Фланцевое соединение: виды, из чего состоит и почему оно течёт

Фланцевое соединение выбирают раньше прокладки и раньше болтов: тип фланца и его уплотнительная поверхность задают, какая прокладка вообще поместится в стык, каким давлением её придётся обжать и сколько раз узел можно будет разобрать без замены фланцев. Поэтому разговор о видах соединения начинается со сборки целиком, а не с одной детали.

Соединение собирают из четырёх элементов

Два фланца, приваренные к трубам, литые заодно с корпусом арматуры или свободные на бурте, дают две параллельные плоскости. Прокладка лежит между ними и заполняет неровности, которые остаются даже на чистовой поверхности. Болты или шпильки с гайками стягивают фланцы и создают на прокладке давление, при котором среда не проходит через стык. Шайбы распределяют усилие под гайкой, а на ответственных узлах тарельчатые пружины держат натяг при нагреве.

Каждый из четырёх элементов работает только в паре с остальными. Самая стойкая прокладка не удержит пар, если фланец тонкий и выгибается между болтами, а самые прочные шпильки бесполезны, если прокладку раздавили при сборке.

Давление среды разгружает прокладку, а болты возвращают нагрузку

Стык держится на балансе трёх сил: затяжка болтов, распор от среды и упругость прокладки. Если представить затяжку как запас, рабочее давление тратит часть этого запаса, а нагрев, ползучесть материала и вибрация понемногу отнимают остальное. Течь появляется в тот момент, когда запас на прокладке становится меньше, чем нужно для удержания среды, и ни одна деталь при этом может не сломаться.

Порядок величин для фланца DN 100 на 1,6 МПа выглядит так (пример, условные цифры):

1. Средний диаметр прокладки около 130 мм, площадь под давлением около 0,0133 м².
2. Распор от среды около 21 кН на весь стык, то есть около 2,7 кН на каждую из восьми шпилек М16.
3. Затяжку шпилек задают с запасом в несколько раз выше распора, иначе после пуска прокладка останется почти без нагрузки.

Нормативный расчёт фланцевого соединения с коэффициентами прокладки ведут по ГОСТ 34233.4-2017; для ремонтной службы из примера важен вывод: рабочее давление съедает лишь часть затяжки, а большую часть потерь дают температура и время.

Из чего состоит фланцевое соединение?

Фланцевое соединение трубопровода состоит из двух фланцев, прокладки и крепежа: болтов или шпилек с гайками и шайбами. Фланцы крепят к трубам сваркой, на бурт или отбортовку либо отливают заодно с корпусом арматуры. Прокладка между торцами перекрывает путь среде, а затянутые болты создают на ней давление. На горячих и вибрирующих стыках добавляют тарельчатые пружины или контргайки, которые держат натяг.

Виды соединений по креплению фланца к трубе

Первый признак, по которому различают фланцевые соединения, это способ, которым фланец держится на трубе. ГОСТ 33259-2015 выделяет шесть типов, обозначения и размеры которых сведены в таблицы фланцев ГОСТ 33259. Для ремонта важнее не номер типа, а то, что придётся делать при замене.

На ремонте эта разница определяет простой. Свободный фланец на полиэтиленовой трубе, где к трубе приварена втулка с буртом, меняют за смену без сварщика по стали, а плоский приварной на паропроводе требует резки, сварки и опрессовки участка. Литой фланец корпуса насоса или задвижки не меняется вовсе: если его зеркало разбито коррозией, торец протачивают на месте или меняют корпус.

Виды по уплотнительной поверхности определяют прокладку

Второй признак касается торца фланца, на который ложится прокладка. ГОСТ 33259-2015 задаёт десять исполнений уплотнительной поверхности, и они делятся по тому, держит ли что-нибудь прокладку от выдавливания.

Открытый стык A или B проще всего собрать и труднее всего удержать на горячей среде: мягкая прокладка под давлением и нагревом ползёт наружу. Запертые стыки E–F и C–D прощают неравномерную затяжку и подходят для фторопласта, который без поддержки течёт под нагрузкой. При замене прокладки на запертом стыке её размеры берут строго по пазу, а не по старой детали. Отличить исполнения на месте помогает форма торца: у уплотнительных поверхностей фланцев выступ, впадина и паз видны без измерений.

Виды по крепежу и по материалу фланцев

Третий признак касается того, чем стянут стык. Болтовое соединение проходит насквозь через оба фланца, шпилечное держит гайки с двух сторон и равномернее нагружается при нагреве, поэтому шпильки чаще стоят на горячих и высоконапорных стыках. На корпусах арматуры встречаются шпильки, ввёрнутые в тело фланца.

По материалу фланцы бывают стальные, из нержавеющей стали, чугунные литые на корпусах насосов и задвижек, а также полимерные для труб из ПЭ, ПП и ПВХ. Чугунный фланец не любит неравномерной затяжки: перетянутый болт со стороны трещины отламывает лапу корпуса. Полимерные соединения стягивают меньшим моментом, и прокладка в них обычно резиновая.

Отдельно стоят быстроразъёмные хомутовые соединения на пищевых линиях: в каталогах их ставят рядом с фланцевыми, хотя стык в них стягивает хомут, а уплотнение держит профильное кольцо, а не плоская прокладка под болтами.

Вид соединения под условия выбирают тремя вопросами

Дерево на схеме сводит выбор к трём вопросам:

• давление выше PN 25 или температура выше 300 °C: воротниковый фланец типа 11 с запертой поверхностью;
• труба из нержавеющей стали, полиэтилена или нужен поворот при сборке: свободный фланец на кольце или бурте;
• опасная среда или вибрация при умеренных параметрах: воротниковый фланец с выступом-впадиной; для горючих и вредных веществ 1–3 классов опасности номинал по п. 7.10 ГОСТ 33259 не опускают ниже PN 16, даже когда рабочее давление укладывается в 1,0 МПа;
• ни одного «да»: плоский приварной тип 01 с исполнением B и мягкой прокладкой.

После выбора вида остаётся проверить ответный фланец: на ремонте часто стыкуют новый фланец со старым корпусом арматуры, у которого другой ряд, другая поверхность или дюймовая разметка отверстий. Совпадение окружности болтов и числа отверстий проверяют до сварки, а не при сборке.

Течь начинается в одной из четырёх зон

Четыре зоны, где рождается течь, это прокладка, зеркало фланца, крепёж и трубопровод, который тянет стык. Снаружи все течи выглядят одинаково: капля на нижней части фланца или влажный след под болтами. Различает их время появления и место. Течь сразу после пуска указывает на сборку, после первого прогрева на потерю натяга, в одной точке окружности на зеркало или перекос, а медленно растущая течь на старение прокладки. Отдельно стоит стык, который тянет трубопровод: если фланцы разошлись клином ещё до затяжки, ни одна прокладка не выдержит долго, и узел ослабевает быстрее при вибрации фланцев.

Почему течёт фланцевое соединение после замены прокладки?

Фланцевое соединение после замены прокладки течёт чаще всего из-за неравномерной затяжки или перекоса фланцев: болты затянули по кругу вместо крестового порядка, и одна сторона прокладки обжата меньше. Вторая причина в повреждённом зеркале с радиальной риской, которую новая прокладка не закрывает. Третья в материале или толщине: мягкая прокладка на открытой поверхности выдавлена, а толстая на горячем стыке осела.

Прокладку для ремонта заказывают по типу фланца и исполнению

Когда соединение разобрано, у ремонтной службы есть всё для заказа прокладки, кроме привычки записать это. Нужны DN и PN, тип фланца и исполнение уплотнительной поверхности буквой, ряд, среда, температура и давление, количество стыков. Для нестандартных фланцев корпусов насосов, теплообменников и аппаратов добавляют чертёж, эскиз с размерами или фото прокладки на листе с линейкой. Наша компания производит фланцевые прокладки из паронита, резины, фторопласта и других материалов по размерам ГОСТ 15180-86 и по чертежу заказчика; для воды, пара низких параметров и нефтепродуктов чаще берут паронитовые прокладки, а границы между мягкими, комбинированными и металлическими видами прокладок проходят по давлению обжатия.

Если соединение работает на паре, газе или опасной химии, марку прокладки и порядок затяжки задаёт проект или эксплуатационная документация трубопровода. Изготовитель прокладки проверяет совместимость материала с параметрами и делает деталь по размеру, а затяжку и испытание стыка ведёт служба, которая отвечает за трубопровод.

Нормы приведены по состоянию на октябрь 2026 года. Данные о материалах — ориентир для марок общего назначения; материал, размеры и допуски для вашего узла фиксируются в КП после технической оценки.