ФЛАНЕЦ ВОРОТНИКОВЫЙ

Основным нормативным документом, регулирующим параметры, типоразмеры и технические требования к фланцам воротниковым в РФ, является ГОСТ 33259-2015 «Фланцы стальные приварные на Ру от 0,1 до 20,0 МПа». Этот стандарт заменил устаревшие ГОСТ 12820-80 (плоские), ГОСТ 12821-80 (воротниковые) и частично ГОСТ 12815-80 (ряды уплотнительных поверхностей), унифицировав подход к классификации по условному давлению (Ру) и приведя терминологию в соответствие с ISO 7005 и EN 1092-1. Ключевое отличие ГОСТ 33259-2015 — введение типов фланцев по конструкции: тип 01 — плоский, тип 11 — воротниковый приварной, тип 21 — свободный на приварном кольце. Для фланцев воротниковых (тип 11) стандарт устанавливает 7 исполнений уплотнительных поверхностей (от A до G), включая исполнение F («шип-паз») и G («внутренний шип-внутренний паз»), ранее нормируемые отдельно.

Мы рекомендуем обращать особое внимание на таблицы 5 и 6 ГОСТ 33259-2015: они содержат допустимые отклонения по перпендикулярности плоскости фланца к оси трубы (не более 1,5 мм на DN100 при L=150 мм), что критично при монтаже длинных участков. Сравнение с ГОСТ 12821-80 показывает, что в новой редакции увеличены минимальные толщины воротника на 8–12% для DN ≥ 200, что повышает стойкость к изгибающим моментам.

При подборе фланца воротникового Ду важно учитывать не только PN, но и группу материала по ГОСТ 33259 (табл. 8): для стали 20 (группа 1.1) максимальная температура применения — +425°C, а для 12Х1МФ (группа 2.3) — до +540°C.

Типичная ошибка проектировщиков — игнорирование требований п. 7.2.3 стандарта: при толщине стенки трубы менее 5 мм необходимо выполнять разделку кромок под сварку с учётом конусности воротника. Также важно помнить, что ГОСТ 33259-2015 согласован с требованиями ТР ТС 032/2013, поэтому фланец ст воротниковый, поставляемый с декларацией соответствия, должен иметь маркировку с указанием PN, Ду, стали и номера ГОСТ.

Компания АГЛАНТ поставляет воротниковые фланцы 33259 2015 с полным комплектом сертификатов (включая УКК и УФК при запросе) и гарантирует соответствие геометрических параметров предельным отклонениям по таблице 4 стандарта. Для особо ответственных объектов (АЭС, ХПЗ) мы дополнительно выполняем ультразвуковой контроль воротника по СТО 0022-011-002-2020. Не следует использовать фланцы, изготовленные по старым ГОСТ, даже если они визуально совместимы: различия в радиусах галтелей и длине воротника могут привести к недопустимым напряжениям при гидроиспытаниях.

Подбор фланца воротникового приварного начинается не с Ду и PN, а с анализа рабочей среды и условий эксплуатации в соответствии с ГОСТ 356-80 и ГОСТ Р 55013-2012 (аналог EN 13480-3). Первым делом определяется расчётное давление: оно должно быть не ниже максимального рабочего давления с учётом гидроудара (коэффициент 1,1–1,25 по п. 5.3.2 ГОСТ 356). Например, при рабочем давлении 6,3 МПа и t = 350°C для пара требуется фланец воротниковый PN10 (Ру 10 МПа), так как при этой температуре для стали 20 допустимое давление снижается до ~7,1 МПа (см. приложение Б ГОСТ 33259-2015).

Важно учитывать коэффициент ослабления материала Kt: для углеродистых сталей при t > 350°C Kt = 0,85–0,92, для хромомолибденовых — 0,88–0,95. Мы рекомендуем использовать методику расчёта по СП 36.13330.2012 (актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85*): минимальная толщина воротника определяется из условия прочности при изгибе и внутреннем давлении по формулам (12)–(15).

Для агрессивных сред (сероводород, хлориды) обязательна проверка по СТО 057-10-2020: например, при содержании H₂S > 50 ppm сталь 20 не допускается — требуется 09Г2С или 15Х5М по ГОСТ 20072.

При выборе уплотнительной поверхности предпочтение следует отдавать исполнению F («шип-паз») для вакуума и токсичных сред — оно исключает выдавливание прокладки.

Типичная ошибка — подбор фланца только по Ду трубы без учёта толщины стенки: при монтаже фланца воротникового на трубу с толщиной стенки менее Smin (указана в табл. 9 ГОСТ 33259-2015) требуется дополнительное упрочнение сварного шва или переходник.

Для виброопасных участков (компрессоры, насосы) мы настоятельно рекомендуем использовать фланцы с длиной воротника L ≥ 1,5 × DN — это снижает амплитуду колебаний на 20–30% по данным ЦКБН.

Компания АГЛАНТ поставляет фланцы воротниковые гост 33259 2015 в 12 марках сталей, включая нержавеющие (08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т) и жаропрочные (15Х1М1Ф), с возможностью изготовления по индивидуальным чертежам при отклонении от типовых габаритов. При запросе подбора мы запрашиваем: температурный график, химический состав среды, цикличность нагрузки и тип прокладки — это позволяет избежать ошибок, приводящих к авариям в первые 6–12 месяцев эксплуатации.

Наиболее частые ошибки при монтаже фланцев воротниковых связаны с нарушением технологии сварки и неравномерной затяжкой болтов, что приводит к утечкам даже при использовании качественных фланцев. Первая критическая ошибка — сварка без учёта тепловых зазоров и жёсткого закрепления сборки. Согласно РД 39-3-1125-86 и СТО ЦКТИ 10.003-2007, при сварке фланца воротникового приварного необходимо обеспечить соосность трубы и фланца с отклонением не более 1 мм на 1 м длины, иначе возникает изгибающий момент, многократно превышающий расчётный.

Вторая ошибка — неправильная подготовка кромок: при толщине воротника >12 мм требуется двухсторонняя разделка с притуплением 2±0,5 мм (п. 6.4.2 ГОСТ 16037-80), а не «лодочка» под углом 30°, как часто делают монтажники. Это снижает прочность шва на 25–30%.

Третья — отсутствие термообработки после сварки при толщине металла ≥25 мм или при работе в водородсодержащей среде (требование п. 8.3 ГОСТ 33259-2015 и РД 34.10.123-91). Мы фиксируем до 18% случаев отказов из-за пропущенной отпускной обработки.

При затяжке болтов важно соблюдать последовательность «крест-накрест» в 3–4 приёма (согласно ГОСТ 34395-2020), используя динамометрический ключ с точностью ±5%. Нормативный момент затяжки для болтов М20 из стали 35Х (PN16, DN100) — 210 Н·м; превышение более чем на 15% приводит к пластической деформации прокладки и последующей утечке.

Особенно критична затяжка на «горячую» — повторная подтяжка после пуска разрешена только при t ≤ 0,3 от температуры рекристаллизации стали (для 20 — не выше +150°C).

Для фланцев воротниковых Ду ≥ 300 мы рекомендуем применять гидравлические натяжители вместо ключей — это обеспечивает равномерность усилия с отклонением ≤3%.

Перед монтажом обязательно проверяйте плоскостность уплотнительной поверхности щупом 0,05 мм (требование п. 7.3 ГОСТ 33259-2015): отклонение более 0,1 мм на DN200 требует шабровки.

Компания АГЛАНТ предоставляет клиентам методические рекомендации по монтажу, включая схемы затяжки и карты сварочных режимов под конкретную марку стали. При поставке партий от 50 шт. возможна комплектация фланцев с калиброванными болтами и шайбами по ГОСТ 34388-2020 — это исключает ошибки комплектации на объекте.

Замена импортных фланцев на фланцы воротниковые ГОСТ 33259-2015 возможна, но требует комплексной проверки по пяти ключевым параметрам, поскольку прямая эквивалентность отсутствует даже при одинаковом Ду и давлении. Во-первых, необходимо сопоставить ряды отверстий: например, фланец ANSI B16.5 Class 150 DN100 имеет 8 отверстий Ø19 мм с окружностью Ø216 мм, тогда как воротниковый фланец ГОСТ 33259-2015 PN16 Ду100 — 8 отверстий Ø18 мм на окружности Ø220 мм. Разница в 4 мм по диаметру окружности болтов делает фланцы несовместимыми без переходных втулок.

Во-вторых, критически важно сравнить вылет воротника (L): у DIN 2635 тип B1 для DN100 PN16 — L = 50 мм, у ГОСТ 33259 тип 11 — L = 54 мм. При замене без коррекции длины трубы возникает осевое смещение уплотнительных поверхностей, что нарушает герметичность.

В-третьих, проверяется тип уплотнительной поверхности: ANSI Class 150 обычно имеет RF (Raised Face) высотой 1,6 мм, тогда как исполнение B по ГОСТ 33259 — 2,0 мм. Разница в 0,4 мм требует замены прокладки на нестандартную или механической доработки фланца.

В-четвёртых, учитывается допустимый изгибающий момент: по EN 1591-1 расчётный момент для DIN-фланца DN150 PN40 на 12% выше, чем для аналогичного по ГОСТ 33259 — следовательно, при высоких вибрационных нагрузках может потребоваться усиление опор.

Наконец, проверяется совместимость по материалам: сталь P265GH (EN 10216-2), часто используемая в европейских фланцах, близка к 20К по ГОСТ 5520, но имеет иные требования по содержанию S и P.

Мы рекомендуем при замене выполнять поверочный расчёт по ГОСТ Р 55574-2013 (метод конечных элементов) — в 65% случаев выявляются недопустимые напряжения в зоне сварного шва.

Компания АГЛАНТ имеет опыт замены фланцев в проектах СИБУР, «Газпром нефти» и «Росатома»: для этого мы предоставляем клиенту «паспорт совместимости», включающий 3D-модель фланца, результаты расчёта по ASME VIII Div.1 и рекомендации по корректировке КМ.

Ключевое правило: никогда не заменяйте ANSI B16.47 (большие Ду) на ГОСТ без согласования с проектной организацией — различия в массе и габаритах превышают 20%. При запросе аналога мы запрашиваем маркировку фланца (включая heat number), чертёж присоединения и данные по расчётному давлению в аварийных режимах — только так можно гарантировать безопасную замену без остановки производства.