化工机械与设备法兰

1、第十二章 法兰联接,法兰联接的构成 一对法兰 一个垫片 数个螺栓、螺母,12.2 法兰联接概述,密封性 强度可靠 结构简单 拆装方便 经济合理 渗透渗漏 垫片材质、型式 界面泄露 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。 设计中要防止介质泄漏。 法兰的失效：界面泄漏和渗透泄漏,对法兰联接的要求,法兰的翘曲变形,增加法兰厚度及连接处器壁厚度 减小螺栓孔中心圆直径 增加法兰盘外径,一、法兰密封原理 1）、预紧工况 初始密封条件：压紧应力达到一定数值使垫片变形，密封面上微隙被填满-形成初始密封条件 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 2）、操作工况 内压轴向力拉伸

2、，降低了压紧应力， 垫片有足够回弹，补偿变形， 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，介质发生泄漏，-临界值称为工作密封比压,12.2 压力容器法兰,螺栓预紧力一定，密封比压主要决定于垫片材质 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,垫片不应过宽,3)、法兰密封条件 预紧时：垫圈单位面积上的压紧力不小于预紧密封比压 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,1.按垫圈接触面形式分 窄面法兰 宽面法兰 2.按法兰整体性程度分 松式法兰 整体法兰,整体法兰,松式法兰,平焊法兰,对焊法兰,未能有效地形成一个整体 适用压力较

3、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,1、法兰密封面型式 2、螺栓预紧力 3、垫片 4 、法兰刚度 5、操作条件,平面型 凹凸面型 榫槽面型,结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。 接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。,防止垫片被挤出， 适用于压力较高。,槽中垫片不被挤动。 螺栓力较小，密封效果好。 适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。 结构较复杂，更换垫片较困难。 榫面容易损坏。,锥形密封面梯形槽密封面,密封面型式选择，主

4、要考虑压力、温度、介质,螺栓预紧力,螺栓力要大小合适，分布均匀 提高预紧力，可提高密封比压 过大预紧力可能会把垫片压坏或挤出 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,垫片,垫片是法兰密封的基础 垫片适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件。 垫片分类：非金属、非金属与金属混合制的垫片、金属 垫片材料的选择：根据温度、压力以及介质腐蚀决定，同时考虑密封面形式、螺栓力的大小以及装卸要求等。,非金属垫片：,材料：橡胶石棉板、 聚四氟乙烯等。 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,金属垫片：,材料：要求软韧，一般不要求强度高， 常用软

5、铝、紫铜、铁(软钢)、蒙耐尔合金 （含Ni67，Cu30，Cr45)钢等 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：,用薄金属板（镀锌薄钢板、0Cr18Ni9等）将非金属包起来； 薄低碳钢带(或合金钢带)与石棉带一起绕制而成。,金属包垫片 缠绕垫片,四、容器法兰标准,1、类型与结构 甲型平焊法兰（JB5701-2000) 乙型平焊法兰（JB5702-2000) 长颈对焊法兰（JB5703-2000) 带衬环,厚度更大的颈，刚性大。 更高压力范围(0.6MPa6.4MPa) 更高直径范围(300mm2000mm)， 适用温度范围为-20450。,平焊与对焊法兰都有带衬环的

6、与不带衬环的两种。 当设备是由不锈钢制作时，采用碳钢法兰加不锈钢衬环，可以节省不锈钢。,2、尺寸系列 由法兰标准确定法兰尺寸的依据 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。,两个基本 参数,公称直径：同容器公称直径 公称压力：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：,与材料、操作温度以及最大操作压力有关 定义：以16MnR在200时的机械性能为基准确定法兰尺寸，在200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。,公称压力PN 0.6MPa法兰，用16MnR制造的，在200时，最大允许操作压力0.6MPa。 高于

7、200的最大操作压力将低于它的公称压力0.6MPa。 低于200仍按200确定其最高工作压力。,材料改为Q235-A，机械性能比16MnR差，公称压力PN0.6MPa的法兰，200操作， 最大允许操作压力低于公称压力。 材料由16MnR改为15MnVR，机械性能优于16MnR，公称压力PN0.6MPa的法兰，在200操作时， 最大允许操作压力将高于它的公称压力。,3、标准中法兰尺寸的确定 4、最大允许工作压力 5、容器法兰的确定,材料 温度 法兰形式 垫片,16MnR 200,公称压力的确定：,按照设计压力不大于最大允许工作压力确定,为操作温度300，设计压力0.6MPa的容器选配法兰（确定公

8、称压力）。 材料15MnVR按公称压力0.6MPa查取。 材料20R按公称压力1.0MPa查取尺寸。,法兰C-T 800-1.6 JB/T4702 -2000 公称压力1.6MPa，公称直径800mm的衬环榫槽密封面乙型平焊法兰的榫面法兰,7、法兰标记,选配法兰步骤,1、根据公称直径和设计压力，先初选法兰结构类型 2、根据设计压力、设计温度、法兰材料，确定法兰公称压力 3、根据公称工程直径和公称压力，验证法兰类型 4、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 5、根据法兰型式、材料、设计温度等选配螺栓、螺母及垫片。,选配法兰步骤,公称直径,设计压力,初选法兰结构类型,设计压力 设计

9、温度 法兰材料,确定法兰公称压力,最大允许工作压力,公称直径 公称压力,验证法兰类型,公称直径 公称压力,查标准确定法兰尺寸,法兰型式 材料 设计温度,选配螺栓、螺母及垫片,1,2,3,4,5,例：塔身与封头的法兰。塔内径1000mm，操作温度280，设计压力0.2MPa。Q235-B。,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； 根据操作温度、设计压力、所用材料，确定公称压力为0.6MPa； 验证法兰类型； 查表得法兰的各部尺寸，联接螺栓M20，共36个； 查表确定螺栓、螺母及垫片； 用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板 联接螺栓M20，共36，材料Q235-A,13.2管法兰标准,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。 管法兰的型