Фланцевое соединение: из чего состоит, виды, ГОСТы и где применяется

01Из чего состоит фланцевое соединение

Узел собирают из трёх групп деталей:

• два фланца — на трубе, патрубке аппарата или корпусе арматуры;
• прокладка между их уплотнительными поверхностями;
• крепёж — болты или шпильки с гайками.

Герметичность держится на сжатой прокладке. Затянутый крепёж прижимает её к уплотнительным поверхностям, прокладка заполняет неровности металла и перекрывает путь среде. Рабочее давление стремится раздвинуть фланцы, нагрев и остывание меняют натяг крепежа — поэтому усилия на прокладке должно хватать во всех режимах.

Для фланцев крупнее DN 600 и для особых условий — внешние нагрузки, изгиб, коррозия — работоспособность соединения подтверждают расчётом, например по ГОСТ 34233.4, данными эксплуатации или испытаниями (ГОСТ 33259-2015, п. 7.5).

Болты вместо шпилек ГОСТ 33259-2015 допускает до PN 25 включительно и при температуре от −40 до 300 °C (п. 7.9.5). За этими пределами ставят шпильки.

02Какие фланцевые соединения бывают: типы фланцев по ГОСТ 33259-2015

ГОСТ 33259-2015 распространяется на фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов, а также на присоединительные фланцы машин, патрубков, аппаратов и резервуаров до PN 250. Он заменил ГОСТ 12815–12822-80, действует с 1 апреля 2016 года, а с 1 июня 2024 года — с Изменением № 1. Типов фланцев в стандарте шесть (рисунок 1).

Свободные фланцы (02, 03, 04) поворачиваются относительно кольца или отбортовки, поэтому отверстия под крепёж проще совместить при сборке.

В заказе фланец описывают строкой из семи позиций (п. 7.18): DN, PN, тип, размерный ряд, исполнение уплотнительной поверхности, марка стали, группа контроля. Пример из стандарта: «Фланец 50-10-11-1-М-Ст 20-IV ГОСТ 33259-2015».

03Исполнения уплотнительных поверхностей и прокладки

Форму торца, на который ложится прокладка, стандарт называет исполнением (рисунок 2):

• A — плоскость, только для PN 1, 2,5 и 6;
• B — соединительный выступ, бывшее исполнение 1 по ГОСТ 12815-80;
• E и F — выступ и впадина, работают в паре;
• C и D — шип и паз; L и M — шип и паз под фторопластовые прокладки;
• J — под прокладку овального и восьмиугольного сечений; K — под линзовую прокладку.

С исполнениями A–F применяют эластичные прокладки по ГОСТ 15180, металлические, спирально-навитые (СНП), графитовые на основе ТРГ и волновые; с L и M — прокладки на основе фторопласта-4; с J и K — металлические по ГОСТ 34655 (п. 7.3).

Исполнение выбирают по среде и давлению (приложение А). Для пожаровзрывоопасных веществ соединительный выступ B рекомендован до PN 40, а при любом давлении — пары «выступ — впадина» и «шип — паз». При PN 63 и выше для всех сред — J и K. О каждом исполнении, его шероховатости и ремонте — в статье «Исполнение фланцев по ГОСТ 33259-2015».

04Фланцевые соединения ГОСТ: какие документы открывать

На импортном оборудовании встречаются фланцы по зарубежным стандартам. Соединительный выступ там обозначают RF, канавку под кольцевую металлическую прокладку — RTJ.

05Где применяется фланцевое соединение трубопроводов

Фланец ставят там, где узел придётся разбирать:

• присоединение арматуры, насосов, компрессоров и аппаратов;
• узлы, которые открывают для чистки и осмотра, — теплообменники, фильтры, люки;
• заглушки на выводах и переходы к оборудованию другого стандарта.

Где разбирать не нужно, лучше варить: каждый разъём — лишнее место возможной утечки. Фланцевое соединение труб из стали и чугуна описывает ГОСТ 33259-2015; чугунные фланцы ставят только с эластичными прокладками (п. 7.7).

На взрывопожароопасных и химически опасных производствах действуют дополнительные ограничения ГОСТ 32569-2013:

• только приварные встык фланцы (тип 11), если давление больше PN 25 или температура больше 300 °C (п. 6.2.3);
• соединительный выступ запрещён на объектах I категории взрывопожароопасности с веществами групп А и Б и для высокотемпературного органического теплоносителя; исключение — СНП с ограничительными кольцами (п. 6.2.5);
• для прокладок, которым нужен замкнутый объём, например из PTFE, — шип и паз исполнений L, M (п. 6.2.7).

06Как собирают узел

Для технологических трубопроводов ГОСТ 32569-2013 требует:

• непараллельность уплотнительных поверхностей — не больше 10 % толщины прокладки (п. 6.2.8);
• перекос не выбирают натяжением болтов и клиновыми прокладками (п. 11.3.3);
• мягкие прокладки затягивают крестообразным обходом, металлические — круговым (п. 6.2.12).

Остальные допуски сборки и разбор причин течи — в статье «Уплотнение фланцевых соединений».

07Что делать, если повреждена уплотнительная поверхность

Забоина, коррозионная раковина или радиальная риска на зеркале — такую течь новая прокладка не устранит. Путей два.

1. Заменить фланец: резка, подготовка кромок, сварка, контроль шва, повторная сборка.
2. Проточить уплотнительную поверхность на месте: мобильный станок крепится в отверстие фланца или по наружному диаметру, снимает дефектный слой и наносит риску под прокладку. Трубу не режут, сварки нет.

Второй путь короче: из работ первого остаётся только сборка, новый фланец не нужен. Ограничение одно — запас металла. По п. 7.6 ГОСТ 33259-2015 (в ред. Изменения № 1) толщина фланца b не может быть ниже значений из таблиц 3–9. Таблица 14 позволяет при изготовлении занизить высоту выступа h не больше чем на 1 мм от номинала — для ремонта это лишь ориентир, а допустимый съём уточняют по КД. Поэтому до проточки замеряют фактическую толщину фланца и глубину дефекта.

Готовую поверхность принимают так же, как у нового фланца: шероховатость — по рисунку 3 стандарта, плоскостность по таблице 14 — 0,4 мм для уплотнительной поверхности до Ø1000 мм, для больших — 0,8 мм.