фланцевое соединение рассчитано на эксплуатацию в условиях постоянных нагрузок в течение длительного времени.
• Универсальность. Существуют разные виды фланцев для систем с низким, средним и высоким давлением, для разных температурных условий.
• Герметичность. В соединительных узлах не возникает протечек: сопрягаемые поверхности фланцев идеально совпадают. Для уплотнения поверхностей при монтаже используются прокладки из разных материалов.
• Удобство монтажа и демонтажа. Фланцевое соединение является разъемным, это упрощает обслуживание и ремонт сетей.

Фланцы производят методом объемной штамповки, поковки и резки из листа из углеродистых, легированных и нержавеющих сталей. Востребованы изделия из сталей марок СТ 20, СТ 09Г2С, СТ 15Х5М, СТ 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т и других. Марка стали указывается в обозначении изделия.

Типы фланцев

Различают плоские, воротниковые и свободные фланцы на приварном кольце и втулке. Они имеют конструктивные отличия и используются в системах с разными условиями эксплуатации.

Плоские фланцы

Плоские фланцы предназначены для установки в системах низкого и среднего давления (бытовой и технологический газопровод, водопровод). По стандарту ASME они обозначаются литерами SO (Slip-On). В стандарте EN плоский фланец обозначается как type 01 (plate flange for welding), в ГОСТ 33259 - тип 01.

Особенности и применение:

• Установка. При монтаже фланец приваривают к трубопроводу двумя швами: по периметру торца трубы и по кромке фланца.
• Исполнения. Варианты исполнения сопрягаемой поверхности — соединительный выступ, шип-паз, впадина-выступ.
• Материал. Производят плоские фланцы из стали марок Ст3сп, 20, 09Г2С, 12Х18Н10Т и др.
• Сфера использования. Плоские фланцы устанавливают в системах низкого и среднего давления от 0,1 до 2,5 МПа.

Преимущества плоских фланцев — низкая стоимость, ремонтопригодность, возможность быстрого монтажа.

Воротниковые фланцы

Воротниковые (приварные встык) фланцы имеют конический выступ, который повышает надежность соединения с трубопроводом и патрубками оборудования. В зоне монтажа изделия с воротником давление среды распределяется равномерно. Для сравнения: при использовании плоского фланца давление концентрированно воздействует на место сварного шва. Воротниковые фланцы обладают повышенной прочностью, стойкостью к вибрации и находят применение в системах высокого давления. Сферы применения воротниковых фланцев:

• магистральные нефтепроводы и газопроводы;
• теплосети, атомная энергетика, ТЭЦ;
• технологические трубопроводы для химически агрессивных сред.

Воротниковые фланцы различаются диаметром, материалом и формой сопрягаемой поверхности. Варианты исполнений воротникового фланца: соединительный выступ, шип-паз, выступ-впадина, под линзовую прокладку, под прокладку овального сечения. Производят воротниковые фланцы методом объемной штамповки, а также из поковок и кованых кругов из углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей (Ст25, 13ХФА, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т). По стандарту ASME воротниковые фланцы имеют обозначение WN (Welding Neck), по нормативу EN они обозначаются Type 11, в ГОСТ 33259-2015 - тип 11.

Свободные фланцы

В системах низкого давления в условиях ограниченного пространства устанавливают свободные фланцы. Они состоят из двух частей: приварного бурта (патрубка/кольца), который приваривается непосредственно к трубе, и свободного фланца (диска/фланца-кольца). Изготавливают свободные фланцы из углеродистых, легированных и аустенитных сталей (Ст20, 09Г2С, AISI 304, AISI 316). Фланец часто делают из более дешевой углеродистой стали, а кольцо или втулку производят из нержавеющей стали. Это экономично: фланец не контактирует с рабочей средой, поэтому изготавливать его из более дорогой нержавеющей стали нецелесообразно. Другие особенности свободных фланцев:

• Удобство монтажа. Фланец вращается на кольце или втулке, поэтому можно легко совместить отверстия под болты с ответной деталью даже в условиях затрудненного доступа.

Стандарты и сертификация

Нормативы международных стандартов регламентируют все ключевые характеристики изделия:

• методы и материалы производства;
• исполнения уплотнительных поверхностей;
• номинальное давление и диапазон рабочих температур;
• размерный ряд деталей;
• способы испытаний для сертификации;
• маркировку.

Основные стандарты для регламентирования фланцев на международном уровне разработаны инженерами и технологами Америки и Европы. Американские стандарты:

• ASME/ANSI B 16.5 — размерный ряд фланцев от ½ до 24 дюймов;
• ASME/ANSI B 16.47 — размерный ряд фланцев от 26 до 60 дюймов.

Европейские стандарты нормирования фланцев:

• DIN — немецкий регламент, распространяется на плоские и воротниковые фланцы;
• EN 1092-1 — европейский стандарт определяет требования к круглым стальным фланцам.

Взаимозаменяемость фланцев, соответствующих разным стандартам, часто невозможна:

• Размеры деталей в американском стандарте указаны в дюймах.
• В международных стандартах есть уникальные варианты исполнений ответных поверхностей деталей (например, исполнение RTJ под прокладку овального сечения в ASME).

Российские стандарты (ГОСТ)

В России для регламентирования производства фланцев используются следующие ГОСТы:

• ГОСТ 33259-2015. Стандарт распространяется на фланцы плоские приварные (Тип 01), фланцы воротниковые приварные встык (Тип 11), свободные фланцы (тип 02, 03, 04).
• ГОСТ 12820-80 — отмененный стандарт для фланцев стальных плоских приварных на давление до 25 кгс/см².
• ГОСТ 12821-80 — отмененный стандарт для фланцев стальных приварных встык на давление до 200 кгс/см².
• ГОСТ 12822-80 — отмененный стандарт для фланцев свободных на приварном кольце на давление до 25 кгс/см².

Оценка соответствия фланцев включает проверку соответствия продукции требованиям нормативной и технической документации. В зависимости от области применения изделия могут подлежать обязательному декларированию или сертификации в рамках действующих технических регламентов. Фланцы, выпускаемые заводом РЕКОМ, проходят оценку соответствия требованиям действующих стандартов и технических регламентов, включая испытания и контроль качества продукции.

Таблица сравнения фланцев

В таблице собраны основные характеристики основных типов фланцев.

Таблица сравнения типов фланцев

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Чем отличаются плоские и воротниковые фланцы?

У воротникового фланца имеется конический выступ — воротник. Наличие переходной зоны в месте приварки фланца к трубе обеспечивает равномерное распределение давления и повышает надежность соединения. Поэтому воротниковые фланцы монтируют в сетях с высоким давлением. Плоские фланцы не имеют подобного выступа и рассчитаны на эксплуатацию при низкой и средней нагрузке.

Вопрос 2: Какие материалы используются для изготовления фланцев?

Фланцы изготавливают из разных марок стали. Выбор материала зависит от условий эксплуатации трубопровода или оборудования:

• универсальная сталь Ст20 — нормальные условия;
• Ст3сп — системы низкого давления;
• 09Г2С — низкие температуры (до -70°C), высокое давление;
• 13ХФА — газопроводы, нефтепроводы;
• 12Х18Н10Т — трубопроводы для агрессивных сред, пищевая и химическая промышленность;
• 15Х5М — экстремально высокие температуры до +650°C.

Для защиты стали от коррозии фланцы покрывают полимерными составами и подвергают оцинковке. Оцинкованные стальные фланцы применяют в системах для транспортировки химически агрессивных сред.

Вопрос 3: Какие стандарты регламентируют производство фланцев?

Актуальные стандарты производства фланцев:

• ГОСТ 33259-2015 (основан на ГОСТ Р 54432-2011) — устанавливает требования к конструкции, размерам и изготовлению фланцев трубопроводов и арматуры для систем с давлением Ру до 250 МПа;
• ГОСТ 12820-80 — стандарт для плоских приварных фланцев на давление Ру до 2,5 МПа;
• ГОСТ 12821-80 — стандарт для воротниковых фланцев на давление Ру до 2,5 МПа;
• ASME (ANSI) B16.5 и B16.47 — американский стандарт.
• EM 1092 — европейский стандарт, регламентирующий требования к круглым фланцам для труб, клапанов и фитингов с маркировкой давления PN.