Наиболее распространенной деталью трубопроводов являются фланцы из углеродистой стали, используемые в качестве ответных элементов для трубопроводной арматуры или фланцев аппаратов (емкости, колонны, резервуары и пр.) и агрегатов (насосы, компрессора, воздуходувки и т.п.).
При периодических ремонтах и техническом обслуживании систем трубопроводов, аппаратов и агрегатов, фланцы из углеродистой стали являются расходными комплектующими, которые зачастую требуют замены по причине наличия дефектов или в составе заменяемой обвязки.
Фланцы стальные бывают:
- приварные встык плоские по ГОСТ 12820-80;
- фланцы воротниковые приварные встык по ГОСТ 12821-80;
- плоские свободные на приварном кольце по ГОСТ 12822-80;
- свободные плоские на хомуте под приварку или на отбортовке по ГОСТ 33259-2015.
Фланцы могут иметь различную форму уплотнительной поверхности, от которой зависит номинальное давление их применения, достигающее 25 МПа для углеродистой стали:
- плоские — до 0,6 МПа;
- с уплотнительным выступом — до 1,6 МПа;
- выступ / впадина — до 4,0 МПа;
- шип / паз — до 6,3 МПа;
- под металлическое кольцо — до 16,0 МПа;
- под металлическую прокладку с шестью или восемью гранями — до 25,0 МПа.
Углеродистый фланец может иметь марки стали, которые отличает химический состав и эксплуатационные параметры:
- СтЗсп 2-й категории и выше:
- для температуры -30 до 300 °С (из поковок) или -20 до 300 °С (из листа);
- при PN до 10 МПа.
- Сталь 20:
- для температуры -40 до 475 °С (из поковок) или -20 до 475 °С (из листа);
- при PN до 25 МПа.
- Сталь 20К:
- для температуры -30 до 475 °С (из поковок) или -20 до 475 °С (из листа);
- при PN до 25 МПа.
- Сталь 20КА:
- для температуры -30 до 475 °С;
- при PN до 25 МПа.
Выбор конкретной марки углеродистой стали зависит, помимо эксплуатационных параметров, от материального исполнения:
- трубопровода, к которому будет осуществляться приварка;
- арматуры или ответного фланца.
Материалы ответных элементов должны быть аналогичными или близкими по свойствам, чтобы исключить разнородность металлов в сварных соединениях и разницу коэффициентов линейного расширения материалов фланцев в паре.
Фланцы из черной стали универсальны и имеют следующие характеристики:
- являются оптимальным решением для сжатых сроков поставки;
- могут работать при достаточно низких температурах и под высоким давлением;
- применимы практически для любых сред, кроме имеющих повышенную коррозионную активность, тогда используют нержавеющие фланцы;
- отличаются низкой стоимостью, широко распространены и доступны.
Углеродистая сталь является наиболее доступным и дешевым материалом для изготовления фланцев, а также отличается хорошей обрабатываемостью, что упрощает процесс изготовления и уменьшает стоимость готовых изделий.
Решающее значение на стоимость фланцев из углеродистой стали влияет его металлоемкость и сложность изготовления уплотнительной поверхности, которые зависят от условного диаметра трубопровода (штуцера) и номинального давления рабочей среды.
