فلنج های صنعتی یکی از رایج‌ترین روش‌های اتصال در سیستم‌های پایپینگ پالایشگاه است که برای اتصال تجهیزات مختلف مثل شیرآلات صنعتی ، پمپ ها و مبدل های حرارتی و … مورد اتسفاده قرار می گیرد. برخلاف اتصالات جوشی که معمولاً دائمی است، اتصال فلنجی اجازه می‌دهد تجهیزات و بخش‌هایی از خط برای بازرسی، تعمیر یا تعویض قطعه از مدار خارج شوند.

شناخت انواع فلنج در پالایشگاه تنها به شناخت نام مدل‌های مختلف محدود نمی‌شود. در پروژه‌های نفت و گاز، انتخاب و خرید فلنج صنعتی به مجموعه‌ای از عوامل مانند فشار طراحی، دمای فرآیند، نوع سیال، جنس لوله، شرایط خوردگی و استاندارد طراحی بستگی دارد.

من محمد زمانی در این مقاله، انواع فلنج پالایشگاهی را از دیدگاه کاربرد، محل استفاده، استاندارد و شرایط عملیاتی بررسی می‌کنیم تا مشخص شود هر نوع فلنج در چه شرایطی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فلنج در پالایشگاه چه نقشی دارد؟

فلنج یک قطعه مکانیکی دایره‌ای شکل است که در انتهای لوله، نازل تجهیزات یا شیرآلات نصب می‌شود و با کمک پیچ و مهره و یک عنصر آب‌بندی به نام گسکت، دو بخش از سیستم پایپینگ را به یکدیگر متصل می‌کند.

در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، فلنج‌ها معمولاً در نقاطی استفاده می‌شوند که نیاز به باز کردن دوره‌ای اتصال وجود دارد. برای نمونه، یک پمپ سانتریفیوژ در خط فرآیندی ممکن است در طول عمر کاری خود چندین بار برای تعمیرات اساسی باز شود. اگر اتصال ورودی و خروجی آن کاملاً جوشی باشد، هر بار تعمیر نیازمند برشکاری و جوش مجدد خواهد بود.

استفاده از اتصال فلنجی این عملیات را ساده‌تر و کنترل‌پذیرتر می‌کند. در سیستم‌های پایپینگ پالایشگاه، فلنج‌ها در محل‌های مختلفی دیده می‌شوند:

• اتصال لوله‌ها به شیرآلات صنعتی
• اتصال تجهیزات دوار مانند پمپ و کمپرسور
• اتصال خطوط به مخازن تحت فشار
• اتصال بخش‌های قابل جداسازی خطوط فرآیندی
• نقاطی که نیاز به بازرسی داخلی وجود دارد.

چرا بیشتر تجهیزات پالایشگاهی به اتصال فلنجی مجهز هستند؟

محیط کار در صنعت پتروشیمی و پالایشگاه با سایر صنایع متنوع است و این به خاطر دمای بالا، فشار زیاد، خاصیت خورندگی سیال و محیط این تجهیزات است.

در چنین شرایطی، تعمیرات دوره‌ای و بازرسی تجهیزات بخشی از برنامه بهره‌برداری است ، اتصال فلنجی این امکان را فراهم می‌کند که تجهیزات بدون تخریب گسترده خط از سیستم جدا شوند. برای مثال، هنگام تعمیر یک شیر کشویی بزرگ در خط نفت، وجود فلنج در دو طرف شیر اجازه می‌دهد تجهیز از خط خارج شده و پس از تعمیر یا تعویض دوباره نصب شود.

دلیل اصلی استفاده از فلنج در سیستم‌های پالایشگاهی، امکان جداسازی کنترل‌شده تجهیزات و خطوط است.

در یک پروژه پالایشگاهی، عملیات‌هایی متعددی به صورت مداوم انجام می شود مانند:

• تعمیرات اساسی (Overhaul)
• بازرسی دوره‌ای
• تست تجهیزات
• تعویض شیرآلات
• تمیزکاری داخلی تجهیزات

وجود اتصالات فلنجی باعث می‌شود این عملیات بدون تغییر گسترده در ساختار خط انجام شود.

اجزای یک اتصال فلنجی در صنعت نفت و گاز

یک اتصال فلنجی در پالایشگاه از چند بخش تشکیل می‌شود که عملکرد آن‌ها به صورت یک مجموعه بررسی می‌شود.

فلنج (Flange)

فلنج بدنه اصلی اتصال است که براساس استاندارد، فشار کاری و شرایط سرویس طراحی می‌شود. شکل هندسی فلنج، نوع اتصال آن به لوله و جنس ساخت، مشخص می‌کند که در چه محیطی قابل استفاده است.

گسکت (Gasket)

گسکت قطعه‌ای آب‌بندی است که بین دو سطح فلنج قرار می‌گیرد. وظیفه آن پر کردن فضای بسیار کوچک بین سطوح فلنج و جلوگیری از خروج سیال است.

نوع گسکت باید با شرایط فرآیند هماهنگ باشد. برای مثال، گسکت مورد استفاده در یک خط بخار دما بالا با گسکت یک خط آب صنعتی یکسان نیست.

در سرویس‌های حساس، انتخاب گسکت نامناسب یکی از دلایل رایج نشتی فلنج محسوب می‌شود.

پیچ و مهره (Bolt & Nut)

پیچ و مهره نیروی لازم برای فشرده شدن فلنج‌ها و ایجاد آب‌بندی را فراهم می‌کنند. در خطوط فرآیندی پالایشگاه، انتخاب پیچ و مهره نیز براساس متریال، دما و شرایط کاری انجام می‌شود.

فلنج‌ها در پالایشگاه چگونه دسته‌بندی می‌شوند؟

برای بررسی انواع فلنج در پالایشگاه می‌توان این تجهیزات را از چند زاویه مختلف دسته‌بندی کرد. این دسته‌بندی کمک می‌کند مهندس پایپینگ درک بهتری از کاربرد هر نوع فلنج داشته باشد.

انواع فلنج پالایشگاهی بر اساس نوع اتصال

در این روش، تفاوت فلنج‌ها براساس نحوه اتصال آن‌ها به لوله با عث دسته بندی می‌شود.

رایج‌ترین انواع عبارت‌اند از:

• فلنج گلودار Weld Neck Flange
• فلنج اسلیپون Slip On Flange
• فلنج کور Blind Flange
• فلنج ساکت ولد Socket Weld Flange
• فلنج Threaded Flange
• Lap Joint Flange

هر کدام از این مدل‌ها برای شرایط مشخصی طراحی شده‌اند و نمی‌توان یک نوع فلنج را برای تمام سرویس‌های پالایشگاهی استفاده کرد.

 

دسته‌بندی فلنج بر اساس سطح آب‌بندی (Facing)

سطح تماس فلنج با گسکت یکی از پارامترهای مهم طراحی است.

انواع رایج Facing شامل:

• Raised Face (RF)
•  فلنج رینگ جوینت Ring Type Joint (RTJ)
• فلنج تخت Flat Face (FF)
• Tongue & Groove
• Male & Female

برای مثال، فلنج RTJ بیشتر در سرویس‌هایی دیده می‌شود که آب‌بندی فلزی و تحمل شرایط سخت مورد نیاز است.

دسته‌بندی فلنج پتروشیمی بر اساس کلاس فشاری

فلنج‌های پالایشگاه براساس استاندارد ASME با کلاس‌های فشاری مختلف تولید می‌شوند:

•  فلنج Class 150
•  فلنج Class 300
•  فلنج Class 600
•  فلنج Class 900
•  فلنج Class 1500
•  فلنج Class 2500

کلاس فشار فقط یک عدد روی فلنج نیست؛ بلکه ارتباط مستقیم با فشار و دمای کاری سیستم دارد.

دسته‌بندی فلنج بر اساس متریال

جنس فلنج پالایشگاهی براساس شرایط محیطی و نوع سیال انتخاب می‌شود.

متریال‌های رایج در پالایشگاه شامل:

• فولاد کربنی (Carbon Steel)
• استنلس استیل (Stainless Steel)
• فولاد آلیاژی (Alloy Steel)
• Duplex Stainless Steel
• Super Duplex
• Low Temperature Carbon Steel

انواع فلنج در پالایشگاه 

فلنج گلودار Weld Neck

فلنج گردن‌دار جوشی یا Weld Neck یکی از پرکاربردترین انواع فلنج در خطوط فرآیندی پالایشگاه است. این فلنج دارای یک گردن مخروطی شکل است که به صورت جوش لب‌به‌لب به لوله متصل می‌شود. طراحی آن باعث می‌شود تنش ایجادشده در محل اتصال بهتر توزیع شود.

فلنج Weld Neck معمولاً در سرویس‌هایی استفاده می‌شود که فشار، دما یا حساسیت فرآیند بالا است. در خطوطی که تغییرات دمایی زیاد وجود دارد، مانند خطوط بخار یا برخی سرویس‌های فرآیندی، کاهش تمرکز تنش اهمیت پیدا می‌کند.

فلنج Weld Neck در بخش‌هایی مانند:

• خطوط فرآیندی اصلی
• واحدهای هیدروژن
• خطوط بخار فشار بالا
• سرویس‌های گاز و هیدروکربنی

کاربرد زیادی دارد.

این نوع فلنج به دلیل ساختار و روش نصب، نیازمند دقت بالاتر در جوشکاری و کنترل کیفیت است. در مقایسه با برخی فلنج‌های ساده‌تر، زمان نصب آن نیز بیشتر است.

فلنج اسلیپون Slip On

فلنج Slip On به گونه‌ای طراحی شده که لوله از داخل آن عبور می‌کند و پس از تنظیم موقعیت، با جوش گوشه‌ای ثابت می‌شود. این فلنج در بسیاری از خطوط عمومی پالایشگاه استفاده می‌شود؛ مخصوصاً جاهایی که فشار و دمای فرآیند در محدوده متوسط قرار دارد.

کاربردهای رایج آن:

• خطوط آب صنعتی
• سیستم‌های Utility
• Fire Water
• سرویس‌های کم‌خطرتر

فلنج Blind

فلنج Blind یا فلنج کور برای بستن انتهای خطوط یا مسدود کردن مسیر جریان استفاده می‌شود.

کاربردهای آن شامل:

• ایزوله کردن تجهیزات
• تست فشار خطوط
• تعمیرات دوره‌ای
• مسدود کردن نازل‌های بلااستفاده

فلنج Socket Weld

فلنج Socket Weld بیشتر در خطوط قطر پایین که فشار کاری بالاتری دارند استفاده می‌شود.

در این نوع اتصال، لوله داخل سوکت فلنج قرار گرفته و سپس جوشکاری انجام می‌شود.

کاربرد آن بیشتر در:

• خطوط ابزار دقیق
• سیستم‌های فشار بالا با قطر کم
• سرویس‌های خاص فرآیندی

فلنج Threaded

فلنج رزوه‌ای بدون نیاز به جوشکاری به لوله متصل می‌شود.

این نوع فلنج معمولاً در سرویس‌هایی استفاده می‌شود که امکان جوشکاری محدود است یا نیاز به اتصال ساده‌تر وجود دارد.

فلنج Lap Joint

فلنج Lap Joint در شرایطی کاربرد دارد که نیاز به باز و بسته کردن مکرر اتصال وجود دارد یا از لوله‌های گران‌قیمت مقاوم به خوردگی استفاده می‌شود.

در این سیستم، فلنج و لوله عملکرد متفاوتی دارند و انتخاب آن نیازمند بررسی دقیق طراحی است.

هر نوع فلنج در کدام واحد پالایشگاه استفاده می‌شود؟

در پالایشگاه، انتخاب فلنج تنها به نوع اتصال وابسته نیست. مهندسان پایپینگ با توجه به فشار، دما، نوع سیال، شرایط خوردگی و الزامات تعمیرات، مناسب‌ترین فلنج را برای هر بخش انتخاب می‌کنند. به همین دلیل ممکن است در یک واحد فرآیندی چند نوع فلنج مختلف به‌طور هم‌زمان استفاده شود.

فلنج‌های مورد استفاده در واحدهای مختلف پالایشگاه

واحد تقطیر (Distillation Unit)

در خطوط اصلی تقطیر که با دما و فشار نسبتاً بالا کار می‌کنند، فلنج Weld Neck به دلیل مقاومت مناسب در برابر تنش‌های حرارتی و مکانیکی بیشترین کاربرد را دارد. برای مسدود کردن خطوط یا ایزوله کردن تجهیزات نیز از فلنج Blind استفاده می‌شود.

واحد هیدروژن (Hydrogen Unit)

به دلیل احتمال نشتی هیدروژن، کیفیت آب‌بندی در این واحد اهمیت بیشتری دارد. در بسیاری از خطوط، فلنج Weld Neck همراه با Facing نوع RTJ برای سرویس‌های فشار بالا انتخاب می‌شود.

واحد گوگرد (Sulfur Recovery Unit)

وجود ترکیبات گوگردی و H₂S باعث می‌شود مقاومت در برابر خوردگی در اولویت باشد. در این واحد، متریال فلنج براساس الزامات استاندارد NACE و شرایط سرویس انتخاب می‌شود.

واحد CCR

در واحد احیای پیوسته کاتالیست، بسته به شرایط فرآیند از Weld Neck، Slip On و Blind استفاده می‌شود.

واحد آمین (Amine Unit)

در خطوط آمین، انتخاب فلنج بیشتر براساس مقاومت متریال در برابر خوردگی، دمای فرآیند و ترکیب شیمیایی سیال انجام می‌شود.

خطوط بخار

در خطوط بخار فشار بالا، فلنج Weld Neck به دلیل تحمل بهتر تنش‌های حرارتی و مکانیکی، انتخاب متداولی است.

سیستم Fire Water

در سیستم آب آتش‌نشانی معمولاً از Slip On و Blind استفاده می‌شود؛ زیرا شرایط کاری این خطوط نسبت به سرویس‌های فرآیندی سبک‌تر است.

سیستم Utility

در خطوط آب صنعتی، هوای ابزار دقیق و نیتروژن، معمولاً Slip On و در برخی سرویس‌ها Threaded کاربرد دارند.

انواع فلنج بر اساس سطح آب‌بندی (Facing)

سطح آب‌بندی فلنج باید متناسب با فشار، دما و نوع گسکت انتخاب شود.

Raised Face (RF)

رایج‌ترین نوع Facing در صنایع نفت، گاز و پالایشگاه است و بیشتر در خطوط فرآیندی با کلاس‌های 150 تا 600 استفاده می‌شود.

Ring Type Joint (RTJ)

برای سرویس‌های فشار و دمای بالا طراحی شده و در خطوط حساس مانند هیدروژن و گازهای فرآیندی کاربرد دارد.

Flat Face (FF)

بیشتر در سیستم‌های کم‌فشار، تجهیزات چدنی و خطوط آب استفاده می‌شود.

Tongue & Groove و Male & Female

این دو نوع Facing برای برخی سرویس‌های خاص که به آب‌بندی دقیق‌تر نیاز دارند به‌کار می‌روند.

چرا کلاس فشاری فلنج در پالایشگاه اهمیت دارد؟

کلاس فشاری مشخص می‌کند فلنج در چه محدوده فشار و دمایی قابل استفاده است. انتخاب کلاس تنها براساس فشار خط انجام نمی‌شود و دمای فرآیند نیز باید در محاسبات لحاظ شود.

کلاس‌های رایج عبارت‌اند از:

• Class 150: خطوط Utility و سرویس‌های کم‌فشار
• Class 300: خطوط با فشار متوسط
• Class 600: بسیاری از خطوط فرآیندی پالایشگاه
• Class 900، 1500 و 2500: سرویس‌های فشار بالا و شرایط عملیاتی سخت

رایج‌ترین متریال فلنج در پالایشگاه

انتخاب متریال به نوع سیال، دما و شرایط خوردگی بستگی دارد.

• فولاد کربنی (ASTM A105): خطوط عمومی نفت، گاز و آب صنعتی
• استنلس استیل (F304 و F316): سرویس‌های خورنده و مواد شیمیایی
• فولادهای آلیاژی: خطوط بخار و دماهای بالا
• Duplex و Super Duplex: محیط‌های خورنده و کلرایدی
• LTCS (ASTM A350 LF2): سرویس‌های دمای پایین

استانداردهای رایج فلنج در پالایشگاه

مهم‌ترین استانداردهایی که در طراحی و انتخاب فلنج استفاده می‌شوند عبارت‌اند از:

• ASME B16.5: ابعاد و کلاس فلنج‌های متداول
• ASME B16.47: فلنج‌های سایز بزرگ
• ASTM: مشخصات متریال فلنج
• API: الزامات تجهیزات صنعت نفت و گاز
• MSS: برخی اتصالات و تجهیزات پایپینگ
• NACE: انتخاب متریال برای سرویس‌های خورنده و گاز ترش

چه عواملی در انتخاب فلنج مؤثر هستند؟

انتخاب فلنج در پالایشگاه معمولاً براساس این عوامل انجام می‌شود:

• نوع سیال
• فشار طراحی
• دمای فرآیند
• شرایط خوردگی
• نیازهای تعمیرات و اورهال
• الزامات ایمنی
• استانداردها و مشخصات پروژه

اشتباهات رایج در انتخاب فلنج

رایج‌ترین خطاهایی که باعث نشتی یا کاهش عمر اتصال می‌شوند عبارت‌اند از:

• انتخاب نادرست Facing
• بی‌توجهی به خوردگی
• انتخاب کلاس فشار نامناسب
• استفاده از متریال نامناسب
• انتخاب اشتباه گسکت
• استفاده از پیچ و مهره نامناسب

تجربه مهندسان پایپینگ

در پروژه‌های پالایشگاهی، Weld Neck معمولاً برای خطوط فشار و دمای بالا، RTJ برای سرویس‌های حساس و Slip On برای خطوط عمومی مانند Fire Water و Utility انتخاب می‌شود. در تجربه‌های بهره‌برداری، بیشتر نشتی‌های فلنجی به انتخاب نادرست گسکت، هم‌راستا نبودن فلنج‌ها یا سفت‌کاری نامناسب پیچ‌ها مربوط است، نه خود فلنج.

جمع‌بندی

شناخت انواع فلنج در پالایشگاه زمانی ارزشمند است که بتوان ارتباط بین نوع فلنج، شرایط فرآیند، متریال، کلاس فشاری و محل استفاده را به‌درستی تشخیص داد. انتخاب فلنج بر پایه استانداردهای طراحی و شرایط واقعی بهره‌برداری، احتمال نشتی را کاهش داده و تعمیرات و نگهداری تجهیزات را ساده‌تر می‌کند.