Как отличить фланец плоский от воротникового, зная только маркировку: DN 50 PN 16

Для нефтегазовой отрасли и нефтехимических производств чрезвычайно важна безопасная транспортировка среды от мест добычи до станций переработки и конечного потребителя. Эту функцию обеспечивают магистральные и технологические трубопроводы.

- Магистральные трубопроводы отвечают за перемещение нефти, газа и нефтепродуктов на дальние расстояния.

- Технологические трубопроводы делятся на внутрицеховые и межцеховые, обеспечивая циркуляцию полуфабрикатов, готовой продукции, воды, пара, газа и реагентов в пределах производственных комплексов.

От технологического состояния трубопроводов зависит их безопасность. Насосные, линейные, перекачивающие и компрессорные станции представляют собой комплекс сборочных единиц с разъемными и неразъемными соединениями элементов. К числу разъемных относятся фланцевые соединения.

С одной стороны, фланец может показаться довольно простым компонентом, состоящим из стального диска с несколькими отверстиями для шпилек и проходным отверстием. Но, с другой стороны, выход фланцев из строя может привести к аварии: от незначительной утечки до катастрофического выброса среды в атмосферу. Помимо безопасности, неправильный выбор фланца может привести к хроническим проблемам с тех. обслуживанием, преждевременному выходу из строя и неожиданным простоям. Именно поэтому при подборе фланцевого соединения важно знать не только условный диаметр и давление, но и тип конструкции фланца. Чаще всего речь идет о двух базовых типах: плоском и воротниковом.

В новой статье базы знаний ОНИКС разберем, как отличить фланец плоский от воротникового по цифрам, без визуального осмотра. В качестве примера используем два фланца DN 50 и PN 16. При одинаковых значениях условного диаметра и давления это будут разные по форме, массе, распределению напряжений и технологии монтажа изделия, но обо всем по-порядку.

• Фланец воротниковый 50-16-11-1-B-ст 12Х18Н10Т-IV ГОСТ 33259-2015
• Фланец плоский 50-16-01-1-B-Ст 12Х18Н10Т-IV ГОСТ 33259-2015

В нормативной и проектной документации различие между плоским и воротниковым фланцем определяется прежде всего типом изделия, который фиксируется в стандарте и указывается в маркировке. По ГОСТ 33259-2015, а также по ранее действовавшим ГОСТ 12820-80 и ГОСТ 12821-80, фланцы различают цифрами: плоский приварной фланец — это тип 01, воротниковый приварной встык — тип 11. Давайте расшифруем маркировку на фланцах.

Таким образом, только по маркировке или числово-буквенному обозначению легко определить тип фланца, он идет сразу после номинального давления.

Сравним технические параметры для фланцев по ГОСТ 33259-15 по первому ряду. Информацию мы взяли из таблицы 3 для плоского фланца и таблицы 6 для воротникового фланца.

Таблица 1. Сравнение технических параметров в размерах плоского и воротникового фланца 50-16 по ГОСТ 33259-15

Можно заметить, что некоторые параметры идентичны, а часть имеет заметные различия. Начнем со сходств. Совпадают основные диаметры: наружный, диаметр болтовых отверстий и окружности их расположения. У фланцев схожее количество болтовых отверстий — 4, и одинаковый номинальный диаметр болтов/шпилек М16.

Плоские фланцы имеют бОльшую толщину и, на первый взгляд, по значению b плоский фланец толще (22 мм против 16 мм), следовательно, он должен быть прочнее. Однако, это не так. У воротниковых фланцев нагрузка распределяется через воротник, который работает как плавный усиленный переход к трубе, что снижает концентрацию напряжений. Поэтому, благодаря своей конструкции, воротниковые фланцы будут прочнее.

Второе преимущество фланцев типа 11 — утолщенная зона у основания (Dm = 76 мм), она плавно соединяет трубу с диском. За счет этого нагрузка от внутреннего давления и затяжки болтов распределяется постепенно, без резкого перепада. Напряжения не концентрируются в зоне сварки, а "растекаются" по воротнику. У плоских фланцев такого перехода нет.

Сравним расчетную массу фланцев на основе приложения "В" по ГОСТ 33259-15.

• Тип 01 (плоский): 2,58 кг
• Тип 11 (воротниковый): 2,28 кг

Разница в массе может показаться неожиданной. Интуитивно кажется, что воротниковый фланец всегда должен быть тяжелее благодаря шейке. Однако, расчетные данные показывают обратное: тип 11 легче на 0,3 кг. Эта разница объясняется особенностями конструкции плоского фланца. Тип 01 толще на 6 мм. Для DN 50 площадь фланца небольшая, поэтому, если увеличить толщину на несколько миллиметров, масса заметно вырастет. Именно поэтому разница в массе становится заметной.

В обоих случаях применяется сварка, но используют разные способы.

Плоские фланцы устанавливают на трубу внахлест. Фланец сперва надевается на трубу с небольшой свободой и затем приваривается двумя угловыми швами с внутренней и внешней стороны. Внутренний шов проходит между трубой и фланцем, а наружный шов — по окружности трубы. После сварки фланец соединяют с ответным фланцем или арматурой. Между ними устанавливают уплотнительную прокладку, затем совмещают отверстия и вставляют крепеж. Болты затягивают крест-накрест, постепенно увеличивая усилие для равномерного прижатия прокладки. Подобная конструкция применяется в трубопроводах со средними нагрузками и умеренным давлением.

Воротниковые фланцы привариваются к трубе стыковым сварным швом. Сварка выполняется по торцам трубы и воротника, благодаря чему образуется прочный сварной шов. Создается плавный непрерывный переход "труба — воротник", благодаря чему давление распределяется более равномерно. Напряжения от внутреннего давления среды распределяются по всему периметру воротника и не концентрируются в зоне сварного шва. Аналогично с плоскими, между фланцами устанавливают прокладку и крепеж для создания герметичного соединения. Применяется в трубопроводах с повышенным давлением и нагрузками.

Плоские и воротниковые фланцы применяются в трубопроводных системах в нефтяной, химической, газовой и других отраслях промышленности. Исходя из одинаковых данных по DN и PN, область применения будет различной.

Тип 01 используют в трубопроводных линиях с относительно умеренными нагрузками. Их можно встретить в системах тепловых сетей (водоснабжение, системы охлаждения, оборотная вода на предприятиях), при транспортировке неагрессивных жидкостей и газов (пищевая промышленность, установки, прочее оборудование), в участках технологических трубопроводов (линии подачи реагентов, системы очистки) и др.

Тип 11 применяют в более нагруженных трубопроводных системах. Например, в качестве разъемного соединения в химических реакторах, линиях транспортировки реагентов, теплообменниках, котельных установках и трубопроводах нефтепереработки.

При нагреве трубопровод расширяется. У плоского фланца деформация концентрируется в зоне сварного шва. У воротникового фланца она распределяется по длине воротника. Поэтому, воротниковые фланцы лучше работают на объектах с высокими температурами (например, паропроводы). Если температура постоянно меняется, то возникает усталость металла. В таких условиях плоский фланец быстрее накапливает напряжение, а воротниковый работает стабильнее благодаря плавному переходу сечения. Воротниковые фланцы чаще встречаются в энергетике, на насосных установках и технологических линиях.

К сожалению, однозначного ответа не существует. Чаще всего нельзя заменить один фланец другим из-за соображений безопасности. Однако, в нашем примере (DN 50 PN 16) можно рассмотреть замену плоского фланца на воротниковый, так как большинство технических параметров схожи. В такой замене конструкция выигрывает в массе (легче на 0,3 кг) и улучшается распределение давления сварного шва. Обратная замена воротникового фланца плоским невозможна, и даже категорически запрещена. Перестановка фланцев ослабит узел и снизит общее ресурсное состояние трубопровода.

Обратите внимание, что наши рассуждения носят теоретический характер. Все решения по замене фланцев должны приниматься исключительно проектной или эксплуатационной организацией вашей компании.

Если смотреть только на цифры номинального диаметра и подходящий диаметр болтов, то фланцы выглядят одинаковыми. Однако, в этой статье мы проанализировали и доказали, что толщина, высота, наличие диаметра воротника и способ сварки будут принципиально различаться. Именно поэтому при формировании заявки на фланцы так важно знать не только DN и PN, но и тип фланца (например, 01 или 11), иначе можно получить разъемное соединение с другой расчетной прочностью. Чтобы точно не возникло никакой путаницы, обратитесь к менеджерам отдела продаж компании ОНИКС за грамотным подбором фланцевых соединений.

Офис в Москве 8 (499) 673-3838
Офис в Екатеринбурге 8 (343) 384-3838
Офис в Санкт-Петербурге 8 (812) 328-3838
Бесплатно по РФ 8 (800) 555-3883
Сайт onyxspb.ru
E-mail: info@onyxspb.ru