化工机械与设备法兰

1、第十二章第十二章 法兰联接法兰联接法兰联接的构成法兰联接的构成 一对法兰一对法兰 一个垫片一个垫片 数个螺栓、螺母数个螺栓、螺母12.2 法兰联接概述法兰联接概述n密封性密封性n强度可靠强度可靠n结构简单结构简单n拆装方便拆装方便n经济合理经济合理n渗透渗漏渗透渗漏q垫片材质、型式垫片材质、型式n界面泄露界面泄露q 取决于密封面取决于密封面联接件强度破坏很少见，多是密封不好而泄漏。联接件强度破坏很少见，多是密封不好而泄漏。设计中要防止介质泄漏。设计中要防止介质泄漏。法兰的失效：界面泄漏和渗透泄漏法兰的失效：界面泄漏和渗透泄漏对法兰联接的要求对法兰联接的要求n法兰的翘曲变形法兰的翘曲变形增加增加

2、法兰厚度法兰厚度及连接处及连接处器壁厚度器壁厚度减小减小螺栓孔中心圆直径螺栓孔中心圆直径增加增加法兰盘外径法兰盘外径一、法兰密封原理一、法兰密封原理1）、预紧工况）、预紧工况n初始密封条件：压紧应力达到一定数值使初始密封条件：压紧应力达到一定数值使垫片变形垫片变形，密封面上，密封面上微隙被填满微隙被填满- -形成初始密封条件形成初始密封条件n预紧密封比压：形成初始密封条件时预紧密封比压：形成初始密封条件时垫圈单位面积上的压紧力垫圈单位面积上的压紧力2）、操作工况）、操作工况n内压轴向力拉伸，内压轴向力拉伸，降低了压紧应力降低了压紧应力，n垫片有足够回弹，补偿变形，垫片有足够回弹，补偿变形，n当

3、垫圈上的单位面积压紧力下降到某一临界值时，当垫圈上的单位面积压紧力下降到某一临界值时，回弹不足回弹不足，介质发生泄，介质发生泄漏，漏，-临界值称为工作密封比压临界值称为工作密封比压12.2 压力容器法兰压力容器法兰n螺栓预紧力一定，密封比压主要决定于螺栓预紧力一定，密封比压主要决定于垫片材质垫片材质n垫片材质确定后，垫片越宽，为保证密封比压，预紧力垫片材质确定后，垫片越宽，为保证密封比压，预紧力越大，螺栓和法兰尺寸也越大越大，螺栓和法兰尺寸也越大, ,垫片不应过宽垫片不应过宽n3)、法兰密封条件、法兰密封条件q预紧时：垫圈单位面积上的压紧力不小于预紧密封比压预紧时：垫圈单位面积上的压紧力不小于

4、预紧密封比压q工作时：垫圈单位面积上的压紧力高于工作密封比压工作时：垫圈单位面积上的压紧力高于工作密封比压二、法兰结构与分类二、法兰结构与分类n1.按垫圈接触面形式分按垫圈接触面形式分q窄面法兰窄面法兰q宽面法兰宽面法兰n2.按法兰整体性程度分按法兰整体性程度分q松式法兰松式法兰q整体法兰整体法兰整体法兰松式法兰平焊法兰平焊法兰对焊法兰对焊法兰未能有效地形成一个整体适用压力较低可采用不同材质，用于铜、铝、陶瓷和石墨等非金属容器平：简单、制造容易、应用广泛，整体性差，刚性差，压力不太高，对：有效地形成一个整体，壳体与法兰同时受力，强度和刚度好三、影响密封的主要因素三、影响密封的主要因素n1、法兰

5、密封面型式、法兰密封面型式n2、螺栓预紧力、螺栓预紧力n3、垫片、垫片n4 、法兰刚度、法兰刚度n5、操作条件、操作条件平面型平面型凹凸凹凸面型面型榫槽面型榫槽面型n结构简单，加工方便，便结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。于进行防腐衬里。n接触面积大，预紧时垫片接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。容易往两边挤，不易压紧。n防止垫片被挤出，防止垫片被挤出，n适用于压力较高。适用于压力较高。n槽中垫片不被挤动。槽中垫片不被挤动。n螺栓力较小，密封效果好。螺栓力较小，密封效果好。n适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。n结构较复杂，更换垫片较困难。结构

6、较复杂，更换垫片较困难。n榫面容易损坏。榫面容易损坏。锥形密封面梯形槽密封面锥形密封面梯形槽密封面密封面型式选择，主要考虑密封面型式选择，主要考虑压力、温度、介质压力、温度、介质螺栓预紧力螺栓预紧力n螺栓力要大小合适，分布均匀螺栓力要大小合适，分布均匀n提高预紧力，可提高密封比压提高预紧力，可提高密封比压n过大预紧力可能会把垫片压坏或挤出过大预紧力可能会把垫片压坏或挤出n增加螺栓个数可使力分布均匀，但拆装更麻烦，另要考虑增加螺栓个数可使力分布均匀，但拆装更麻烦，另要考虑扳手空间扳手空间垫片垫片n垫片是法兰密封的基础垫片是法兰密封的基础n垫片垫片适当变形和回弹能力适当变形和回弹能力是形成密封的必

7、要条件。是形成密封的必要条件。n垫片分类：垫片分类：非金属非金属、非金属与金属、非金属与金属混合混合制的垫片、制的垫片、金属金属n垫片材料的选择：垫片材料的选择：根据根据温度、压力温度、压力以及以及介质介质腐蚀决定，同时腐蚀决定，同时考虑密封面形式、螺栓力的大小以及装卸要求等。考虑密封面形式、螺栓力的大小以及装卸要求等。非金属垫片非金属垫片：材料：材料：橡胶石棉板、橡胶石棉板、聚四氟乙烯聚四氟乙烯等。等。特点：柔软，但耐温度和压力性能较金属垫片差特点：柔软，但耐温度和压力性能较金属垫片差适用：只适用于常、中温和中、低压设备和管道适用：只适用于常、中温和中、低压设备和管道金属垫片：金属垫片：材料

8、：要求软韧，一般不要求强度高，材料：要求软韧，一般不要求强度高，常用软铝、紫铜、铁常用软铝、紫铜、铁( (软钢软钢) )、蒙耐尔合金、蒙耐尔合金 （含（含Ni67Ni67，Cu30Cu30，Cr4Cr45 5) )钢等钢等适用：主要用于中、高温和中、高压法兰密封适用：主要用于中、高温和中、高压法兰密封金属与非金属混合制垫片：金属与非金属混合制垫片：n用薄金属板（镀锌薄钢板、用薄金属板（镀锌薄钢板、0Cr18Ni90Cr18Ni9等）将非金属包起来；等）将非金属包起来；n薄低碳钢带薄低碳钢带( (或合金钢带或合金钢带) )与石棉与石棉带一起绕制而成。带一起绕制而成。金属包垫片金属包垫片缠绕垫片缠

9、绕垫片四、容器法兰标准四、容器法兰标准n1、类型与结构、类型与结构q甲型平焊法兰（甲型平焊法兰（JB5701-2000)q乙型平焊法兰（乙型平焊法兰（JB5702-2000)q长颈对焊法兰（长颈对焊法兰（JB5703-2000)带衬环带衬环厚度更大的颈，刚性大。厚度更大的颈，刚性大。更高压力范围更高压力范围(0.6MPa(0.6MPa6.4MPa)6.4MPa)更高直径范围更高直径范围(300mm(300mm2000mm)2000mm)，适用温度范围为适用温度范围为-20-20450450。p平焊与对焊法兰都有带衬环的平焊与对焊法兰都有带衬环的与不带衬环的两种。与不带衬环的两种。p当设备是由不

10、锈钢制作时，采当设备是由不锈钢制作时，采用碳钢法兰加不锈钢衬环，可用碳钢法兰加不锈钢衬环，可以以节省不锈钢节省不锈钢。2 2、尺寸系列、尺寸系列n由法兰标准确定法兰尺寸的依据由法兰标准确定法兰尺寸的依据n只要法兰的公称直径、公称压力确定了，法兰的尺寸也就只要法兰的公称直径、公称压力确定了，法兰的尺寸也就确定了。确定了。两个两个基本基本参数参数公称直径公称直径：同容器公称直径：同容器公称直径公称压力公称压力：分为七个等级：分为七个等级：0.25、0.60、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4法兰公称压力：法兰公称压力：n与材料、操作温度以及最大操作压力有关与材料、操作温度以及最大操作压力有关n

11、定义：以定义：以16MnR16MnR在在200200时的机械性能时的机械性能为基准为基准确定法兰尺寸，在确定法兰尺寸，在200200时，它的最大允许操时，它的最大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。n公称压力公称压力PN PN 0.6MPa0.6MPa法兰，用法兰，用16MnR16MnR制造的，制造的，在在200200时，最大允许操作压力时，最大允许操作压力0.6MPa0.6MPa。n高于高于200200的最大操作压力将低于它的公称的最大操作压力将低于它的公称压力压力0.6MPa0.6MPa。n低于低于200200仍按仍按200200确定其最高

12、工作压力。确定其最高工作压力。n材料改为材料改为Q235-AQ235-A，机械性能机械性能比比16MnR16MnR差差，公称压力，公称压力PN0.6MPaPN0.6MPa的法兰，的法兰，200200操作，操作，n最大允许操作压力低于公称压力。最大允许操作压力低于公称压力。n材料由材料由16MnR16MnR改为改为15MnVR15MnVR，机械性能优于机械性能优于16MnR16MnR，公，公称压力称压力PN0.6MPaPN0.6MPa的法兰，在的法兰，在200200操作时，操作时，n最大允许操作压力将高于它的公称压力。最大允许操作压力将高于它的公称压力。3 3、标准中法兰尺寸的确定、标准中法兰尺

13、寸的确定4 4、最大允许工作压力、最大允许工作压力5 5、容器法兰的确定、容器法兰的确定材料材料温度温度法兰形式法兰形式垫片垫片16MnR200公称压力的确定：公称压力的确定：按照按照设计压力不大于最大允许工作压力设计压力不大于最大允许工作压力确定确定为操作温度为操作温度300300，设计压力，设计压力0.6MPa0.6MPa的容器选配法兰（确定公称压力）。的容器选配法兰（确定公称压力）。材料材料15MnVR15MnVR按公称压力按公称压力0.6MPa0.6MPa查取。查取。材料材料20R20R按公称压力按公称压力1.0MPa1.0MPa查取尺寸。查取尺寸。n法兰法兰C-T 800-1.6 J

14、B/T4702 -2000n公称压力公称压力1.6MPa，公称直径，公称直径800mm的衬环榫槽密封面乙的衬环榫槽密封面乙型平焊法兰的榫面法兰型平焊法兰的榫面法兰7、法兰标记选配法兰步骤n1、根据公称直径和设计压力，先初选法兰结构类型、根据公称直径和设计压力，先初选法兰结构类型n2、根据设计压力、设计温度、法兰材料，确定法兰、根据设计压力、设计温度、法兰材料，确定法兰公称压力公称压力n3、根据公称工程直径和公称压力，验证法兰类型、根据公称工程直径和公称压力，验证法兰类型n4、根据法兰的公称直径和公称压力，然后查标准确、根据法兰的公称直径和公称压力，然后查标准确定法兰尺寸定法兰尺寸n5、根据法兰

15、型式、材料、设计温度等选配螺栓、螺、根据法兰型式、材料、设计温度等选配螺栓、螺母及垫片。母及垫片。选配法兰步骤n公称直径公称直径n设计压力设计压力n初选法兰结构类型初选法兰结构类型n设计压力设计压力n设计温度设计温度n法兰材料法兰材料确定法兰公称压力确定法兰公称压力最大允许工作压力最大允许工作压力n公称直径公称直径n公称压力公称压力n验证法兰类型验证法兰类型n公称直径公称直径n公称压力公称压力n查标准确定法兰尺寸查标准确定法兰尺寸n法兰型式法兰型式n材料材料n设计温度设计温度选配螺栓、螺母及垫片选配螺栓、螺母及垫片12345例：例：塔身与封头的法兰。塔内径塔身与封头的法兰。塔内径1000mm1

16、000mm，操作温度，操作温度280280，设计压力设计压力0.2MPa0.2MPa。Q235-Q235-B。 n压力不高，直径不大，根据操作温度、设计压力、初选甲型平压力不高，直径不大，根据操作温度、设计压力、初选甲型平焊法兰，平面密封面；焊法兰，平面密封面；n根据操作温度、设计压力、所用材料，确定公称压力为根据操作温度、设计压力、所用材料，确定公称压力为0.6MPa0.6MPa；n验证法兰类型；验证法兰类型；n查表得法兰的各部尺寸，联接螺栓查表得法兰的各部尺寸，联接螺栓M20M20，共，共3636个；个；n查表确定螺栓、螺母及垫片；查表确定螺栓、螺母及垫片；n用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板联接螺栓联接螺栓M20M20，共，共3636，材料，材料Q235-AQ235-A13.213.2管法兰标准管法兰标准v同样公称直径的容器法兰和管法兰的尺寸不相同，同样公称直径的容器法兰和管法兰的尺寸不相同，不能互相代用。不能互相代用。v管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法