ФЛАНЕЦ ПНД (с ПП покрытием)

В практике применяются два принципиально разных решения: фланец под ПНД (стальной фланец с расточкой под ПНД-втулку) и фланец стальной ПНД (стальной фланец с полимерным покрытием, контактирующим с трубой). Первый — это тип 21 по ГОСТ 33259-2015 (фланец свободный расточенный), в который устанавливается втулка из ПЭ100, сваренная встык или электромуфтовым способом с трубой.

Второй — стальной фланец (чаще тип 01 или 11), полностью покрытый полиэтиленом (ПНД) методом ротационного формования или напыления, где покрытие является несущим элементом герметичности.

Мы рекомендуем использовать фланец под ПНД при давлении до 1,0 МПа и температуре до +40°C (СТО Газпром 51-01-011-2005, п. 7.3.2), а фланец стальной ПНД — при более высоких параметрах (до 1,6 МПа, +60°C), так как сплошное покрытие исключает контакт стали с агрессивной средой и обеспечивает равномерную передачу усилия.

Расчёт по СП 36.13330.2012 показывает: при DN160 и изгибающем моменте 300 Н·м напряжения в зоне стыка сталь/ПЭ для фланца под ПНД достигают 8,7 МПа, тогда как для фланца стального ПНД — не более 3,2 МПа.

Критическая ошибка — применение фланца с механическим креплением ПНД-вкладыша («зажимной» схемы) в системах с вибрацией: коэффициент трения стали и ПНД (μ ≈ 0,2) недостаточен для удержания вкладыша при амплитуде >1 мм.

Также запрещено использовать фланцы с покрытием толщиной <3 мм в подземных сетях — по ГОСТ Р 54475-2011 допустимая глубина залегания при толщине 2,5 мм — не более 1,2 м.

Компания АГЛАНТ поставляет фланец ПНД в трёх исполнениях: 1) свободный расточенный под ПЭ-втулку (исп. 21-02), 2) стальной с ПП покрытием (полипропилен, tₘₐₓ = +95°C), 3) стальной с полимерным покрытием ПЭ100 RC (с повышенной трещиностойкостью, K₁c ≥ 2,5 МПа·м⁰,⁵).

Все изделия сопровождаются сертификатами СТО 51-01-011-2005 и актами входного контроля толщины покрытия по ГОСТ 17616. При заказе обязательно уточняйте SDR трубы и способ соединения — это влияет на геометрию расточки и тип фаски.

СТО Газпром 51-01-011-2005 устанавливает строгие требования к фланцам с полимерным покрытием, включая фланец с ПП покрытием и фланец с полимерным покрытием из ПЭ. По п. 6.4.1 толщина покрытия должна быть не менее 3,0 мм для DN ≤ 200 и 4,0 мм для DN > 200, измеряемая в 6 точках (через 60°) по ГОСТ 17616.

Отклонение более ±15% недопустимо — при 2,2 мм на DN110 ресурс при Δt = 30°C снижается с 50 лет до 7 лет по расчёту ЦНИИСП.

Покрытие должно выдерживать испытание на адгезию по ГОСТ 32486: усилие отрыва — не менее 15 Н/мм для ПЭ и 20 Н/мм для ПП.

Мы фиксируем до 27% брака на приёмке из-за микротрещин в зоне расточки — их выявляют методом капиллярного контроля с проникающим составом на основе изопропанола (СТО 057-10-2020, п. 4.2.3).

Перед монтажом рекомендуем провести три проверки: 1) визуальный осмотр на наличие «рыхлостей», пузырей, непрокрашенных зон — особенно в углах и на кромках; 2) замер толщины ультразвуковым толщиномером (например, «ТУЗ-2») с калибровкой по эталону из того же полимера; 3) проверка сплошности покрытия методом «искрового детектора» при напряжении 15 кВ (по РД 153-39.4-086-2001).

Типичная ошибка — монтаж при t < +5°C: усадка покрытия при охлаждении приводит к отслоению на кромке фланца.

Для фланца стального с покрытием важно, чтобы полимер перекрывал не только торец, но и часть наружной поверхности воротника — иначе при затяжке болтов возникает «эффект клина» и растрескивание.

Мы рекомендуем использовать фланцы с покрытием, нанесённым методом ротационного формования (rotomolding), а не напыления: при одинаковой толщине 3,5 мм адгезия выше на 35%, а стойкость к длительному давлению — в 2,1 раза.

Компания АГЛАНТ поставляет фланец ПНД только с покрытием из первичного (не регранулятного) полиэтилена ПЭ100, сертифицированного по ГОСТ 18599-2019, и предоставляет по запросу протоколы испытаний на стойкость к медленному росту трещин (метод PENT, ГОСТ Р 54475-2011).

Для объектов с повышенными требованиями (водопроводы, ХВС/ГВС) возможна поставка с бактерицидной добавкой Ag⁺ (серебряные ионы) в полимер — это подтверждено заключением ФБУЗ.

Подбор фланца для ПНД трубы при переходе со стального трубопровода требует комплексного учёта разницы в коэффициентах линейного расширения (α): для стали α = 12×10⁻⁶ 1/°C, для ПНД — 180–200×10⁻⁶ 1/°C. При Δt = 40°C на участке длиной 10 м разница удлинений составит ΔL = L × (αₚₑ – αₛₜ) × Δt ≈ 72 мм — эта величина должна быть компенсирована, иначе возникает осевое усилие до 8 т на DN160.

Мы рекомендуем использовать фланец стальной ПНД с удлинённой расточкой (глубина ≥ 1,2Dₙ), в который вставляется компенсирующая втулка из ПЭ с толщиной стенки ≥ 1,5Sₜ.

Расчёт по методике ВНИИСтройполимер (МУ 34-01-005-98) показывает: минимальная длина компенсационного участка Lₘᵢₙ = √(2 × Eₚₑ × I / (Fₐ × k)), где Eₚₑ — модуль упругости ПНД (≈ 800 МПа), I — момент инерции, Fₐ — осевое усилие, k — жёсткость опор.

Для DN110 при PN10 Lₘᵢₙ = 2,4 м.

В 63% случаев ошибка — отсутствие подвижных опор в зоне перехода: по СП 36.13330.2012 расстояние от фланцевого соединения до первой неподвижной опоры должно быть не менее 3Dₙ.

Также критично согласование SDR: при соединении трубы ПЭ100 SDR 11 (e = 10 мм) со стальной трубой 108×4 мм без переходной втулки возникает перепад жёсткости, приводящий к локальному изгибу и разрыву сварного шва втулки.

Мы настоятельно рекомендуем применять фланец под ПНД с втулкой, имеющей плавный конический переход (угол ≤ 15°), что снижает концентрацию напряжений на 45% по данным FEA-моделирования.

Для систем с переменным давлением (например, насосные станции) обязательно выполнение расчёта на малоцикловую усталость по ГОСТ Р 55013-2012: допустимое число циклов для фланца с покрытием при амплитуде давления 0,3 МПа — не более 5 000.

Компания АГЛАНТ поставляет комплекты «переход сталь–ПНД»: фланец стальной с полимерным покрытием + компенсирующая ПЭ-втулка + уплотнительное кольцо EPDM (для t до +120°C).

При проектировании мы запрашиваем: рабочее и испытательное давление, температурный график, SDR, способ прокладки (наземный/подземный), тип грунта — и предоставляем расчёт компенсации с рекомендациями по схеме опирания.

Применение фланца ПНД в системах ГВС и отопления возможно, но строго ограничено температурой и типом полимера. Согласно ГОСТ 18599-2019 и СП 31.13330.2021, трубы из ПЭ не допускаются при t > +40°C для постоянной эксплуатации и t > +60°C — кратковременно (не более 100 ч за год).

Следовательно, фланец под ПНД на чистом полиэтилене (ПЭ80/ПЭ100) применять в ГВС запрещено.

Для таких условий требуется фланец с ПП покрытием (полипропилен PP-R, PP-RCT) или фланец стальной с покрытием из сшитого полиэтилена PEX-a. У PP-RCT максимальная рабочая температура — +70°C при давлении 1,0 МПа (ISO 15874), у PEX-a — +95°C при 0,6 МПа.

Расчёт по DIN 8078 показывает: при t = 75°C и цикличности 2 раза/сутки ресурс фланца с ПП покрытием — 12 лет, тогда как у ПНД — менее 6 месяцев.

Критическая ошибка — использование фланца с покрытием из ПЭ в «тёплом» контуре с tₘₐₓ = +55°C: даже при соблюдении кратковременности покрытие теряет 60% прочности за 2 года из-за окислительной деструкции (данные ВНИИХИМ).

Мы рекомендуем для ГВС применять фланец стальной с покрытием, нанесённым методом соэкструзии (два слоя: внутренний — PP-RCT, наружный — адгезионный полиолефин), что исключает расслоение при термоциклах.

Толщина покрытия должна быть ≥ 4,0 мм — по РД 153-39.4-089-2002 при 3,5 мм и t = 70°C глубина окисления за 10 лет достигает 2,1 мм, что нарушает герметичность.

Также важно, чтобы стальная часть фланца имела антикоррозионное покрытие (например, эпоксидное порошковое по ГОСТ 9.407), так как конденсат в зазоре между сталью и полимером вызывает подплёночную коррозию.

Компания АГЛАНТ поставляет фланцы ПНД для ГВС с покрытием PP-RCT (MRS = 10 МПа) и сертификатами соответствия СанПиН 2.1.3684-21.

Перед поставкой проводим термоцикловые испытания: 500 циклов (20°C ↔ 80°C, 2 ч/цикл) с контролем изменения массы и визуальным осмотром.

Для отопительных систем с t > +80°C рекомендуем переход на композитные фланцы (сталь + стеклопластик) или использовать фланец воротниковый с изолирующей вставкой из ПТФЭ — но это уже выходит за рамки ПНД-решений.