法兰及紧固件.doc

法兰及紧固件法兰、垫片及螺栓三者组成管道中可拆卸的连接结构，压力管道中应用很普遍也是一种很重要的连接形式。通常，法兰、螺栓与垫片三者共同构成一个密封副，三者共同作用，相辅相承，才能保证接头的良好密封。盲板、8字盲板、限流孔板、混合孔板等与法兰、垫片及螺栓关系比较密切，常与它们配合使用，一起进行介绍。3.1法兰法兰是确定管道公称压力等级的基准件。由前面的介绍可知，法兰的种类很多，不同型式的法兰，其密封性能不同，适用场合也不同。在这里仅讨论不同型式的法兰应如何选用，仅供参考。a. 法兰种类结构型式管道法兰按与管子的连接方式分为以下六种基本类型：平焊、对焊法、承插焊、松套、螺纹法兰和整体法兰。密封面型式 法兰密封面有全平面、凸台面、凹凸面、榫槽面、环槽面等五种。法兰代号不同的标准其法兰的密封面及型式的名称、代号略有区别。见表61、表62。表61密封面名称及代号对照表序号 SH 340696 HG205922063597 JB/T749094 GB911220001 全平面（FF） 全平面（FF） 平面（FF）2 凸台面（RF） 突面（RF） 凸面 突面（RF）3 凹凸面（MF） 凹凸面（MFM） 凹凸面 凹凸面（MF）4 榫槽面（TG） 榫槽面（TG） 榫槽面 榫槽面（TG）5 榫槽面（TG） 环连接面（RJ） 环连接面 环连接面（RJ）表62结构型式代号对照表序号 SH 340696 HG205922063597 JB/T749094 GB911220001 对焊（WN） 对焊（WN） 对焊（） 对焊（）2 承插焊（SW） 承插焊（SW） 承插焊（）3 平焊（SO） 平焊（SO） 平焊（） 平焊（）4 螺纹（PT） 螺纹（Th） 螺纹（）5 松套（LJ） 松套（PJ/LF） 松套（） 松套（）6 法兰盖（） 法兰盖（BL） 法兰盖（） 法兰盖（）7 整体法兰（IF） 整体法兰（） 整体法兰（）b结构型式的选用：平焊法兰：多用于介质条件比较缓和的情况下，如低压非净化压缩空气、低压循环水，它的优点是价格比较便宜；对焊法兰：最常用的一种，它与管子为对焊连接，焊接接头质量比较好，而且法兰的颈部利用锥度过渡，可以承受较苛刻的条件；承插焊法兰：常用于PN10.0MPa，DN40的管道中；松套法兰：常用于介质温度和压力都不高而介质腐蚀性较强的情况。当介质腐蚀性较强时，法兰接触介质的部分(翻边短节)为耐腐蚀的高等级材料如不锈钢等材料，而外部则利用低等级材料如碳钢材料的法兰环夹紧它以实现密封；整体法兰：常常是将法兰与设备、管子、管件、阀门等做成一体，这种型式在设备和阀门上常用。b.密封面型式的选用：全平面密封面：常与平焊型式配合以适用于操作条件比较缓和的(PNg1.0)工况下；常用于铸铁法兰或与铸铁连接的钢法兰；凸台面密封面：是应用最广的一种型式，它常与对焊和承插焊型式配合使用，在美式法兰中，常用在PN2.0、PN5.0和部分PN10.0MPa压力等级中；在欧式法兰中则常用在PN1.6、PN2.5MPa压力等级；凹凸面密封面：常与对焊和承插型式配合使用，在美式法兰中不常采用，在欧式法兰中常用在 PN4.0、PN4MPa等级中。但它不便于垫片的更换；榫槽面密封面：使用情况同凹凸面法兰；环槽面密封面：常与对焊连接型式配合(不与承插焊配合)使用，主要用在高温、高压或二者均较高的工况。在美式法兰中，常用在PN10.0(部分)、PN15.0、PN25.0、PN42.0MPa压力等级中。在欧式法兰中常用在PNl0.0、PN10、PN25.0、PN32.0、PN42.0。3.2螺栓/螺母 选择法兰连接用紧固件材料时，应同时考虑管道操作压力、操作温度、介质种类和垫片类型等因素。 垫片类型和操作压力、操作温度一样，都直接对紧固件材料强度提出了要求。例如，采用缠绕式垫片密封的低压剧毒介质管道的法兰连接，尽管管道的操作压力和温度都不高，但因为使缠绕式垫片形成初始密封时所需要的比压力较大，从而要求紧固件的承受载荷也大，因此，在这种情况下就要求紧固件采用高强度合金钢材料。 合金钢螺柱均应采用高级优质钢.即材料牌号后均应加字母A，如35CrMoA、25CrMoVA 。根据结构型式的不同，螺栓可分为六角头螺栓和双头螺栓(又称为螺柱)两类，而双头螺栓又分为通丝和非通丝两种 。六角头螺栓：常与平焊法兰和非金属垫片配合用于操作较缓和的工况下。六角头螺栓常用材料是BL3或者是Q235B； 双头螺栓：常与对焊法兰配合使用在操作条件比较苛刻的工况下，其中，因为通丝型双头螺栓上没有截面形状的变化，故其承载能力强。而非通丝型双头螺栓则相对承载能力较弱。 螺母材料常根据与其配合的螺栓材料确定，这些组合在一般的标准中都有规定。一般情况下，螺母材料应稍低于螺栓材料，并保证螺母硬度比螺栓硬度低HB30左右。 3.3垫片 垫片是借助于螺栓的预紧载荷通过法兰进行压紧，使其发生弹塑性变形，填充法兰密封面与垫片间的微观几何间隙，增加介质的流动阻力，从而达到阻止或减少介质的泄漏的目的。垫片性能的好坏以及选用的合适与否对密封副的密封效果影响很大。 常用的垫片可以分为三大类，即非金属垫片、半金属垫片和金属垫片。 a.非金属垫片： 石棉橡胶垫片:它是通过向石棉中加入不同的添加剂压制而成。在美国，很多标准中都将石棉制品列为致癌物质而禁用。但在世界范围内，石棉仍以其弹性好、强度高、耐油性好、耐高温、易获得等优点而得到广泛应用。 适用范围：T260，PN2.0MPa（SH 3401） T400，PN4.0MPa（国标） 用于水、空气、氮气、酸、碱、油品等介质工况下。 聚四氟乙烯(PTFE)包覆垫片： 适用范围：T180200，PN4.0MPa 常用于低温或者要求干净的场合下 b.半金属垫片 半金属垫片有缠绕式垫片、金属包覆垫片和柔性石墨缠绕垫三大类。 缠绕式垫片：是半金属垫片中最理想、也是应用最普遍的垫片。 特点：压缩回弹性好、强度高，有利于适应压力和温度的变化，能在高温、低温、冲击、振动及交变载荷下保持良好的密封性能。 缠绕钢带：20、1Cr13、0Cr19Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2等材料 非金属缠绕带：特制石棉、柔性石墨带和聚四氟乙烯带， 适用范围：PN2.010.0MPa 表63缠绕式垫片的型式及代号 形式 适用密封面型式 垫 片 型 式 代 号 SH3407-96 HG20610-97 JB/T90-94 GB4622.1-93 基本型 榫槽面 A A A A 带内环 凹凸面 C B B C 带外环 凸台面 B C C B 内外环 凸台面 PN5.0MPa、T350时。 D D D D 表64 常用缠绕式垫片的使用条件 垫片材料 法兰公称压力（MPa） 温 度 范 围 奥氏体不锈钢/特制石棉 25.0 50500 奥氏体不锈钢/柔性石墨 25.0 196600 奥氏体不锈钢/聚四氟乙烯 10.0 196200 铁包式垫片：密封性能不如缠绕式垫片，故压力管道中用的不多，它常用在换热器封头等大直径的法兰连接密封副上。 柔性石墨复合垫 由冲齿或冲孔金属芯板与膨胀石墨粒子复合而成。适用于突面、凹凸面和榫槽面法兰。 c.金属垫片 金属垫片常用在高压力等级法兰上，以承受比较高的密封比压。常用的金属垫片有平垫、八角形垫和椭圆型垫三种。 金属平垫片：常与凸台面、凹凸面、榫槽面法兰使用。八角形金属垫片和椭园形金属垫片：常与环槽面法兰使用。与椭圆形金属垫片相比八角形金属垫片容易加工，故其应用比较多。 金属垫片的材料应配合法兰材料选用，且要求垫片硬度比法兰密封面硬度低(不少于HB30)。 3.4盲板、8字盲板、限流孔板和混合孔板 它们常被夹在两片法兰之间以实现不同用途。 它们都应有两个和匹配法兰同样的密封面。 例：某工程把下列条件的管道编在一个管道等级中，管道材料为20： 蒸汽设计压力为1.6 MPa，设计温度为330 C 蒸汽设计压力为2.6 MPa，设计温度为260 C 如果不考虑法兰选用的温度-压力问题，请写出该管道等级的最小压力级别，并写出两种以上的法兰、垫片的组合形式。 答：1）压力级为：4.0MPa； 2） a、HG法兰PN4.0WN-MFM；垫片：PN4.0带内环缠绕垫。 PN4.0WN-MFM；垫片：PN4.0柔性石墨复合垫 b、GB法兰 PN4.0 WN-MF；垫片： PN4.0 带内环缠绕垫。 PN4.0 SO-RF；垫片： PN4.0 带外环缠绕垫 c、JB法兰PN4.0 WN-MFM；垫片：PN4.0带内环缠绕垫。通常板式平焊法兰用于低压管道，压力2.5MPa，带颈平焊法兰压力0.6-4.0MPa，带颈对焊法兰用于高压及密封性要求较高的管道，压力