فلنجهای RTJ (Ring Type Joint): طراحی، کاربرد در فشارهای فوق بحرانی و تفاوت با فلنجهای معمولی
مقدمه:
در صنایع نفت و گاز، نیروگاهها و مجتمعهای پتروشیمی که با دماها و فشارهای بسیار بالا (فوق بحرانی) سروکار دارند، اتصالات فلنجی استاندارد با سطح برجسته (RF – Raised Face) دیگر کارایی لازم را ندارند.
در این شرایط، اتصالات RTJ (Ring Type Joint) وارد عمل میشوند. این اتصالات از یک شیار دقیق ماشینکاری شده روی سطح فلنج و یک واشر فلزی حلقوی (Ring Gasket) که در آن شیار قرار میگیرد، استفاده میکنند.
بر خلاف درزگیرهای لاستیکی یا غیرفلزی، واشر RTJ از فلز ساخته شده و آببندی آن به صورت آببندی فلزی روی فلزی (Metal-to-Metal Seal) صورت میگیرد که تضمینکننده عملکردی پایدار در شرایط عملیاتی سخت است.
فشار عملیاتی در بسیاری از تأسیسات مدرن، به ویژه در بخشهای استخراج عمیق و فرآیندهای پلیمریزاسیون، فراتر از محدوده ایمن فلنجهای RF است.
برای مثال، در کلاسهای فشاری API 10,000 psi یا بالاتر، نیاز به یک آببندی غیرقابل نفوذ که تحت تنشهای حرارتی و ارتعاشی مقاومت کند، حیاتی است.
فلنجهای RTJ که مطابق با استاندارد API 6A و ASME B16.5/B16.47 برای کلاسهای فشاری بالا طراحی شدهاند، پاسخگوی این نیاز هستند.
طراحی و عملکرد RTJ:
طراحی فلنج RTJ شامل دو جزء اصلی است: شیار (Groove) که بر روی سطح فلنج تعبیه شده، و واشر حلقوی (Ring).
فلنج RTJ معمولاً دارای شیارهایی با مقطع مشخص است که به دقت توسط دستگاههای CNC ماشینکاری شدهاند. این شیارها باید دارای تلرانسهای ابعادی بسیار دقیقی باشند تا واشر به درستی در جای خود قرار گیرد و نیروی فشاری پیچها به صورت بهینه اعمال شود.
واشر حلقوی (Gasket Ring) وظیفه اصلی آببندی را بر عهده دارد. این واشرها معمولاً از مواد نرمتر از فلنج ساخته میشوند (مثلاً اگر فلنج از فولاد کربنی یا فولاد ضد زنگ کمآلیاژ باشد، واشر از استنلس استیل، اینکونل یا آلیاژهای مقاومتر مانند سریهای S-Alloy ساخته میشود).
دلیل این امر این است که هنگام سفت کردن پیچها، واشر باید اندکی تغییر شکل پلاستیک (یا الاستیک بالا) دهد تا سطح تماس میکروسکوپی بین خود و دیوارههای شیار فلنج را پر کند و آببندی کامل را ایجاد نماید.
هنگامی که پیچها کشیده میشوند، نیروی فشاری بر روی لبههای شیار اعمال میشود. این نیرو باعث میشود که واشر به داخل شیار فشرده شده و در دو نقطه اصلی آببندی ایجاد کند: سطح داخلی شیار و سطح خارجی واشر که با سطح فلنج مقابل در تماس قرار میگیرد.
این آببندی دوگانه، مقاومت ذاتی بیشتری نسبت به صرفاً فشردهسازی یک ماده نرم بین دو سطح صاف فراهم میکند.
انواع واشرهای RTJ:
رایجترین انواع واشرهای مورد استفاده در این اتصالات بر اساس شکل مقطع عرضی دستهبندی میشوند:
بیضوی (Oval Type – شکل 110): این نوع واشرها برای کاربردهای فشار متوسط تا بالا (کلاسهای ۱۵۰ تا ۹۰۰) مناسب هستند. به دلیل شکل بیضوی خود، زمانی که فشرده میشوند، نیرو را به طور یکنواخت توزیع میکنند.
با این حال، شکل گرد آنها باعث میشود که نفوذ کمتری نسبت به انواع دیگر داشته باشند و برای کلاسهای فشاری بسیار بالا توصیه نمیشوند.
هشتضلعی (Octagonal Type – شکل 120): این نوع به دلیل داشتن شش سطح تخت در برابر لبههای شیار، سطح تماس بیشتری با دیوارههای شیار فلنج ایجاد میکند.
این سطح تماس بیشتر به واشر اجازه میدهد تا فشار داخلی بالاتری را تحمل کند و به همین دلیل برای کلاسهای فشاری بالاتر (تا کلاس ۲۵۰۰ و بالاتر در برخی تجهیزات چاه) استفاده میشود.
BX و SBX: این واشرها برای کاربردهای خاص در اتصالات فلنجی سرچاهی (Wellhead Equipment) و تجهیزات دارای فشار بسیار بالا (API 6A) طراحی شدهاند.
واشرهای BX دارای ویژگیهای قفلشوندگی (Latching Features) هستند که مانع از بیرون راندن شدن واشر در فشارهای بسیار بالا میشوند. واشرهای SBX (سبک BX تقویتشده) برای کاربردهای خوردنده یا با دمای بالا طراحی شدهاند.
ملاحظات نصب:
نصب صحیح اتصالات RTJ بسیار حساس است و رعایت دقیق دستورالعملهای سازنده برای جلوگیری از شکست آببندی الزامی است.
تمیزی: سطح شیار و واشر باید کاملاً تمیز و عاری از هرگونه آسیب (خراش، خوردگی یا زنگزدگی) باشند. هرگونه آلودگی میتواند مانع از تماس کامل فلزی شود و منجر به نشت شود.
انتخاب واشر: واشر باید از مواد سازگار با سیال و دارای کلاس فشار مناسب باشد. در صورت استفاده مجدد از فلنجها، واشر باید حتماً تعویض شود (زیرا واشر RTJ یک قطعه مصرفی با تغییر شکل پلاستیک است).
گشتاور پیچها: باید از گشتاور صحیح پیچها (Torque) اطمینان حاصل شود. سفت کردن بیش از حد (Over-tightening) میتواند واشر را به گونهای فشرده کند که از محدوده الاستیک خارج شود یا باعث سایش بیش از حد دیواره شیار شود، در حالی که سفت کردن کمتر منجر به نشت میشود.
نتیجهگیری:
فلنجهای RTJ راهحل نهایی برای اتصالات در شرایط عملیاتی سخت و بحرانی هستند که در آنها نشت سیال به هیچ وجه قابل قبول نیست.
آنها با ارائه یک آببندی فلزی قابل اعتماد، اطمینان میدهند که زیرساختهای حیاتی (مانند واحدهای کراکینگ، ریاکتورهای هستهای یا خطوط انتقال نفت پرفشار) میتوانند با بالاترین استاندارد ایمنی و بهرهوری به کار خود ادامه دهند.