Давление фланцев: PN, Ру и МПа — как подобрать фланец по давлению

Давление — второй после диаметра параметр, по которому подбирают фланец. В документации его пишут как PN, а в проектах до 2016 года — как Ру. Цифра означает предельное давление в барах, но только для среды комнатной температуры. Горячая среда снижает запас прочности, поэтому деталь выбирают сразу по трём условиям: рабочее давление в системе, температура и марка стали.

Коротко: PN 16 = Ру 16 = 1,6 МПа при 20 °C. Для углеродистой стали выше 200 °C допустимое давление снижается. При PN выше 25 или температуре выше 300 °C применяют только воротниковые фланцы типа 11.

Что такое номинальное давление фланца

Это наибольшее избыточное давление при 20 °C, на котором деталь может работать долго, без ограничения по ресурсу. Формулировку даёт ГОСТ 356-80 (п. 2). На объекте номинал не измеряют: его закладывает конструктор, когда рассчитывает толщину диска и болтовую схему для конкретной стали.

Отсюда два следствия для закупки:

• номинал описывает само изделие, а не трубопровод, куда его поставят;
• при нагреве выше 200 °C углеродистая сталь слабеет, и тот же номинал уже не гарантирует прежний предел.

Стандартный ряд значений закреплён в ГОСТ 26349-84, а стальные фланцы по ГОСТ 33259-2015 выпускают с номиналом до PN 250.

Фланцы Ру и PN: в чём разница

По сути разницы нет — меняется лишь запись. Сокращение «Ру» (условное давление) пришло из серии ГОСТ 12815–12822-80. Новый стандарт перешёл на международное PN (pressure nominal).

Увидели в старой спецификации «Ру 16» или «Ру 1,6 МПа» — пишите в заявке PN 16. Фланцы Ру16 и PN 16 — одни и те же изделия, то же относится к парам Ру10/PN 10, Ру25/PN 25 и Ру40/PN 40. Подробнее о переходе со старых ГОСТов — в статье о замене ГОСТ 12820-80 и 12821-80 на ГОСТ 33259-2015.

Фланец PN 16 — это сколько МПа

1,6 МПа, или 16 бар. Правило перевода простое: номинал делят на десять и получают мегапаскали. Фланец PN 10 рассчитан на 1 МПа, PN 25 — на 2,5 МПа, фланцы Ру40 — на 4 МПа.

С килограмм-силами точность хуже. Нормативы по традиции приравнивают PN 16 к 16 кгс/см², хотя 1 кгс/см² равен 0,0980665 МПа, и точный пересчёт даёт около 16,3. При выборе детали такой погрешностью пренебрегают, в прочностном расчёте — нет. Уточнённые значения для популярных номиналов:

Номинальное, рабочее и пробное давление: что писать в заявке

В заявку идёт номинал. Рабочее давление нужно, чтобы этот номинал выбрать, а пробное — чтобы провести гидроиспытания.

• Номинальное (PN) — предел длительной работы при 20 °C. С ним работают снабженцы, его ставят в маркировку.
• Рабочее (Рр) — наибольшее значение в штатном режиме эксплуатации. Его задаёт проектировщик или технолог.
• Пробное (Рпр) — значение при испытании водой температурой 5–70 °C. Им пользуются монтажники и ОТК.

Пробное значение всегда выше номинала. Для углеродистой стали при PN 16 это 2,4 МПа, при PN 40 — 6,0 МПа (ГОСТ 356-80, табл. 2). Корректно подобранная деталь такое испытание выдерживает без деформаций.

Как температура влияет на давление фланца

Чем горячее среда, тем ниже прочность металла и тем меньшее давление допускает соединение. Для сталей 20, 09Г2С и 16ГС до 200 °C действует полный номинал, дальше начинается снижение. Цифры ниже взяты из ГОСТ 356-80. Для промежуточных температур стандарт разрешает линейную интерполяцию (п. 6).

Стали 20, 09Г2С, 16ГС — допустимое рабочее давление, МПа (табл. 2)

Стали 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т — допустимое рабочее давление, МПа (табл. 10)

Пример чтения: при 300 °C деталь из стали 20 с маркировкой PN 16 держит уже 1,2 МПа, а нержавеющая с тем же номиналом — 1,4 МПа. Аустенитная сталь медленнее теряет прочность при нагреве.

Холод тоже ограничивает применение. Сталь 20 работает с полным номиналом до −20 °C, а 09Г2С — до −70 °C (примечания к табл. 2). Поэтому для уличных сетей на Урале и в Сибири обычно берут фланцы из 09Г2С.

Какое давление выдерживает плоский фланец, а какое — воротниковый

Плоская конструкция рассчитана максимум на PN 25 при температуре до 300 °C. Воротниковая выдерживает до PN 250, в том числе в средах горячее 300 °C. Границу проводит ГОСТ 33259-2015 в п. 7.10:

Для горючих газов и жидкостей, а также вредных веществ 1–3 классов опасности действует отдельное требование. Даже если расчёт даёт PN 10 и меньше, ставят детали на PN 16 (тот же п. 7.10).

От давления зависит и крепёж. Болты допускаются только до PN 25 и в интервале от −40 до +300 °C (п. 7.9.5). За этими пределами соединение собирают на шпильках.

Как подобрать фланец по давлению

Порядок из четырёх шагов:

1. Выясните наибольшее рабочее давление и температуру при длительной эксплуатации.
2. По таблицам выше найдите номинал, который при вашей температуре допускает не меньше рабочего значения.
3. Для горючей или опасной среды поднимите номинал минимум до PN 16.
4. Проверьте конструкцию: выше PN 25 или 300 °C подходит только воротниковый вариант.

Отопление. Вода, 1,2 МПа, 95 °C, сталь 20. До 200 °C снижения нет, запаса PN 16 хватает. Подойдёт, например, плоский фланец DN 100 на PN 16 на болтах.

Теплоноситель. Масло, 1,3 МПа, 300 °C. Фланец из стали 20 на PN 16 при такой температуре выдерживает лишь 1,2 МПа — мало. Есть два решения: фланцы Ру25 из той же стали (1,9 МПа) или нержавеющая сталь 12Х18Н10Т с прежним номиналом (1,4 МПа). Температура не превышает 300 °C, поэтому плоская конструкция допустима при отсутствии циклических нагрузок.

Пар. 1,8 МПа, 350 °C, сталь 20. У номинала 25 при 350 °C остаётся 1,7 МПа, поэтому нужен следующий — 40, с запасом 2,6 МПа. Среда горячее 300 °C, значит, выбор один: воротниковый фланец на PN 40, собранный на шпильках.

Газ. Горючий газ, 0,6 МПа, 20 °C. По прочности хватило бы PN 6, но для горючих сред стандарт требует не ниже PN 16.

Давление фланца и ответных деталей: что должно совпадать

Номинал обеих половин соединения, арматуры, прокладки и крепежа должен быть одинаковым. Если хотя бы одна деталь в узле слабее, весь узел работает по её пределу. Кроме того, изделия разных номиналов часто отличаются толщиной, диаметром болтовой окружности и числом отверстий. Поэтому ответная пара должна совпадать не только по DN.

Соответствие PN и Class

Class — шкала американского стандарта ASME B16.5. Точного равенства нет, есть только условные аналоги по номиналу: Class 150 ≈ 20, Class 300 ≈ 50, Class 600 ≈ 110, Class 900 ≈ 150. Присоединительные размеры у этих систем разные, поэтому детали ASME и ГОСТ 33259 не взаимозаменяемы. Пересчёт номинала вопрос совместимости не решает.

Вопросы и ответы

Сколько мегапаскалей в PN 16?

Ровно 1,6 МПа — это 16 бар.

Ру 16 и PN 16 — одно и то же?

Да. Первое обозначение осталось от старых ГОСТов 1980 года, второе используется сейчас.

Можно ли заменить PN 10 на PN 16?

По прочности можно, но размеры могут не совпасть с ответной деталью PN 10. Сверьте болтовую окружность и число отверстий.

Какой предел у плоского фланца?

PN 25, то есть 2,5 МПа, при температуре до 300 °C. При более жёстких условиях нужен воротниковый.

Указывать ли рабочее давление в заявке?

Обязательно указывают номинал. Рабочие параметры полезно добавить, если просите поставщика помочь с подбором: он проверит запас.

Почему при 300 °C номинал PN 16 не даёт 1,6 МПа?

Нагрев снижает прочность металла. Для стали 20 при этой температуре допустимо 1,2 МПа, для 12Х18Н10Т — 1,4 МПа.

Вывод

Номинал PN (раньше Ру) показывает давление в барах, которое деталь выдерживает при 20 °C. Выше 200 °C углеродистая сталь теряет запас, поэтому выбирать изделие только по показаниям манометра нельзя. Правильный подбор учитывает рабочее давление, температуру, марку стали и опасность среды. Если условия жёстче PN 25 или 300 °C, плоская конструкция не подходит — нужна воротниковая. Пришлите нам в заявке рабочее давление, температуру и среду, и мы предложим подходящий вариант из каталога фланцев.

Нормативные документы

• ГОСТ 356-80. Арматура и детали трубопроводов. Давления номинальные, пробные и рабочие. Ряды
• ГОСТ 26349-84. Соединения трубопроводов и арматура. Давления номинальные. Ряды
• ГОСТ 33259-2015. Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление до PN 250

Материалы по теме

• Размеры фланцев: как подобрать по DN, PN и ГОСТ
• ГОСТ 33259-2015 вместо ГОСТ 12820-80 и 12821-80
• Каталог фланцев Steel Parts