设备管理_化工机械设备基础--法兰连接

1 第九章法兰连接 Flange 凸缘车轮或管道上突出的边 缘 肋条或环圈 用来增加物体强度 固定物体或使某一物体附着在另一物体上Aprotrudingrim edge rib orcollar asonawheelorapipeshaft usedtostrengthenanobject holditinplace orattachittoanotherobject 2 一 概述 为了安全 可拆连接必须满足下列基本要求 1 足够的刚度 连接件之间具有必须的密封压紧力 以保证在操作过程中介质不会泄漏 2 足够的强度 不削弱整个结构的强度 3 耐腐蚀 在一定的温度范围内能正常工作 能迅速并多次地拆开和装配 4 成本低廉 适合于大批量地制造 3 法兰剖面图 密封面 4 法兰盘 据统计 一座年产250万吨的炼油厂 法兰连接的数量达20万个以上 5 压力容器法兰 筒体与封头 筒体与筒体或封头与管板之间连接的法兰管法兰 管道与管道之间连接的法兰 二 法兰连接结构与密封原理 1 法兰 2 垫片3 螺栓 螺母 6 平面型 凸凹面型 榫槽型 法兰连接型式 7 法兰受力 螺栓作用给法兰的预紧力 垫圈作用力 轴向介质作用力 8 高颈法兰中的应力 径向弯曲应力 环向弯曲应力 轴向弯曲应力 9 渗透泄漏 流体通过垫片材料本体毛细管的泄漏 主要与垫片的结构和材质有关 界面泄漏 流体沿着垫片与法兰接触面之间的泄漏 泄漏量大小主要与界面间隙尺寸有关 法兰管板 10 1 密封垫片是整个法兰联接的基础 2 增加与法兰盘联接处容器厚度 不但会减小法兰加给器壁的弯曲应力 面且增厚的器壁会增大法兰的刚度 3 对法兰颈部主要作用的应力是弯曲应力 而弯曲应力的大小是与受弯构件的厚度平方成反比 所以决定法兰强度大小的关健尺寸是法兰盘的厚度 4 法兰受力矩的大小与法兰栓孔中心圆和垫片中径之间的距离有关 此距离越小 法兰力矩越小 适当确定螺栓直径大小与数目 力学分析结论 11 三 法兰的结构与分类 法兰分类有多种方式 按加工方式分 按产品材料材质分 按生产标准分 按连接方式分 按产品规格分类等 具体情况具体分类 法兰材质有 20 A105 Q235A 12Cr1MoV 16MnR 15CrMo 18 8 321 304 304L 316 316L等 法兰盘 12 1 窄面法兰 1 按接触面 2 宽面法兰 13 2 按其整体性程度 1 松式法兰 2 整体法兰 3 任意式法兰 锻 铸 全焊透的平焊法兰 活套法兰 螺纹法兰 搭接法兰 14 3 按法兰的形状 KF快卸法兰 板式平焊法兰 PL 带颈平焊法兰 SO 15 四 影响法兰密封的因素 1 螺栓预紧力 主要有 螺栓预紧力 密封面型式 垫片性能 法兰刚度 操作条件 预紧力不能过大 否则将会使垫片被压坏或挤出 必须使预紧力均匀地作用于垫片 因此 当密封所需要的预紧力一定时 采取增加螺栓个数 减小螺栓直径的办法对密封是有利的 16 2 压紧面 密封面 17 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 PN6 4MPa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 PN16 0 PN25 0 PN32 0 PN4200 18 19 3 垫片 垫片是构成密封的重要元件 适当的垫片变形和回弹能力是形成密封的必要条件 最常用的垫片可分为非金属 金属 非金属与金属混合制的垫片 20 垫片材料的选用 21 法兰 垫片 螺栓 螺母匹配表 部分 22 4 法兰刚度 提高法兰的刚度途径 增加厚度 减小力臂 增大法兰盘外径 法兰变形 23 国标GB T9115 2000机械部标准JB82 94化工部标准HGJ50 53 91HG20595 97HG20617 97电力部标准GD0508 0509美国标准ASME ANSIB16 5日标JIS KS 5K 10K 16K 20K 德标DIN 五 法兰标准及选用 压力容器法兰标准 管法兰标准 24 化工部标准 25 26 27 28 29 1 法兰的公称直径 30 31 2 法兰的公称压力0 25 6 4MPa 7种 3 压力容器法兰的最大允许工作压力 实际生产中使用的法兰都是16MnR制造的 操作温度200 允许最大工作压力等于该法兰的设计压力 公称压力 32 33 4 容器法兰尺寸的确定 按以下步骤进行 1 容器的公称直径 即其内径 DN和设计压力参照表10 l初步确定法兰结构类型 2 据容器的设计压力 设计温度及准备采用的法兰材料 按表10 9或表10 10确定所选法兰的公称压力PN 3 据确定的法兰的PN和DN返回查看表10 1 验证原来据设计压力所初步确定的法兰类型是否包含有巳确定PN与DN 4 据根所确定的PN和DN 从表10 2至表10 8中选出相应的尺寸表 即可确定所选法兰尺寸 34 例9 1 为一台精馏塔配一对联接塔身与封头的法兰 塔的内径是1000mm 操作温度为280 设计压力为0 2MPa 材质分别为20R 16MnR 请分别确定法兰类型 尺寸 35 例9 2 为一台操作温度为300 设计压力为0 6MPa的容器选配法兰 查表可见 如果法兰材料用15MnVR 可按公称压力0 6MPa查取法兰尺寸 如果法兰材料用20R 则必须按公称压力为1 0MPa的查取法兰尺寸 36 法兰的标记 37 管法兰 板式平焊 带颈平焊 带颈对焊 承插焊 38 管法兰的型式除平焊 对焊法兰外 还有铸钢法兰 铸铁法兰 活套法兰 螺纹法兰等 管法兰标准的查选方法 步骤与压力容器法兰相同 管法兰标准除GB9119 7 88外 常用标准还有 化工部标准HG2059