流体密封第三章过程装备和管道的静密封

第三章过程装备和管道的静密封

3.1垫片密封（Gasketseals）垫片密封过程装备和管道可拆连接处主要的静密封型式

可拆连接，方便年产250万吨的炼油厂，垫片密封有20多万个3.1.1概述1流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第1页!2流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第2页!3流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第3页!1垫片密封的组成垫片(gasket)、法兰(flange)、螺栓螺母(blot,nut)垫片是一种夹持在两个独立的连接件之间的材料或材料组合，其作用是在预定的使用寿命内，保持两个连接件间的密封。4流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第4页!2垫片密封的泄漏方式：密封面泄漏渗透泄漏渗透泄漏因材料本身特别是非金属材料的微观结构存在的微小缝隙或细微的毛细管而使压力流体发生的渗漏。占总泄漏量的10～20％。密封面泄漏两连接件表面(密封面)因机加工的粗糙度和变形形成泄漏通道而造成的流体泄漏。占总泄漏量的80～90％。吹出泄漏当夹紧垫片的总载荷因各种原因减少到几乎等于作用在接头端部的流体静压力，导致密封面的分离而引起的密封流体的大量泄放。属于事故性泄漏5流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第5页!3密封机理法兰密封面粗糙不绝对平行密封面受力不均预紧（安装时）：

为什么加垫片？没有介质压力螺栓拧紧，法兰压力作用在垫片上垫片变形，堵塞泄漏通道，实现初始密封6流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第6页!工作时：设备内有压力螺栓伸长垫片上的作用力减小，垫片回弹但必须保证垫片有足够的工作应力，即密封不漏工作垫片应力：式中：p——密封介质压力；

B——介质静压力作用面积；

η——应力衰减系数。由于垫片材料在温度和应力作用下产生应力松弛所致7流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第7页!垫片密封工作原理的复杂性1）螺栓和螺母的摩擦关系复杂依靠普通的拧紧工具，不可能精确控制和预测预紧力。2）各个零件的弹性制约

垫片像弹簧（非线性），螺栓像拉簧，法兰在两个弹簧之间，其本身也像一个弹簧，并且还转动。3）受力复杂

螺栓力、垫片反力、流体压力，甚至有温度、重量等引起的弯矩。

显然这是一个静不定问题，很难理论求解，靠大型

有限元分析软件求解——ANSYS（ANalysisSYStem）8流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第8页!（a）M＝0垫片应力的分布云图9流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第9页!各弯矩下垫片应力的分布云图10流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第10页!法兰应力分布云图11流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第11页!要求：完整性和密封性

不仅要保证各零件有一定的强度，使之在工作条件下长期使用不破坏，而且最基本的要求是在工作条件下，垫片密封系统有足够的刚度，控制泄漏率在允许多范围内，即达到“密封不漏”。无泄漏工厂：不能达标的泄漏点占总密封点的万分之五（静密封）以下或千分之二（动密封）以下完整性－－整个结构的机械或热应力必须在材料允许范围内密封性－－垫片应力必须使整个接头的泄漏率在允许范围内12流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第12页!3.1.2中低压设备和管道的垫片密封

垫片密封通常又称为法兰连接或法兰接头（Flangejionts），国内外均有系列标准。低压：0.1～1.6MPa；

中压：1.6～10MPa；

高压：10～100MPa；

超高压：大于100MPa1法兰连接结构型式和标准

1）法兰密封面的型式

13流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第13页!（a）全平面（b）突面（c）凹凸面（d）榫槽面（e）环连接面（梯形槽）14流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第14页!凹凸面法兰连接15流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第15页!榫槽面法兰连接16流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第16页!梯形槽密封面17流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第17页!2）密封面应具备的表面性质：

(b)法兰密封表面加工纹路：同心圆线或螺旋线前者更好，但不易做到，绝不允许有径向划痕。检修时一定要注意清理密封面残留物时不能有径向划痕。密封面类型Ra/μmminmax全平面、突面、大凹凸面（车削）榫槽面、小凹凸面环连接面、O形凹面和槽面3.20.80.412.53.21.6(a)有一定的粗糙度管法兰密封面粗糙度的要求18流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第18页!(a)带（长）颈对焊法兰(b)带颈平焊法兰

(c)带颈承插焊法兰(d)板式平焊法兰(e)翻边环松套法兰(f)螺纹法兰

(g)平焊环松套法兰(h)法兰盖

19流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第19页!螺纹法兰20流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第20页!板式平焊法兰21流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第21页!4）法兰标准和选用原则容器法兰和管道法兰两种(1)容器法兰标准压力容器法兰JB4700～4707－92JB4700－92压力容器法兰分类与技术条件适用范围：公称压力0.25~6.4MPa，工作温度-20~450℃分类：甲型平焊法兰，乙型平焊法兰，长颈对焊法兰法兰、垫片、螺柱、螺母材料的匹配22流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第22页!法兰分类及系列参数23流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第23页!甲乙型平焊法兰的最大允许工作压力24流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第24页!长颈对焊法兰的最大允许工作压力25流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第25页!垫片JB4704－92非金属软垫片JB4706－92金属包覆垫片JB4705－92缠绕垫片26流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第26页!(2)管道法兰标准我国最早的化工生产中使用的管道法兰标准是：HG5006～5026－58，其它JB74～90－59等

1988年颁布国家标准《钢制管法兰》GB9112～9131－881991年化工部颁布新标准HGJ44～76－91《钢制管法兰、垫片、紧固件》，这一标准存在与58年标准及国家标准不配套的问题，所以1997年重新修订HG20592～20635－97。石化标准SH3401～3407－96注意：管法兰标准制订了法兰的压力－温度等级，也规定了不同公称压力下法兰的最大允许工作压力，与容器法兰不同的是不管何种材料，其最大允许工作压力均小于公称压力。27流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第27页!垫片、螺栓、法兰连接系统28流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第28页!垫片作用机理：弹塑性变形填补密封面上的凹凸不平压缩变形能力－压缩率一定的刚性保持一定的形状和抵抗变形的能力防止在系统的满载压缩应力下被挤出密封面或压溃抗蠕变能力－蠕变松弛性能受载补偿能力回弹能力－回弹率总而言之，包括初始密封和工作密封29流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第29页!螺栓力（单个）：F=σgiAg/N式中：Ag——垫片压缩面积；N——螺栓数目拧紧螺栓的转矩：M=KFd

式中：K——系数；d——螺栓名义直径垫片预紧应力（Gasketseatingstress）或初始垫片比压（Initialgasketstress）或初始装配应力（Initialseatingstress）垫片上有足够的压力——σgi30流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第30页!垫片应力与变形的关系δo

－垫片预紧至σgi时的压缩量δR－工作时σgo下的回弹量理论上：垫片预紧力越大，垫片中储存的弹性应变能也越大，因而可用于补偿分离或松弛的余地也就越大，当然要以密封材料本身的最大弹性承载能力为极限。31流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第31页!(a)模型1(b)模型2有限元模型32流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第32页!垫片应力的分布云图33流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第33页!(a)M=0，P=034流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第34页!螺栓受力云图35流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第35页!垫片法兰设计

载荷结构垫片P、△P、T、△T法兰、螺栓刚度

垫片系数FaMa（类型、材料）

法兰计算

应力分析密封分析

许用应力允许紧密度

装配应力36流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第36页!(a)全平面型压紧面（Flatface）：柔软材料垫片，或铸铁、搪瓷、塑料等低压法兰场合。(b)突出平面型压紧面（Raisedface）：p≤2.5MPa，加三、四道周向沟槽后，可以提高密封压力。简单但不易对中，螺栓力大。(c)凹凸型压紧面（Male－femaleface）：便于对中，垫片不易被挤出和吹出，p≤6.4MPa(d)榫槽型压紧面（Tongue－grooveface）：垫片窄，螺栓力小，安装简单，不会偏，且少受冲刷和腐蚀。但是结构复杂，更换垫片困难（有小技巧：安装时在密封垫上涂石墨），适用于易燃易爆和高度或极度危害等重要场合。(e)梯形压紧面（Trapeziumface）：适用于高温，压力较高场合，O形圈、金属垫圈——八角垫、椭圆垫37流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第37页!突出平面型压紧面38流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第38页!39流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第39页!榫槽型密封面40流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第40页!金属与金属的接触（Metaltometal）控制压缩垫片－－尽管存在垫片，在螺栓预紧后，法兰发生金属与金属的接触主要特点：将垫片压缩到预定的厚度后，继续追加螺栓载荷直到与法兰接触。优点：a当存在介质应力和温度波动时，垫片上的密封载荷不发生变化，以致接头保持在最佳的泄漏控制状态b同时螺栓不承受循环载荷，减少了发生疲劳或松脱的危险c减少了法兰的转角41流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第41页!3）法兰的类型分类方法

用途：容器法兰和管法兰；密封面宽窄：宽面法兰和窄面法兰；材料：金属和非金属，前者又分钢制、铸铁和有色金属；形状：圆形、矩形和椭圆形；制造：整体法兰和焊接法兰

国际标准化组织颁布标准：ISO7005－1：1992“金属法兰—钢法兰”，法兰类型11种。法兰的种类很多，主要用钢制圆形窄面法兰42流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第42页!松套法兰43流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第43页!搭接法兰44流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第44页!板式法兰45流体密封第三章过程装备和管道的静密封共51页，您现在浏览的是第45页!容器法兰公称直径：指与法兰相配的筒体或封头的公称直径。压力容器的公称直径DN：

只要是确定了公称直径和公称压力，法兰的尺寸就确定了，不论何种材料。公称压力pN：一定温度和材料的法兰的最高工作压力。容器法兰的公称压力是以16Mn在