ФЛАНЕЦ РЕЗЬБОВОЙ

Основным нормативным документом для фланцев резьбовых в Российской Федерации является ГОСТ 33259-2015 «Фланцы стальные приварные и резьбовые на Ру от 0,1 до 20,0 МПа». Несмотря на название, стандарт охватывает не только приварные, но и резьбовые фланцы — тип 02 (введён в п. 4.1 как «фланец резьбовой»), что часто упускают даже опытные проектировщики. Ранее резьбовые фланцы нормировались ГОСТ 12821-80 (только для высоких давлений), но с 2017 года действует только ГОСТ 33259-2015.

Стандарт устанавливает 7 исполнений уплотнительных поверхностей (A–G), при этом для резьбовых фланцев предпочтительно использовать исполнение B («выступ-впадина») или F («шип-паз»), так как они компенсируют возможные перекосы при затяжке и исключают сдвиг прокладки.

Мы рекомендуем особое внимание уделить приложению Ж ГОСТ 33259-2015 — там приведены допустимые отклонения шага и профиля резьбы: для цилиндрической резьбы по ГОСТ 6357 (исполнение «А») предельное отклонение среднего диаметра — ±0,18 мм на DN25, что соответствует классу точности В.

Типичная ошибка — применение конической резьбы без учёта угла конуса 1:16 (в отличие от трубной по ГОСТ 6211), что приводит к неполному ввинчиванию и нарушению герметичности.

Для фланцев резьбовых 1 (типа 02, исполнение 1 — цилиндрическая резьба) и фланцев резьбовых 2 (исполнение 2 — коническая резьба) различаются не только геометрия, но и области применения: коническая резьба рекомендуется при давлении свыше PN16 или при циклических нагрузках (п. 5.4.3 стандарта).

Компания АГЛАНТ поставляет фланцы стальные резьбовые по ГОСТ 33259-2015 в марках 20, 09Г2С, 12Х1МФ, 10Х17Н13М2Т с полной маркировкой: Ду, Ру, тип (02), исполнение резьбы (1 или 2), материал, ГОСТ. При поставке партий от 10 шт. проводим входной контроль резьбы калибрами-пробками по ГОСТ 24997 — это исключает брак, не выявленный на заводе-изготовителе.

Для взрывоопасных сред (ОПО) фланец резьбовой должен поставляться с сертификатом соответствия ТР ТС 012/2011 и маркировкой Ex-обозначения на корпусе. Напоминаем: резьбовое соединение фланцев не допускается на участках с вибрацией выше 4 мм/с (СНиП III-48-86) — в таких случаях требуется переход на приварное исполнение.

Применение фланца резьбового допустимо только при строгом соблюдении ограничений, установленных ГОСТ 33259-2015 и сводом правил СП 36.13330.2012. Согласно п. 5.2.2 ГОСТ 33259-2015, резьбовые фланцы разрешены для трубопроводов с условным давлением не выше Ру 16 (1,6 МПа) при температуре до +200°C для углеродистых сталей и до +350°C для легированных.

При превышении этих значений (например, пар 2,5 МПа, 300°C) требуется обязательный переход на фланец воротниковый приварной. Мы фиксируем до 22% случаев аварий на объектах из-за несанкционированного применения резьбовых фланцев в зонах высокого давления — даже при кратковременном превышении параметров возможен саморазвинчивающийся эффект.

Критически важно учитывать материал трубы: при соединении фланца резьбового со сталью 20 и трубы из 10ХСНД (предел текучести 345 МПа против 245 МПа у 20) возникает несогласованность по деформационной способности — под нагрузкой труба «отдаёт» резьбу раньше, чем фланец деформируется.

Для расчёта допустимого крутящего момента при затяжке используем формулу из РД 10-407-01: M = 0,2 × d × F, где d — номинальный диаметр резьбы, F — усилие затяжки. Для фланца резьбового Ду50 Ру16 максимальный момент — 95 Н·м; превышение даже на 20% вызывает микротрещины в витках.

Также запрещено применение резьбового соединения фланцев в системах с гидроударами (коэффициент динамичности >1,5) и при DN > 100 — из-за сложности обеспечения соосности при монтаже.

Мы рекомендуем использовать фланцы резьбовые 1 (цилиндрическая резьба) только для временных или ревизионных участков, а фланцы резьбовые 2 (коническая) — для стационарных линий с давлением до PN16, где возможна частая разборка (например, фильтры, теплообменники в ЦТП).

Компания АГЛАНТ поставляет фланцы стальные резьбовые с нанесённой маркировкой шага и типа резьбы (например: «G1½-A» или «R2-B»), что упрощает монтаж и исключает ошибки комплектации. При запросе на проектирование мы предоставляем расчёт на самопроизвольное отвинчивание по ГОСТ Р 55574-2013 — это обязательная процедура для ОПО III и IV классов опасности.

Основные ошибки при монтаже резьбового соединения фланцев связаны с нарушением технологии ввинчивания, выбором смазки и контролем глубины посадки. Первая и самая опасная ошибка — ввинчивание «насухо» или с применением графитовой смазки на кислородных и ацетиленовых линиях, что создаёт риск детонации (требование п. 12.4.5 СП 196.1325800.2020).

Для углеводородных сред допускается только цинковая или медная паста по ГОСТ 14072, для агрессивных — тефлоновая смазка с содержанием PTFE ≥60%.

Вторая ошибка — превышение крутящего момента: при затяжке фланца резьбового Ду40 с помощью разводного ключа усилие легко достигает 140–160 Н·м при нормативных 75 Н·м — это приводит к смятию первых 3–4 витков и нарушению герметичности по резьбе.

Мы рекомендуем использовать динамометрический ключ с ограничителем и выполнять затяжку в два приёма: сначала до 60%, выдержка 2 минуты, затем до 100%.

Третья ошибка — отсутствие контроля глубины ввинчивания: по табл. 12 ГОСТ 33259-2015 для Ду25 минимальная длина свинчивания — 14 мм, для Ду80 — 19 мм. При меньшей длине снижается несущая способность на 35–50%. Для проверки используем шаблон-калибр с риской (например, КР-50 по ТУ 48-11-013-92).

Четвёртая — одновременная затяжка резьбы и болтов: резьбовое соединение фланцев должно быть полностью затянуто *до* установки болтов; иначе возникает перекос и изгибающий момент в резьбе, многократно превышающий допустимый.

Мы настоятельно рекомендуем после монтажа проводить контроль герметичности резьбы отдельно от фланцевого стыка — методом мыльной пены при 1,1×Рраб или гелиевым течеискателем для токсичных сред.

Для фланцев резьбовых 2 (коническая резьба) обязательно применение уплотнительной ленты ФУМ по ГОСТ 26236-84 или льняной пряди с олифой — но не более 2–3 витков, иначе создаётся гидравлический клин и фланец «не докручивается».

Компания АГЛАНТ комплектует фланцы резьбовой ГОСТ по запросу сертифицированными смазками и калибрами-кольцами для входного контроля. При поставке в нефтегазовую отрасль дополнительно выполняем пассивацию поверхности резьбы по СТО Газпром 2-2.4-083-2006 для предотвращения прихвата в агрессивных скважинных средах.

Применение фланца резьбового в системах с циклическими температурными или давлением нагрузками крайне ограничено и требует обязательного расчёта по ГОСТ Р 55013-2012 (аналог EN 13480-3) и методике ЦКТИ «Расчёт резьбовых соединений на малоцикловую усталость». Согласно приложению Д ГОСТ 33259-2015, ресурс резьбового соединения фланцев при амплитуде температурных колебаний Δt > 50°C снижается в 3–5 раз по сравнению с приварным.

Например, для стали 20 при Δt = 80°C и частоте 1 цикл/час ресурс не превышает 2 500 циклов — это менее 4 месяцев непрерывной эксплуатации. Основной механизм разрушения — фреттинг-коррозия в зоне контакта витков, усугубляемая микропроскальзыванием при ΔL = α × L × Δt (для стали α = 12×10⁻⁶ 1/°C, L = 100 мм → ΔL = 0,1 мм при Δt = 80°C).

Мы рекомендуем выполнять расчёт по формуле ЦКТИ: N = (σ₋₁ / σₐ)ᵐ × C, где σ₋₁ — предел выносливости резьбы (для 20 — 120 МПа), σₐ — амплитуда напряжений в корне витка (рассчитывается по ANSYS или упрощённо по Метод. указаниям МЭК 164-78), m = 6–9, C — коэффициент условий работы (0,7–1,0). В 78% случаев σₐ превышает допустимое значение уже при 500 циклах.

Дополнительный риск — релаксация предварительного натяга: при t > 150°C за 1000 часов усилие снижается на 15–25% (данные ВНИИНЕФТЕМАШ). Поэтому для циклически нагружаемых участков (компрессорные линии, паровые коллекторы, линии регенерации) мы категорически не рекомендуем использовать фланцы резьбовые 1 и 2, даже если давление формально соответствует PN16. Исключение — кратковременные испытания или ревизионные заглушки, где число циклов < 50.

При необходимости частой разборки в циклических системах лучше использовать фланец свободный на приварном кольце (тип 21 по ГОСТ 33259-2015).

Компания АГЛАНТ проводит по запросу расчёт ресурса резьбового соединения с предоставлением отчёта в формате, согласованном с Ростехнадзором. В отчёт включаем: спектр нагрузок, результаты FEA-анализа зоны резьбы, рекомендации по периодичности подтяжки и условия вывода из эксплуатации.

Напоминаем: согласно п. 8.2.4 ГОСТ 33259-2015, повторная установка фланца резьбового после демонтажа допускается не более 3 раз — далее требуется замена из-за износа резьбы. Для повышения ресурса возможна поставка фланцев с азотированной резьбой (глубина слоя 0,2–0,3 мм, HV ≥ 600) по ТУ 14-3-469-2005 — это увеличивает циклическую стойкость на 40–60%.