Содержание статьи
Автор статьи
Роль фланцев в химическом производстве: от магистралей до реакторов
Дата актуализации статьи: 02.12.2025
Дата публикации статьи: 02.12.2025
Время чтения: 14 минут
5
Химическая отрасль опирается на две больших инфраструктуры: транспортирующую и перерабатывающую. К первой относятся трубопроводы, ко второй - аппараты. Трубопровод транспортирует среду из точки А в точку В. В сосудах и аппаратах среда меняет свое исходное состояние. Фланцы объединяют обе системы и имеют решающее значение для безопасного перемещения химикатов, газов и жидкостей в различных процессах. Среда подвергается нагреву, охлаждению, смешению, ее разделяют или очищают. Каждый рабочий узел оснащен технологическим оборудованием, работающим под давлением с разной температурой. В новой статье базы знаний ОНИКС разберем роль фланцев в химической отрасли.
Подбор фланцевых соединений для химической отрасли
Самым основным критерием выбора разъемных соединений является среда. Именно внутренняя среда определяет нужное сочетание герметизации и коррозионной стойкости. Агрессивное сырье требует частого осмотра и профилактики трубопроводов, особенно в местах фланцевых соединений. Выделяют шесть основных видов химических сред: жидкие и газовые среды, парожидкостные и реакционные смеси, криогенные и высокотемпературные среды.
| Типы среды | Содержимое среды | Комментарий |
|---|---|---|
| Жидкие среды | Кислоты: серная, азотная, соляная | Самый распространенный вариант среды |
| Щелочи | ||
| Органика: бензол, толуол, фенол, спирты, ацетон | ||
| Промежуточные продукты: нефтепродукты, сырьевые смеси, растворители | ||
| Растворы солей | ||
| Газовые среды | Водород, азот, кислород, хлор, аммиак | Используют в реакторах, колоннах, печах |
| Пары углеводородов | ||
| Дымовые и реакционные газы | ||
| Пар высокого давления | ||
| Парожидкостные смеси | Кипящие растворы | Очень распространенная среда, особенно в колоннах, испарителях и теплообменниках |
| Смеси пара и конденсата | ||
| Продукты ректификации | ||
| Реакционные смеси | Реагенты | Наиболее опасная категория |
| Продукты реакций | ||
| Катализаторы (твердые и растворимые) | ||
| Побочные соединения | ||
| Среды с высокой температурой и давлением | ||
| Криогенные среды | Низкотемпературные вещества | |
| Жидкий азот, кислород, этилен, пропан, аммиак | ||
| Высокотемпературные среды | Расплавы солей | Используются в печах, реакторах и теплообменниках |
| Горячие углеводороды | ||
| Реакционные смеси |
Среда диктует, каким будет разъемное соединение. Для органических веществ (жидкости или пар) при повышенной температуре требуются жаростойкие стали, при выборе кислотных растворов нужно отталкиваться от коррозионно-стойких материалов, газовые среды требуют повышенной герметичности, для реакционных смесей стоит подбирать воротниковые фланцы и прокладки, которые устойчивы к пульсациям. Принцип проектирования фланцевых узлов строится на трех параметрах: тип фланца, материал и тип прокладки. Именно они минимизируют эксплуатационные риски и обеспечивают безопасную работу оборудования под конкретную среду.
-
Тип фланца. Зависит от давления и температуры внутри линии. Важную роль играет конкретная химическая среда и предполагаемая частота обслуживания. Например, для многих сред, где применяют взрывоопасное сырье стремятся отказаться от сварки и применяют резьбовые фланцы.
-
Материал. Внутренняя среда определяет критерии выбора нужного материала для фланцев. Если в химическом составе присутствуют кислоты, хлориды или органика - подойдут нержавеющие марки стали, например AISI 304 или AISI 904L. Детали трубопровода изготавливают из таких материалов, как нержавеющая (12Х18Н10Т, 13ХФА, 06ХН28МДТ и др.) или углеродистая сталь (ст.20, 09Г2С, ст.3 и др.).
-
Тип прокладки. Прокладки делятся на три вида: металлические, неметаллические и комбинированные. Вам также требуется заранее знать, какая уплотнительная поверхность используется во фланцевых соединениях. Например, для кислотостойких сред подойдут неподвижные соединения “гладкие”, “шип-паз”, “выступ-впадина”. Материалом для прокладки будут служить неметаллические уплотнители из паронита, фторопласта и т.д. Под высоким давлением и высокой температурой (раб. давление до 1000 кгс/см2, раб. темп-ра от +70 до +600°C) применяют стальные прокладки (фланцы J-K) в виде прокладок овального, восьмиугольного, треугольного сечения и линзовые прокладки.
Как транспортируют сырье в химической промышленности?
Химические заводы - это огромная система, где реагенты, жидкости, газы и порошки движутся по трубам и проходят по аппаратам, чтобы превращаться из сырья в продукт. Принято разделять оборудование на две большие группы: транспортирующее и перерабатывающее. Исходя из названия видно, что один вид занимается доставкой сырья от одного объекта до другого, а второй - изменением исходного состояния среды. Химическое сырье транспортируют магистральные и технологические трубопроводы, за изменение среды отвечают сосуды и аппараты. Каждый из них накладывает определенные требования к фланцевым соединениям.
Транспортировка среды: магистральные и технологические трубопроводы
Магистральные и технологические трубопроводы отличаются между собой функциональной задачей. Если переложить их различия на понятный образ, то магистральный трубопровод можно представить, как “дорогу между городами”, а технологические линии - это “улицы внутри города”. Магистральные трубопроводы транспортируют большие объемы сырья на большие расстояния. Чаще всего это доставка среды от мест добычи до перерабатывающих заводов и распределительных сетей. Технологические трубопроводы соединяют участки внутри производственных цехов. Они курсируют между аппаратами и реакторами внутри рабочего завода.
Основные различия
Технологические трубопроводы соединяют отдельные участки оборудования внутри завода или перемещают среду между разными цехами. Такие трубопроводы обладают множеством ответвлений и поворотов, поэтому фланцевых соединений очень много. Технологические трубопроводы доставляют сырье, полуфабрикаты и готовые продукты. Самые популярные типоразмеры относятся к средним диаметрам: от 15 до 300 мм. Для технологической линии важен легкий монтаж и быстрый доступ при проведении ремонта или технического обслуживания. Поэтому, фланцевые соединения располагают так, чтобы без особых препятствий отсоединить секцию или заменить арматуру, избегая демонтажа большого количества труб. Это делают чтобы основная масса трубопровода продолжила работу, а ремонт провели на выведенном из строя участке. Фланцы участвуют в подключении к реакторам и теплообменникам, они расположены в точке стыковки запорной и регулирующей арматуры, в качестве ответного соединения для установки фланцевых виброкомпенсаторов и др.
Магистральный трубопровод значительно больше, чем технологический. Его диаметр от 400 мм и выше. Транспортировка химического сырья происходит на сотни километров. Отличается максимально прямолинейной прокладкой по суше, пересеченной местности и под водой. Магистраль работает под воздействием перепадов температуры окружающей среды и может быть подвержена внешней коррозии. В трубопроводе малая степень разветвленности, поэтому фланцы используют только в местах, где без них не обойтись. Фланцы применяют в узлах подключения к насосным и компрессорным станциям, камерам приема и запуска очистных поршней, в узлах подключения запорной арматуры. Принцип такой: чем длиннее и “чище” линия, тем меньше рисков утечки и более высокая надежность. Наиболее популярные типы фланцев по ГОСТ 33259-15 для магистральных трубопроводов - это воротниковые стальные фланцы или фланцы с кольцевым уплотнением исп. K-J. Стальные приварные фланцы очень прочные, а разборные резьбовые фланцы удобны для проведения ремонтных работ.
Преобразование среды: сосуды и аппараты
Сосуды и аппараты выполняют совершенно иную функцию, нежели магистральные и технологические трубопроводы. Их основная задача - изменить среду. Ее перерабатывают, нагревают, смешивают, кипятят, режут на фракции, охлаждают, соединяют с реагентами, отделяют фракции. В подвид “сосуды и аппараты” входят многие виды химического оборудования: реакторы, колонны, теплообменники, баки и емкости. Фланец, как инженерный компонент, отвечает за герметичность, что критично при работе с токсичными и агрессивными средами. Они делают возможным обслуживание и ремонт без остановки всего завода и обеспечивают легкий доступ к оборудованию.
Оборудование и применение фланцев
Реакторы
Реакторы — сосуды для химических реакций. Фланцы устанавливаются на крышках и патрубках, обеспечивая герметичность, удобство обслуживания и безопасное подключение дополнительного оборудования.
Колонны и теплообменники
Колонны используются для разделения смесей. Часто имеют модульную конструкцию, а секции соединяются фланцами для удобной разборки.
Теплообменники оснащаются разборными трубными пучками, которые легко очищать благодаря фланцевым соединениям.
Баки и емкости
Баки применяются для хранения продуктов. Фланцы позволяют подключать насосы, клапаны, датчики, а также открывать бак для осмотра и очистки.
Для промышленных сосудов и аппаратов предусмотрена отдельная группа ГОСТов 28759. Технически, существует три типа фланцев: стальные плоские приварные ГОСТ 28759.2, стальные приварные встык ГОСТ 28759.3 и стальные плоские приварные встык под прокладку восьмиугольного сечения по ГОСТ 28759.4. Диаметр фланцев варьируется от 400 до 4000 мм. Главным требованием к материалам химических аппаратов в большинстве случаев является их коррозионная стойкость, так как она определяет долговечность химического оборудования. Среди важных особенностей фланцев по ГОСТ 28759 - это наличие расширенных вариантов исполнений уплотнительной поверхности. Уже знакомые соединения “шип-паз”, “выступ-впадина” представлены с наплавкой и облицовкой листом из коррозионно-стойкой стали. Таким образом, конструкция плоских фланцев может быть выполнена в 15 исполнениях, воротниковые фланцы в 8 исполнениях, а фланцы приварные встык под прокладку восьмиугольного сечения бывают двух видов - монометаллические исп.1 и наплавленные коррозионно-стойкой сталью исп.2. Применение двухслойных материалов с основным слоем из углеродистой стали и плакирующим слоем из коррозионно-стойкой стали позволяет существенно сэкономить дефицитные нержавеющие стали. Применение двухслойных сталей широко применяют в аппаратах, работающих под давлением.
Подведем итог
В зависимости от задач химического предприятия, фланцы поставляют в качестве разъемного соединения в трубопроводах, магистралях и как части внутреннего мира аппаратов, реакторов и теплообменников. Они обеспечивают легкий доступ к внутренним компонентам для обслуживания и осмотра. Фланцы помогают транспортировать и видоизменять опасные и неопасные химикаты.
| Особенность | Технологический трубопровод | Магистральный трубопровод | Сосуды и аппараты |
|---|---|---|---|
| Расположение | Внутри завода или производственного цеха | Сотни и тысячи километров по суше, пересеченной местности и под водой | Внутри цехов на конкретной установке |
| Сложность конфигурации | Множество поворотов, разветвлений, отводов, участков с различными диаметрами | Максимально прямолинейная прокладка, малая степень разветвленности | Высокая конструктивная сложность |
| Температура | Широкий разброс температур — от -40 до +350 °C, возможны скачки | Относительно стабильная — от -10 до +40 °C, редко выше | Часто экстремальная и циклическая |
| Давление | От вакуума до 10–25 МПа | Обычно высокое и стабильное (6–12 МПа) | От вакуума до сверхвысокого давления 25+ МПа |
| Диаметр | Средние диаметры — от 25 до 400 мм | Очень большой диаметр, до 1400 мм и выше | Очень разные. Все зависит от применения. От криогенных (-196 °C) до высокотемпературных (+700 °C) |
| Среда | Реагенты, теплоносители, растворы, органика, кислотные/щелочные среды, паро-жидкостные смеси, многокомпонентные потоки | Нефть, газ, нефтепродукты, сырьевые смеси, иногда вода и ингибиторы | Максимально сложные смеси: твердые частицы, катализаторы, газ-жидкость, двухфазные среды, кипящие растворы, расплавы |
| Фланцы | Используются там, где нужна разборка, ревизия, установка приборов и спецоборудования | Минимальное применение — большинство соединений сварные. Фланцы стоят в арматуре, кранах, насосных станциях | Применяются как конструктивные части аппаратов, резервуаров, теплообменников, обеспечивая герметичное присоединение |
| Материалы | Нержавеющие стали, никелевые/титановые сплавы, углеродистые стали | Высокопрочные углеродистые стали | Нержавеющие стали, никелевые сплавы, титаносодержащие стали |
| Чувствительность к утечкам | Высокая из-за токсичных, горячих и взрывоопасных сред | Очень высокая — утечка может вызвать экологическую катастрофу | Экстремальная — риск утечки опасных химических реагентов |
| Требования к фланцам | Устойчивость к химии, частые разборки, универсальность | Максимальная прочность, минимум фланцев, устойчивость к внешней коррозии | Герметичность при высоком давлении и температуре, устойчивость к агрессивной среде, возможность ревизии |
Производственная компания ОНИКС специализируется на фланцевых соединениях и комплектующих для объектов химической и нефтехимической промышленности. Работаем в полном цикле: от проектирования, работы с действующими ГОСТ до серийного производства фланцев по чертежам. Отправьте ваш запрос на почту info@onyxspb.ru или свяжитесь с менеджером отдела продаж.
Офис в Москве (499) 673-3838
Офис в Екатеринбурге (343) 384-3838
Офис в Санкт-Петербурге (812) 328-3838
Бесплатно по РФ 8 (800) 555-3883
Сайт onyxspb.ru
E-mail: info@onyxspb.ru
